6反应器比拟放大.
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对动量方程进行简化，即选择主要影响因素 即主要因素的主要影响方面，建立数学方程， 以得到反应器放大的主要参数。
（3）动量衡算往往假定反应系统为均相液体 ，但对通气生物发酵，培养液中存在大量气 泡。
发酵反应器的理论放大
主要的问题是至今仍无法求解生 物反应系统中的动量衡算方程。
理论放大方法只能用于最简单的 系统，例如发酵液是静止的或流动 属于滞流的系统，如某些固定化生 物反应器的放大。
（二）半理论放大方法
对于生物反应，特别是对那些剪切敏感、易 受损伤的细胞，则放大过程还必须检测生物 细胞对剪切作用的影响。
扩散传递过程
时间常数
tD L2 / K
K——扩散系数。
传递过程是放大的核心问题
反应器经放大后，传递时间tf和tD明显 增大，而转化常数tc大致维持不变。
传递过程对反应后的反应器性能有重大 影响
（2）生物发酵过程的复杂性远大于普通的化工 过程，影响过程的参变数很多
生物细胞的生长、酶系的活力及细胞的生理特征等 决定了反应的复杂性。
传递过程（质量传递、动量传递、热量传递）是生 物反应器放大的核心。
（浓度梯度、压强梯度）
不同阶段的相互关系
在生物反应器的反应系统中，存在 3种不同类型的重要过程，即热力 学过程、微观动力学过程和传递过 程。
传递过程受系统规模的影响很大。
不同阶段的相互关系
游离分散状态的生物细胞的生长与代谢产物的生 成是环境条件（如基质和生长因子的浓度、PH、 温度等）的函数，这些是培养基的组成与环境因 素，与反应器的规模基本无关。
随着反应器规模的改变，系统内的动量传递过程 就相应变化，尤其是搅拌器对生物细胞的搅拌剪 切作用随反应器规模增大而增强，不仅影响细胞 （团）的分散状态如絮凝、悬浮、结成团块等， 而且严重时还会使细胞本身产生剪切损伤作用。
理论放大方法
评价：此方法最系统又有科学 理论，但研究这种放大方法是 十分复杂的，目前很难在实际 中应用。
个人观点：更是一个理想
发酵罐的理论放大
（1）要应用理论放大方法就必须解三维传递 方程，且边界条件十分复杂。
（2）传递过程之间是偶联的，即从动量衡算 方程求解的流动分量必须用于质量与热量平 衡方程的求解。
大多用50～500L规模的发酵反应器进行试验
③工厂化规模
依据第一、二阶段取得的数据，进行生产 规模的设计、试验、修正，直至在商业化 生产中，再现甚至超过研究水平，向社会 化、产业化提供技术和产品，获得社会和 经济效益。
工业化反应器20——2000 m3不等，一般 也需要逐级放大。
二、生物反应器的比拟放大
1、概念：
在反应器放大过程中，维持细胞生 长与生物反应速率相似
所谓生物反应过程的放大，就是指 以实验室或中试反应器所取得的试验 数据和规律为依据，设计、制造大规 模的反应器，以实现工业规模生产。
2、生物反应器比拟放大的复杂性 ——生物反应与一般化学反应更复杂
（1）对同一发酵生产使用不同规模的发酵罐中 所进行的生物反应是相同的，但反应溶液的 混合状态、传质与传热速率等不尽相同
通常在摇瓶培养或10～50L反应器进行
②中试阶段
1）参考摇瓶的结果，用中小型的发酵反应器进 行生物培养或发酵，进一步确定最优的培养基 配方和培养条件；
2）进行环境因素的最佳操作条件的研究，以掌 握细胞生长动力学及产物生成动力学等特性；
3）试验影响溶氧速率的因素及其关系，发酵热 及其降温控制条件等反应器设计参数，为反应 器的工业化放大提供依据。
生物反应器放大的步骤
（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。
（3）对有关的质量传递、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关 系模型。应用此数学模型，计算优化条件下 主要操作变量的取值。
对于对流传递过程，其时间常数为：
