生物工程设备知识点总结..docxVIP

体积溶氧系数kLa：单位时间单位体积溶液所吸收的气体。 影响kLa的因素：物系的性质——粘度，扩散系数，表面张力 操作条件——温度，压力，通气量，搅拌转数 反应器的结构——反应器的结构型式，搅拌器结构，搅拌方式剪切力的作用 1、增加质量与热量传递速率 2、对微生物，动植物细胞的培养造成影响机械搅拌通风发酵罐的搅拌与流变特性1、搅拌叶轮尺寸与类型●叶轮尺寸与罐直径比 Di/D=0.33~0.45 选用较大的叶轮或Di/D： 多糖发酵， 动物细胞培养；●叶轮类型的选择 功率准数、混合特性， 产生的液流作用力的大小2、搅拌叶尖速度与剪应力●细胞与剪切作用 损害程度： 细胞特性、搅拌力的性质、强度、作用时间； 定性关系： 球状和杆状细胞：耐受力强， 丝状、动物细胞：耐受力弱；●关于搅拌剪切的反应器设计准则 以搅拌叶尖线速度v为基准： v≤7.5m/s3、发酵液的流变特性 液体流变特性的影响： 传质、传热、混合； 发酵罐设计与运转；●发酵液流变特性的类型：（1）牛顿型流体 黏度不随搅拌剪切速率和剪应力而改变（粘性定律）； 剪应力与剪切速率的关系： τ=F/A=μ(du/dy)=μγ τ为剪应力，Pa或N/m2； F为切向力，A 为流体面积； μ为流体黏度Pa·s，γ为剪切速率（速度梯度，s－1 )；非牛顿型流体（2）宾汉塑性流体 τ=τ0+μsγτ0为屈服应力，Pa;μs为表观黏度,Pa·s; 如黑曲霉发酵液；（3）拟塑性和涨塑性流体 τ=KγnK：均匀系数，稠度系数， Pa·sn；n：流体状态特性指数， 拟塑性： 0﹤n﹤1 涨塑性： n﹥1 如丝状菌（青霉素）、液体曲、多糖；机械搅拌通风发酵罐的的热量传递1、发酵过程的热量计算●生物反应热的计算 Q发酵=Q生物+Q搅拌－Q散Q搅拌： 与搅拌功率Pg有关， η功热转化率，取η=0.92；Q散发：Q蒸发、Q显、Q辐射， Q散发=0.2 Q生物；●冷却水带出的热量计算 发酵过程的最大放热： Q发酵=[Wc(T2－T1)]/ VL [kJ/(m3·℃)]W:冷却水流量，kg/h；c：水的比热容， kJ/(kg·℃)；T1、T2:冷却水进出口温度，℃；VL：发酵液体积，m3;●发酵液温升测量计算 旺盛期，先使罐温恒定，关闭冷却水， 30min后测定发酵液的温度： Q发酵=[ (w1c1+w2c2) △T]/VL [kJ/(m3·℃)]w1、w2：发酵液和发酵罐的质量，kg；c1、c2：发酵液和发酵罐的比热容， kJ/(kg·℃)；△T： 30min内发酵液的温升，℃；2、发酵罐的换热装置●换热夹套 换热系数低：400~600 kJ/(m3·h·℃)； 适应：5m3发酵罐；●竖式蛇管 4~6组 换热系数高：1200~4000 kJ/(m3·h·℃)； 要求水温较低；●竖式列（排）管 传热推动力大，用水量大；机械搅拌通风发酵罐的几何尺寸及体积标准发酵罐的几何尺寸 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)2=1~5 H0/D=2●公称体积 指罐的筒身（圆柱）体积与底封头体积之和。 椭圆形封头体积： V1=πD2hb/4+πD2ha/6ha：椭圆封头的直边高度，m；hb：椭圆短半轴长度，标准椭圆hb=D/4； 罐的全体积： V0=πD2[(H0+2(hb+D/6)]/4 ≈ πD2 /4+0.15D3 （m3）气升式发酵罐(ALR)●工作原理：把无菌空气通过喷嘴或喷孔以250～300m/s的速度喷射进发酵液中，通过气液混合物的湍流作用使气泡碎裂，同时形成的气液混合物由于密度较低向上运动，而气含率小的发酵液则向下运动，形成循环流动，实现混合与传质。●优缺点：结构简单，冷却面积小；无搅拌传动设备，节约动了约50％，节约钢材；操作无噪音；料液可充满达80～90％，而不需加消泡剂；维修、操作及清洗简便，减少杂菌感染。不能代替好气量较小的发酵罐，对于粘度大的发酵液溶氧系数较低；●类型：气升环流式、鼓泡式、空气喷射式；气升环流式反应器的特点●发酵液分布均匀：基质均匀分散；避免液面形成稳定的泡沫层；使淀粉类易沉降的物料悬浮分散；●较高的溶氧速率和溶氧效率●剪切力小，对细胞损伤小：适合植物细胞和组织培养；●传热良好：液体综合循环速率高；便于在外循环管路上进行换热；●结果简单，易于加工制造：无搅拌器，不需安装结构复杂的搅拌系统；容易保证密封；加工制造方便，设备投资较低；易于放大制造大型反应器；●操作维修方便自吸式发酵罐 ●原理：不需要空气压缩机提供压缩空气，依靠特设的机械搅拌吸气装置或液体喷射吸气装置吸入无菌空气，同时实现混合搅拌与氧传质的发酵罐。 ●特点：①节约空压机及其附属设备冷却器、油水分离器、空气贮罐、过滤器