发酵中试的比拟放大课件.pptxVIP

发酵罐的比拟放大

发酵罐放大的目的一个生物反应过程的开发，通常是在实验室规模、中试规模优化研究的基础上最后才在大型生产设备中投入生产的。但在不同大小的反应器中进行相同的生物反应时，在发酵罐质量、热量和动量传递上的差别，有可能导致反应速率以及反应时具体过程的差异，从而导致反应的异化。因此，发酵罐的比拟放大是生物化学工业中的一个重要研究课题。

发酵罐的放大原则（一）发酵罐的类型很多，所适用的体系也各异，因此发酵罐的放大是比较复杂的。下面就介绍一些放大准则。（1）几何相似即按小的与大的装置各部分几何尺寸比例大致相同放大。但是，为了避免设备直径过大，大设备的高径比往往大一些。（2）恒定等体积功率放大由Pg/V恒定而确定搅拌转速。

发酵罐的放大原则（二）（三）恒定传氧系数kLa放大这个方法抓住了传氧这一关键因素，目前应用很多。具体应用中要注意几个问题。1.小试中要测得准确的kLa值，选择合适的计算公式。2.注意各计算kLa公式在放大中参数的变化及适用范围。3.按照计算P0/Pg选择通气比，计算Vs求kL来计算

发酵罐的放大原则（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一般维持n3d2不变（n为搅拌桨转速、d为搅拌桨直径）（五）恒定的混合时间tM放大另外，还有人主张考虑NRe及动量因子来放大等，这里就不一一介绍了。

发酵罐的放大方法发酵罐的比拟放大，要对具体情况做具体分析。根据不同的需要来确定放大准则，再选取合适的方法。具体的放大方法主要有以下几种：（一）以kLa为基准的比拟放大法（二）以Po/V相等为准则的比拟放大（三）其他的比拟放大方法

三比拟放大和它的基本方法首先必须找出表征着此系统的各种参数，将它们组成几个具有一定物理含义的无因次数，并建立它们间的函数式，然后用实验的方法在试验设备中求得此函数式中所包含的常数和指数，则此关系式在一定条件下便可用作为比似放大的依据。比拟放大是化工过程研究和生产中常用的基本方法之一。

在发酵工程中是否适用和发酵工程中所用的比拟放大方法

发酵过程是一个复杂的生物化学过程，影响这个过程的参数有物理的、化学的、生物的，有些虽然已经被认识了，但目前还不能准确快速地测量，有些则尚未被认识。现在只研究了少数参数对此过程的关系，而假定其它参数是不变的，实际上不可能都是不变的。因此发酵生产过程设备比似放大理论与技术的完善，有赖于对发酵过程的本质的深入了解。发酵工程中所用的比拟放大方法有：等KLa,等πDN,等Pg/V,等Re或动量因子,相似的混合时间等。

以kLa为基准的比拟放大法有的菌种在深层发酵时耗氧速率很快，因此溶氧速率能否与之平衡就可能成为生产的限制性因素。耗氧速率可以用实验法测定。在小型试验发酵罐里进行发酵过程，用适当的仪器记录发酵液中的溶氧浓度。

例：某厂试验车间用枯草杆菌在100升罐中进行生产。—淀粉酶试验，获得良好成绩。放大至20立方米罐。

以Po/V相等为准则的比拟放大对于溶氧速率控制的非牛顿发酵液系统，把Po/V相等作为比拟放大的准则就非常方便，同时也避免了微生物参与所带来的计算kLa的困难。值得注意的是，Po/V与传质系数之间的确存在着重要的关系，但Po/V相等并不意味着kLa相等。二者之间没有必然的联系。

其他的比拟放大方法（一）恒周线速度丝状菌发酵受剪率、特别是搅拌叶轮尖端线速度的影响较为明显。如果仅仅保持kLa相等或Po/V相等，可能会导致严重的失误。在Po/V相等的条件下，D/T比越小，造成的剪率越大，也有利于菌丝团的破碎和气泡的分散，这对于产物抑制的发酵有重要意义。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的基准之一。

其他的比拟放大方法（二）恒混合时间混合时间的定义是把少许具有与搅拌罐内的液体相同物性的液体注入搅拌罐内，两者达到分子水平的均匀混合所需要的时间。混合时间主要与发酵液的粘度有关，通常，低粘度的液体混合时间要少于高粘度的液体。另外，放大罐的体积越大，混合时间就越长。

其他的比拟放大方法由此可以看出，比拟放大虽然必须以理性知识为基础，但也离不开丰富的实际运转经验，特别是对于非牛顿流体发酵系统尤其如此。直到最近，比拟放大的现状仍然如此。