生物反應器和比擬放大

1、微生物反應器微生物反應器:是生產(chǎn)中最基本也是最主要的設備是生產(chǎn)中最基本也是最主要的設備,其作用就是按照發(fā)酵過程的工藝要求其作用就是按照發(fā)酵過程的工藝要求,保證和控制各保證和控制各種生化反應條件種生化反應條件,如溫度、壓力、供氧量、密封防漏如溫度、壓力、供氧量、密封防漏防止染菌等防止染菌等,促進微生物的新陳代謝促進微生物的新陳代謝,使之能在低消使之能在低消耗下獲得較高的產(chǎn)量。耗下獲得較高的產(chǎn)量。厭氧生物反應器厭氧生物反應器:其反應器不需供氧其反應器不需供氧,設備結構一設備結構一般較為簡單。應用于乙醇、啤酒、丙酮、丁醇的生產(chǎn)。般較為簡單。應用于乙醇、啤酒、丙酮、丁醇的生產(chǎn)。好氧生物反應器好氧生物反

2、應器:生產(chǎn)過程中需不斷通入無菌空氣生產(chǎn)過程中需不斷通入無菌空氣,因而其設備的結構比厭氧生物反應器復雜。應用于氨因而其設備的結構比厭氧生物反應器復雜。應用于氨基酸、有機酸、酶制劑、抗生素和單細胞蛋白基酸、有機酸、酶制劑、抗生素和單細胞蛋白SCP等等的生產(chǎn)。的生產(chǎn)。根據(jù)反應器通風和攪拌的方式不同可分為三類根據(jù)反應器通風和攪拌的方式不同可分為三類:機械機械攪拌通風式、自吸式和通風攪拌式。攪拌通風式、自吸式和通風攪拌式。二二. .生化反應器的特點生化反應器的特點生化反應器的特點生化反應器的特點生化反應與一般化學反應的不同主要在于其反生化反應與一般化學反應的不同主要在于其反應皆由生物催化劑應皆由生物催化

3、劑- -酶來催化的。決定了酶反應酶來催化的。決定了酶反應必須在比較溫和的條件下進行必須在比較溫和的條件下進行, ,也就是在接近中也就是在接近中性的性的pHpH、較低的溫度及近似細胞生理條件下進行。、較低的溫度及近似細胞生理條件下進行。生物的酶系是非常復雜的生物的酶系是非常復雜的, ,在活細胞中它們是在活細胞中它們是相互協(xié)調而處于最優(yōu)化的狀態(tài)相互協(xié)調而處于最優(yōu)化的狀態(tài), ,故活細胞常被用故活細胞常被用來合成一些代謝產(chǎn)物如多糖及蛋白質等。由于反來合成一些代謝產(chǎn)物如多糖及蛋白質等。由于反應的環(huán)境會隨著時間的進程而改變應的環(huán)境會隨著時間的進程而改變, ,就產(chǎn)生了一就產(chǎn)生了一個如何控制反應過程使其最優(yōu)化

4、的問題。個如何控制反應過程使其最優(yōu)化的問題。對生長細胞來說對生長細胞來說, ,要考慮到如何維持發(fā)酵的最要考慮到如何維持發(fā)酵的最佳條件佳條件, ,主要包括細胞營養(yǎng)、代謝的調控以及主要包括細胞營養(yǎng)、代謝的調控以及反應產(chǎn)物的干擾。反應產(chǎn)物的干擾。由于酶作用對底物的高度特異性由于酶作用對底物的高度特異性, ,它可以定向它可以定向的產(chǎn)生一些用一般化學方法難以甚至無法得到的產(chǎn)生一些用一般化學方法難以甚至無法得到的產(chǎn)品的產(chǎn)品大多數(shù)生化反應都在水相中進行大多數(shù)生化反應都在水相中進行, ,相對來說產(chǎn)相對來說產(chǎn)物濃度較低物濃度較低, ,這就產(chǎn)生了一個產(chǎn)物回收工藝及這就產(chǎn)生了一個產(chǎn)物回收工藝及成本的問題。成本的問題

