资源描述
生物反应器比拟放大制作人：Franklin Gang Chen11月组员:罗 旭 余 虎 姚 鹏 刘朝芬 杨 喆 谢青兰第1页生物反应器比拟放大（一）生物反应器介绍（二）生物反应器放大目标（三）生物反应器放大标准（四）生物反应器放大方法（五）发酵罐比拟缩小（六）生物化工发展现实状况与未来第2页生物反应器介绍 生物反应器是生物技术开发中关键 设备，每一个生物反应取得产品都离不开它。一项生物技术能否实现产业化，很大程度上依赖于所用反应器效率。在生物反应器设计与操作中，最少要考虑以下两方面问题：（1）生物化学和生物能量学问题 （2）该技术所包括生物反应过程第3页生物反应器介绍 生物反应器是使生物技术转化为产品、生产力关键设备，其在生物过程中处于中心地位。生物工业中使用生物反应器有各种形式。传统生物工业中使用生物反应器称为“发酵罐”（fermenter）。上个世纪70到80年代，“生物反应器”这一称呼开始出现，并逐步被人们广泛接收和大量利用。生物反应器种类比较多，不但包含传统发酵罐、酶反应器，还包含固定化酶或细胞反应器、动植物细胞培养反应器和光合生物反应器等等。第4页第5页生物反应器放大目标 一个生物反应过程开发，通常是在试验室规模、中试规模优化研究基础上最终才在大型生产设备中投入生产。但在不一样大小反应器中进行相同生物反应时，在生物反应器质量、热量和动量传递上差异，有可能造成反应速率以及反应时详细过程差异，从而造成反应异化。所以，生物反应器比拟放大是生物化学工业中一个主要研究课题。第6页生物反应器放大标准（一）生物反应器类型很多，所适用体系也各异，所以生物反应器放大是比较复杂。下面就介绍一些放大准则。（1）几何相同 即按小与大装置各部分几何尺寸百分比大致相同放大。不过，为了防止设备直径过大，大设备高径比往往大一些。（2）恒定等体积功率放大 由Pg/V恒定而确定搅拌转速。第7页生物反应器放大标准（二）（三）恒定传氧系数kLa放大 这个方法抓住了传氧这一关键原因，当前应用很多。详细应用中要注意几个问题。1.小试中要测得准确kLa值，选择适当计算公式。2.注意各计算kLa公式在放大中参数改变及适用范围。3.按照计算P0/Pg选择通气比，计算Vs求kL来计算第8页第9页生物反应器放大标准（三）（四）恒定剪切力恒定叶端速度放大 剪切力与搅拌桨叶端速度成正比，在恒定体积功率放大时普通维持n3d2不变（n为搅拌桨转速、d为搅拌桨直径）（五）恒定混合时间tM放大 另外，还有些人主张考虑NRe及动量因子来放大等，这里就不一一介绍了。第10页生物反应器放大方法 生物反应器比拟放大，要对详细情况做详细分析。依据不一样需要来确定放大准则，再选取适当方法。详细放大方法主要有以下几个：（一）以kLa为基准比拟放大法（二）以Po/V相等为准则比拟放大（三）其它比拟放大方法第11页以kLa为基准比拟放大法有菌种在深层发酵时耗氧速率很快，所以溶氧速率能否与之平衡就可能成为生产限制性原因。耗氧速率能够用试验法测定。在小型试验发酵罐里进行发酵过程，用适当仪器统计发酵液中溶氧浓度。第12页第13页以Po/V相等为准则比拟放大对于溶氧速率控制非牛顿发酵液系统，把Po/V相等作为比拟放大准则就非常方便，同时也防止了微生物参加所带来计算kLa困难。值得注意是，Po/V与传质系数之间确实存在着主要关系，但Po/V相等并不意味着kLa相等。二者之间没有必定联络。