好氧生物反应器课件.ppt
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1、2022/11/28,1,好氧生物反应器,Huang Yan11721777,2022/11/28,2,1.生物反应器2.反应器中氧的传递3.发酵动力学4.以丁二醇发酵为例分析,2022/11/28,3,1.生物反应器,生物反应器:用酶或生物体(如微生物)所具有的生物功能,在体外进行生化反应的装置系统。本质上就是酶反应器。不仅包括传统的发酵罐、酶反应器,还包括采用固定化技术后的固定化酶或细胞反应器、动植物细胞培养用反应器和光合生物反应器等生物反应器的作用:为酶或细胞代谢提供一个适宜的物理及化学环境,使细胞能更快更好地生长,并得到更多需要的生物量或代谢产物。,2022/11/28,4,生物反应器
2、发酵流程,2022/11/28,5,2022/11/28,6,生物反应器的分类,按结构区分: 搅拌罐式反应器 鼓泡式反应器 填充床式反应器 流化床式反应器. 膜反应器按操作方式区分: 分批式反应 连续式反应 流加分批式反应 混合形式 连续搅拌罐反应器 分批搅拌罐反应器,2022/11/28,7,生物反应器是生物工程中最重要的设备之一,在生物过程中,具有中心作用,是实现产品产业化的关键设备,是连接原料和产物的桥梁。反应器中,通过产物合成,廉价原料被升值了。生物反应器的设计和操作,是生物工程中一个及其重要的问题,对产品成本和质量有很大影响。,2022/11/28,8,一个优良的生物反应器应具备:(
3、1) 所用生物催化剂应具有较高的比活和酶浓度(或细胞浓 度),能得到较大的产品转化率。(2) 能用电脑自动检测和调控,从而获得最佳的反应条件。(3) 应具有良好的传质和混合性能。 (4) 应具有最佳的无菌条件,否则,杂菌污染使反应器的生产 能力下降。,2022/11/28,9,2.反应器中氧的传递,好氧微生物的生长发育、繁殖和产生代谢产物都需要消耗氧气,在发酵过程中必须通入适量无菌空气满足菌体生长需要。好氧微生物的氧化酶存在于原生质内,只能够利用溶解于发酵液中的氧气。由于各种好气微生物所含的氧化酶体系的种类和数量不同,在不同环境条件下,各种需氧微生物的吸氧量或呼吸程度也是不同的。在反应器中,微
4、生物的耗氧速率受到酵液中氧浓度影响,而发酵液中的氧浓度又受到诸多因素的影响。,2022/11/28,10,氧传递的双膜理论,2022/11/28,11,发酵液中氧的传递方程,C,Ci,P,Pi,气膜,液膜,N:传氧速率 kmol/m2.hkg: 气膜传质系数 kmol/m2.h.atmKl: 液膜传质系数 m/h,2022/11/28,12,以液相浓度为基准推导式,kL为液膜传质系数;kG为气膜传质系数;Ci为气液界面上的平衡浓度;C为反应液主流中氧的浓度;C*为与气相氧分压相平衡的氧浓度;H为亨利常数;KL为以液膜为基准的总传质系数。,2022/11/28,13,两边同乘a(单位体积反应液中
5、气液比表面积)Na单位体积反应液中氧的传质速率mol/m3s;kLa体积传质系数s-1;,2022/11/28,14,体积传质系数kLa作为一个整体在发酵过程中被测量出来,其值对在发酵过程中评估通气效率,调节溶氧有十分重要的意义。常用的测量kLa的方法有亚硫酸盐氧化法、取样极谱法、物料衡算法、动态法、排气法和电极法等。,2022/11/28,15,亚硫酸盐法测定容积氧传递系数,正常条件下,亚硫酸根离子的氧化反应非常快,远大于氧的溶解速度。当Na2SO3溶液的浓度在0.018 0.45mol内,温度在2045时,反应速度几乎不变。所以,氧一旦溶解于Na2SO3溶液中立即被氧化,反应液中的溶解氧浓
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