八反应器放大
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不论是细菌、霉菌、还是酵母菌，其目的产物与 单位体积搅拌功率P/v或体积溶氧系数kla的关系
目
的
产
物
浓
有效放大区
度
p/v或kla
(二)半理论放大法 对动量方程进行简化，只考虑液流主体的流动， 而忽略局部如搅拌叶轮或罐壁附近的复杂流动， 其流型有三类：
• 活塞流 • 带液体微元分散的活塞流 • 完全混合流。
验数据为依据，设计制造大规模的反应系 统，以进行工业规模生产。
第六章生物反应器的比拟放大
生物工程产品的研究开发周期必须经过 3各阶段： 1. 实验室阶段:1~3L摇瓶或反应器 2. 中试阶段:5~50L发酵罐 3. 工厂化规模:m3
ຫໍສະໝຸດ Baidu
一、生物反应器的放大目的
生物反应器的放大目的： 应用理论分析和实验研究相结合的方法，
（2）通气的搅拌功率Pg=2.25×10-3（P0NDi3/Q0.08）0.39 （3）体积溶氧系数kLa=k(Pg/V1)αvsβ 或kd=(2.36+3.3n)(Pg/VL)0.56vs0.7N0.7×10-9
实际的生物反应器的放大过程，是应用亚硫酸钠 氧化法的kla值相等的原则
• 某厂在100L机械搅拌发酵罐中进行淀粉酶生产试
大型反应器液柱高，空气在液体中所走的 路程和气液接触时间均长于小型反应器。 因此大型反应器的有较高的空气利用率， 放大时大型反应器的 Q/V 比小型设备的 Q/V 小。
通气强度： Q1/V1=Q2/V2 Q ②按通风截面空气线速度 Vs相等放大
Q2= 1/4πD2Vs2
④按体积溶氧系数相等放大 经过实验和有关准数的整理，可得通风量 Q 与溶氧
放大比例
• 通气速率1.0vvm
通气量
• ④使用两党圆盘六直叶涡轮搅拌器，ω=350r/min
• 通过实验证明，此为高耗氧的生物反应，故可按
体积溶氧系数相等之原则放大。 求Np
求Pg N
一解：（1）计算试验罐（小罐）的kd值
先求雷诺准数Re= ωDi2ρ/μ=4.13×104 故发酵系统为充分湍流，功率准数Np=6.0
气情况下的功率消耗是成比例的。
③按体积溶氧系数相等放大
溶氧系数是所有好气性发酵的主要指标， 任何通气发酵在一定条件下都有一个达到最 大产率的溶氧系数，故维持大、小罐的溶氧 系数相等进行放大是合理的。
KLa=k(Pg/VL) αVsβ（此为经验公式）
④按搅拌器末端线速度 nDi 相等放大 如果在小型设备中搅拌器所产生的最大剪
q（v cn cn1）Vn1 •rn1 qv 体积流量,m3 / s V反应液体积m3
(三)因次分析法
• 定义：在放大过程中，维持生物发酵系统 参数构成的无因次群（准数）恒定不变。
1.因次分析法的机理
• 把反应系统的动量、 质量、热量恒算以及 有关的边界条件、初 始条件以无因次的形 式写出,用于放大过程 这就是因次分析方大 法。
• v送/V ∝n • 单位体积功耗
V ∝D3 ∝Di3 V送∝nDi3
• P/V ∝ n3Di2 • 搅拌器叶尖线速度 v ∝nDi
若以P/V相等放大 （P/V）小= （P/V）大
• 修正雷诺系数 nDi2ρ/μ ∝nDi2
对许多通气发酵生产，其产物的相对浓度受单 位体积发酵液的搅拌功率或体积溶氧系数的影响，
搅拌发酵罐中与液体动态有关的参数是： 不通气搅拌功率P0或通气搅拌速率Pg， 搅拌转速 泵送速度v送
• 对于充分湍流的发酵系统而言，搅拌功率
