《比擬放大》PPT課件

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1、www.themegallery.com第七章比擬放大www.themegallery.com生物反應(yīng)器的比擬放大任何一個(gè)生物工程產(chǎn)品的研究開(kāi)發(fā)周期必須經(jīng)歷3個(gè)階段：（1）實(shí)驗(yàn)室階段（2）中試階段（3）工廠化規(guī)模比擬放大把小型設(shè)備中進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)所獲得的成果在大生產(chǎn)設(shè)備中予以再現(xiàn)的手段，它不是等比例放大，而是以相似論的方法進(jìn)行放大www.themegallery.com為什么生化反應(yīng)器的放大比較困難?物理?xiàng)l件發(fā)生改變放大的反應(yīng)器中的物理環(huán)境與幾何相似的小反應(yīng)器中的物理環(huán)境會(huì)有所差異。放大規(guī)模的改變會(huì)導(dǎo)致生化反應(yīng)器中物理環(huán)境的改變，這種改

2、變往往會(huì)影響到細(xì)胞的生長(zhǎng)和代謝過(guò)程。當(dāng)反應(yīng)器放大過(guò)程中引起的物理化學(xué)環(huán)境變化對(duì)細(xì)胞造成損傷或破壞，細(xì)胞對(duì)在不同放大規(guī)模下不同培養(yǎng)環(huán)境的代謝響應(yīng)會(huì)有所差異。www.themegallery.com比擬放大的依據(jù)：1、單位體積液體的攪拌消耗功率2、攪拌雷諾準(zhǔn)數(shù)3、溶氧系數(shù)4、攪拌器葉尖線速度，5、混合時(shí)間生物反應(yīng)器的放大目的及方法www.themegallery.com生物反應(yīng)器的放大目的重點(diǎn)解決有關(guān)的質(zhì)量傳遞、動(dòng)量傳遞和熱量傳遞問(wèn)題，以便在反應(yīng)器的放大過(guò)程中盡可能維持生物細(xì)胞的生長(zhǎng)速率、代謝產(chǎn)物的生成速率。生物反應(yīng)器的放大目的及方法比擬

3、放大的內(nèi)容罐的幾何尺寸，通風(fēng)量，攪拌功率，傳熱面積和其他方面的放大問(wèn)題，這些內(nèi)容都有一定的相互關(guān)系。www.themegallery.com生物反應(yīng)器的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)過(guò)程生物發(fā)酵過(guò)程和生物反應(yīng)器的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)過(guò)程由3步構(gòu)成：（1）在較寬的培養(yǎng)條件（例如培養(yǎng)基的培養(yǎng)物質(zhì)組分及其濃度、pH、溶氧速率和溶氧濃度、攪拌剪切強(qiáng)度等）下對(duì)所用的生物細(xì)胞種進(jìn)行試驗(yàn)，以掌握細(xì)胞生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)及產(chǎn)物生成動(dòng)力學(xué)等特性；（2）根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，確定該生物發(fā)酵的最優(yōu)的培養(yǎng)基配方和培養(yǎng)條件；（3）對(duì)有關(guān)的質(zhì)量傳遞、熱量傳遞、動(dòng)量傳遞等微觀衡算方程進(jìn)行求解，導(dǎo)出能表達(dá)反應(yīng)器內(nèi)

4、的環(huán)境條件和主要操作變量（攪拌轉(zhuǎn)速、通風(fēng)量、攪拌功率、基質(zhì)流加速率等）之間的關(guān)系模型。然后，應(yīng)用此數(shù)學(xué)模型，計(jì)算優(yōu)化條件下主要操作變量的取值。生物反應(yīng)器的放大目的及方法www.themegallery.com經(jīng)驗(yàn)放大原則放大準(zhǔn)則所占比例(%)放大準(zhǔn)則所占比例(%)維持P0/V不變30維持?jǐn)嚢杵魅~尖線速度不變20維持kLa不變30維持培養(yǎng)液溶氧濃度不變20表2通氣發(fā)酵罐放大準(zhǔn)則生物反應(yīng)器的放大目的及方法www.themegallery.com●發(fā)酵過(guò)程不是單純的化工過(guò)程，而是一個(gè)復(fù)雜的生物化學(xué)過(guò)程。目前在微生物發(fā)酵過(guò)程中受到控制的參數(shù)和

