1、第五章 间歇式操作反应器5.1 生物反应器设计概论5.1.1 分类与特征分类与特征 按照生物反应过程所使用的生物催化剂不同：酶反应器；细胞生物反应器 根据反应器物料的加入和排出方式的不同：间歇反应器；连续反应器；半间歇半连续反应器 根据生物催化剂在反应器的分布方式：生物团块反应器；生物膜反应器 根据相态来分：有均相反应器；非均相反应器。 理想的机械搅拌反应器和理想管式反应器的流型即全混流和平推流。 根据反应器的结构：包括罐式、管式、塔式、膜式等。 根据反应器所需能量的输入方式不同来分，则有机械搅拌、气流搅拌和利用泵使液体强制循环的反应器。(几种常见的酶反应器和细胞反应器，见教材 )5.1.2
2、基本设计方程基本设计方程l 生物反应器设计的主要目标是寻求反应目的产物的高生成速率和高浓度，从而达到优质高产低成本的目的。l 生物反应器设计的基本内容包括： 选择合适的反应器型式与操作方式。即根据生物催化剂和生物反应动力学特征，以及物料的特性和生产工艺特点，选择合理的结构类型、流动方式和相关的传递过程条件； 确定最佳的操作条件与控制方式，如温度、压力、 PH、通气量、物料流量等工艺参数； 计算所需的反应器体积，设计各种结构参数等。反应器设计的核心内容是确定反应器有效体积！l 反应器设计基本方程包括反应动力学方程、物料衡算式、能量衡算式和各种传递过程参数的计算式。5.2 间歇式操作反应器的设计5
3、.2.1 间歇式操作的特点间歇式操作的特点 非稳态过程 所有物料具有相同的停留时间和反应时间 随着反应的进行，反应器的效率将降低优点 较适合多品种、小批量的生产过程。有不少生物制品是小批量生产的，因此使用同一台反应装置，可进行多品种的生产。 较适合反应速率较慢的生物反应。由于多数生物反应的速率较化学反应慢，故工业过程使用具有间歇操作特征的大容量生物反应器。 分批进行的过程染菌率较低。缺点l 间歇操作反应器的缺点是：这种操作需要一定的辅助操作时间，生产效率较低；l 细胞或酶的反应环境随时间改变，产物生成速率与反应时间有关；l 下游产物分离必须分批进行等。5.2.2 反应时间的计算对液相反应如反应器有效体积不随时间发生变化，则有反应组分的转化率 =-反应组分的累积速率5.2.2.1 均相酶反应过程