• P0∝n3Di5 P0=Np n3Di5 • 通气搅拌功率Pg/P=f(Na)
P0 N 3D 5
• Na=v送/ nDi3 通气准数
• 液体循环速率:V送∝ nDi3
• 对于有液体微元分散的活塞流，在稳态下，
• 质量衡算方程为：
v
dc dx
De
d 2c dx2
r
0
v 液体流速 , m / s
c 反应基质浓度 mol / m3或kg / m3
De 基质在培养液的扩散系 数m2 / s
r 生物反应速率（ kg / m3s）
• 对于多罐式（串联）完全混合反应系统，第 n+1 罐的物料质量衡算方程为：
• 应用在微生物的放大方面，则需要由小试 放大到中试进行讨论，这是生化工程的一 个基本特征。
• 化学工业中，每级放大在 50 倍以下，而且 每级放大时需对前级参数进行修正。
• 生物工业中，放大的倍数有的高达200倍， 如外国某公司用于单细胞蛋白生产的 300m3反应器是从 1.5m3 反应器直接放大得 到的。一般生物反应器的放大倍数为 10 。
2 ）按几何相似原则确定放大设备的主要尺寸
3 ）决定生产罐通风量
4 ）按溶氧系数相等的原则确定生产罐搅拌功率 及转速
（2）以单位体积发酵液消耗功率相等为基准的 比拟放大方法主要步骤 （P/V）1＝ （P/V）2
1 ）确定试验设备的主要参数，并试算 kd 值
2 ）按几何相似原则确定放大设备的主要尺寸
切力已接近微生物的剪应极限，这时就必须 按搅拌器末端线速度相等来进行放大。
πn1Di1 =πn2Di2 n2/n1=Di1/Di2
⑤按单位体积搅拌循环量 F/V 相等放大 对于连续发酵和在发酵过程中需要补料的
分批发酵，要求整个反应器的液体快速均匀 混合，使液体中产物和底物的浓度均匀一致， 这时就必须按 F/V 相等的原则进行放大。
3 ）决定通风量
4 ）按P/V相等的原则确定搅拌功率及转速
2、通气发酵罐的放大设计实例
• 通气搅拌发酵罐的主要参数及计算公式 （1）不通气的搅拌功率P0=NpρN3Di5 式中，功率系数Np视搅拌强度及叶轮形式而定，当发酵 系统为湍流时即Re>104时对圆盘六直叶轮，Np=6.0；圆 盘六弯叶轮，Np=4.7；圆盘六剑叶轮，Np=3.7；
（F/V）1＝ （F/V）2
（二）机械搅拌发酵罐的比拟放大 及实例
1. 放大依据准则的选择 溶氧系数相等（KLa） 单位体积发酵液消耗功率相等 （P/V）
目
的
产
物
浓
有效放大区
度
p/v或kla
（1）以体积溶氧系数相等为基准的比拟放大方 法体积溶氧系数（亚硫酸盐氧化值） kd 主要步 骤
1 ）确定试验设备的主要参数，并试算 kd 值
应用此数学模 型，计算优化 条件下主要操
作变量
2.放大方法
I. 理论放大方法 II. 半理论放大方法 III.因次分析法 IV. 经验放大规则
(一)理论放大法
1.原理: 建立及求解反应系统的动量、质量和
能量平衡方程。 对于发酵反应器的理论放大，主要的
问题是无法了解反应系统中的动量衡算
方程 ，所以理论放大法只能用于简单的系 统。
3. 搅拌功率放大
P
P∝n3Di5
n Di
?n
O2 Di
比例放大确定
①按雷诺准数Re相等放大
Re=nDi2ρL/μ
根据Re1＝Re2
n2 /n1 =(Di1 /Di2 )2 =(D1 /D2 )2 在某些情况下可作为放大的依据
②按单位体积液体消耗功率 P/V 相等放大
