第八章 半間歇半連續(xù)操作反應(yīng)器

8半間歇半連續(xù)操作反應(yīng)器8.1概述8.1.1半間歇半連續(xù)操作的特點可用于連續(xù)操作不適合的情況，而過程特性又優(yōu)于間歇操作。底物和副產(chǎn)物的濃度得到控制，酶或細胞的反應(yīng)環(huán)境可處于穩(wěn)定的最優(yōu)條件；可對反應(yīng)過程靈活調(diào)控，獲得較高的細胞濃度、產(chǎn)物濃度和生成速率；補料分批操作反復(fù)補料分批培養(yǎng)反復(fù)分批培養(yǎng)8.1.2半間歇半連續(xù)操作的分類t1t2t3t1t2t3t4t4t1t2t3t4t0t0t0有反饋和無反饋操作8.2補料分批培養(yǎng)過程的操作模型8.2.1基礎(chǔ)模型方程的建立流入反應(yīng)8.2.2恒流速流加操作模型8.2.3恒定生長參數(shù)的流加操作模型恒定比生長速率例8-28.2.4定值控制的流加模型1、恒pH法2、恒溶氧法8.3補料分批培養(yǎng)過程的優(yōu)化明確過程的目標函數(shù)或優(yōu)化準則。分析影響反應(yīng)過程速率的主要因素及其相互關(guān)系，建立數(shù)學(xué)模型。明確過程的現(xiàn)有初始條件和最終要達到狀態(tài)變量的范圍。按目標函數(shù)和狀態(tài)方程選擇最優(yōu)操作與控制策略。4.2.3反復(fù)分批操作全混式生物反應(yīng)器V(Xf,[P]f)α’V(Xf,[P]f)(1-α’)V分離器離心或膜分離β’V([P]f)(1-α’-β’)V菌體量衡算：產(chǎn)物衡算：產(chǎn)物生產(chǎn)能力：4.3流加操作 流加操作的特點是控制基質(zhì)的濃度參見圖4-44.3.1無反饋控制的流加操作菌體生長速率：基質(zhì)消耗速率：培養(yǎng)基體積變化：1.定流量流加操作菌體衡算：菌體濃度：2.指數(shù)流加操作流量：比生長速率：4.3.2反饋控制的流加操作（略）比生長速率恒定培養(yǎng)液體積：菌體的量：4.4連續(xù)培養(yǎng)

分批培養(yǎng)時細胞濃度、限制性基質(zhì)濃度和產(chǎn)物濃度隨時間變化。營養(yǎng)物質(zhì)的消耗或有害代謝物的積累，反應(yīng)只能在一段時間內(nèi)進行，而不能維持很長時間。如果向生物反應(yīng)器中以一定的流量加入新培養(yǎng)基，同時不斷排除有害代謝物，生物反應(yīng)可長期進行下去。這種培養(yǎng)方法就是連續(xù)培養(yǎng)，可達到穩(wěn)定狀態(tài)。4.4.1單級連續(xù)培養(yǎng)以反應(yīng)器作細胞的物料平衡加入生長流出積累菌體生長速率：基質(zhì)消耗速率：產(chǎn)物生成：菌體生長速率：基質(zhì)消耗速率：產(chǎn)物生成：當穩(wěn)態(tài)時：這些式子分別表明了稀釋率與各物質(zhì)濃度之間的關(guān)系。在穩(wěn)定狀態(tài)下，μ=D。由于D=F/V，所以當V一定時，反應(yīng)也的流量F可以控制μ的大小。Dcri為臨界稀釋率.微生物的培養(yǎng)一般在[S]in>>KS的條件系進行的，所以Dcri≈μmax當D→μmax,X→-∞，此時實際上為零，此時已無連續(xù)操作的意義。最高產(chǎn)物產(chǎn)率：當Ks<<[S]in時：例題4-74.4.2具有反饋的單級連續(xù)培養(yǎng)達到穩(wěn)態(tài)細胞的物料平衡（對照圖4-9）：幾點說明：D稱為外部稀釋率，D’=(1+r)D稱為內(nèi)部稀釋率；反饋過程必須滿足g>1,R>0,因此[1+r(1-g)]<1,因此函數(shù)值μ/[1+r(1-g)]大于μ，即D大于μ；r(1-g)的絕對值一定小于1，因此r和g在一定范圍內(nèi)是相互依存的，不能任意改變；具有反饋的單級的培養(yǎng)中，穩(wěn)態(tài)下的稀釋率高