第五章生化反应器的设计5.1反应器的分类5.2反应器设计的基本方程5.3BSTR的设计5.3.1基本特点5.3.2设计关系式5.3.3不同反应器反应时间的求取1、均相酶反应2、固定化酶3、微生物反应则，代入积分得但在对数生长期末的菌体浓度X1很难确定，而X2比较好测，所以从指数期到减速期末的总时间tr常采用近似法来求得，常采用下式：在微生物反应过程中除对菌体作物料衡算外，也可以对产物进行衡算：生成量＝累积量，一般情况下，产物均有抑制作用，此时微生物生长的动力学方程可表示5.3.4BSTR体积的计算例题5.4CSTR5.4.1单级CSTR1、单级CSTR特点2、均相酶反应3、固定化酶反应4微生物反应微生物反应过程中的状态参数5.4.2带循环的CSTR状态参数与操作变量的关系两者进行比较例题5.4.3多级串联CSTR对于第一级，有，相当于单级，对于第2级，由，对于第N级，，且比生长速率逐级下降，因而各级反应器出口底物浓度逐级下降。例题解：1）单级CSTR，对底物进行物料衡算，流入＝流出+反应消耗即2）N级串联：对N级进行物料衡算，即：3）两级串联：N＝2时，4）三级串联：5）十级串联：利用多级串联优化青霉素的生产分批培养时第48小时产物的生成速率最大，此时产物浓度P2=0.4g/L，产物的生成速率为rPmax=0.018g/(hL)，而24小时时产物浓度P1＝0.07g/L,所以第二级反应器的稀释率为因此二级CSTR串联所需的时间为在分批培养的第48小时，尽管产物的生成速率最大，但此时培养基中残糖浓度还很高，为此采用三个CSTR串联，使第三个CSTR维持在60小时的水平，此时的P3=0.62g/L,rP3=0.012g/(Lh),所以第三级CSTR的稀释率为5.5SBSTR5.5.1流加操作5.5.1.1流加操作概述流加方式（按工艺特点）5.5.2流加操作的物料衡算5.5.3指数流加例题5.5.4恒速流加例题5.6管式反应器CPFR5.6.1基本假设5.6.2管式反应器的特点5.6.3设计基本关系式5.6.4带循环的CPFR若微生物的生长符合Monod方程，且YX/S为常数，则代入积分得带循环的管式反应器可以看成是CSTR+CPFR串联，当R小时，入口处底物浓度高，但菌体浓度低，管式反应器占主导，反之，CSTR占主导因此解决CPFR的接种问题的另一种方法是直接与CSTR相串联，由于CSTR的完全返混的特点，只要将CSTR出口的菌体浓度控制在最佳值，则整个反应过程所需的时间是最小的。5.7反应器性能比较CPFR和CSTR是理想流动的生化反应器的两个典型代表，在稳态条件下，虽然空间上任一点的浓度不随时间的变化而变化，但在空间上二者有很大的不同，CSTR在空间上无浓度分布，而CPFR浓度沿反应器轴向的变化而变化，这种区别，对反应器所进行的反应速率和反应程度带来了明显的变化。以酶反应为例，若反应条件相同且要求两者的转化率相同，因为CSTR反应时间长，因而所需要的反应器的有效体积大，且转化率越大，这种差别越大，表明此时返混对反应程度的的影响大。5.4CSTR2、均相酶反应例题5.4.3多级串联CSTR利用多级串联优化青霉素的生产例题5.6管式反应器CPFR若微生物的生长符合Monod方程，且YX/S为常数，则代入积分得带循环的管式反应器可以看成是CSTR+CPFR串联，当R小时，入口处底物浓度高，但菌体浓度低，管式反应器占主导，反之，CSTR占主导因此解决CPFR的接种问题的另一种方法是直接与CSTR相串联，由于CSTR的完全返混的特点，只要将CSTR出口的菌体浓度控制在最佳值，则整个反应过程所需的时间是最小的。