P∝ n 3D i 5 P/V ∝ n3 Di2 根据（P/V ）1＝ （P/V ）2 (n3 Di2 )1 = (n3 Di2 ) 2 n2 /n1 =(Di1 /Di2 ) 2/3 =(D1 /D2 ) 2/3 上述功率 P 是不通气时的搅拌功率，它与通
总结生物反应系统的内在规律及影响因素， 重点研究解决有关的质量传递、动量传递 和热量传递问题，
以便在反应器的放大过程中尽可能 维持生物细胞的生长速率、代谢产物 的生成速率。
二、生物反应器放大方法
1.生物反应器的传递现象与过程受两个机理控 制：对流和扩散
对流 tf=L/v L：反应器特征尺寸
•
v：反应溶液对流运动速度
r 生物反应速率（kg/ m3s）
ζ=c/c0 η=x/L 解得：ζ=f(vL/De,kL2/De, η)
2.应用因次分析进行反应器放大
• 雷诺准数相等：Rem=Rep • （ρNDi2/μ）m= （ρNDi2/μ）p • 弗鲁特准数相等：Frm=Frp
N降低 P/V低
• （N2Di/g）m =（N2Di/g ）p 对于全挡板条件，传递特性与Fr准数基本无关。
（一）比拟放大的方法 1. 几何尺寸的放大 根据几何相似的原则
D2 /D1 =Di2 /Di1 =(V2 /V1) 1/3 D------------- 反应器直径 Di ------------- 搅拌器直径 V-------------- 反应器的装料容积
2. 通风量的放大
①按单位体积液体通风量 Q/V 相等
系数 kLa ∝ (Q/V)HL 2/3 kLa------- 体积溶氧系数（1/h） Q--------- 通风量 (m3 /min); V--------- 发酵液体积 (m3 ) HL -------- 发酵液深度 (m)
体积溶氧系数kLa=k(Pg/V1)αvsβ
或kd=(2.36+3.3n)(Pg/VL)0.56vs0.7N0.7×10-9
扩散 td=L2/K k：扩散系数 对于小型生物反应器：
反应速度控制：tc<tf(td) 大型生物反应器：
传递对反应 器发大有重
要影响
传递速度控制： tc>tf(td)
S rd Sc rc
高基质浓度 rd>rc μ=μmax=rc 低浓度时 rd<rc μ=μlim=rd
理论上，生物反应过程和生物反应器的 开发和设计过程应由下述三个步骤构成
验，菌种为枯草杆菌，获得良好的发酵效果，拟放 大至20m3生产罐。
• ①此发酵液为牛顿型流体
• μ=2.25×10-3pa.s ρ=1020kg/m3 用于计算Re
• ②试验罐的尺寸：D=375mm Di=125mm
• H/D=2.4,液深HL=1.5D,4块挡板W/D=0.1 大罐尺寸
• ③装液量60L
• 如前所述的一位活塞 流流动：
C0
0
c x0 c0
dc 0 dx x L
• 质量方程如前，边界 条件为：
vc0 L
dc / c0 dx/ L
Dec0 L2
d 2c / c0 d(x / L）2
kc0
(c
/
c0
)
0
v 液体流速, m/ s
c 反应基质浓度mol / m3或kg/ m3
De基质在培养液的扩散系数m2 / s
例如发酵液是静止的或流动属于滞留 系统，例如固定化生物反应器。
2.放大的基本理论基础：相似理论
相似理论的基本点： 两个反应系统可用统一微分方程描述，在
其中一系统中同步存在动量、热量及质量传 递和许多生化反应。
对游离生物细胞的液体悬浮培养的放大过
程，假定小罐和大罐几何相似，发酵液的物
理性质如培养基成分、温度、pH和溶解氧浓 度相同，微生物细胞在发酵罐中充分分散。
(四)经验放大法
