生物工程设备知识点总结.docx

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)=μγτ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=0.2Q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：400~600kJ/(m3·h·℃)；适应：5m3发酵罐；●竖式蛇管4~6组换热系数高：1200~4000kJ/(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=1.7~4d/D=1/2~1/3W/D=1/8~1/12B/D=0.8~1.0(s/d)2=1~5H0/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、过滤器等，减少占地面积，减少设备投资约30％左右；②溶氧效率高，能耗低；③设备便于自动化、连续化，用于酵母和醋酸生产具有生产效率高优点；缺点：由于罐压较低，对某些产品生产容易造成染菌。●自吸式发酵罐的构件主要