5、因素，一般是菌種接入的方式、種齡、種量、培養(yǎng)基成分及添加方式、pH值、操作溫度、罐壓、溶氧速率、攪拌混合強(qiáng)度等等。而實(shí)際影響此生物過(guò)程的因素遠(yuǎn)不只此，有一些雖然已被認(rèn)識(shí)了，但是目前還不能測(cè)量和控制，有些則是尚未被認(rèn)識(shí)的?，F(xiàn)在只研究了少數(shù)一些參數(shù)對(duì)此過(guò)程的關(guān)系，而假定其它因素是不變的，實(shí)際上不可能是不變的。因此，在這種基礎(chǔ)上進(jìn)行的比擬放大，工程上的可靠性遠(yuǎn)較化工過(guò)程的比擬放大為差?！癜l(fā)酵罐比擬放大的基準(zhǔn)視具體情況具體分析，要抓主要矛盾www.themegallery.com比擬放大不是簡(jiǎn)單的比例放大。發(fā)酵設(shè)備的幾何相似只不過(guò)是相似的基本

6、條件之一，尤其重要的還要求流體的流態(tài)相似及傳質(zhì)、傳熱相似且與微生物的新陳代謝反應(yīng)有關(guān)系。放大依據(jù)：(1)氧傳遞速度相等；(2)比較攪拌槳葉頂端速度；(3)在通氣培養(yǎng)時(shí)，比較單位液量所需的攪拌功率；(4)混合時(shí)間相同；(5)雷諾準(zhǔn)數(shù)相等；(6)通過(guò)反饋控制盡可能使重要環(huán)境因子一致。前五項(xiàng)都是以化學(xué)工程學(xué)為基礎(chǔ)的物理方法。第六項(xiàng)是以控制環(huán)境條件調(diào)節(jié)所培養(yǎng)的微生物的生理變化(細(xì)胞內(nèi)代謝活性變化)，以達(dá)到重復(fù)所需產(chǎn)物生成過(guò)程的方法。第一節(jié)比擬放大的基本方法www.themegallery.com第一節(jié)比擬放大的基本方法一、幾何尺寸放大一般是根

7、據(jù)幾何相似原則放大，罐尺寸、攪拌器及罐內(nèi)各部位置等，一般是根據(jù)幾何相似原則放大的。大設(shè)備的裝料體積V2與小設(shè)備的裝料體積V1之比，稱(chēng)為體積放大倍數(shù)。在放大過(guò)程中，一般采用大、小反應(yīng)器直徑之比D2/D1，并定義為放大比。在機(jī)械攪拌反應(yīng)器中，若放大時(shí)幾何相似，則放大比還可用攪拌器直徑之比Di2/Di1來(lái)代替?！翊笮》磻?yīng)器的裝料體積之比稱(chēng)為體積放大倍數(shù)V2/V1●大小反應(yīng)器的直徑之比稱(chēng)為放大比D2/D1www.themegallery.com通風(fēng)量的大小不僅與氧傳遞速率有關(guān)，而且在通風(fēng)攪拌式生化反應(yīng)器中，通氣速率的大小還決定了反應(yīng)器中醪液攪

8、拌的強(qiáng)度。與通風(fēng)量有關(guān)的基本參數(shù)有下列一些：(1)單位容積液體的通氣量，即通風(fēng)比Q/V；(2)通風(fēng)準(zhǔn)數(shù)Na=Q/nD3i；(3)反應(yīng)器空截面的空氣線速度Vs；(4)體積溶氧系數(shù)KLa值。二、通風(fēng)量放大www.themeg