• 当今最常用的放大法， 目前生物发酵工厂所 用的好氧生物发酵反 应器应用的经验放大 比例：
放大准则 维持Po/V 维持kLa
所占比例 30% 30%
维持搅拌叶 20% 尖线速度
维持培养液. 20% 营养浓度
1.生物工程产品的研究开发周期必须经过3各阶段
2.生物反应过程的放大
3.生物反应器的放大目的
第三节 生物传感器的研究开发与应用
一、生物传感器在微生物发酵过程检测上的应用
二、动植物细胞培养过程的参数检测 三、生物传感器的类型及结构原理
1.酶电极 2.微生物电极 3.免疫电极 4.生物换能器件 第四节 生化过程控制概论
第一节 生物反应过程的放大：
生物反应系统放大： 是指以实验室或中试反应设备取得的实
4.理论上，生物反应过程和生物反应器的开发和设计 过程应由下述三个步骤构成
理论放大方法 5.放大方法 半理论放大方法
因次分析法 经验放大规则
第二节 反应器比拟放大
• 比拟放大不是简单的按比例放大，而是建 立在几何相似、培养条件相同和微生物在 反应器中充分分散等基本假设之上的。
• 放大与通气、搅拌等技术构成了生化工程 的核心部分。
只要Re相等。
但是，混合时间与P/V有关， 若按Rem=Rep放 大，则大型反应器的P/v很低，但是混合时间就太 大了。
所以，大型反应器放大时，往往以(P/V)m= (P/V)p准则放大，但必须满足Re>104
3.准数构成
① 几何参数D、H、dp ② 物理化学参数ρμσ ③ 过程变量N、P0 、VL ④ 常数g、R
① 在较宽的培养条件下对所使用的生物细胞种 进行试验，以掌握细胞生长动力学及产物生 成动力学等特性。
② 根据上述系列试验，确定该生物发酵的最优 的培养基配方和培养条件。 环境条件和操作条件
质量传递、热 量传递、动量传 递等微观衡算 方程进行求解。
导出能表达反 应器内的环境条 件和主要操作变 量之间的模型
目
的
产
物
浓
有效放大区
度
p/v或kla
(二)半理论放大法 对动量方程进行简化，只考虑液流主体的流动， 而忽略局部如搅拌叶轮或罐壁附近的复杂流动， 其流型有三类：
• 活塞流 • 带液体微元分散的活塞流 • 完全混合流。
验数据为依据，设计制造大规模的反应系 统，以进行工业规模生产。
第六章生物反应器的比拟放大
生物工程产品的研究开发周期必须经过 3各阶段： 1. 实验室阶段:1~3L摇瓶或反应器 2. 中试阶段:5~50L发酵罐 3. 工厂化规模:m3
ຫໍສະໝຸດ Baidu
一、生物反应器的放大目的
生物反应器的放大目的： 应用理论分析和实验研究相结合的方法，
（2）通气的搅拌功率Pg=2.25×10-3（P0NDi3/Q0.08）0.39 （3）体积溶氧系数kLa=k(Pg/V1)αvsβ 或kd=(2.36+3.3n)(Pg/VL)0.56vs0.7N0.7×10-9
实际的生物反应器的放大过程，是应用亚硫酸钠 氧化法的kla值相等的原则
• 某厂在100L机械搅拌发酵罐中进行淀粉酶生产试
大型反应器液柱高，空气在液体中所走的 路程和气液接触时间均长于小型反应器。 因此大型反应器的有较高的空气利用率， 放大时大型反应器的 Q/V 比小型设备的 Q/V 小。
通气强度： Q1/V1=Q2/V2 Q ②按通风截面空气线速度 Vs相等放大
Q2= 1/4πD2Vs2
④按体积溶氧系数相等放大 经过实验和有关准数的整理，可得通风量 Q 与溶氧
放大比例
• 通气速率1.0vvm
通气量
• ④使用两党圆盘六直叶涡轮搅拌器，ω=350r/min