5、。三三. 生化反應器的種類及選擇與操作生化反應器的種類及選擇與操作按生化反應是在一個相或是在多個相內(nèi)進行按生化反應是在一個相或是在多個相內(nèi)進行,可可分為均相反應器和非均相反應器。發(fā)酵工業(yè)中的分為均相反應器和非均相反應器。發(fā)酵工業(yè)中的絕大多數(shù)都屬于非均相反應器。絕大多數(shù)都屬于非均相反應器。（一）機械攪拌式生化反應器（一）機械攪拌式生化反應器它是借攪拌渦輪輸入混合以及相際傳質所需要的它是借攪拌渦輪輸入混合以及相際傳質所需要的功率。這種反應器的適應性最強功率。這種反應器的適應性最強,從牛頓型流體從牛頓型流體直到非牛頓型的絲狀菌發(fā)酵液直到非牛頓型的絲狀菌發(fā)酵液,都能根據(jù)實際情都能根據(jù)實際情況和需要況和

6、需要,為之提供較高的傳質速率和必要的混為之提供較高的傳質速率和必要的混合速度。缺點是機械攪拌器的驅動功率較高合速度。缺點是機械攪拌器的驅動功率較高,一一般般24kw/m3,這對大型的反應器來說是個巨大負這對大型的反應器來說是個巨大負擔。擔。2021/3/2362021/3/237機械攪拌發(fā)酵罐的基本條件機械攪拌發(fā)酵罐的基本條件發(fā)酵罐應具有適宜的高徑比。一般高徑比為發(fā)酵罐應具有適宜的高徑比。一般高徑比為2.54。發(fā)酵罐能承受一定的壓力。由于發(fā)酵罐在消毒發(fā)酵罐能承受一定的壓力。由于發(fā)酵罐在消毒和正常工作時和正常工作時,罐內(nèi)有一定的壓力和溫度罐內(nèi)有一定的壓力和溫度,因此因此罐體各部件要有一定的強度罐

7、體各部件要有一定的強度,能承受一定的壓能承受一定的壓力。力。發(fā)酵罐的通風攪拌裝置要能使氣泡分散細碎發(fā)酵罐的通風攪拌裝置要能使氣泡分散細碎,氣液充分混合氣液充分混合,保證發(fā)酵液必須的溶解氧保證發(fā)酵液必須的溶解氧,提高提高氧的利用率。氧的利用率。發(fā)酵罐應具有足夠的冷卻面積。發(fā)酵罐應具有足夠的冷卻面積。發(fā)酵灌內(nèi)應拋光發(fā)酵灌內(nèi)應拋光,盡量減少死角盡量減少死角,避免藏垢積污避免藏垢積污,使滅菌徹底使滅菌徹底,避免染菌。避免染菌。攪拌器的軸封嚴密攪拌器的軸封嚴密,盡量減少泄漏。盡量減少泄漏。機械攪拌罐結構機械攪拌罐結構設備主要部件包括罐身、攪拌器、軸封、消泡器設備主要部件包括罐身、攪拌器、軸封、消泡器中間

8、軸承中間軸承,空氣噴射器、擋板、冷卻裝置、人孔空氣噴射器、擋板、冷卻裝置、人孔罐體由圓柱體及橢圓形或碟形封頭焊接成罐體由圓柱體及橢圓形或碟形封頭焊接成,材材料為碳鋼或不銹鋼。為滿足工藝要求料為碳鋼或不銹鋼。為滿足工藝要求,罐需承受罐需承受一定壓力一定壓力,通常滅菌壓力通常滅菌壓力0.25MPa(絕對大氣壓絕對大氣壓)攪拌器和擋板攪拌器和擋板渦輪式攪拌器的葉片有平葉式、彎葉式、箭葉式渦輪式攪拌器的葉片有平葉式、彎葉式、箭葉式三種三種,其主要是打碎氣泡其主要是打碎氣泡,加速和提高溶氧。平加速和提高溶氧。平葉式功率消耗較大葉式功率消耗較大,彎葉式較小彎葉式較小,箭葉式又次之。箭葉式又次之。擋板的作用

