生化反应器原理14.ppt

文档介绍：理想反应器的组合与优化
以单一底物无抑制的细胞反应,其反应的动力学方程为
若
有
当CX0=0时, 代入,有
上式可看出:1/VX~CX有最小值
根据CSTR和PFR的反应时间的特性,有
CSTR的反应时间
CSTR的反应时间tCSTR为1/VX=1/VX与CX=CX0、CX=CX、所围成的矩形面积。
PFR的反应时间tPFR
PFR的反应时间tPFR为1/VX~CX曲线与CX=CX0、CX=CX、所围成的面积
1/VX对应的CX=CX,opt
当CX<CX,opt时,显然tFPR>tCSTR,这时无论在反应时间还是反应器的体积上,采用CSTR都是有利的,
当CX>CX,opt时,有可能tFPR<tCSTR,
最优的反应器的组合形式为在CX≤CX,opt时采用CSTR反应器,在反应进行到CX=CX,opt时串联PFR。
即
反应液 CSTR 串联 PFR 反应液
CX=CX,opt
扩散作用对PFR的偏离
实际的生化反应器往往因扩散等效应而偏离PFR的无扩散的理想模型或者因返混不足而偏离CSTR的完全返混的理想模型。
有扩散效应的PFR
对反应体系的某一组分i在dV=Adl的为体积元中的质量平衡式为
以细胞热死灭为例,细胞的热死灭符合一级动力学规律
即
式中 A——反应器的截面积
u——流速
CX——活细胞浓度
l——轴向长度
kd——细胞热死灭速度常数
整理得
令下列无因次量:
无因次活细胞浓度
无因次长度
反应准数(表征反应程度)
Peclet准数(表征返混程度)