• 通过实验证明，此为高耗氧的生物反应，故可按
体积溶氧系数相等之原则放大。 求Np
求Pg N
一解：（1）计算试验罐（小罐）的kd值
先求雷诺准数Re= ωDi2ρ/μ=4.13×104 故发酵系统为充分湍流，功率准数Np=6.0
气情况下的功率消耗是成比例的。
③按体积溶氧系数相等放大
溶氧系数是所有好气性发酵的主要指标， 任何通气发酵在一定条件下都有一个达到最 大产率的溶氧系数，故维持大、小罐的溶氧 系数相等进行放大是合理的。
KLa=k(Pg/VL) αVsβ（此为经验公式）
④按搅拌器末端线速度 nDi 相等放大 如果在小型设备中搅拌器所产生的最大剪
q（v cn cn1）Vn1 •rn1 qv 体积流量,m3 / s V反应液体积m3
(三)因次分析法
• 定义：在放大过程中，维持生物发酵系统 参数构成的无因次群（准数）恒定不变。
1.因次分析法的机理
• 把反应系统的动量、 质量、热量恒算以及 有关的边界条件、初 始条件以无因次的形 式写出,用于放大过程 这就是因次分析方大 法。
• v送/V ∝n • 单位体积功耗
V ∝D3 ∝Di3 V送∝nDi3
• P/V ∝ n3Di2 • 搅拌器叶尖线速度 v ∝nDi
若以P/V相等放大 （P/V）小= （P/V）大
• 修正雷诺系数 nDi2ρ/μ ∝nDi2
对许多通气发酵生产，其产物的相对浓度受单 位体积发酵液的搅拌功率或体积溶氧系数的影响，
搅拌发酵罐中与液体动态有关的参数是： 不通气搅拌功率P0或通气搅拌速率Pg， 搅拌转速 泵送速度v送
• 对于充分湍流的发酵系统而言，搅拌功率
• P0∝n3Di5 P0=Np n3Di5 • 通气搅拌功率Pg/P=f(Na)
P0 N 3D 5
• Na=v送/ nDi3 通气准数
• 液体循环速率:V送∝ nDi3
• 对于有液体微元分散的活塞流，在稳态下，
• 质量衡算方程为：
v
dc dx
De
d 2c dx2
r
0
v 液体流速 , m / s
c 反应基质浓度 mol / m3或kg / m3
De 基质在培养液的扩散系 数m2 / s
r 生物反应速率（ kg / m3s）
• 对于多罐式（串联）完全混合反应系统，第 n+1 罐的物料质量衡算方程为：
• 应用在微生物的放大方面，则需要由小试 放大到中试进行讨论，这是生化工程的一 个基本特征。
• 化学工业中，每级放大在 50 倍以下，而且 每级放大时需对前级参数进行修正。
• 生物工业中，放大的倍数有的高达200倍， 如外国某公司用于单细胞蛋白生产的 300m3反应器是从 1.5m3 反应器直接放大得 到的。一般生物反应器的放大倍数为 10 。
2 ）按几何相似原则确定放大设备的主要尺寸
3 ）决定生产罐通风量
4 ）按溶氧系数相等的原则确定生产罐搅拌功率 及转速
（2）以单位体积发酵液消耗功率相等为基准的 比拟放大方法主要步骤 （P/V）1＝ （P/V）2
1 ）确定试验设备的主要参数，并试算 kd 值
2 ）按几何相似原则确定放大设备的主要尺寸
切力已接近微生物的剪应极限，这时就必须 按搅拌器末端线速度相等来进行放大。
πn1Di1 =πn2Di2 n2/n1=Di1/Di2
⑤按单位体积搅拌循环量 F/V 相等放大 对于连续发酵和在发酵过程中需要补料的
分批发酵，要求整个反应器的液体快速均匀 混合，使液体中产物和底物的浓度均匀一致， 这时就必须按 F/V 相等的原则进行放大。
3 ）决定通风量
4 ）按P/V相等的原则确定搅拌功率及转速
