第六章生物反應(yīng)器的比擬放大

第六章生物反響器的比較放大生物工程產(chǎn)品研討開發(fā)周期：3個階段1、實驗室階段——根本生物細胞〔菌種〕的挑選和培育基的研討，搖瓶培育或1-3L反響器進展2、中試階段——小型反響器5-500L規(guī)模，環(huán)境因數(shù)最正確操作條件研討。3、工廠化規(guī)模——實驗消費至商業(yè)化消費，提供產(chǎn)品并獲經(jīng)濟效益。以上同一發(fā)酵消費，規(guī)模不同，生物反響一樣，但反響溶液的混合形狀、傳質(zhì)與傳熱速率等不盡一樣，細胞生長與代謝產(chǎn)物生成的速率也有差別。生物反響器的放大就是在生物反響器放大過程中，維持細胞生長和生物反響速率類似，也就是以中試反響設(shè)備的實驗數(shù)據(jù)為根據(jù)，設(shè)計制造大規(guī)模反響系統(tǒng)，進展工業(yè)規(guī)模消費。主要內(nèi)容概述生化反響器的特點生化反響器的種類及選擇與操作反響器比較放大一.概述

生化反響器(生物反響器)就是為順應(yīng)生化反響(生物反響)的特點而設(shè)計的反響設(shè)備。生化反響器的本質(zhì)也就是酶反響器。包括酶反響器、微生物反響器〔發(fā)酵罐〕和動植物細胞培育用反響器。其作用就是按照發(fā)酵過程的工藝要求，保證和控制各種參數(shù)。微生物反響器：是消費中最根本也是最主要的設(shè)備，種生化反響條件，如溫度、壓力、供氧量、密封防漏防止染菌等，促進微生物的新陳代謝，使之能在低消耗下獲得較高的產(chǎn)量。①厭氧生物反響器：其反響器不需供氧，設(shè)備構(gòu)造一般較為簡單。運用于乙醇、啤酒、丙酮、丁醇的消費。②好氧生物反響器：消費過程中需不斷通入無菌空氣，因此其設(shè)備的構(gòu)造比厭氧生物反響器復(fù)雜。運用于氨基酸、有機酸、酶制劑、抗生素和單細胞蛋白SCP等的消費。根據(jù)反響器通風和攪拌的方式不同可分為三類：機械攪拌通風式、自吸式和通風攪拌式。二.生化反響器的特點①生化反響與普通化學反響的不同主要在于其反響皆由生物催化劑-酶來催化的。決議了酶反響必需在比較溫暖的條件下進展，也就是在接近中性的pH、較低的溫度及近似細胞生理條件下進展。②生物的酶系是非常復(fù)雜的，在活細胞中它們是相互協(xié)調(diào)而處于最優(yōu)化的形狀，故活細胞常被用來合成一些代謝產(chǎn)物如多糖及蛋白質(zhì)等。由于反響的環(huán)境會隨著時間的進程而改動，就產(chǎn)生了一個如何控制反響過程使其最優(yōu)化的問題。③對生長細胞來說，要思索到如何維持發(fā)酵的最正確條件，主要包括細胞營養(yǎng)、代謝的調(diào)控以及反響產(chǎn)物的干擾。④由于酶作用對底物的高度特異性，它可以定向的產(chǎn)生一些用普通化學方法難以甚至無法得到的產(chǎn)品⑤大多數(shù)生化反響都在水相中進展，相對來說產(chǎn)物濃度較低，這就產(chǎn)生了一個產(chǎn)物回收工藝及本錢的問題。第一節(jié)生物反響器的放大目的與方法目的：運用實際分析和實驗研討相結(jié)合的方法，總結(jié)生物反響系統(tǒng)的內(nèi)在規(guī)律及影響要素，重點研討處理質(zhì)量傳送、動量傳送和熱量傳送問題，使在反響器放大過程中盡能夠維持生物細胞的生長速率、代謝產(chǎn)物的生成速率。方法傳送景象受兩個機理控制：對流和分散。對流時間常數(shù)：tf=L/υL------反響器特征尺寸，υ-----反響溶液對流速度分散時間常數(shù)：tD=L2/KK------分散系數(shù)放大后傳送時間tf和tD明顯增大，攪拌剪切、混合、溶氧傳質(zhì)、熱量傳送和表觀動力學會變化。而轉(zhuǎn)化常數(shù)tc大致維持不變。對于小型反響器，tc＞tf〔tD〕，對于大型反響器tc＜tf〔tD〕，所以生物反響器比普通化學反響器更復(fù)雜，其發(fā)大過程難度更高。生物發(fā)酵過程和生物反響器的開發(fā)設(shè)計由3個步驟構(gòu)成：1、在較寬的培育條件〔培育基的營養(yǎng)物質(zhì)及濃度、PH、溶氧速率和溶氧濃度、攪拌剪切強度等〕下對所運用的生物細胞種進展實驗，以掌握細胞生長動力學及產(chǎn)物生長動力學的特征。2、根據(jù)上述實驗，確定生物發(fā)酵的最優(yōu)培育基配方和培育條件。3、對質(zhì)量傳送、熱量傳送和動量傳送等微觀衡算方程進展求解，導出能表達反響器內(nèi)的環(huán)境條件和主要操作變量〔攪拌轉(zhuǎn)速、通風量、攪拌功率、基質(zhì)流加速率等〕之間的關(guān)系模型。運用此數(shù)學模型，計算優(yōu)化條件下主要操作變量的取值。例如機械攪拌式和氣升環(huán)流式等發(fā)酵反響器。第二節(jié)通風發(fā)酵罐的放大設(shè)計一、機械攪拌通氣發(fā)酵罐的閱歷放大法以體積溶氧系數(shù)kLa相等為基準放大法以Po/VL相等的準那么進展反響器的放大以攪拌葉尖線速度相等的準那么進展放大以攪拌液流速度壓頭H、攪拌液流循環(huán)速率QL及QL/H比值對發(fā)酵反響器放大設(shè)計的影響根據(jù)消費量和產(chǎn)率選擇發(fā)酵