《發(fā)酵罐的比擬放大》PPT課件

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1、第四章發(fā)酵罐的比擬放大項目實驗用反應器生產(chǎn)用反應器功率消耗不必考慮需認真對待反應器內(nèi)空間控制檢測裝置占去一定空間無此影響混合特性可不必考慮需認真對待換熱系統(tǒng)較易解決較難解決小型和大型生物反應器設計的不同點放大方法：經(jīng)驗放大法，因次分析法，時間常數(shù)法，數(shù)學模擬法，放大原則：重點解決主要矛盾氣體傳遞、混合；剪切敏感性；熱傳遞等。放大所需解決的主要參數(shù)：罐體參數(shù)、空氣流量、攪拌轉(zhuǎn)速和攪拌功率消耗等經(jīng)驗放大法：幾何相似放大恒定等體積功率放大單位培養(yǎng)液體積的空氣流量相同原則放大空氣線速度相同原則放大KLa/Kd值相同原則放大因次分析法：保持無因次準數(shù)相等原則放大Re，Nu，Da，Pez

2、時間常數(shù)法：某一變量與其變化速率之比反應時間tr=C/rr反應速率擴散時間tD=L2/Dz混合時間tm=Tm/n………數(shù)學模擬法：放大基準1、以kLa(或kd)為基準2、以P0/V相等為基準3、恒周線速度πND4、恒混合時間tm∝HL1/2D3/2/(N2/3d11/6)5、Q/H∝d/N液流循環(huán)量/液流速度壓頭歐洲發(fā)酵工業(yè)中的放大準則工業(yè)應用的比例（%）所采用的經(jīng)驗放大準則30單位培養(yǎng)液體積消耗功率相等30kLa恒定20攪拌槳葉端速度恒定20氧分壓恒定一、幾何尺寸放大幾何相似原則：H1/D1=H2/D2=A放大倍數(shù)m=V2/V1m=V2/V1=π/4·D22·H2/(π/4

3、·D12·H1)＝(D2/D1)3D2/D1=m1/3，H2/H1=m1/3二、空氣流量放大空氣流量表示方法：（1）單位體積培養(yǎng)液在單位時間內(nèi)通入的空氣量（以標準狀態(tài)計），即Q0/VL=VVMm3/(m3.min)（2）操作狀態(tài)下的空氣直線速度（ωg，m/h)）兩者的換算關系：P1V1/T1=P2V2/T2QgP/(273+t)=Q0(9.81×104)/273Qg=Q0(273+t)(9.81×104)/(273P)(m3/h)ωg＝Q0(60)(273+t)(9.81×104)/(π/4·D2(273)·P)＝27465.6Q0(273+t)/(PD2)＝27465.6(

4、VVM)(VL)(273+t)/(PD2)(m/h)(1)VVM=ωgPD2/[27465.6(VL)(273+t)](m3.m-3.min-1)(2)Q0=ωgPD2/[27465.6(273+t)](m3.min-1)注：VL發(fā)酵液體積(m3)P液柱平均絕對壓力(Pa)P=(Pt+9.81×104)+9.81/2·HL·ρHL發(fā)酵罐液柱高度(m)Pt罐頂壓力表所指示的讀數(shù)(Pa)1、以單位培養(yǎng)液體積中空氣流量相同的原則放大依據(jù)式（1）得ωg∝(VVM)VL/(PD2)ωg∝(VVM)D3/(PD2)∝(VVM)D/P因為(VVM)2=(VVM)1所以(ωg)2/(ωg)1

5、=D2/D1×P1/P22、以空氣直線速度相同的原則放大依據(jù)式（2）得VVM∝ωgPD2/VLVVM∝ωgP/D因為(ωg)2=(ωg)1所以(VVM)2/(VVM)1=P2/P1×D1/D23、以kLa值相同的原則放大根據(jù)文獻報導，kLa∝(Qg/VL)HL2/3，其中Qg為操作狀態(tài)下的通氣流量，VL為發(fā)酵液體積，HL為液柱高度。則[kLa]2/[kLa]1=(Qg/VL)2(HL)22/3/[(Qg/VL)1(HL)12/3]=1(Qg/VL)2/(Qg/VL)1=(HL)12/3/(HL)22/3=(D1/D2)2/3因為Qg∝ωgD2，V∝D3故(Qg/VL)2/(Q

6、g/VL)1=(ωg/D)2/(ωg/D)1=(D1/D2)2/3(ωg)2/(ωg)1=(D2/D1)1/3又因ωg∝(VVM)VL/(PD2)∝(VVM)D/P故(VVM)2/(VVM)1=(D1/D2)2/3(P2/P1)若V2/V1=125，D2=5D1,P2=1.5P1，則用上述三種不同方法計算發(fā)酵罐放大后的通氣量。放大方法VVM值ωg值放大前放大后放大前放大后VVM相同1？1？ωg相同1？1？kLa相同1？1？若V2/V1=125，D2=5D1,P2=1.5P1，則用上述三種不同方法計算放大后的通氣量結果如下表。放大方法VVM值ωg值放大前放大后放大前放大后VVM

7、相同1113.33ωg相同10.311kLa相同10.51311.714、以氧分壓為推動力的體積溶氧系數(shù)kd相等原則放大（1）福田修雄修正式kd=(2.36+3.30m)(Pg/V)0.56ωg0.7N0.7×10-9m：攪拌渦輪的個數(shù)kd∝(Pg/V)0.56ωg0.7N0.7（1）（2）依據(jù)Michel修正式P0=NpN3d5?V=π/4·D2HQg=π/4·D2ωg所以Pg/V∝{(N3d5)2Nd3/(D2ωg)0.08}0.39/(D2H)得Pg/V∝N2.73d2.01/ωg0.03，代入（