9、是防止液面中央產(chǎn)生旋渦擋板的作用是防止液面中央產(chǎn)生旋渦,促使液體促使液體激烈翻動激烈翻動,提高溶氧。擋板寬度約為（提高溶氧。擋板寬度約為（0.10.12）D。裝設。裝設64塊擋板塊擋板,可滿足全擋板條件?？蓾M足全擋板條件。2021/3/2310全擋板條件全擋板條件是指在一定轉速下是指在一定轉速下,再增加罐內(nèi)附件再增加罐內(nèi)附件,軸功率仍軸功率仍保持不變。要達到全擋板條件必須滿足下式要求保持不變。要達到全擋板條件必須滿足下式要求:(W/D)Z=0.5D-罐的直徑罐的直徑Z-擋板數(shù)擋板數(shù)W-擋板寬度擋板寬度2021/3/2311軸封軸封軸封的作用是防止泄漏和染菌。常用的軸軸封的作用是防止泄漏和染菌。

10、常用的軸封有填料函和端面軸封。封有填料函和端面軸封。填料函由填料箱體、底襯套、壓蓋和壓緊填料函由填料箱體、底襯套、壓蓋和壓緊螺栓等零件組成。螺栓等零件組成。端面軸封的作用是靠彈性元件的壓力使垂直于軸端面軸封的作用是靠彈性元件的壓力使垂直于軸線的動環(huán)和靜環(huán)光滑表面緊密地相互貼合線的動環(huán)和靜環(huán)光滑表面緊密地相互貼合,并作并作相對運動而達到密封。相對運動而達到密封。2021/3/23122021/3/2314 優(yōu)點優(yōu)點:節(jié)約空氣凈化系統(tǒng)中的空氣壓縮機、冷卻器、節(jié)約空氣凈化系統(tǒng)中的空氣壓縮機、冷卻器、油水分離器、空氣貯罐等設備油水分離器、空氣貯罐等設備, ,減少了廠房占減少了廠房占地面積地面積, ,節(jié)

11、省投資節(jié)省投資; ;通氣質量是最好的通氣質量是最好的, ,通入發(fā)通入發(fā)酵液中的酵液中的2315m2315m2 2氣液接觸面積氣液接觸面積/m/m3 3空氣空氣; ;動力消動力消耗低耗低; ;設備便于自動化、連續(xù)化、降低了勞動設備便于自動化、連續(xù)化、降低了勞動強度強度, ,減少勞動力。減少勞動力。缺點缺點: : 空氣靠負壓吸入到罐內(nèi)空氣靠負壓吸入到罐內(nèi), ,所以要求使用低阻力、所以要求使用低阻力、高除菌效率的空氣凈化系統(tǒng)高除菌效率的空氣凈化系統(tǒng); ;由于結構上的特由于結構上的特點點, ,大型自吸式充氣發(fā)酵罐的攪拌充氣葉輪的大型自吸式充氣發(fā)酵罐的攪拌充氣葉輪的線速度在線速度在30m/s30m/s左

12、右左右, ,在葉輪周圍形成強烈的剪在葉輪周圍形成強烈的剪切區(qū)域。充氣攪拌葉輪的充氣量隨發(fā)酵液的深切區(qū)域。充氣攪拌葉輪的充氣量隨發(fā)酵液的深度增大而減少度增大而減少, ,因此比擬放大有一最適范圍。因此比擬放大有一最適范圍。罐壓較低罐壓較低, ,對某些產(chǎn)品生產(chǎn)容易造成染菌。對某些產(chǎn)品生產(chǎn)容易造成染菌。（三）氣升式生化反應器（三）氣升式生化反應器工作機理工作機理:是在罐外裝設上升管是在罐外裝設上升管,上升管兩端與罐底及罐上上升管兩端與罐底及罐上部相連接部相連接,構成一個循環(huán)系統(tǒng)。在上升管的下部構成一個循環(huán)系統(tǒng)。在上升管的下部裝設空氣噴嘴裝設空氣噴嘴,空氣噴嘴以空氣噴嘴以250300（m/s）的）的高速