2、通气发酵罐的放大设计实例
• 通气搅拌发酵罐的主要参数及计算公式 （1）不通气的搅拌功率P0=NpρN3Di5 式中，功率系数Np视搅拌强度及叶轮形式而定，当发酵 系统为湍流时即Re>104时对圆盘六直叶轮，Np=6.0；圆 盘六弯叶轮，Np=4.7；圆盘六剑叶轮，Np=3.7；
（F/V）1＝ （F/V）2
（二）机械搅拌发酵罐的比拟放大 及实例
1. 放大依据准则的选择 溶氧系数相等（KLa） 单位体积发酵液消耗功率相等 （P/V）
目
的
产
物
浓
有效放大区
度
p/v或kla
（1）以体积溶氧系数相等为基准的比拟放大方 法体积溶氧系数（亚硫酸盐氧化值） kd 主要步 骤
1 ）确定试验设备的主要参数，并试算 kd 值
应用此数学模 型，计算优化 条件下主要操
作变量
2.放大方法
I. 理论放大方法 II. 半理论放大方法 III.因次分析法 IV. 经验放大规则
(一)理论放大法
1.原理: 建立及求解反应系统的动量、质量和
能量平衡方程。 对于发酵反应器的理论放大，主要的
问题是无法了解反应系统中的动量衡算
方程 ，所以理论放大法只能用于简单的系 统。
3. 搅拌功率放大
P
P∝n3Di5
n Di
?n
O2 Di
比例放大确定
①按雷诺准数Re相等放大
Re=nDi2ρL/μ
根据Re1＝Re2
n2 /n1 =(Di1 /Di2 )2 =(D1 /D2 )2 在某些情况下可作为放大的依据
②按单位体积液体消耗功率 P/V 相等放大
P∝ n 3D i 5 P/V ∝ n3 Di2 根据（P/V ）1＝ （P/V ）2 (n3 Di2 )1 = (n3 Di2 ) 2 n2 /n1 =(Di1 /Di2 ) 2/3 =(D1 /D2 ) 2/3 上述功率 P 是不通气时的搅拌功率，它与通
总结生物反应系统的内在规律及影响因素， 重点研究解决有关的质量传递、动量传递 和热量传递问题，
以便在反应器的放大过程中尽可能 维持生物细胞的生长速率、代谢产物 的生成速率。
二、生物反应器放大方法
1.生物反应器的传递现象与过程受两个机理控 制：对流和扩散
对流 tf=L/v L：反应器特征尺寸
•
v：反应溶液对流运动速度
r 生物反应速率（kg/ m3s）
ζ=c/c0 η=x/L 解得：ζ=f(vL/De,kL2/De, η)
2.应用因次分析进行反应器放大
• 雷诺准数相等：Rem=Rep • （ρNDi2/μ）m= （ρNDi2/μ）p • 弗鲁特准数相等：Frm=Frp
N降低 P/V低
• （N2Di/g）m =（N2Di/g ）p 对于全挡板条件，传递特性与Fr准数基本无关。
（一）比拟放大的方法 1. 几何尺寸的放大 根据几何相似的原则
D2 /D1 =Di2 /Di1 =(V2 /V1) 1/3 D------------- 反应器直径 Di ------------- 搅拌器直径 V-------------- 反应器的装料容积
2. 通风量的放大
①按单位体积液体通风量 Q/V 相等
系数 kLa ∝ (Q/V)HL 2/3 kLa------- 体积溶氧系数（1/h） Q--------- 通风量 (m3 /min); V--------- 发酵液体积 (m3 ) HL -------- 发酵液深度 (m)
体积溶氧系数kLa=k(Pg/V1)αvsβ
或kd=(2.36+3.3n)(Pg/VL)0.56vs0.7N0.7×10-9
扩散 td=L2/K k：扩散系数 对于小型生物反应器：
