【正文】 傳熱面積的計算 。 安全性 。根據(jù)經(jīng)驗 ， 每 m3發(fā)酵液每小時傳給冷卻器最大的熱量為： 青霉素發(fā)酵約為 25000kJ/(m3h)。 谷氨酸發(fā)酵約為 31000kJ/(m3h)。 通過生物合成進(jìn)行計算 。 換熱裝置的傳熱面積可由下式確定 。 ma lltKQF??? 根據(jù)經(jīng)驗： 夾套的 K值為 400～ 700kJ/（ m2℃ ），如管壁較薄，對冷卻水進(jìn)行強制循環(huán)時， K值為 3300～ 4200kJ/（ m2但在氣溫較底的地區(qū)，采用地下水冷卻，冷卻面積較小， 1m3發(fā)酵液的冷卻面積為 1m2。當(dāng)副反應(yīng)不可忽視時，選擇性 Sp也是很重要的參數(shù)。 如果反應(yīng)器的容積為 V， 物料流入反應(yīng)器中的體積流量為 F， 平均停留時間 τ的定義式為： （ 79） τ 又稱空時（空間時間 space time），其倒數(shù) 1／ τ 稱為空速（空間速度 space velocity）。 連續(xù)式操作中 ， （ 713） 式中 Pout為單位體積流出液中的產(chǎn)物量 。 由于在反應(yīng)的各階段或反應(yīng)器內(nèi)不同位置的選擇性并非一致 ， 因此 ， 瞬時 （ 或局部 ） 選擇性為： （ 715） 式中 rp為主反應(yīng)速率； rs為副反應(yīng)速率 。 理想的酶反應(yīng)器 ? 一、 CPFR型酶反應(yīng)器 也稱為活塞流式反應(yīng)器或平推流式反應(yīng)器 。穩(wěn)定狀態(tài)下，以一級反應(yīng)為例，取底物 S作為著眼組分進(jìn)行物料衡算得（單位時間內(nèi)）： 流入量＝ 流出量 ＋ 反應(yīng)量 ＋ 積累量 FS (F+dF)(S+dS) rsdV 0 由于 dF＝ 0， F0＝ F＝ Ff， 所以 （ 717） 以邊界條件進(jìn)行積分 ， 得 （ 718） 式中： S為底物濃度 mol／ m3； F為以體積計的物料進(jìn)料流率 m3／ s； A為反應(yīng)器橫截面積 m2； L為反應(yīng)器長度 m； τ 為停留時間 s； k為一級反應(yīng)速率常數(shù) 。 由圖可知 ， 在相同的工藝條件下進(jìn)行同一反應(yīng) ， 達(dá)到相同轉(zhuǎn)化率時 ， 兩者所需的停留時間不同 ， CSTR型的比 CPFR型反應(yīng)器的要長 ， 也就是前者所需的反應(yīng)器體積比后者大 。 二、酶需求量的比較 當(dāng) KmS0時 ， 反應(yīng)速率可用一級動力學(xué)來描述 ， 于是 ， （ 728） 式和 （ 722） 式可簡化成如下式子 。 另外 ， 比值還依賴于反應(yīng)級數(shù) ，一級反應(yīng)時其比值最大 ， 0級反應(yīng)時其比值最小 。 酶活力的喪失可近似用一級動力學(xué)關(guān)系來描述 ，即 （ 732） 式中： E為反應(yīng)器中的有效酶濃度； Kd為酶的衰退常數(shù)； t為操作時間 。但如果反應(yīng)從 0級增至一級，那么，兩種反應(yīng)器轉(zhuǎn)化率下降的差別就變得明顯。 由圖可知 ， 在 CPFR中 ， 雖然出口端濃度較低 ， 但在進(jìn)口端 ，底物濃度較高； CSTR中底物總處于低濃度范圍 。 幾何尺寸與操作條件范圍 典型數(shù)值 奧地利某公司 200m3 美國某公司130m3 日本某公司50m3 中國某味精廠100m3 H/D=1～ 4 3 1?83 Di/D=1/2～ 1/4 1/3 — W/D=1/8～ 1/12 1/10 [1] [1] [2] B/ Di =～ — — 攪拌 轉(zhuǎn)速 N=30～ 1000 (r/min) 90～ 130 70～ 130 145 150 單位醪液體積的冷卻面積 ～ (m2/m3) 攪拌器層數(shù) 4層 4層 2層 3層 通 風(fēng) 量 ～ 4 [m3/(m3對于雙液相反應(yīng)體系可提高液 液接觸面積，另外還可促進(jìn)傳熱與固形物料的懸浮。