《生物制药设备》教学PPT课件.ppt

计算举例 某细菌醪发酵罐 罐直径T＝1.8(米) 圆盘六弯叶涡轮直径D＝0.60米，一只涡轮 罐内装四块标准挡板 搅拌器转速N＝168转／分 通气量Q＝1.42米3／分(已换算为罐内状态的流量) 罐压P＝1.5绝对大气压 醪液粘度μ＝1.96×10-3牛·秒／米2 醪液密度ρ＝1020公斤／米3 要求计算Pg 三、非牛顿流体搅拌功率计算 常见的某些发酵液具有明显的非牛顿流体特性。这一特性对发酵过程的影响极大，对搅拌功率的计算也带来麻烦。 非牛顿流体没有一个确定的粘度值。 非牛顿型流体：霉菌醪、放线菌醪。 非牛顿型流体搅拌轴功率的计算与牛顿型流体搅拌轴功率的计算方法一样，但这类液体的粘度是随搅拌速度而变化的。 根据米兹纳大量实验数据的证明，牛顿型流体与非牛顿型流体的NP~ReM曲线的差别仅存在于ReM ＝1~500区间之内。 可以用牛顿型流体的NP~ReM曲线代替非牛顿型液体的NP~ReM曲线。 第三节 氧的传递 供氧对好氧微生物是必不可少的。微生物只能利用溶解于液体中的氧，而氧是一种难溶气体。为了保证生物反应的正常进行，必须不断通入无菌空气进行供氧。评价一个生物反应器的优劣，供氧能力是一个重要指标。 一、细胞对氧的需求——呼吸强度和摄氧率 呼吸强度是指单位质量的细胞（干重）在单位时间内所消耗氧的量，以Qo2表示，单位为mol/kg·s。 摄氧率是指单位体积培养液在单位时间内消耗氧的量，以r表示，单位为mol/m3·s。 摄氧率取决于微生物的呼吸强度和单位体积发酵液的菌体浓度。 r=Qo2·X 式中X---发酵液中菌体浓度，kg/m3； 呼吸强度可以表示微生物的相对需氧量，但是，当培养液中有固定成份存在，对测定有困难，这时可用摄氧率来表示。 （1）细胞的呼吸强度与培养液中的溶解氧浓度有关，当培养液中的溶解氧低于某临界浓度时，细胞的呼吸强度就会大大下降。 只要溶解氧浓度高于临界值，细胞的呼吸就不会受到抑制。 （2）影响摄氧率的因素 细胞浓度、呼吸强度等。 1）从气相主体扩散到气液界面的传递阻力； 2）气液界面的传递阻力； 3）从液膜到达液体主体的传递阻力； 4）液相主体的传递阻力； 5）通过细胞团外的液膜到达细胞团表面的传递阻力； 6）固液界面的传递阻力； 7）细胞团内的传递阻力； 8）细胞壁的阻力； 9）反应阻力。 二、氧的传递 氧从气泡中到达细胞内要克服一系列传递阻力。 1）从气相主体扩散到气液界面的传递阻力； 2）气液界面的传递阻力； 3）从液膜到达液体主体的传递阻力； 4）液相主体的传递阻力； 5）通过细胞团外的液膜到达细胞团表面的传递阻力； 6）固液界面的传递阻力； 7）细胞团内的传递阻力； 8）细胞壁的阻力； 9）反应阻力。 这些阻力中的1）—4）项是供氧方面的氧传递阻力，5）－9）项是耗氧方面的阻力。 当单个细胞以游离状态悬浮于液体中时，（7）项阻力消失；当细胞被吸附在气泡表面时， 4）－7）项阻力消失。 氧传递过程的总推动力是气相与细胞内氧的分压之差，它消耗于各串联的传递阻力。当氧的传递达到稳定状态时，在串联的各步中，单位面积上氧的传递速率相等： 气－液相间氧的传递 双膜理论： （1）气泡和液体之间存在界面，两边分别有气膜和液膜，氧分子借浓度差以扩散方式透过双膜，气体和液体主流空间中任一点的氧分子浓度相同。 （2）在双膜之间的界面上，氧气的分压强与溶于液体中的氧的浓度处于平衡关系。 单位面积氧的传递速率： nO2=KL (C*-CL)=KG (p-p*) nO2 ---氧的传递速率，mol/m2·s；CL---溶液中氧的实际浓度； C*---与气相中氧分压p平衡时溶液中氧浓度； p---气相中氧的分压；p*---与液相中氧浓度CL平衡时的氧分压； KL---以浓度差为推动力的总传质系数； KG---以氧分压差为推动力的总传质系数； 对单位体积发酵液而言，氧的传递速率为： OTR=KLa(C*-CL)=KGa(p-p*) OTR－单位体积培养液中氧的传递速率， mol/m3·s ； a－单位体积培养液中气泡的比表面积； Kla－合并为一个参数，体积传质系数。 三、影响气－液传质速率的因素 氧传递推动力(c*-cL) 体积传质系数KLa （一）影响传质推动力(c*-cL)的因素 氧分压 提高气相中氧的分压可以提高液相氧的平衡浓度c*。提高气相氧的分压：方法一，提高反应器中压力；方法二，向空气中补加氧气，进行富氧通气。 5、变速装置 发酵罐常用的变速装置有三角皮带传动，圆柱或螺旋圆锥齿轮减速装置，其中以三角皮带变速传动较为简便。 6、轴封 轴封的作用是使罐顶或罐底与轴之间的缝隙加以密封，防止泄漏和污染杂菌。 常用的轴封有填料函和端面