第三章第四节生物反应器的比拟放ppt课件.ppt

第三章 生物反应器 第四节 生物反应器的比拟放大,一、生物反应器放大 指实验室或中试反应设备所取得的实验数据为依据，设计制造大规模的反应系统，以进行工业规模生产的过程。 解决“三传” 维持 生物细胞的生长速率 代谢产物的生成速率,二、生物反应器放大方法,1、理论放大法 发酵液是静止的或滞流的 系统。2、半理论放大 对动量方程进行简化，只 考虑液流主体的流动。3、因次分析法放大 动量、质量、热量衡算以无 因次形式（称为准数）。 4、经验法则放大。,经验放大规则,放大基本原理：罐的几何尺寸相似，放大生产用罐的特征参数与实验罐相同。,三、通用式发酵罐的放大设计1）、好氧生物反应器放大的经验准则：,1.以体积溶氧系数相等为基准的放大方法（ kLa ）体积传质（溶氧）系数 KL KL：以液膜为基准的总传质系数。 ：单位体积液体中，气泡的总表面积(m2/m3)；,高好氧发酵应用 KLa 相等的原则进行反应器放大通常可获得良好结果。 应用亚硫酸钠氧化法测定 KLa 值。2、以单位发酵液体积所消耗的功率为基准的放大方法（ P / VL ）。 放大以不通气时单位体积发酵液所消耗的功率不变。,不通气,3.以搅拌器叶端速度相等为基准的方法,搅拌器叶尖速度，它反应出液体的剪切速度。,4、 以混合时间相等的准则进行放大,混合时间是发酵罐几何尺寸、搅拌叶轮设计、操作条件以及发酵液流变特性的函数。对于大型发酵罐的设计此准则不合适，为什么？,工业上通气发酵罐放大采用 不同经验准则所占比例,二、比拟放大重点解决的内容 （放大需要计算项目）,几何尺寸放大空气流量放大搅拌功率放大及搅拌转速放大,1.几何尺寸放大,模型罐（放大前罐）: V1、D1、H1 放大生产罐： V2、D2、H2放大倍数：m,两台设备的几何形状完全相似，在几何相似放大中，放大倍数实际上就是反应器体积增加的倍数。,2.空气流量放大,空气流量：1） （m3/m3mi）（通常以标准状态给出）2）操作状态下空气的直线速度g，（或s）（m3/m2hr）or（m/hr），）（通常以标准状态给出）。,二种表示方法的换算,二、比拟放大重点解决的内容,几何尺寸放大空气流量放大搅拌功率放大及搅拌转速放大,求空气流量放大量的三种方法,（1）以单位培养液体积中空气流量相同的 原则放大即,（2）以空气直线流速相同原则放大,即,（3）以KL值相同原则放大（常用）,3.求搅拌功率放大及搅拌转速放大量,1）以单位培养液体积所消耗功率相同原 则放大，P/ VL = 常数,（2）以单位培养液体积所消耗的通气功率 相同原则放大，Pg / VL = 常数 Michel法,3）以KL相同放大时，功率和转速计算,根据Kla计算所选择的关联式不同，功率和转速的公式也不同。,则,例题41,有一试验罐装料体积650升，罐径为0.8m，HL1=1.36m，H/D=2,通气量1.2 VVM（标准状态），发酵温度28，罐表压0.03Mpa，试验罐与生产罐封头几何相似，现放大 125 倍，求：生产罐主要外形尺寸、空气流量的放 大到多少？,解：,1 若按 原则放大,2 若按 放大,3 若按 放大,教材 p71 例33,各种放大方法的比较 * * *1. 各种关键参数之间经常相互影响。2. 用单一参数进行放大可能有片面性。3. 采用（PV）1=（PV）2放大与实际经 验较为吻合。4. 应该用多尺度方法进行综合分析。,第四节 复习题,1、生物反应器放大方法主要有哪些？ 答：理论放大法、半理论放大、因次分析 法放大 、经验法则放大。,2、好氧生物反应器放大的经验准则有哪些？答： 1、以体积溶氧系数相等为基准的放大方法 （ KLa ）。 2、以单位体积发酵液所消耗的功率为基准的 方法。（ Pg/V ） 3、以搅拌器叶端速度相等为基准的方法。 4、以混合时间相等的准则进行放大。 5、以氧的分压相等为基准的方法。 6、以溶氧浓度相等为基准的方法。,第一节 通用式发酵罐结构第二节 通气发酵罐搅拌功率的计算（重点）第三节 其他类型发酵罐简介 第四节 生物反应器的放大设计,