s） 、 重力加速度 g（ m/s2） 、 攪拌罐直徑 D（ m） 、 液柱高度 HL（ m） 以及檔板條件 (數(shù)量 、寬度和位置 )等 。 (745) 式中 m為攪拌器層數(shù)。 Michel等人提出了應(yīng)用較廣泛的通風(fēng)時的攪拌功率 Pg與工作變量間的經(jīng)驗公式： (746) 式中， Di/D=1/3時， K39。 3239。 一、氣升式反應(yīng)器 氣升式反應(yīng)器有多種形式，比較典型的兩種形式如圖 712。 攪拌器葉輪旋轉(zhuǎn)時 ， 葉片不斷排開周圍的液體使其背側(cè)形成真空 ， 由導(dǎo)氣管吸入罐外空氣 ， 吸入的空氣與發(fā)酵液充分混合后在葉輪末端排出 ，并立即通過導(dǎo)輪向罐壁分散 ， 經(jīng)檔板折流涌向液面 ， 均勻分布 。根據(jù)操作方式的不同，通風(fēng)固態(tài)發(fā)酵設(shè)備又可分為分批式和連續(xù)式兩類。 圖 715 厚層通風(fēng)制曲裝置示意圖 二、連續(xù)式通風(fēng)固態(tài)發(fā)酵設(shè)備 連續(xù)式發(fā)酵設(shè)備有塔式 ， 轉(zhuǎn)鼓式和回轉(zhuǎn)式等多種形式 。 若將圓柱形殼體略做頃斜放置 ， 可使物料連續(xù)慢慢地向較低一端移動 ， 通過在較高一端不斷補料 ， 形成固態(tài)連續(xù)發(fā)酵 。 發(fā)酵罐宜采用密閉式 。 為回收冷卻水 ，在罐體底部沿罐體四周裝有集水槽 。 后發(fā)酵槽又稱儲酒罐，是金屬的圓筒形密閉容器，有臥式和立式兩種，一般采用臥式。 啤酒連續(xù)發(fā)酵設(shè)備主要有塔式和多罐式兩類。 動植物細(xì)胞與微生物細(xì)胞有明顯的區(qū)別，首先動物細(xì)胞無細(xì)胞壁，動植物細(xì)胞對環(huán)境影響十分敏感。此類反應(yīng)器與微生物發(fā)酵用反應(yīng)器有許多相同之處，亦采用通用式發(fā)酵罐、鼓泡式發(fā)酵罐、氣升式反應(yīng)器、流化床式反應(yīng)器、固定床式反應(yīng)器、膜反應(yīng)器及振動混合反應(yīng)器等。 一、動物細(xì)胞懸浮培養(yǎng)反應(yīng)器 由于動物細(xì)胞無細(xì)胞壁保護(hù) ， 采用一般發(fā)酵罐的攪拌槳葉攪拌液體時液體間的剪切力往往過大而破壞細(xì)胞 ， 因此 ， 實驗室規(guī)模的懸浮培養(yǎng)反應(yīng)器時依靠磁力驅(qū)動的攪拌器低轉(zhuǎn)速攪拌 (如20~50r/min)， 攪拌槳有用尼龍絲編織帶制成船帆形 ， 或通過插入溶液中的硅膠管使氧氣擴散到培養(yǎng)液內(nèi) 。 二、動物細(xì)胞貼壁培養(yǎng)反應(yīng)器 多數(shù)動物細(xì)胞需附著在固體或半固體表面才能生長 ， 細(xì)胞在載體表面上生長并擴展成一單層 ， 所以貼壁培養(yǎng)又稱單層培養(yǎng) 。動物細(xì)胞貼附在中空纖維管外壁生長，可很方便地獲取營養(yǎng)物質(zhì)和溶氧。 海藻培養(yǎng)光合生物反應(yīng)器 海洋生物包括海洋動物 (如魚、蝦、貝等 )、海洋植物 (如大藻和微藻 )和海洋微生物。 生物反應(yīng)器的比擬放大 生物反應(yīng)器放大的目的及方法 一、生物反應(yīng)器放大的目的 在生物反應(yīng)器的設(shè)計與操作中 ， 至少有兩點必須明確： ， 即所期望的生化反應(yīng)是通過何種渠道完成的 。 謝 謝 大 家