第4章 生化反应器相关问题

第4章

生化反应器相关问题

本章主要内容

生物反应器概论 生物反应器的传递特性 生物反应器的放大

第一节 生物反应器概论生物反应器是利用生物催化剂进行生物技术产 品生产的反应装臵，是实现生物技术产品产业化 的关键设备。

一个优良的培养装置应具有：

严密的结构良好的液体混合性能 高的传质和传热速率 灵敏的检测和控制仪表

生物反应器分类1.根据反应器的结构分： 有槽(釜)式、管式、塔式、膜式等类型 2.根据反应器操作方式分： 分批(间歇)操作、连续操作、半分批操作等 3.根据反应器内物料混合方式分：

机械搅拌式、气体搅拌式、液体环流式等4.根据反应器反应物性的相态分： 非均相反应器(气液、液固、气液固等);均相反应器

生物反应器分类5.根据生物催化剂的不同分： 酶反应器、细胞反应器等

酶反应器及操作方式示意图

生物反应器分类5.根据生物催化剂的不同分： 酶反应器、细胞反应器等

细胞反应器

生物反应器设计要求1.生物因素 有很好的生物相容性 2.化学因素 3.传递因素 4.传热因素 5.安全因素 6.操作因素 符合过程反应动力学要求 满足物质传递的要求 有能力移除或加入过程的热量 优良的防污染能力 便于操作和维修

常见生物反应器介绍

(一)机械搅拌式生物反应器通气搅拌反应器有下列优点： ⑴pH和温度容易控制 ⑵尺寸放大的方法大致已确定 ⑶适用于CSTR等。 通气搅拌反应器的缺点： ⑴搅拌功率消耗大 ⑵因罐内结构复杂，不易清洗干净，易被杂菌污染。此外，虽装有无 菌密封装臵，但在轴承处还会发生杂菌污染。 ⑶培养丝状菌时，常用搅拌桨叶的剪切力致使菌丝易被切断，细胞易 受损伤。

通用式生物反应器

机械搅拌反应器基本条件：① 发酵罐应具有适宜的高径比(一般高度与直径之比为1.7~4倍) ② 发酵罐能承受一定的压力：

③发酵罐的搅拌通风装臵能使气液充分混合，保证发酵液必须的溶解氧。 ④发酵罐应具有足够的冷却面积。这是因为微生物生长代谢过程放 出大量的热量必须通过冷却来调节不同发酵阶段所需的温度。 ⑤发酵罐应尽量减少死角，避免藏垢积污，灭菌能彻底。

⑥ 搅拌器轴封应严密，尽量减少泄漏。

标准反应器的几何尺寸 H/D=1.7~4 d/D=1/2~1/3 W/D=1/8~1/12 B/D=0.8~1.0 s/d=1.5~2.5

①搅拌器和挡板搅拌的作用：①液体通风后进入的气泡在搅拌中随着液体旋转使之所走路

程延长，使发酵液中保持的空气数量增加，实际上是增加了 传质量。 ②通过搅拌，大气泡被搅拌器打碎，增加比表面积。 ③搅拌速度越快，搅拌雷诺准数增加，

增加了传氧速率。

最常见的是涡轮式搅拌器：分为：平叶式、弯叶式、箭叶式三种，国外多用平叶， 我国多用弯叶。其作用是打碎气泡，使空气与溶液均 匀接触，使氧溶解于醪液中。

挡板的作用： 改变液流的方向，由径向流改为轴向流，促使液 体激烈翻动，增加溶解氧。 全挡板条件是指在一定转数下再增加罐内附件而 轴功率仍保持不变。 达到全挡板条件的要求，须满足： W z 0.4 D D-罐直径(mm) z-挡板数 W-挡板宽度(mm)

其它搅拌器的类型：

根据流体流动初始方向，可分为径向流反应器和轴向流反应器两大类。