13、度噴入上升管借噴嘴的作用而使空氣泡分割高速度噴入上升管借噴嘴的作用而使空氣泡分割細碎細碎,與上升管的發(fā)酵液密切接觸。由于上升管與上升管的發(fā)酵液密切接觸。由于上升管內(nèi)的發(fā)酵液輕。加上壓縮空氣的噴流動能內(nèi)的發(fā)酵液輕。加上壓縮空氣的噴流動能,因此因此使上升管的液體上升使上升管的液體上升,罐內(nèi)的液體下降而進入上罐內(nèi)的液體下降而進入上升管升管,形成反復的循環(huán)形成反復的循環(huán),供給發(fā)酵液所耗的溶解供給發(fā)酵液所耗的溶解氣量氣量,使發(fā)酵正常進行。分內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種。使發(fā)酵正常進行。分內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種。2021/3/23172021/3/2318優(yōu)點優(yōu)點:結構簡單結構簡單,冷卻面積小冷卻面積小;無攪拌傳動設備

14、節(jié)省動無攪拌傳動設備節(jié)省動力約力約50%,節(jié)省鋼材節(jié)省鋼材;操作時無噪音操作時無噪音;料液可充料液可充滿滿80%90%,而不需加消泡劑而不需加消泡劑;維修、操作及維修、操作及清洗簡單清洗簡單,減少雜菌污染。減少雜菌污染。缺點缺點:對于粘度較大的發(fā)酵液溶氧系數(shù)較低。對于粘度較大的發(fā)酵液溶氧系數(shù)較低。（四）新型啤酒發(fā)酵設備（四）新型啤酒發(fā)酵設備圓筒體錐底發(fā)酵罐（錐形罐）圓筒體錐底發(fā)酵罐（錐形罐）廣泛用于發(fā)酵啤酒生產(chǎn)。這種設備的優(yōu)點在于能廣泛用于發(fā)酵啤酒生產(chǎn)。這種設備的優(yōu)點在于能縮短發(fā)酵時間縮短發(fā)酵時間,而且具有生產(chǎn)上的靈活性。故能而且具有生產(chǎn)上的靈活性。故能適合于生產(chǎn)各種類型啤酒的要求。這種設備一

15、般適合于生產(chǎn)各種類型啤酒的要求。這種設備一般置于室外。已滅菌的新鮮麥芽汁與酵母由底部進置于室外。已滅菌的新鮮麥芽汁與酵母由底部進入罐內(nèi)入罐內(nèi),發(fā)酵最旺盛時發(fā)酵最旺盛時,使用全部冷卻夾套使用全部冷卻夾套,維持適維持適宜的發(fā)酵溫度。宜的發(fā)酵溫度。2021/3/2320錐底內(nèi)角為錐底內(nèi)角為60度度,內(nèi)有涂料的鋼罐的錐底內(nèi)角為內(nèi)有涂料的鋼罐的錐底內(nèi)角為75度度,使排污的時候使排污的時候,酵母可強制排出。罐的容酵母可強制排出。罐的容量系數(shù)為量系數(shù)為80%85%。視罐體高度視罐體高度,冷卻夾套分為冷卻夾套分為24段段,錐體夾套可錐體夾套可設一段或不設。發(fā)酵罐應保溫設一段或不設。發(fā)酵罐應保溫,以盡量減少冷、

16、以盡量減少冷、熱消耗。多數(shù)是采用夾層聚胺酯發(fā)泡保溫。外殼熱消耗。多數(shù)是采用夾層聚胺酯發(fā)泡保溫。外殼多數(shù)是采用塑料、鋁或不銹鋼。罐體的材料為不多數(shù)是采用塑料、鋁或不銹鋼。罐體的材料為不銹鋼或碳鋼加涂料。銹鋼或碳鋼加涂料。四）新型啤酒發(fā)酵設備四）新型啤酒發(fā)酵設備圓筒體錐底發(fā)酵罐（錐形罐）圓筒體錐底發(fā)酵罐（錐形罐）廣泛用于發(fā)酵啤酒生產(chǎn)。這種設備的優(yōu)點在于能廣泛用于發(fā)酵啤酒生產(chǎn)。這種設備的優(yōu)點在于能縮短發(fā)酵時間縮短發(fā)酵時間,而且具有生產(chǎn)上的靈活性。故而且具有生產(chǎn)上的靈活性。故能適合于生產(chǎn)各種類型啤酒的要求。這種設備能適合于生產(chǎn)各種類型啤酒的要求。這種設備一般置于室外。已滅菌的新鮮麥芽汁與酵母由一般置于

