生化工程第四章_发酵罐的比拟放大.ppt

第五章 发酵罐的比拟放大 生物工程专业课程 生化工程 第五章 发酵罐的比拟放大 生物工程专业课程 生化工程 第五章 发酵罐的比拟放大 该式表明：Q/H 随着搅拌直径 D 的 8/3次方而变化，参照小型罐的 Q/H 值，选定大罐适当的 D 和 N，利用上式进行Q/H 核算，如果仍不够满意，允许再动D、N 和 P0，直到湍流强度、混合效果、菌体剪应极限值等都基本符合或接近原型试验或原生产指标为止。 生物工程专业课程 生化工程 第五章 发酵罐的比拟放大 当然采用加强搅拌混合的办法时，还应考虑其他因素，例如罐高度或液面高度对罐直径之间的适当比例 HL/T、搅拌涡轮数目，一级搅拌涡轮之间的距离 S 。这些因素对溶氧速率、混合效果和功率也都有直接或间接的影响。所以，在调整 Q/H 值时，必须结合这些因素一并考虑。 总起来说，对于非牛顿醪，搅拌直径要偏大些，搅拌涡轮间的距离要偏小些，搅拌涡轮只数也相应的偏多，而功率也就可能偏大。 生物工程专业课程 生化工程 第五章 发酵罐的比拟放大 例题P71[例4-3] 解： 既然体系为溶氧速率控制，对剪应敏感，故以P0/V相等为放大罐的准则，同时把 QV/H及πDN (叶轮尖端线速度)作为核算指标， 以保证剪率增大不超过50％，同时混合时间不过分增长。 生物工程专业课程 生化工程 第五章 发酵罐的比拟放大 小罐的主要特征： 生物工程专业课程 生化工程 第五章 发酵罐的比拟放大 ，则 又因为 则 可写成 (为比例系数) 生物工程专业课程 生化工程 第五章 发酵罐的比拟放大 那么 线速度为： 按P0/V相等放大至30m3，几何相似，则： 生物工程专业课程 生化工程 第五章 发酵罐的比拟放大 小罐： 大罐： 生物工程专业课程 生化工程 第五章 发酵罐的比拟放大 因为按P0/V相等放大 生物工程专业课程 生化工程 第五章 发酵罐的比拟放大 因为几何相似，或在基本相似的条件下，两罐的比例系数应相等，即 K1 = K2 ,这时 : 比 下降约90％(比较上面数字)。 这样混合时间有较大的延长。 生物工程专业课程 生化工程 第五章 发酵罐的比拟放大 另外，(πDN)1比(πDN)2的增大超过了50％，不符合设计要求。因此，应按P0/V相等的原则在放大的罐里，对 N2、D2加以适当的调整。为此，必须适量牺牲几何相似的原则。其调整如下： 为降低剪率，改善混合，需缩小涡轮转数而增大直径，以保持P0基本不变。 若将涡轮直径增大1.5倍，转数缩减50％，那么，P0降低约5％，这样的幅度在工程上可认为保持了 P0的稳定性，可以接受。 生物工程专业课程 生化工程 第五章 发酵罐的比拟放大 根据 p42公式 3-5 ： 根据 p55 3-28： 生物工程专业课程 生化工程 第五章 发酵罐的比拟放大 第二步：按几何相似原则确定20 M3 大罐的主要尺寸 已知 H/DT = 2.4, HL/DT= 1.5, DT/D = 3 有效容积为 60％，则发酵液体积为 60％×20 ＝12 M3 （忽略封底容积） 生物工程专业课程 生化工程 第五章 发酵罐的比拟放大 第三步：决定通气量Q 按照几何相似原则放大设备，放大的倍数愈高，单位容积醪液具有的罐的横截面积愈小；如果以 v.v.m 表示的通气流率相等（v.v.m：单位培养液体积中空气流量；大罐单位体积所需风量比小罐小得多，罐的容积越大也就愈经济）则大罐的 vs 比小罐的 vs 将显著增大，过大的 vs 将造成太多的泡沫和带出液体，因此，在确定放大罐的通气量时，应当考虑到这个因素。 生物工程专业课程 生化工程 第五章 发酵罐的比拟放大 根据小罐试验的情况，为避免逃液，放大罐的 vs 取为150 cm/min，则 该量约合原型罐的 0.46 v.v.m 生物工程专业课程 生化工程 第五章 发酵罐的比拟放大 第四步：按照 kd 相等的准则决定大罐的搅拌轴功率及转速 根据前面已经算出的原型罐的kd值 对于大罐： 则大罐的 pg ＝ 2851/N1.25 pg 是大罐两只涡轮通气时的搅拌功率。为求出 pg 和 N，再根据以下公式列出另一算式： 生物工程专业课程 生化工程 第五章 发酵罐的比拟放大 生物工程专业课程 生化工程 第五章 发酵罐的比拟放大 此处的 p0 是两只涡轮不通气时的搅拌轴功率，根据 生物工程专业课程 生化工程 第五章 发酵罐的比拟放大 联立求解： 生物工程专业课程 生化工程 第五章 发酵罐的比拟放大 经过放大后，两罐的kd虽然相等，但因大罐的液柱高，其传氧推动力大，故传氧速率较快。验证如下： 如试验罐在试验时，罐压为1.3大气压，液深造成的静压忽略不计；大罐操作压也是1.3大气压，当液深为3.24m时，平均静压0.162大气压。设罐内溶氧