文档介绍：第一章生物反应器
第一节概述
第二节细胞生长及代谢过程动力学
第三节
第四节生物反应器的放大
第五节生物反应器的控制及优化
第一节概述
各种细胞及其代谢产物的生产过程都要通过细胞的培养,而细胞培养所用的装置就是反应器。在实验室培养用的方瓶、锥形瓶是反应器,扩大所用的各种发酵装置也是反应器,就连菌种保存用的琼脂斜面在培养阶段也是反应器。
研究生物反应器的目的:
一是要确定为达到一定的生产目的需要多大的生物反应器,什么样的结构更好;
二是对已有的生物反应器进行分析,达到优化的目的;
三是分析各种生物反应器的数据,从而对细胞的生长、代谢等过程有更深入的理解。
此外生物反应器又是化学工程的一个分支,在反应器的分类方面要用到较多的化学工程的基础知识。其中除了化学反应工程要在下面较详细的介绍以外(结合生物化学反应工程),化学工程还包括下面几个重要的内容:
(1) 流体的输送及混合。
其核心问题是流体之间动量的传递、机械能的转化。
(2) 热量的传递。
对于生物反应器要考虑发酵热的传出以及发酵液温度的控制。所用的手段多采用间壁的传热。其传热量大小决定于冷热两流体的温度差及其接触面积的大小。
(3) 物质的传递。
在生物反应器内进行着各种物质传递过程,如细胞内外物质的交换、营养物到细胞的传递、氧从气泡到细胞的传递、二氧化碳从细胞到气泡的传出。这些传递过程的强度主要由浓度差以及扩散(传递)的面积决定。
第二节细胞生长及代谢过程动力学
一、细胞生长的特点、描述方法的分类
二、均衡生长模型
三、其它模型
第二节一、细胞生长的特点、描述方法的分类
动力学研究的目的是要定量地描述过程的速率以及影响过程速率的诸因素。生物过程动力学研究的主要问题是生物反应的速率,特别是细胞生长的速率、各种基质组分消耗的速率、代谢产物的生成速率。
(1) 反应速率
单位时间物质浓度的变化量。如细胞的生长速率可表示为dx/dt,其中x为细胞浓度(g/L),t为时间(h);
代谢产物的生成速率为dp/dt,基质的消耗速率为-ds/dt,其中p及s分别为产物和基质(碳源、氮源等)的浓度。
(2) 得率系数
两种物质得失之间的计量比。如菌体生成量(生物量)对基质消耗量的得率系数
Yx/s=-dx/ds,
而产物生成量对基质消耗量的得率系数
Yp/s=-dp/ds 。