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1、第七章生物反应器的放大第1页，本讲稿共11页7.1 搅拌轴功率的计算定义：指搅拌浆以既定转速旋转时，用以克服介质阻力所需的功率。与介质性质、反应器的几何尺寸、操作变量等有关，一般表示成功率的函数。P=f（n,d,g）第2页，本讲稿共11页1、单支涡轮不通气时轴功率的计算当D/d=3,HL/d=3,B/d=1,挡板为4块时，通过因次分析法及实验证明，在全档板条件下，对于牛顿型流体，有下述关系成立：，其中 K是与搅拌器类型、发酵液几何尺寸有关的常数实验证明，当Re104时，x=0，所以 此时搅拌轴功率与液体粘度无关，且NP是常数对于一般发酵罐，可用下式进行校正第3页，本讲稿共11页2、多支涡轮不通
2、风时轴功率多支涡轮，其功率的输出与组数、间距有关，对于牛顿型流体，两组涡轮间距s，取2d,非牛顿型取2.53d，静液面至上涡轮距离为0.52.0d，下涡轮至罐底距离B=0.51.0d。符合上述条件的发酵罐，其经验式约为单只涡轮功率乘以涡轮只数或者第4页，本讲稿共11页3、通气液体的轴功率的计算通气时，使液体密度变小，因而轴功率会下降，但同时轴功率也与涡轮周围气液接解情况有关。引入通气准数对于大罐，福田秀雄经验式第5页，本讲稿共11页4、确定操作变量Q和n采用KLa相等的原则：一般用于耗氧速率很快的发酵体系采用单位体积发酵液消耗的轴功率等原则以恒周线速度相等为基准第6页，本讲稿共11页例题某厂试
3、验车间用枯草菌在100L罐中进行淀粉酶的生产，获得良好成绩，今要放大到20m3，此细菌醪液接近于牛顿型流体，在35时的粘度为2.25103 Ns/m2，醪液密度为1010Kg/m3，试验罐尺寸为D=375 mm,d=125 mm,D/d=3,H/D=2.4,HL/d=1.5,四块挡板，装液量为60L，通气量为1VVM，搅拌涡轮为两支圆盘六弯叶涡轮，n=350 r/min，通过实验认为此菌高耗氧菌，体系对剪切力不敏感，按KLa进行比拟放大。第7页，本讲稿共11页解：1）看流体在流动状况：为充分湍流，因此Np=K=4.7（查表）2）计算小罐轴功率对于双涡轮，则通气时轴功率为第8页，本讲稿共11页为
4、计算空塔气速：令1.4,计算小罐KLa：3）按几何相似原则确定大罐尺寸：取H/D=2.4,HL/D=1.5,D/d=3，有效容积60%，忽略封底容积，则液体体积为第9页，本讲稿共11页 仍采用两支圆盘六弯叶涡轮4）决定通风量：按几何相似原则进行放大，若仍VVM表示通风量，则放大罐的空塔气速为327cm/min，比小罐大的多，造成太多的泡沫并产生逃液，因此在大罐的通气量根据小罐实验，150cm/min时不会产生逃液，因此大罐的空塔气速定为150cm/min，则通气量为5）决定大罐的转速及轴功率又第10页，本讲稿共11页同一个反应体系，轴功率相等P0是不通气时两支涡轮的搅拌轴功率所以所以6）电机选择，一般是加上25%保险系数即电机功率为第11页，本讲稿共11页