生物反应器的比拟放大 心生物反应器的放大目的及方法 生物反应悬的放大目的、内容 生物反应器放大方油 通风发酵罐的放大设计 机械搅拌通风发酵罐的经验放大 〉气升式发酵罐的放大
生物反应器的比拟放大 ❖生物反应器的放大目的及方法 ➢ 生物反应器的放大目的、内容 ➢ 生物反应器放大方法 ❖通风发酵罐的放大设计 ➢ 机械搅拌通风发酵罐的经验放大 ➢ 气升式发酵罐的放大
生物反应器的比拟放大 任何一个生物工程产品的研究开发周期必须经历3个阶段: (1)实验室阶段 (2)中试阶段 (3)工厂化规模 √比拟放火 把小型设备中进行科学实验所获得的成果在大生产设备中子 以再现的手段,它不是等比例放大,而是以相似论的方法进行 放大
生物反应器的比拟放大 任何一个生物工程产品的研究开发周期必须经历3个阶段： （1）实验室阶段 （2）中试阶段 （3）工厂化规模 ✓比拟放大 把小型设备中进行科学实验所获得的成果 在大生产设备中予 以再现的手段，它不是等比例放大， 而是以相似论的方法进行 放大
生物反应器的放大目的及方法 比拟放火的依据: 1、草位体积漩体的搅拌消耗功率 2、搅拌雷诺准数 3、嵱氧糸数 4、搅拌器叶尖线速度, 5、混合肘间
比拟放大的依据： 1、单位体积液体的搅拌消耗功率 2、搅拌雷诺准数 3、溶氧系数 4、搅拌器叶尖线速度， 5、混合时间 生物反应器的放大目的及方法
生物反应器的放大目的及方法 √生物反应暴的放火目的 应用理论分析和实验研究相结合的方法,总结生物反应系统的 内在规律及影响因素,重点研究解决有关的质量传递、动量传 递和热量传递问题,以便在反应器的放大过程中尽可能维持生 物细胞的生长速率、代谢产物的生成速率 √比拟放火的内容 罐的几何尺寸,通风量,搅拌功率,传热面积和其他方面的放 大问题,这些内容都有一定的相互关系
✓生物反应器的放大目的 应用理论分析和实验研究相结合的方法，总结生物反应系统的 内在规律及影响因素，重点研究解决有关的质量传递、动量传 递和热量传递问题，以便在反应器的放大过程中尽可能维持生 物细胞的生长速率、代谢产物的生成速率。 生物反应器的放大目的及方法 ✓比拟放大的内容 罐的几何尺寸，通风量，搅拌功率，传热面积和其他方面的放 大问题，这些内容都有一定的相互关系
生物反应器的放大目的及方法 √生物反应器的开发和设计过程 理论上,生物发酵过程和生物反应器的开发和设计过程由3步 构成: (1)在较宽的培养条件(例如培养基的培养物质组分及其浓度、p、溶 氧速率和溶氧浓度、搅拌剪切强度等)下对所用的生物细胞种进行试验, 以掌握细胞生长动力学及产物生成动力学等特性; (2)根据试验结果,确定该生物发酵的最优的培养基配方和培养条件; (3)对有关的质量传递、热量传递、动量传递等微观衡算方程进行求解, 导出能表达反应器内的环境条件和主要操作变量(搅拌转速、通风量、搅 拌功率、基质流加速率等)之间的关系模型。然后,应用此数学模型,计 算优化条件下主要操作变量的取值
✓生物反应器的开发和设计过程 理论上，生物发酵过程和生物反应器的开发和设计过程由3步 构成： （1）在较宽的培养条件（例如培养基的培养物质组分及其浓度、pH、溶 氧速率和溶氧浓度、搅拌剪切强度等）下对所用的生物细胞种进行试验， 以掌握细胞生长动力学及产物生成动力学等特性； （2）根据试验结果，确定该生物发酵的最优的培养基配方和培养条件； （3）对有关的质量传递、热量传递、动量传递等微观衡算方程进行求解， 导出能表达反应器内的环境条件和主要操作变量（搅拌转速、通风量、搅 拌功率、基质流加速率等）之间的关系模型。然后，应用此数学模型，计 算优化条件下主要操作变量的取值。 生物反应器的放大目的及方法
生物反应器的放大目的及方法 √生物反应暴放火方法 理论方法 半理论方法 因次分析法 数学模型法 °经验规则
✓生物反应器放大方法 • 理论方法 • 半理论方法 • 因次分析法 • 数学模型法 • 经验规则 生物反应器的放大目的及方法
生物反应器的放大目的及方法 理论放大方法 所谓理论放大法,就是建立及求解反应系统的动量、质量和能 量平衡方程 半理论放大方法 对动量方程进行简化,只考虑液流主体的流动,忽略局部的复 杂流动,进行设计放大
