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1、半间歇半连续操作反应器现在学习的是第1页，共28页8.1 8.1 概述概述8.1.1 8.1.1 半间歇半连续操作的特点半间歇半连续操作的特点n 可用于连续操作不适合的情况，而过程特性又优于间歇操作。n 底物和副产物的浓度得到控制，酶或细胞的反应环境可处于稳定的最优条件；n 可对反应过程灵活调控，获得较高的细胞浓度、产物浓度和生成速率；现在学习的是第2页，共28页n 补料分批操作n 反复补料分批培养n 反复分批培养8.1.2 8.1.2 半间歇半连续操作的分类半间歇半连续操作的分类t1t2t3t1t2t3t4t4t1t2t3t4t0t0t0现在学习的是第3页，共28页有反馈和无反馈操作现在学习
2、的是第4页，共28页8.2 8.2 补料分批培养过程的操作模型补料分批培养过程的操作模型8.2.18.2.1基础模型方程的建立基础模型方程的建立cFdtdcVdtcVdRR)(dtdVFRdtdVcdtdcVdtcVdRRR)(rVFcR0流入反应现在学习的是第5页，共28页ccDrccVFrdtdccFdtdcVFcrVRRR000现在学习的是第6页，共28页XXXDccdtdcSSXSXSccDcYdtdc0/SSXSXSccDcmYdtdc0/SSXPSXSccDcqmYdtdc0/现在学习的是第7页，共28页SSXSXSccDcYdtdc0/XXXDccdtdcSSSXXSSXccDY
3、cdtcdY0/SSSXXSSXXccYcDdtcYcd0/)(8.2.28.2.2恒流速流加操作模型恒流速流加操作模型现在学习的是第8页，共28页SSSXXSSSXXSSSXXSSXXccYcDdtccYcddtccYcddtcYcd0/0/0/)(RRRVFDFtVV/0现在学习的是第9页，共28页SSSXXSSSXXRRccYcccYcVV0/00/0XRXXXXcVFcDccdtdc/maxFtVtcVcRSRX0max00)exp(FtVtcVYcYcVtFccRXRSXXSXsRss0max00/0/000)exp(11现在学习的是第10页，共28页8.2.3 8.2.3 恒定生长
4、参数的流加操作模型恒定生长参数的流加操作模型0)c (c1dtVdVRXRX)exp(cc000tVVRXRX0/cdtdsSSXSXSccDcYdtdc0/现在学习的是第11页，共28页)exp(c)(0000/00/0tVccYccYVctFRXSSSXSSSXRX现在学习的是第12页，共28页8.2.4 8.2.4 定值控制的流加模型定值控制的流加模型1、恒pH法2、恒溶氧法现在学习的是第13页，共28页8.3 8.3 补料分批培养过程的优化补料分批培养过程的优化n 明确过程的目标函数或优化准则。n 分析影响反应过程速率的主要因素及其相互关系，建立数学模型。n 明确过程的现有初始条件和最
5、终要达到状态变量的范围。n 按目标函数和状态方程选择最优操作与控制策略。现在学习的是第14页，共28页4.2.3 反复分批操作反复分批操作全混式生物反应器V(Xf,Pf)V(Xf,Pf)(1-)V分离器离心或膜分离V(Pf)(1-)VffPX ,11现在学习的是第15页，共28页VXVXVXffi菌体量衡算：fiXX1产物衡算：) (VPVPVPVPfffiVPVPVPiff)1 ( fiPP) 1 (fifiPPXX产物生产能力：RBfRBifRBtPtPPP)(现在学习的是第16页，共28页4.3 4.3 流加操作流加操作流加操作的特点是控制基质的浓度流加操作的特点是控制基质的浓度参见图参
6、见图4-4dtXVdXV)(1dtSVdSFXVin)(1dtPVdXV)(1现在学习的是第17页，共28页4.3.1 无反馈控制的流加操作无反馈控制的流加操作XVdtXVd)(mVXdtVXdYSFdtSVdSXin)(1)(/vapKFdtdV菌体生长速率：基质消耗速率：培养基体积变化：现在学习的是第18页，共28页1.定流量流加操作菌体衡算：0000/)(VXSVtSFYXVinSX菌体浓度：00000/)(VFtVXSVtSFYXinSXLKdtXVd)(现在学习的是第19页，共28页2.指数流加操作流量：)exp(0tFF比生长速率：VFVXXdtdV4.3.2 反馈控制的流加操作（
7、反馈控制的流加操作（略略）比生长速率恒定培养液体积：)exp(0tVV菌体的量：)exp(00tVXVXVXdtVXd)(现在学习的是第20页，共28页4.4 4.4 连续培养连续培养 分批培养时细胞浓度、限制性基质浓度和产物浓度随时间变化。营养物质的消耗或有害代谢物的积累，反应只能在一段时间内进行，而不能维持很长时间。如果向生物反应器中以一定的流量加入新培养基，同时不断排除有害代谢物，生物反应可长期进行下去。这种培养方法就是连续培养，可达到稳定状态。4.4.1单级连续培养dtdXVFXXVFX 0以反应器作细胞的物料平衡加入 生长 流出 积累现在学习的是第21页，共28页FXXVdtdXVV
8、XSSFdtSdVin)(PFXVdtdPV菌体生长速率：基质消耗速率：产物生成：DXXdtdXXSSDdtSdin)(PDXdtdP现在学习的是第22页，共28页菌体生长速率：基质消耗速率：产物生成：DXXdtdXXSSDdtSdin)(PDXdtdPXDSKSdtdXsmax)(max/SKSYXSSDdtSdsSXinmax/PDXSKSYdtPdsXP现在学习的是第23页，共28页0maxXDSKSdtdXs)(max/SKSYXSSDdtSdsSXin当稳态时：0dtPddtSddtdX)(max/SSDSKSYXinsSX)(/maxSSDYSKSXinSXs)(/SSDYDXin
9、SX)(/SSYXinSX0maxDSKSs)(max/DDKSYXSinSX现在学习的是第24页，共28页)(max/DDKSYXSinSXDDKSSmax)(max/DDKSYPSinSP这些式子分别表明了稀释率与各物质浓度之间的关系。现在学习的是第25页，共28页在稳定状态下，=D。由于由于D= F/ V，所以当，所以当V一定时，反应也的流量一定时，反应也的流量F可以控制可以控制的大的大小。小。0)(max/DDKSYXSinSXinSincriSKSDDmaxDcri为临界稀释率.微生物的培养一般在微生物的培养一般在SinKS的条件系进行的，所以的条件系进行的，所以Dcrimax当当D
10、max,X-，此时实际上为零，此时已无连续操作的意义。，此时实际上为零，此时已无连续操作的意义。现在学习的是第26页，共28页)(max/DDKSYXSinSX)(max/DDKSYPSinSP)(max/DDKSDYXDSinSX)(max/DDKSYPSinSP)(max/DDKSDYPDSinSP最高产物产率：0)( max/DDKSDYPDSinSP0max2DDKSDSin02maxmax2max2DDDDDKSSin现在学习的是第27页，共28页02maxmax2max2DDDDDKSSin022max2maxDDDDKSSin022max2maxDDDKSSin022max222maxmaxmaxDDDKSSin02max22maxmaxDDKSSin2max2maxDKKSSSin22maxmaxDKSKSinSmaxmaxDKSKSinSSinSKSKD/1maxmax现在学习的是第28页，共28页