第六章生物反应器的比拟放大PPT课件
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使发酵液和指示剂达到分子水平均匀混 合所需要的时间。 (2) 不适用于大型发酵罐，因为如果按此 原则Di/D 会变大，这样溶氧效率低而且 剪切力变大，但可作为一个标准进行校 准。
21
（3）公式
ft＝tM （nD Hi2L） 1/22/D 3g31/2/6Di1/2
22
5．以搅拌液流速度压头H、搅拌液流循环 速率QL、或QL/H 相等为准则进行放大。
第六章生物反应器的比拟放大
Very Important Chapter
1
第一部分
整体概述
THE FIRST PART OF THE OVERALL OVERVIEW, PLEASE SUMMARIZE THE CONTENT
2
第一节 生物反应器比拟放大的目的和方法
一.引言 1．生物工程产品的研究开发的三个阶段： （1）实验室阶段 （2） 中试 （3）工厂化生产
速率，产物的生成速率。
6
三．放大的常用方法
1．理论放大法 （1）生物反应器的传递：对流和扩散起作
用。 （2）对流传递的时间常数：
（3）扩散传递时间常数：
7
（3）反应转化时间常数
8
理论法的定义： 建立求解反应系统的动量，质量和能
量平衡方程，来放大。
※由于： 系统的动量平衡方程难于建立和求解
很难，所以在实际中很少应用。只是用于 发酵液静止或属于滞流系统。
12
3. 因次分析法 （1） 准数： 无因次数群（无量纲数群）。 （2）因次分析法的定义：依据质量动量衡
算方程构建准数，放大过程维持准数不变。 ※ 准数要有一定的物理意义
13
（3）准数的构成： 几何参数：H， D。 物理化学参数：ρ，u。 过程变量：N，VL 常数
例子讲解以微元分散活塞流为例
14
意见，也请写在上边
26
谢谢聆听
THANK YOU FOR LISTENING 演讲者：XX 时间：202X.XX.XX
27
H ∝ (ЛnDi)2 QL∝nDi3
QL/H∝Di/n
23
二．气升式反应器的放大
通常以空截面气速为基准
24
提问与解答环节
Questions and answers
25
结束语
感谢参与本课程，也感激大家对我们工作的支 持与积极的参与。课程后会发放课程满意度评 估表，如果对我们课程或者工作有什么建议和
c……………………反应基质浓度 kg/m3
De………基质在培养基中的扩散系数m2/s
r……………………生物反应速度kg/(m3*s)
x…………………..传递方向的位移
11
(3) 对于多罐串连的完全混合反应系统的质 量衡算方程
qv（cn-cn+1）=Vn+1×rn+1 qv…………………………………体积流量 V………………………反应液体积
3
2. 生物反应器的放大：
以实验室和中试所取得的数据为依据，设计 制造大规模的反应系统以进行工业规模的生产。
4
二．放大的核心问题和目的 1．核心问题：
生物反应器中有三种重要的过程： 热力学过程， 微观动力学过程， 传递过程。 ※而核心问题是传递过程。因为规模的放
大对传递过程的影响最大。
5
2．放大目的或指标 维持中试所得到的最佳的细胞生长
（1）适用条件：对于溶氧速率控制的发酵 反应，发酵液为非牛顿型流体
※ 有效放大范围
18
放大过程:
19
3. 以搅拌叶尖线速度相等为原则进行放大。 有些情况，只是维持P0/VL不变，不
能满足细胞对搅拌器剪切力的要求（如 对剪切力敏感，或需要高的剪切力使代 谢物释放出来）
20
4. 以搅拌混合时间相等为原则进行放大。 （1）混合时间：发酵罐内放入某种指示剂
9
2．半理论放大法 （1）定义：由于难于建立动量平衡方程，
为解决这一问题，对动量方程做了简化： 只考虑液体的主体流动，忽略局部的复 杂的流动。 流型：活塞流，带液体微元分散的活塞流， 完全混合流动。
10
（2）带液体微元分散的活塞流质量衡算方 程：
vdcDe d2cr0
dx
dx 2
v……………………液体的流速， m/s
4．经验法（最常用的方法） ※重点讲授
15
第二节 通气发酵罐的经验放大法
1．以体积溶氧系数相等来进行放大 （1）适用条件： 高浓度细胞培养， 消耗氧气的速度很快， 氧气的传递速率成为发酵关键因素。
16
（2）过程： ①几何相似放大发酵罐 ②依据体积溶氧系数相等确定其它参数
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Leabharlann Baidu
2.按P0/VL 相等原则进行放大（P0，不 通气搅拌功率）
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（3）公式
ft＝tM （nD Hi2L） 1/22/D 3g31/2/6Di1/2
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5．以搅拌液流速度压头H、搅拌液流循环 速率QL、或QL/H 相等为准则进行放大。
第六章生物反应器的比拟放大
Very Important Chapter
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第一部分
整体概述
THE FIRST PART OF THE OVERALL OVERVIEW, PLEASE SUMMARIZE THE CONTENT
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第一节 生物反应器比拟放大的目的和方法
一.引言 1．生物工程产品的研究开发的三个阶段： （1）实验室阶段 （2） 中试 （3）工厂化生产
速率，产物的生成速率。
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三．放大的常用方法
