第六章-连续操作反应器课件

6 连续式操作反应器6.1 概述6.1.1 连续操作的特点连续操作在以下各点表现其优越性：连续操作有利于过程的研究和分析；对连续反应可进行高效的过程控制；连续操作的产品质量稳定；连续操作的生产效率较高。连续操作也存在一些缺点。它对细胞生长时同步产生的代谢副产物的生成不能控制；操作周期过长，容易受到杂菌污染；需要使用费用较高的检测手段和控制设备等。6.1.2 理想流动反应器的模型方程 根据连续操作反应器中物料的流动情况，可建立两种理想流动反应器模型，即全混流反应器(CSTR)和平推流反应器(CPFR)。前者是连续操作的机械搅拌槽式反应器的理想模型。后者的实际反应器型式有连续操作的管式反应器、管式固定床反应器和气体搅拌的塔式反应器等。假定CSTR中进行等温均相反应，反应器有效体积恒定不变，基本设计方程为 流入速率流出速率十反应消耗速率十累积量对底物s的物料衡算式为6.2 连续操作搅拌槽式反应器（CSTR）6.1.1 酶反应时的单级SCTR如果为固定化酶反应，由于有液固两相和内扩散的影响存在，底物的物料平衡式为:6221 单级CSTR的通用衡算模型对单级CSTR的连续培养，假定培养液混合均匀，则通用衡算方程为细胞：累积流入+生长-流出(=流入-流出+生长)底物：累积流入-消耗-流出(=流入-流出-消耗)产物：累积流入+生成-流出(=流入-流出+生成)因此有以下衡算方程组：622 细胞反应时的单级CSTR连续培养在稳定态操作时一般体积不发生变化,即于是上述各式可变为6222 简单反应时CSTR的操作特性对有些CSTR的细胞连续培养，过程优化的目标函数为单位时间单位体积的细胞产量Px最大，Px一般称为细胞产率。此时反应器中细胞质量浓度为如果cs0KS,则：DcDopt maxcX,opt YX/SCS0(Px)max DcYX/SCS0归纳起来对Monod动力学的恒化器有下述关系:由上式可求得为达到一定的细胞浓度cX所要求加入培养基中的底物浓度cS0平均停留时间m为：6223 底物抑制时的操作特性6224 产物生成与抑制时的操作特性对培养过程中的产物生成、可由对产物的质量平衡进行衡算，即一般情况下，cp00，在稳定态时，6225 考虑维持代谢或死亡的操作特性对底物衡算式为在稳态条件下6226 固定化细胞培养时的操作特性623 带细胞循环的单级CSTR