生物反應(yīng)發(fā)酵作業(yè)題參考(編輯修改稿)
2025-07-04 21:30 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ：攪拌式生物反應(yīng)器靠攪拌槳提供液相攪拌的動(dòng)力，它有較大的操作范圍、良好的混合性和濃度均勻性。但由于動(dòng)物細(xì)胞沒有細(xì)胞壁，對(duì)剪切力十分敏感，直接的機(jī)械攪拌很容易對(duì)其造成傷害，所以動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)中的攪拌反應(yīng)器都是經(jīng)過改進(jìn)的，包括改進(jìn)供氧方式、攪拌槳的形式等。根氣升式生物反應(yīng)器與攪拌式生物反應(yīng)器相比，產(chǎn)生的湍動(dòng)溫和而均勻，剪切力相當(dāng)小，器內(nèi)沒有機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，因而細(xì)胞損傷率比較低。無氣泡通氣攪拌反應(yīng)器綜合考慮和降低了氣泡運(yùn)動(dòng)和機(jī)械攪拌對(duì)細(xì)胞的影響，據(jù)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的特點(diǎn)，攪拌器轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的剪切力小，混合性能好，無氣泡直接噴射供氧，氧傳遞速率高。1若保證幾何相似的準(zhǔn)則進(jìn)行反應(yīng)器放大，說明反應(yīng)器放大時(shí)反應(yīng)器的混合特性和氧傳遞效率的變化。(參考生物工程P221和P260)答：（1）參見生物工程P260圖6106，反應(yīng)器按幾何相似的準(zhǔn)則放大，式中只有Np增大，從而混合時(shí)間常數(shù)tm增大(混合程度m也可以考慮進(jìn)去)（2）反應(yīng)器放大時(shí)如果氧傳遞時(shí)間常數(shù)1/ KLa反應(yīng)時(shí)間常數(shù)tr,氧傳遞速率限制過程的速率，反應(yīng)器中會(huì)出現(xiàn)局部缺氧的情況。本題中反應(yīng)器按幾何相似的準(zhǔn)則放大，在一定范圍內(nèi)，隨著通氣量的增加，氣體表觀線速度增加，KLa亦增加，從而使氧傳遞速率增大。1為提高養(yǎng)傳遞效率，可增大機(jī)械攪拌速度和通氣速率。哪種方式的作用最大、能耗最低？答：參見生物工程P221，實(shí)際中傾向于采用低通氣速率和高轉(zhuǎn)數(shù)的操作條件18試建立細(xì)胞生長速率與氧傳遞速率之間的關(guān)系，并說明重組菌高密度培養(yǎng)時(shí)氧傳遞效率的限制性作用。答：氧的比消耗速率qo2=μ/Yx/o2 (1)qo2= qo2,max*（CoL）/(Ko2+CoL) (2)OTR=KLa(CoL*CoL) (3)(1)、（2）見生物工程P62，（3）見P生物工程216參考生物工程P62 圖210通過（1）、（2）、（3）可得，細(xì)胞比生長速率μ與氧傳遞速率在一定溶氧濃度范圍內(nèi)（或細(xì)胞濃度范圍內(nèi)）成負(fù)相關(guān)，重組菌高密度培養(yǎng)開始時(shí)，細(xì)胞生長速率較大，細(xì)胞濃度不斷增加，由于細(xì)胞反應(yīng)過程中不斷消耗氧氣，導(dǎo)致反應(yīng)液中的溶氧濃度保持在較低的水平，增加了傳質(zhì)的推動(dòng)力，因此細(xì)胞反應(yīng)具有強(qiáng)化氧的傳遞速率，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，由于細(xì)胞的大量存在，會(huì)改變流體的物性，從而影響KLa值（此時(shí)(CoL*CoL)的變化對(duì)OTR影響不大）。一般而言，隨細(xì)胞濃度的增大，其值呈下降趨勢(shì)，從而使氧的傳遞速率降低。1試比較大型反應(yīng)器與小型反應(yīng)器的積分剪切力ISF和攪拌器葉端速度UL,tip的大小。答：UL,tip=πNd ISF=△UL/△x=2πNd/(Dd)=2 UL,tip/(Dd)式中N為攪拌器轉(zhuǎn)數(shù)；d為攪拌器直徑；D為反應(yīng)器直徑大型反應(yīng)器的U
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