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文丨Kevin
编丨Kevin
一、概述
缩小(scale down):大规模发酵生产条件作为中小型实验条件。
放大(scale up):实验室和中试车间结果应用到大规模发酵工业中。
二. 放大或缩小的关键因素
小设备、大设备的环境条件分析(尽量一致)
化学因素:基质、前体浓度等,人为控制可保持恒定;
物理因素:温度、菌浓、粘度、压力、功率消耗、剪切力等。
三. 放大的过程
第一阶段,实验室规模,进行菌种的筛选和培养基的研究。
图一 百仑实验室生物反应器
第二阶段,中试工厂规模,确定菌种培养的最佳操作条件。
图二 百仑中试设备
第三阶段,工厂大规模生产。
图三 百仑大生产工程项目
四、生物反应器的放大的原理与准则
理想反应器放大应达到的相似条件:
1、几何相似性
2、流体力学相似性
3、热力学相似性
4、质量(浓度)相似性
5、生物化学相似性
生物反应器的放大的原理 ——相似原理
即实验反应系统和放大反应系统的生物化学反应过程、流体流动与动量传递、热量和质量传递过程,能用相同的微分方程来描述,并具有相同特征,则两个系统具有相同行为方式。
五、生物反应器的放大方法
经验放大法
缩小-放大法
因次分析法
数学模型法
六、通气发酵罐的设计--经验放大法
一、几何相似放大
按反应器的各个部件的几何尺寸比例进行放大。放大倍数实际上就是反应器的增加倍数。
二、恒定等体积搅拌功率放大
这种方法适用对于以溶氧速率控制发酵反应的生物发酵,粘度较高的非牛顿型流体或高细胞密度的培养。
三、恒定体积溶氧系数放大
这种方法适用于牛顿性流体、高耗氧发酵(细菌发酵、酵母发酵)发酵过程的反应器的放大。
四、恒定搅拌叶尖线端速度放大
适用于生物细胞受搅拌剪切影响较明显的发酵过程的放大,例如丝状菌的发酵。
搅拌叶尖线端速度(πDn)是决定搅拌剪切强度的关键。
五、恒定混合时间放大
混合时间是指在反应器中加入物料,到它们被混合均匀时所需的时间。在小反应器中,比较容易混合均匀,而在大反应器中,则较为困难。
六、空气流量放大
(1)以单位培养液体积空气流量相同的原则放大
(2)以空气直线流速相同的原则放大
(3)以KLa值相同的原则放大
欧洲发酵工业中的放大准则
关于百仑
百仑在各类反应器、压力容器制造拥有丰富经验。拥有一支集生物反应、发酵工艺、机械制造、自动化控制领域的专家团队,科研与工艺水平始终处于国内领先、国际一流水准,为您提供舒心、放心、安心的产品体验。
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