反应速度控制：tc<tf(td) 大型生物反应器：
传递对反应 器发大有重
要影响
传递速度控制： tc>tf(td)
S rd Sc rc
高基质浓度 rd>rc μ=μmax=rc 低浓度时 rd<rc μ=μlim=rd
理论上，生物反应过程和生物反应器的 开发和设计过程应由下述三个步骤构成
验，菌种为枯草杆菌，获得良好的发酵效果，拟放 大至20m3生产罐。
• ①此发酵液为牛顿型流体
• μ=2.25×10-3pa.s ρ=1020kg/m3 用于计算Re
• ②试验罐的尺寸：D=375mm Di=125mm
• H/D=2.4,液深HL=1.5D,4块挡板W/D=0.1 大罐尺寸
• ③装液量60L
• 如前所述的一位活塞 流流动：
C0
0
c x0 c0
dc 0 dx x L
• 质量方程如前，边界 条件为：
vc0 L
dc / c0 dx/ L
Dec0 L2
d 2c / c0 d(x / L）2
kc0
(c
/
c0
)
0
v 液体流速, m/ s
c 反应基质浓度mol / m3或kg/ m3
De基质在培养液的扩散系数m2 / s
例如发酵液是静止的或流动属于滞留 系统，例如固定化生物反应器。
2.放大的基本理论基础：相似理论
相似理论的基本点： 两个反应系统可用统一微分方程描述，在
其中一系统中同步存在动量、热量及质量传 递和许多生化反应。
对游离生物细胞的液体悬浮培养的放大过
程，假定小罐和大罐几何相似，发酵液的物
理性质如培养基成分、温度、pH和溶解氧浓 度相同，微生物细胞在发酵罐中充分分散。
(四)经验放大法
• 当今最常用的放大法， 目前生物发酵工厂所 用的好氧生物发酵反 应器应用的经验放大 比例：
放大准则 维持Po/V 维持kLa
所占比例 30% 30%
维持搅拌叶 20% 尖线速度
维持培养液. 20% 营养浓度
1.生物工程产品的研究开发周期必须经过3各阶段
2.生物反应过程的放大
3.生物反应器的放大目的
第三节 生物传感器的研究开发与应用
一、生物传感器在微生物发酵过程检测上的应用
二、动植物细胞培养过程的参数检测 三、生物传感器的类型及结构原理
1.酶电极 2.微生物电极 3.免疫电极 4.生物换能器件 第四节 生化过程控制概论
第一节 生物反应过程的放大：
生物反应系统放大： 是指以实验室或中试反应设备取得的实
4.理论上，生物反应过程和生物反应器的开发和设计 过程应由下述三个步骤构成
理论放大方法 5.放大方法 半理论放大方法
因次分析法 经验放大规则
第二节 反应器比拟放大
• 比拟放大不是简单的按比例放大，而是建 立在几何相似、培养条件相同和微生物在 反应器中充分分散等基本假设之上的。
• 放大与通气、搅拌等技术构成了生化工程 的核心部分。
只要Re相等。
但是，混合时间与P/V有关， 若按Rem=Rep放 大，则大型反应器的P/v很低，但是混合时间就太 大了。
所以，大型反应器放大时，往往以(P/V)m= (P/V)p准则放大，但必须满足Re>104
3.准数构成
① 几何参数D、H、dp ② 物理化学参数ρμσ ③ 过程变量N、P0 、VL ④ 常数g、R
① 在较宽的培养条件下对所使用的生物细胞种 进行试验，以掌握细胞生长动力学及产物生 成动力学等特性。
② 根据上述系列试验，确定该生物发酵的最优 的培养基配方和培养条件。 环境条件和操作条件
质量传递、热 量传递、动量传 递等微观衡算 方程进行求解。
导出能表达反 应器内的环境条 件和主要操作变 量之间的模型