半間歇半連續(xù)操作反應(yīng)器

半間歇半連續(xù)操作反應(yīng)器第1頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三8.1概述8.1.1半間歇半連續(xù)操作的特點(diǎn)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(xì)胞的反應(yīng)環(huán)境可處于穩(wěn)定的最優(yōu)條件；可對(duì)反應(yīng)過程靈活調(diào)控，獲得較高的細(xì)胞濃度、產(chǎn)物濃度和生成速率；第2頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三補(bǔ)料分批操作反復(fù)補(bǔ)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第3頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三有反饋和無反饋操作第4頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三8.2補(bǔ)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)第5頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三第6頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三第7頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三8.2.2恒流速流加操作模型第8頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三第9頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三第10頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三8.2.3恒定生長參數(shù)的流加操作模型恒定比生長速率第11頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三例8-2第12頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三8.2.4定值控制的流加模型1、恒pH法2、恒溶氧法第13頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三8.3補(bǔ)料分批培養(yǎng)過程的優(yōu)化明確過程的目標(biāo)函數(shù)或優(yōu)化準(zhǔn)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(dá)到狀態(tài)變量的范圍。按目標(biāo)函數(shù)和狀態(tài)方程選擇最優(yōu)操作與控制策略。第14頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三4.2.3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第15頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三菌體量衡算：產(chǎn)物衡算：產(chǎn)物生產(chǎn)能力：第16頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三4.3流加操作 流加操作的特點(diǎn)是控制基質(zhì)的濃度參見圖4-4第17頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三4.3.1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：第18頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三1.定流量流加操作菌體衡算：菌體濃度：第19頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三2.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：第20頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三4.4連續(xù)培養(yǎng)

分批培養(yǎng)時(shí)細(xì)胞濃度、限制性基質(zhì)濃度和產(chǎn)物濃度隨時(shí)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(shí)間內(nèi)進(jìn)行，而不能維持很長時(shí)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(shí)不斷排除有害代謝物，生物反應(yīng)可長期進(jìn)行下去。這種培養(yǎng)方法就是連續(xù)培養(yǎng)，可達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。4.4.1單級(jí)連續(xù)培養(yǎng)以反應(yīng)器作細(xì)胞的物料平衡加入生長流出積累第21頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三菌體生長速率：基質(zhì)消耗速率：產(chǎn)物生成：第22頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三菌體生長速率：基質(zhì)消耗速率：產(chǎn)物生成：第23頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三當(dāng)穩(wěn)態(tài)時(shí)：第24頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三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。第25頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三在穩(wěn)定狀態(tài)下，μ=D。由于D=F/V，所以當(dāng)V一定時(shí)，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(jìn)行的，所以Dcri≈μmax當(dāng)D→μmax,X→-∞，此時(shí)實(shí)際上為零，此時(shí)已