第14页其它比拟放大方法（一）恒周线速度 丝状菌发酵受剪率、尤其是搅拌叶轮尖端线速度影响较为显著。假如仅仅保持kLa相等或Po/V相等，可能会造成严重失误。在Po/V相等条件下，D/T比越小，造成剪率越大，也有利于菌丝团破碎和气泡分散，这对于产物抑制发酵有主要意义。所以，对于这类发酵体系，搅拌涡轮周线速度也被认为是比拟放大基准之一。第15页其它比拟放大方法（二）恒混合时间 混合时间定义是把少许含有与搅拌 罐内液体相同物性液体注入搅拌罐内，二者到达分子水平均匀混合所需要时间。混合时间主要与发酵液粘度相关，通常，低粘度液体混合时间要少于高粘度液体。另外，放大罐体积越大，混合时间就越长。第16页其它比拟放大方法由此能够看出，比拟放大即使必须以理性知识为基础，但也离不开丰富实际运转经验，尤其是对于非牛顿流体发酵系统尤其如此。直到最近，比拟放大现实状况依然如此。第17页发酵罐比拟缩小在不少情况下，大型生产规模发酵罐是已经有，而用试验室摇平去筛选生产用菌株。但有时候，摇瓶中环境条件与大型发酵罐有很大不一样，这就造成很多生产与试验中不符合。比拟缩小就是将现有生产规模发酵罐比拟缩小至试验室规模。目标就是在试验室规模中实现大型反应器微生物生长活动环境条件。这就为现有生产规模提供了优良菌种筛选和选育场所，也为工艺条件优化提供服务。比拟缩小原理、方法与比拟放大相同。第18页生物化工发展现实状况与未来（一）国外生物化工产业发展趋势（二）我国生物化工主要产品发展方向（三）国内外生物企业第19页国外生物化工产业发展趋势 生物化学转化与传统化学合成相比，含有原料易得、反应条件温和、选择性高和环境污染小优点。尤其是当代生物技术发展，已使生物化工成为二十一世纪最高生命力产业。生物技术是振兴化工一个主要方面。美国确定化学工业技术发展方向是：以催化为中心化学合成技术应用于农业、医药和食品等生物工艺。全球生物化学工业产业销售额达上千亿美元。在美国，从事生物技术制品生产企业约1300多家；日本生物技术产业产值占国民经济总产值5%以上。生物化工在化学品制备中，每年正以18%速度发展。国外生物化工发展特点：国际上老牌化学工业企业转化为以生物技术为主大企业，如孟山都企业、杜邦企业、默克企业等（2）生物催化合成已成为化学品合成支柱之一。利用生物催化合成很多化学品（3）利用生物技术生产含有特需功效化工新材料。利用生物技术来生产那些化学法无法生产或者生产成本高，或者对环境不利那些化工新材料（4）传统发酵工业已被基因重组菌种取代或改良。许多传统发酵工程产品，如柠檬酸、青霉素等都已开始采取基因工程伎俩进行改造，大大提升产量。以基因工程为主导医药生物技术产品已占75%左右。第20页我国生物化工主要产品发展方向（1）生物法合成化学品 产品中采取生物方法生产功效性高分子材料，能生产出可生物降解高分子材料。清华大学和中科院在发酵法生产PHB上取得较大进展。北京化工大学已建成250吨/年发酵发生产壳聚糖工业化装置。在发展实现聚天门冬酸工业化是很有希望，聚天门冬酸是一个优良生物可降解高分子材料，可用于水处理，吸水树脂等。（2）环境生物技术重金属离子去除和回收是国内外一大难题。近几年，国内利用生物法治理含重金属离子废水上取得了一定成绩，建立了中试装置，如北京化工大学在山东曲阜皮革厂建立一条1万t/年处理含铬废水装置。关于这一领域工业化问题仍是今后一个主要研发方向。第21页第22页
展开阅读全文
浙ICP备2021020529号-1 | 浙B2-20240490 