17、室外。已滅菌的新鮮麥芽汁與酵母由底部進入罐內(nèi)底部進入罐內(nèi),發(fā)酵最旺盛時發(fā)酵最旺盛時,使用全部冷卻夾使用全部冷卻夾套套,維持適宜的發(fā)酵溫度。維持適宜的發(fā)酵溫度。立體為圓柱形立體為圓柱形,底蓋和頂蓋為圓形封頭或錐形的底蓋和頂蓋為圓形封頭或錐形的立式金屬容器。罐頂裝有廢氣回收管立式金屬容器。罐頂裝有廢氣回收管,進料管、進料管、接種管、壓力表和各種測量儀器接口。罐底裝有接種管、壓力表和各種測量儀器接口。罐底裝有排料口和排污口。還有人孔。發(fā)酵罐的冷卻裝排料口和排污口。還有人孔。發(fā)酵罐的冷卻裝置置,對于中小型發(fā)酵罐對于中小型發(fā)酵罐,多采用罐頂噴水淋于罐多采用罐頂噴水淋于罐外壁表面外壁表面,進行膜狀冷卻。對

18、于大型發(fā)酵罐進行膜狀冷卻。對于大型發(fā)酵罐,由由于罐外壁冷卻面積不能滿足冷卻要求于罐外壁冷卻面積不能滿足冷卻要求,所以罐內(nèi)所以罐內(nèi)裝有冷卻蛇管。裝有冷卻蛇管。2021/3/2323（六）動物細胞生物反應器（六）動物細胞生物反應器氣升式生物反應器氣升式生物反應器只能培養(yǎng)懸浮生長的細胞只能培養(yǎng)懸浮生長的細胞中空纖維管生物反應器中空纖維管生物反應器即可培養(yǎng)懸浮生長的細胞即可培養(yǎng)懸浮生長的細胞,也可培養(yǎng)貼壁依賴性細胞也可培養(yǎng)貼壁依賴性細胞主要用來培養(yǎng)雜交瘤細胞主要用來培養(yǎng)雜交瘤細胞,生產(chǎn)單克隆抗體生產(chǎn)單克隆抗體通氣攪拌反應器通氣攪拌反應器動物細胞是一種無細胞壁的真核細胞動物細胞是一種無細胞壁的真核細胞,

19、生長緩慢生長緩慢,對培對培養(yǎng)環(huán)境十分敏感。動物細胞十分脆弱養(yǎng)環(huán)境十分敏感。動物細胞十分脆弱,對剪切應力敏對剪切應力敏感。一種安全有效的方法是通過改變通入培養(yǎng)罐內(nèi)氣體感。一種安全有效的方法是通過改變通入培養(yǎng)罐內(nèi)氣體的氧氣和氮氣來實現(xiàn)控制的氧氣和氮氣來實現(xiàn)控制DO。采用二氧化碳和碳酸氫鈉。采用二氧化碳和碳酸氫鈉緩沖液來控制體系的緩沖液來控制體系的pH值值,它主要是預先加入適量的碳它主要是預先加入適量的碳酸氫鈉和通過改變進入反應器內(nèi)氣體流量中的二氧化碳酸氫鈉和通過改變進入反應器內(nèi)氣體流量中的二氧化碳的含量來實現(xiàn)。的含量來實現(xiàn)。2021/3/23252021/3/2326（七）植物細胞培養(yǎng)反應器（七）

20、植物細胞培養(yǎng)反應器同上同上 植物細胞比微生物細胞大得多。由于大小不一植物細胞比微生物細胞大得多。由于大小不一樣樣,產(chǎn)生一系列問題比如混合和傳質問題。另產(chǎn)生一系列問題比如混合和傳質問題。另一個問題是植物細胞很少是以單一細胞懸浮生一個問題是植物細胞很少是以單一細胞懸浮生長長,通常是一團細胞非均相集合體通常是一團細胞非均相集合體,當細胞密度當細胞密度高高,粘性大的時候粘性大的時候,容易產(chǎn)生混合和循環(huán)不良。容易產(chǎn)生混合和循環(huán)不良。高剪切力易損壞植物細胞壁。所有植物細胞都高剪切力易損壞植物細胞壁。所有植物細胞都是好氧的是好氧的,需要連續(xù)不斷供氧需要連續(xù)不斷供氧,與微生物細胞相與微生物細胞相反反,它不需要

