第四章氧的供与传递.ppt

5.1 生物反应器的分类 生物反应器的类型 间歇式（分批），连续式和半连续式 理想反应器和非理想反应器 罐式（高径比1-3）；管式（高径比﹥30）；塔式（高径比﹥10）；膜式 均相和非均相（固定床和流化床) 生物反应器和酶反应器 按操作方式 按流体流动和混合态 按几何构型和结构特征 按相态 按催化剂类型 按培养对象 微生物细胞反应器。植物细胞反应器和动物细胞反应器 5.2 几种典型的生物反应器 ★机械搅拌式生物反应器 壳体、控温部分、搅拌部分、通气部分、进出料口、测量系统和附属系统等 通用型发酵罐的几何尺寸： H0/D=1.7-3 d/D=1/2—1/3 W/D=1/8-1/12 B/D=0.8-1.0 s/d=1-2.5 Laboratory Process DevelopmentFermentor Experiments Agitation Cooling and heating Air inlet and outlet pH control Nutrient addition Inoculation Viewing port 发酵罐的组成。 壳体：体供微生物一个密闭的环境，设计耐压≧3atm. 控温部分：测温的传感器及冷却和加热用的夹套或盘管 搅拌部分：为了物料的混合和打碎气泡。 通气部分：从罐低通入无菌空气，入口空气1-2atm,顶部有空气的出口。 进出口：发酵原料进入及发酵后液体 的泵出。 酸碱出口，调pH 补料口：补充营养物。 测量系统：pH, 溶氧传感器 附属系统：视镜、挡板、 挡板部分：防止搅拌运转时产生的漩涡，为了防止积垢，在挡板与壁之间留有空隙。 全挡板条件：使漩涡基本消失，而增加挡板或其它附件时，搅拌功率不再增加。 无挡板 有挡板 (W/D)·m=0.4 当满足以下条件时 有四个宽度为W=(1/8-1/12)D就以满足全挡板条件。 搅拌器对液体产生轴向流动和径向流动。一般旋浆式搅拌器是流体产生轴向运动，故称为轴向流搅拌器。而涡轮式搅拌器成为径向流搅拌器。目前由于后者由于优良的脚板效果，多采用。只采用一个搅拌器的称谓单级，而相应的多级浆用于混合高黏度介质。 a: 螺旋桨；b:圆盘平直叶涡轮浆； c:圆盘弯叶涡轮浆；d:圆盘剪叶涡轮浆 搅拌轴从罐顶伸入或低伸入，后者由于重心低，稳定性好，传动噪音低，但要求严格。 Laboratory process developmentLab scale fermentor Experiments Batch process Fed-batch process Continuous process Semi-continuous process Laboratory process developmentShake Flask Experiments Optimization of conditions for cell growth and product formation using shake flask experiments: 1. pH 2. Temperature 3. Dissolved oxygen (DO) 4. Substrate choice 5. Maximal and optimal substrate concentration 6. Others Process control and monitoring Process parameters to be monitors Sugar consumption pH Temperature Fermentation time (h) Agitation Cell Dry Weight Product Computer softwares have been developed to monitor and change the process on line Fermentor sizes for various purposes Industrial Fermentation Setting 反应器的搅拌功率 1、牛顿流体中的搅拌功率 搅拌器以一定的速度旋转时，用以克服介质阻力所需用的功率——搅拌功率。其大小取决于叶轮的结构、尺寸、转速、流体的物性、挡板的尺寸及数目等。Rushton等人用因次分析法进行了研究，提出在全挡板的条件下，不通气的条件下，搅拌功率与其他因素的关系为 P0—不通气时的搅拌功率（W); ρL-液体密度（kg/m3); μ-液体黏度（Pa.s);di—搅拌器的直径（m);n—搅拌器的转速（r/s) 功率准数Np: 表示外力与被搅拌液体的惯性力之比；雷诺准数NRe: 表示惯性力与粘性力之比。 K与x：决定于搅拌器的形式，挡板的尺寸及流