中国农业大学：《发酵工程学 Fermentation Engineering》课程教学资源（PPT课件）第八章 发酵中试的比拟放大

第八章发酵罐的比拟放大 相

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 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PV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。 3按照计算PoP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 实验中锥持发酵通气稳态操作 到时邮t0停止通气,这时溶氧浓度 关气 下降,到时闻再次通气,氧浓 O长开盐的一 度逐渐上升,得到溶解浓度C 斜率=qx 化曲紱。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,其斜苹 为-(1/kLa) 嚼通气 时间 动态法测定传氧系数实验中溶 氧浓度随时闻的变化

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n3d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 另外,还有人主张考虑NRe及动量因 子来放大等,这里就不一一介绍了

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 另外，还有人主张考虑NRe及动量因 子来放大等，这里就不一一介绍了

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PV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

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 发酵工程中所用的比拟放大方法有:等Ka 等DN,等Pg/V,等Re或动量因子相似的混合 时间等

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。 • 发酵工程中所用的比拟放大方法有：等 KL a, 等πDN, 等Pg/V, 等Re或动量因子,相似的混合 时间等

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