2012/12/31第5章间歇式操作反应器间歇式操作反应器•5.1基本概验•生物反应器是生物反应过程中的主要设备，他为活细胞或酶提供适宜的反应环境，以达到细胞增殖或形成产品的目的。•1.生物反应器设计的主要内容包括：•1）反应器选型：即根据生产工艺特征，反应特性及物料特性等素确定反应的操作方式结构类型能量传递和流体性等因素确定反应器的操作方式、结构类型，能量传递和流体流动方式等；•2）设计反应器的结构，确定各种结构参数：即确定反应器的内部结构及几何尺寸，搅拌器形式、大小及转速，换热方式及换热面积等；•3）确定工艺参数及其控制方式：工艺参数有温度、压力、pH值、通气量、物料浓度、物料流量等；•4）反应过程中，工艺参数的检测和控制。•2.生化反应器的特点•与一般化学反应器比较，具有以下一些特点：•1）微生物和酶都容易受到杂菌污染，因此，防止染菌是反应器设计时必须考虑的一个重要问题，例如，要尽量少用法兰，多采用焊接连接、反应器的接口用蒸汽封口（例如，取样口即使在不取样时也一直通蒸汽使反应器内保持一定正压，避免大气漏入等入等；•2）对于采用固定化酶的反应器应尽量减少对固体产生切变应力，以减少固定化酶的粉碎，故搅拌器的转速不能过高，页可以把酶直接固定在搅拌器上或者把固定化酶的颗粒装在与搅拌桨相连的筛网中；•3）很多酶催化反应的底物是胶状物，有一些进行生化反应的细胞可能增长成絮状物，他们都容易使反应器堵塞或压降变得很大，对于这类情况可考虑采用流化床反应器。•3.生化反应器的开发趋势•生物反应器的开发可归纳为以下四方面。•1）开发活性高、选择性好及寿命长的生物催化剂。开发主要途径是利用基因工程技术，实现生物细胞的定向改造，以及改进酶和细胞的固定化技术；•2）建立描述生化反应过程的各种数学模型。在建立数学模型时以反应器为研究对象，将其中的生物反应过程分解为生化反应、传递过程及流体流动与混合应过程分解为生化反应、传递过程及流体流动与混合等分过程，分别进行研究，然后联立求解动力学方程、物料及能量衡算式，从而得到关于生物反应过程规律的解析表达式，获得较精确的揭示反应过程本质的数学模型，以便用于过程的自控、优化及反应器的设计与放大；••3）大型化生物反应器的开发研究。生物反应器正向大型化方向发展。例如：生产抗生素的发酵罐容积已达400m3，氨基酸的达300m3，生产单细胞蛋白的气升式发酵罐达2300m3，处理废水的生化反应器的容积甚至超过27000m3，国内生物反应器的容积多在200m3以下。反应器的放大降低了生产成本，但大型反应器的设计还存在一定的技术问题亟待解决；4）特殊要求的新型生物反应器的研制开发•4）特殊要求的新型生物反应器的研制开发。如基因产品生产、细胞固定化及动植物细胞培养的工业反应器，固体发酵反应器、边发酵边分离反应器等的开发研制。•5）反应条件的检测与自动控制。•5.1生化反应器设计概论•5.1.1生化反应器的分类•1.根据所使用的生物催化剂的不同，可将其分为酶催化反应器和细胞生化反应器。•2.根据反应器的操作方式，可分为间歇操作、连续操作和半间歇操作等多种方式。•A.间歇操作又称为分批操作，采用此操作方式的反应器又称为间歇反应器。间歇操作反应器的基本特征是：主要反应物料一次加入一次卸出；反应器物系的组成仅随时间而变化。因此它属于一非稳态过程。间歇式反应器适合于多品种、小批量、反应速率较慢的反应过程，又可以经常进行灭菌操作，因此它在生化反应器中占有重要位置。•B.连续操作反应器叫作连续反应器。其特点是原料连续输入反应器，反应产物则连续地从反应器中流出。反应器内任何部位的物系组成均不随时间而变，故连续操作反应器多属于稳态操作。连续操作反应器一般具有产品质量稳定、生产效率高的优点，适合于大批量生产。但是连续操作一般易发生杂菌污染，细胞易退化变异。•C.半间歇半连续操作系指原料与产物只有其中的一种C.半间歇半连续操作系指原料与产物只有其中的种为连续输入或输出，而其余则为分批加入或输出的操作，相应的反应器称为半间歇式反应器或半连续反应器。半间歇操作是一种同时兼有间...
