中国农业大学：《发酵工程》课程教学资源（PPT课件）第九章 发酵中试的比拟放大 第一节 发酵过程比拟放大

第八章发酵罐的比拟放大 比拟放大：是把小型设备中进行科学实验 所薪得的成果在大生产设备中子以再现 的手爱，它不是等比例放大， 而是以相 四◆的方法进订

第八章 发酵罐的比拟放大 • 比拟放大:是把小型设备中进行科学实验 所获得的成果在大生产设备中予以再现 的手段，它不是等比例放大， 而是以相 似论的方法进行放大

发酵罐放大的目的 个生物反应过程的开发，通常是在实验 室规模、中试规模优化研究的基础上最后才在 大型生产设备中投入生产的。 但在不同大小的反应器中进行相同的生物 反应时，在发酵罐质量、热量和动量传递上的 差别，有可能导致反应速率以及反应时具体过 程的差异，从而导致反应的异化。因此，发酵 罐的比拟放大是生物化学工业中的一个重要研 究课题

发酵罐放大的目的 • 一个生物反应过程的开发，通常是在实验 室规模、中试规模优化研究的基础上最后才在 大型生产设备中投入生产的。 • 但在不同大小的反应器中进行相同的生物 反应时，在发酵罐质量、热量和动量传递上的 差别，有可能导致反应速率以及反应时具体过 程的差异，从而导致反应的异化。因此，发酵 罐的比拟放大是生物化学工业中的一个重要研 究课题

发酵罐的放大原则（一） 发酵罐的类型很多，所适用的体系也各异，因 此发酵罐的放大是比较复杂的。下面就介绍一 些放大准则。 (1)几何相似即按小的与大的装置各部分 几何尺寸比例大致相同放大。但是，为了避免 设备直径过大，大设备的高径比往往大一些。 (2)恒定等体积功率放大由P.V恒定而确 定搅拌转速

发酵罐的放大原则（一） • 发酵罐的类型很多，所适用的体系也各异，因 此发酵罐的放大是比较复杂的。下面就介绍一 些放大准则。 （1）几何相似 即按小的与大的装置各部分 几何尺寸比例大致相同放大。但是，为了避免 设备直径过大，大设备的高径比往往大一些。 （2）恒定等体积功率放大 由Pg /V恒定而确 定搅拌转速

发酵罐的放大原则（二） (三)恒定传氧系数ka放大 这个方法抓住了传氧这一关键因素，目前 应用很多。具体应用中要注意几个问题。 1.小试中要测得准确的ka值，选择合适的 计算公式。 2.注意各计算ka公式在放大中参数的变化 及适用范围。 按照计算PP选择通气比，计算Vs求k来 计算

发酵罐的放大原则（二） （三）恒定传氧系数kLa放大 这个方法抓住了传氧这一关键因素，目前 应用很多。具体应用中要注意几个问题。 1.小试中要测得准确的kLa值，选择合适的 计算公式。 2.注意各计算kLa公式在放大中参数的变化 及适用范围。 3.按照计算P0 /Pg选择通气比，计算Vs求kL来 计算

用动态法测定传氧系数 实验中维拧发酵镰通片稳态操作， 到时间t0停止通气，这时溶氧浓度 关气 下阵，到时间t再次通气，溶氧浓 度逐清上升，得到溶解浓度C-t变 -斜苹=-q8 化曲线。曲线t0-t1段，停止通气 没有供氧，所以曲线斜率dC/dt为 -qx,再用C对qx+dC/dt作如左 图，得到一直线，其斜率 为-(1/kLa) 通气 6 t1 时间t 动态法测定传氧系数实验中溶 氧浓度随时间的变化

发酵罐的放大原则（三） (四)恒定剪切力恒定叶端速度放大 剪切力与搅拌桨叶端速度成正比，在 恒定体积功率放大时一般维持ndP不变 (n为搅拌桨转速、d为搅拌桨直径) (五)恒定的混合时间t放大

发酵罐的放大原则（三） （四）恒定剪切力恒定叶端速度放大 剪切力与搅拌桨叶端速度成正比，在 恒定体积功率放大时一般维持n 3d 2不变 （n为搅拌桨转速、d为搅拌桨直径） （五）恒定的混合时间tM放大

发酵罐的放大方法 发酵罐的比拟放大，要对具体情况做 具体分析。根据不同的需要来确定放大 准则，再选取合适的方法。具体的放大 方法主要有以下几种： (一)以ka为基准的比拟放大法 (二) 以卫，V相等为准则的比拟放大 (三 其他的比拟放大方法

发酵罐的放大方法 • 发酵罐的比拟放大，要对具体情况做 具体分析。根据不同的需要来确定放大 准则，再选取合适的方法。具体的放大 方法主要有以下几种： • （一）以kL a为基准的比拟放大法 • （二）以Po /V相等为准则的比拟放大 • （三）其他的比拟放大方法

,北以放大和它的县本方 首先必须找出表征着此系统的各种参数 将它们组成几个具有一定物理含义的无 因次数，并建立它们间的函数式，然后 用实验的方法在试验设备中求得此函数 式中所包含的常数和指数，则此关系式 在一定条件下便可用作为比似放大的依 据。比拟放大是化工过程研究和生产中 常用的基本方法之一

三 比拟放大和它的基本方法 • 首先必须找出表征着此系统的各种参数， 将它们组成几个具有一定物理含义的无 因次数，并建立它们间的函数式，然后 用实验的方法在试验设备中求得此函数 式中所包含的常数和指数，则此关系式 在一定条件下便可用作为比似放大的依 据。比拟放大是化工过程研究和生产中 常用的基本方法之一

在发酵工程中是否适用和发酵 工程中所用的比拟放大方法 发酵过程是一个复杂的生物化学过程，影响这 个过程的参数有物理的、化学的、生物的，有 些虽然已经被认识了，但目前还不能准确快速 地测量，有些则尚未被认识。 现在只研究了少数参数对此过程的关系，而假 定其它参数是不变的，实际上不可能都是不变 的。因此发酵生产过程设备比似放大理论与技 术的完善，有赖于对发酵过程的本质的深入了 解

在发酵工程中是否适用和发酵 工程中所用的比拟放大方法 • 发酵过程是一个复杂的生物化学过程，影响这 个过程的参数有物理的、化学的、生物的，有 些虽然已经被认识了，但目前还不能准确快速 地测量，有些则尚未被认识。 • 现在只研究了少数参数对此过程的关系，而假 定其它参数是不变的，实际上不可能都是不变 的。因此发酵生产过程设备比似放大理论与技 术的完善，有赖于对发酵过程的本质的深入了 解

以ka为基准的比拟放大法 。 有的菌种在深层发酵时耗氧速率很快， 因此溶氧速率能否与之平衡就可能成为 生产的限制性因素。 耗氧速率可以用实验法测定。在小型试 验发酵罐里进行发酵过程，用适当的仪 器记录发酵液中的溶氧浓度

以kL a为基准的比拟放大法 • 有的菌种在深层发酵时耗氧速率很快， 因此溶氧速率能否与之平衡就可能成为 生产的限制性因素。 • 耗氧速率可以用实验法测定。在小型试 验发酵罐里进行发酵过程，用适当的仪 器记录发酵液中的溶氧浓度