21、高的氣液傳質速率它不需要高的氣液傳質速率,而是要控制供而是要控制供氧量氧量,以保持較低的水平。植物細胞對溶氧的以保持較低的水平。植物細胞對溶氧的變化非常敏感變化非常敏感,太高或太低都有不良影響。太高或太低都有不良影響。生物反應器設計基本原則生物反應器設計基本原則在反應系統(tǒng)的已滅菌部分與未滅菌部分之間不在反應系統(tǒng)的已滅菌部分與未滅菌部分之間不應直接連通。應直接連通。盡量較少法蘭連接。盡量較少法蘭連接。盡可能采用全部焊接結構。所有焊接點必須切盡可能采用全部焊接結構。所有焊接點必須切實磨光實磨光,消除蓄積菌體的場所。消除蓄積菌體的場所。防止死角、裂縫。發(fā)酵系統(tǒng)的某些部分能單獨防止死角、裂縫。發(fā)酵系統(tǒng)

22、的某些部分能單獨滅菌。與發(fā)酵罐相通的任何連接都應蒸汽密封滅菌。與發(fā)酵罐相通的任何連接都應蒸汽密封,如采樣口的閥門在不使用時如采樣口的閥門在不使用時,其出口處應有流動其出口處應有流動蒸汽通過。蒸汽通過。所用閥門應易于清洗、維修和滅菌。所用閥門應易于清洗、維修和滅菌。 發(fā)酵罐應始終保持在正壓以排除滲漏。發(fā)酵罐應始終保持在正壓以排除滲漏。幾乎所有的發(fā)酵罐都由玻璃或不銹鋼制成。玻幾乎所有的發(fā)酵罐都由玻璃或不銹鋼制成。玻璃只限用在小于璃只限用在小于2030L的發(fā)酵罐。的發(fā)酵罐。2021/3/2329四四. 比擬放大比擬放大為了使小型發(fā)酵試驗所獲得的規(guī)律和數(shù)據(jù)能在大為了使小型發(fā)酵試驗所獲得的規(guī)律和數(shù)據(jù)能在

23、大生產(chǎn)中再現(xiàn)生產(chǎn)中再現(xiàn),就要掌握和運用放大技術。一般采就要掌握和運用放大技術。一般采用相似原理進行比擬放大。用相似原理進行比擬放大。比擬放大的基本方法比擬放大的基本方法:首先必須找出表征此系統(tǒng)首先必須找出表征此系統(tǒng)的各種參數(shù)的各種參數(shù),將它們組成幾個具有一定物理含義將它們組成幾個具有一定物理含義的無因次數(shù)的無因次數(shù),并建立它們之間的函數(shù)式并建立它們之間的函數(shù)式,然后用然后用實驗的方法在試驗設備里求得此函數(shù)式中所包含實驗的方法在試驗設備里求得此函數(shù)式中所包含的的 常數(shù)和指數(shù)常數(shù)和指數(shù),則此關系式便可用作與此試驗則此關系式便可用作與此試驗設備幾何相似的大型設備的設計。設備幾何相似的大型設備的設計。

24、比擬放大不是簡單的按比例放大比擬放大不是簡單的按比例放大,而是建而是建立在幾何相似、培養(yǎng)條件相同和微生物在立在幾何相似、培養(yǎng)條件相同和微生物在反應器中充分分散等基本假設之上的。放反應器中充分分散等基本假設之上的。放大與通氣、攪拌等技術構成了生化工程的大與通氣、攪拌等技術構成了生化工程的核心部分。應用在微生物的放大方面核心部分。應用在微生物的放大方面,則則需要由小試放大到中試進行討論需要由小試放大到中試進行討論,這是生這是生化工程的一個基本特征。化工程的一個基本特征。2021/3/2331 化學工業(yè)中化學工業(yè)中,每級放大在每級放大在50倍以下倍以下,而且每而且每級放大時需對前級參數(shù)進行修正。生物

