第二章 生物反应器ppt课件.ppt

《第二章 生物反应器ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第二章生物反应器生物反应器：是指有效利用生物反应机能的系统（或场所），不仅包括传统得发酵罐（fermenter）、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：为生物催化剂进行反应而提供良好反应环境的核心设备。生物反应器的作用：就是为生物体代谢提供一个优化的物理、化学环境，使生物体能更快更好地生长，以获到更多需要地生物量或代谢产物。生物反应器的特点生物（酶除外）反应都以自催化（autocatalysis）方式进行，即在目的产物生成的过程中生物自力要生长繁殖。生物反应速率较快，生物反应器的体积反应速率不高

2、与其他相关生产规模的加工过程相比，所需反应器体积大对好氧反应，因通风与混合等，动力消耗高产物浓度低高效生物反应器的特点：设备简单，结构严密良好的液体混合性能，较高的三传速率易于放大具有配套而又可靠的检测及控制仪表等判断生物反应器好坏的标准：该装置能否适合工艺要求，以获得最大的生产效率。生物反应器的分类按有机体种类：细胞反应器（微生物反应器、植物细胞反应器、动物细胞反应器）酶反应器。根据操作方式：间歇操作反应器、连续操作反应器和半间歇操作反应器。根据流体宏观混合状态：理想流动和非理想流动。根据反应器形态和结构：槽式、塔式、管式和膜式等反应器根据反应物系的相态：均相和多

3、相反应器。根据能量提供方式：机械搅拌和流体搅拌反应器。生物反应器选型与设计的要点选择适宜的生物催化剂。这包括要了解产物在生物反应的哪一阶段大量生成、适宜的pH和温度，是否好氧和易受杂菌污染等。确定适宜的反应器形式。确定反应器规模、几何尺寸、操作变量等。传热面积的计算。通风与搅拌装置的设计计算。材料的选择与确保无菌操作的设计。检验与控制装置。安全性。经济性。生物反应器的操作模型间歇操作对酶反应，培养液一次性全部加入，接种培养一段时间后，将培养液一次性全部放出；对细胞反应，接种后反应到规定要求。连续操作反应物加入与产物排出是连续进行的半间歇操作介于两者之间操作模型用一组

4、包括底物、产物和生物量的动力学在内的质量衡算方程，来描述在不同操作方式反应器内状态变量随时间变化的规律。对细胞生长：累积量=进入量-流出量+生长量-死亡量对底物消耗：累积量=进入量-流出量-反应消耗量对产物生成：累积量=进入量-流出量+反应生成量反应器设计和操作参数停留时间τ反应器体积VR转化率φ=(S0-S)/S0生产能力(生产强度)PX:单位时间单位体积的细胞的生产量(kg*m-3*h-1)。间歇操作搅拌反应器操作特征：①反应过程中与外界无物料交换②反应器中各组分浓度仅随反应时间变化，是非稳态反应过程③物料具有相同停留时间④反应器内物料混合充分，不存在浓度和温度

5、梯度推导对底物S的衡算式：累积速率=-反应消耗速率反应速率：对于均相酶促催化反应单底物酶促反应BSTR的反应器对于细胞反应减速生长期指数生长期分批培养细胞生长的六个阶段停滞期加速生长期平衡生长期负生长期对数生长期细胞生长时间的计算对数生长期，比生长速率达到最大代入积分式后积分得到对于间歇操作的反应器，反应物要达到一定的反应程度，仅与过程的速率有关，而与反应器的大小无关。产率是优化的目标函数若以产物浓度最高为目标——总产率；若以最大产物生成速率时为反应终止时间——最大产率。连续操作搅拌反应器操作特点：进出料速率相同，且保持恒定反应器内变量不随时间变化，处于稳态操作反应

6、器内物料在空间上达到完全混合，各处物系组成相同。稳态条件下：物料在反应器中的平均停留时间稀释率表示单位体积在单位时间所处理物料的体积保留酶的方法动力学：恒化法与恨浊法带有细胞循环的CSTR红色表示带循环的CSTR黑色表示不带循环的CSTR稳态操作各个反应器内为全混流反应器之间无返混各反应器操作条件相同，得率为常数连续活塞流反应器平稳，等速流动，不存在返混，所有微元体在反应器中的停留时间都是相同的。返混：反应器内停留时间不同的微元流体之间的“混合”。CSTR反应器可使这种返混的程度达到最大，常称为全混流反应器；CPFR是另一个极端，在反应器中不存在返混，是活塞流反应器

7、。主要用途：对剪切敏感的组织培养过程，废水处理过程，固定化酶和固定化细胞的反应过程。优点：较高的产率，易优化控制带循环的CPFR部分细胞连续从出口返回选择最佳的物料循环速度CSTR型与CPFR型反应器性能的比较在相同的工艺条件下进行同一反应，达到相同转化率时，两者所需的停留时间不同，CSTR型的比CPFR型反应器的要长，也就是前者所需的反应器体积比后者大。转化率越高，CSTR中所需酶的相对量也就越大。另外，比值还依赖于反应级数，一级反应时其比值最大，0级反应时其比值最小。0级反应时，CSTR与CPFR内酶活力的衰退没有什么区别。但如果反应从0级增至一级，那么，两