tf L/v
式中 L——反应器特征尺寸，m； v——反应溶液对流运动速度，m／s。
对流传递过程
液体流动速度应正比于反应器大小，只有这 样才能维持时间常数不变。
实验研究结果表明，若维持反应器在放大前 后的传递时间常数tf与反应转化常数tc（tc 为基质浓度与反应速度的比值）之比值恒定 不变，则放大后反应器的性能可维持不变。
第四章 生物反应 器的放大
生物反应器放大的概念、目的和方法 机械搅拌通风发酵罐的比拟放大
第一节 生物反应器放大 的概念、目的和方法
一、生物工程产品和设备研发的阶段
①实验室阶段 ②中试阶段 ③工厂化规模
①实验室阶段
进行基本的生物细胞（菌种）的筛选 和培养基的研究，确定该生物发酵技术 工艺的可行性，初步选择最优的培养基 配方和培养条件。
概括：以实验室或中试反应器的实验数 据为依据，确定大规模反应器的结构尺 寸和操作参数。
三、生物反应器放大的方法
（一）理论放大方法 （二）半理论放大方法 （三）因次分析法 （四）经验放大方法
（一）理论放大方法
在大量实验的基础上，建立及 求解反应系统的动量、质量和能 量平衡方程（建立数学模型）， 按建立起的数学公式进行计算放 大。
传递过程是放大的核心问题
1、反应溶液的混合状态、传质与传热速 率、搅拌器对生物细胞的剪切作用等 与规模有很大关系。如果反应器的结 构和运转条件不合理，则难以保证细 胞生长代谢的需要，也就不能再现研 究成果。
2、逐级放大的目的，是在不同规模下， 再现或优化这些条件。
传递过程是放大的核心问题
生物反应器的传递现象与过程受对流和扩 散两个机理控制。
小型生物反应器往往表现为反应动力学 模式即反应速度控制，而大型生物反应 系统则受传递现象控制，其原因是小型 反应装置的tc＞tf（或tD），而大型反应 器的tc＜tf（或tD）。
2.生物反应器放大的目的任务
应用理论分析和实验研究相结合的方法，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 可能维持生物细胞源自文库生长速率、代谢产物的 生成速率，这就是生物反应器的放大目的。
（3）动量衡算往往假定反应系统为均相液体 ，但对通气生物发酵，培养液中存在大量气 泡。
发酵反应器的理论放大
主要的问题是至今仍无法求解生 物反应系统中的动量衡算方程。
理论放大方法只能用于最简单的 系统，例如发酵液是静止的或流动 属于滞流的系统，如某些固定化生 物反应器的放大。
（二）半理论放大方法
对于生物反应，特别是对那些剪切敏感、易 受损伤的细胞，则放大过程还必须检测生物 细胞对剪切作用的影响。
扩散传递过程
时间常数
tD L2 / K
K——扩散系数。
传递过程是放大的核心问题
反应器经放大后，传递时间tf和tD明显 增大，而转化常数tc大致维持不变。
传递过程对反应后的反应器性能有重大 影响
（2）生物发酵过程的复杂性远大于普通的化工 过程，影响过程的参变数很多
生物细胞的生长、酶系的活力及细胞的生理特征等 决定了反应的复杂性。
传递过程（质量传递、动量传递、热量传递）是生 物反应器放大的核心。
（浓度梯度、压强梯度）
不同阶段的相互关系
在生物反应器的反应系统中，存在 3种不同类型的重要过程，即热力 学过程、微观动力学过程和传递过 程。
传递过程受系统规模的影响很大。
不同阶段的相互关系
游离分散状态的生物细胞的生长与代谢产物的生 成是环境条件（如基质和生长因子的浓度、PH、 温度等）的函数，这些是培养基的组成与环境因 素，与反应器的规模基本无关。
随着反应器规模的改变，系统内的动量传递过程 就相应变化，尤其是搅拌器对生物细胞的搅拌剪 切作用随反应器规模增大而增强，不仅影响细胞 （团）的分散状态如絮凝、悬浮、结成团块等， 而且严重时还会使细胞本身产生剪切损伤作用。
理论放大方法
评价：此方法最系统又有科学 理论，但研究这种放大方法是 十分复杂的，目前很难在实际 中应用。
个人观点：更是一个理想
发酵罐的理论放大