1．理论放大法 （1）生物反应器的传递：对流和扩散起作
用。 （2）对流传递的时间常数：
（3）扩散传递时间常数：
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（3）反应转化时间常数
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理论法的定义： 建立求解反应系统的动量，质量和能
量平衡方程，来放大。
※由于： 系统的动量平衡方程难于建立和求解
很难，所以在实际中很少应用。只是用于 发酵液静止或属于滞流系统。
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3. 因次分析法 （1） 准数： 无因次数群（无量纲数群）。 （2）因次分析法的定义：依据质量动量衡
算方程构建准数，放大过程维持准数不变。 ※ 准数要有一定的物理意义
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（3）准数的构成： 几何参数：H， D。 物理化学参数：ρ，u。 过程变量：N，VL 常数
例子讲解以微元分散活塞流为例
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意见，也请写在上边
26
谢谢聆听
THANK YOU FOR LISTENING 演讲者：XX 时间：202X.XX.XX
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H ∝ (ЛnDi)2 QL∝nDi3
QL/H∝Di/n
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二．气升式反应器的放大
通常以空截面气速为基准
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提问与解答环节
Questions and answers
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结束语
感谢参与本课程，也感激大家对我们工作的支 持与积极的参与。课程后会发放课程满意度评 估表，如果对我们课程或者工作有什么建议和
c……………………反应基质浓度 kg/m3
De………基质在培养基中的扩散系数m2/s
r……………………生物反应速度kg/(m3*s)
x…………………..传递方向的位移
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(3) 对于多罐串连的完全混合反应系统的质 量衡算方程
qv（cn-cn+1）=Vn+1×rn+1 qv…………………………………体积流量 V………………………反应液体积
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2. 生物反应器的放大：
以实验室和中试所取得的数据为依据，设计 制造大规模的反应系统以进行工业规模的生产。
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二．放大的核心问题和目的 1．核心问题：
生物反应器中有三种重要的过程： 热力学过程， 微观动力学过程， 传递过程。 ※而核心问题是传递过程。因为规模的放
大对传递过程的影响最大。
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2．放大目的或指标 维持中试所得到的最佳的细胞生长
（1）适用条件：对于溶氧速率控制的发酵 反应，发酵液为非牛顿型流体
※ 有效放大范围
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放大过程:
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3. 以搅拌叶尖线速度相等为原则进行放大。 有些情况，只是维持P0/VL不变，不
能满足细胞对搅拌器剪切力的要求（如 对剪切力敏感，或需要高的剪切力使代 谢物释放出来）
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4. 以搅拌混合时间相等为原则进行放大。 （1）混合时间：发酵罐内放入某种指示剂
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2．半理论放大法 （1）定义：由于难于建立动量平衡方程，
为解决这一问题，对动量方程做了简化： 只考虑液体的主体流动，忽略局部的复 杂的流动。 流型：活塞流，带液体微元分散的活塞流， 完全混合流动。
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（2）带液体微元分散的活塞流质量衡算方 程：
vdcDe d2cr0
dx
dx 2
v……………………液体的流速， m/s
4．经验法（最常用的方法） ※重点讲授
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第二节 通气发酵罐的经验放大法
1．以体积溶氧系数相等来进行放大 （1）适用条件： 高浓度细胞培养， 消耗氧气的速度很快， 氧气的传递速率成为发酵关键因素。
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（2）过程： ①几何相似放大发酵罐 ②依据体积溶氧系数相等确定其它参数
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2.按P0/VL 相等原则进行放大（P0，不 通气搅拌功率）