•理论放大方法 所谓理论放大法，就是建立及求解反应系统的动量、质量和能 量平衡方程。 •半理论放大方法 对动量方程进行简化，只考虑液流主体的流动，忽略局部的复 杂流动，进行设计放大。 生物反应器的放大目的及方法
生物反应器的放大目的及方法 因次分析放大方法 所谓因次分析放大法,就是在放大过程中,维持生物发酵系统 参数构成的无因次数群(称为准数)恒定不变。 因次分析法机理 把反应系统的动量、质量、热量衡算以及有关的边界条件、初 始条件以无因次形式写出用于放大过程
•因次分析放大方法 所谓因次分析放大法，就是在放大过程中，维持生物发酵系统 参数构成的无因次数群（称为准数）恒定不变。 因次分析法机理 把反应系统的动量、质量、热量衡算以及有关的边界条件、初 始条件以无因次形式写出用于放大过程。 生物反应器的放大目的及方法
生物反应器的放大目的及方法 表1生物反应过程常用的准数 类型准数名称 物理意义 准数表达式 动[ Reynolds惯性力/黏性力 Re=pND /u 量[ Froude惯性力/重力 Fr=NdI / g 传 Weber 惯性力/表面张力 We=pN2D2d/o 递「功率准数 PN=PPND) Sherwood总传质散传质 Sh=kDID 质| Schmidt(水力边界层传质边界层|Sc=vD 量 Peclet 对流传质)散传质 Pe=VLD 传 Fourier 过程时间)散时间 Fo=D/d2 递 Biot 外部传质内部传质 Bi kdp Di 热量 Mussel 总传质/导热 Nu=aDa 传递 Prandtl(水力边界层传热边界层)|Pr=a
类 型 准数名称 物 理 意 义 准 数 表 达 式 动 量 传 递 Reynolds 惯性力/黏性力 Re＝ρNDi 2 /μ Froude 惯性力/重力 Fr＝ N2Di /g Weber 惯性力/表面张力 We＝ρN2Di 2d/σ 功率准数 PN ＝P0 /(ρN3Di 5 ) 质 量 传 递 Sherwood 总传质/扩散传质 Sh＝kD/Di Schmidt (水力边界层/传质边界层) 3 Sc＝v/Di Peclet 对流传质/扩散传质 Pe＝vL/Di Fourier 过程时间/扩散时间 Fo＝ Di t/D2 Biot 外部传质/内部传质 Bi＝ kdp /Di 热量 传递 Nussel 总传质/导热 Nu＝αD/λ Prandtl (水力边界层/传热边界层) 3 Pr＝ V/α 表1 生物反应过程常用的准数 生物反应器的放大目的及方法
数学模拟放大法进行发酵罐的放大 数学模拟法是根据有关原理和必要的试验结果,对实际的过程用数 学方程的形式加以描述,然后用计算机进行模拟研究、设计和放大。该 法的数学模型根据建立方法不同可分为由过程机理推导而得到的“机理 模型”、由经验数据归纳而得的“经验模型”和介于二者之间的“混合 模型”。 机理模型是从分析过程的机理出发而建立起来的严谨的、系统的数 学方程式。此模型建立的基础是必须对过程要有深刻而透彻对了解。 经验模型是一种以小型实验、中间试验或生产装置上实测对数据为 基础而建立的数学模型。 混合模型是通过理论分析,确定各参数之间的函数关系的形式,在 通过实验数据来确定此函数式中各参数的数值,也就是把机理模型和经 验模型结合而得到的一种模型
数学模拟法是根据有关原理和必要的试验结果，对实际的过程用数 学方程的形式加以描述，然后用计算机进行模拟研究、设计和放大。该 法的数学模型根据建立方法不同可分为由过程机理推导而得到的“机理 模型”、由经验数据归纳而得的“经验模型”和介于二者之间的“混合 模型”。 机理模型是从分析过程的机理出发而建立起来的严谨的、系统的数 学方程式。此模型建立的基础是必须对过程要有深刻而透彻对了解。 经验模型是一种以小型实验、中间试验或生产装置上实测对数据为 基础而建立的数学模型。 混合模型是通过理论分析，确定各参数之间的函数关系的形式，在 通过实验数据来确定此函数式中各参数的数值，也就是把机理模型和经 验模型结合而得到的一种模型。 数学模拟放大法进行发酵罐的放大