25、級放大時需對前級參數(shù)進行修正。生物工業(yè)中工業(yè)中,放大的倍數(shù)有的高達放大的倍數(shù)有的高達200倍倍,如外如外國某公司用于單細胞蛋白生產(chǎn)的國某公司用于單細胞蛋白生產(chǎn)的300m3反應器是從反應器是從1.5m3反應器直接放大得到的。反應器直接放大得到的。一般生物反應器的放大倍數(shù)為一般生物反應器的放大倍數(shù)為10。2021/3/2332（一）比擬放大的方法（一）比擬放大的方法1. 幾何尺寸的放大幾何尺寸的放大根據(jù)幾何相似的原則根據(jù)幾何相似的原則D2/D1=Di2/Di1=(V2/V1)1/3D-反應器直徑反應器直徑Di-攪拌器直徑攪拌器直徑V-反應器的裝料容積反應器的裝料容積2021/3/23332.通風量

26、的放大通風量的放大按單位體積液體通風量按單位體積液體通風量Q/V相等相等大型反應器液柱高大型反應器液柱高,空氣在液體中所走的路程和空氣在液體中所走的路程和氣液接觸時間均長于小型反應器。因此大型反應氣液接觸時間均長于小型反應器。因此大型反應器的有較高的空氣利用率器的有較高的空氣利用率,放大時大型反應器的放大時大型反應器的Q/V比小型設備的比小型設備的Q/V小。小。按通風截面空氣線速度按通風截面空氣線速度VS相等放大相等放大反應器空截面的空氣線速度反應器空截面的空氣線速度Vs的大小表征了液體的大小表征了液體的通風強度。對于空氣利用率較好的反應器的通風強度。對于空氣利用率較好的反應器,大大罐的罐的V

27、S應適當大于小罐的。應適當大于小罐的。按通風準數(shù)相等放大按通風準數(shù)相等放大2021/3/2334按體積溶氧系數(shù)相等放大按體積溶氧系數(shù)相等放大經(jīng)過實驗和有關準數(shù)的整理經(jīng)過實驗和有關準數(shù)的整理,可得通風量可得通風量Q與溶與溶氧系數(shù)氧系數(shù)kLa(Q/V)HL2/3kLa-體積溶氧系數(shù)（體積溶氧系數(shù)（1/h）Q-通風量通風量(m3/min);V-發(fā)酵液體積發(fā)酵液體積(m3)HL-發(fā)酵液深度發(fā)酵液深度(m)(kLa)2/(kLa)1=(Q/V)2/(Q/V)1.(HL2/HL1)2/3(Q/V)2/(Q/V)1=(HL1/HL2)2/3=(D1/D2)2/3(VVM)2/(VVM)1=(D1/D2)2/

28、3大罐單位體積需要的通風量要比小罐的小得多。大罐單位體積需要的通風量要比小罐的小得多。2021/3/23352021/3/23363. 攪拌功率放大攪拌功率放大攪拌功率是影響溶氧最主要的因素攪拌功率是影響溶氧最主要的因素,因而在機械因而在機械攪拌生化反應器中攪拌生化反應器中,攪拌功率的放大是整個放大攪拌功率的放大是整個放大中最主要的內(nèi)容。對于一定性質的液體中最主要的內(nèi)容。對于一定性質的液體,由于攪由于攪拌功率的大小取決于攪拌轉速拌功率的大小取決于攪拌轉速n和攪拌器直徑和攪拌器直徑Di,因此攪拌功率的放大實際上是因此攪拌功率的放大實際上是n和和Di的放大。若的放大。若集合相似集合相似,則則Di一定一定,放大問題就只是選擇攪拌放大問題就只是選擇攪拌轉速轉速n的問題。的問題。2021/3/2337按雷諾準數(shù)按雷諾準數(shù)Re相等放大相等放大n2/n1=(Di1/Di2)2=(D1/D2)2在某些情況下可作為放大的依據(jù)在某些情況下可作為放大的依據(jù)按單位體積液體消耗功率按單位體積液體消耗功率P/V相等