（1）要应用理论放大方法就必须解三维传递 方程，且边界条件十分复杂。
（2）传递过程之间是偶联的，即从动量衡算 方程求解的流动分量必须用于质量与热量平 衡方程的求解。
大多用50～500L规模的发酵反应器进行试验
③工厂化规模
依据第一、二阶段取得的数据，进行生产 规模的设计、试验、修正，直至在商业化 生产中，再现甚至超过研究水平，向社会 化、产业化提供技术和产品，获得社会和 经济效益。
工业化反应器20——2000 m3不等，一般 也需要逐级放大。
二、生物反应器的比拟放大
1、概念：
在反应器放大过程中，维持细胞生 长与生物反应速率相似
所谓生物反应过程的放大，就是指 以实验室或中试反应器所取得的试验 数据和规律为依据，设计、制造大规 模的反应器，以实现工业规模生产。
2、生物反应器比拟放大的复杂性 ——生物反应与一般化学反应更复杂
（1）对同一发酵生产使用不同规模的发酵罐中 所进行的生物反应是相同的，但反应溶液的 混合状态、传质与传热速率等不尽相同
通常在摇瓶培养或10～50L反应器进行
②中试阶段
1）参考摇瓶的结果，用中小型的发酵反应器进 行生物培养或发酵，进一步确定最优的培养基 配方和培养条件；
2）进行环境因素的最佳操作条件的研究，以掌 握细胞生长动力学及产物生成动力学等特性；
3）试验影响溶氧速率的因素及其关系，发酵热 及其降温控制条件等反应器设计参数，为反应 器的工业化放大提供依据。
生物反应器放大的步骤
（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。
（3）对有关的质量传递、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关 系模型。应用此数学模型，计算优化条件下 主要操作变量的取值。
对于对流传递过程，其时间常数为：
tf L/v
式中 L——反应器特征尺寸，m； v——反应溶液对流运动速度，m／s。
对流传递过程
液体流动速度应正比于反应器大小，只有这 样才能维持时间常数不变。
实验研究结果表明，若维持反应器在放大前 后的传递时间常数tf与反应转化常数tc（tc 为基质浓度与反应速度的比值）之比值恒定 不变，则放大后反应器的性能可维持不变。
第四章 生物反应 器的放大
生物反应器放大的概念、目的和方法 机械搅拌通风发酵罐的比拟放大
第一节 生物反应器放大 的概念、目的和方法
一、生物工程产品和设备研发的阶段
①实验室阶段 ②中试阶段 ③工厂化规模
①实验室阶段
进行基本的生物细胞（菌种）的筛选 和培养基的研究，确定该生物发酵技术 工艺的可行性，初步选择最优的培养基 配方和培养条件。
概括：以实验室或中试反应器的实验数 据为依据，确定大规模反应器的结构尺 寸和操作参数。
三、生物反应器放大的方法
（一）理论放大方法 （二）半理论放大方法 （三）因次分析法 （四）经验放大方法
（一）理论放大方法
在大量实验的基础上，建立及 求解反应系统的动量、质量和能 量平衡方程（建立数学模型）， 按建立起的数学公式进行计算放 大。
传递过程是放大的核心问题
1、反应溶液的混合状态、传质与传热速 率、搅拌器对生物细胞的剪切作用等 与规模有很大关系。如果反应器的结 构和运转条件不合理，则难以保证细 胞生长代谢的需要，也就不能再现研 究成果。
2、逐级放大的目的，是在不同规模下， 再现或优化这些条件。
传递过程是放大的核心问题
生物反应器的传递现象与过程受对流和扩 散两个机理控制。
小型生物反应器往往表现为反应动力学 模式即反应速度控制，而大型生物反应 系统则受传递现象控制，其原因是小型 反应装置的tc＞tf（或tD），而大型反应 器的tc＜tf（或tD）。
2.生物反应器放大的目的任务
应用理论分析和实验研究相结合的方法，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 可能维持生物细胞源自文库生长速率、代谢产物的 生成速率，这就是生物反应器的放大目的。