基于时间常数与CFD相结合的反应器放大方法

基于时间常数与CFD相结合的反应器放大方法

论文摘要

为解决生物发酵过程放大问题,文中提出了一种基于时间常数分析与计算流体力学(CFD)相结合的生物反应器放大方法。首先根据大肠杆菌发酵过程生理代谢数据,对诱导前后两阶段氧消耗和底物消耗时间常数进行了计算。通过菌体"消耗型"时间常数与设备的"供给型"时间常数的对比分析发现,诱导前为供氧条件限制,而诱导后为混合条件限制。在菌体生长期需保证氧传递时间常数tmt<4.2 s,即kLa>0.236 s-1;而在诱导期需保证混合时间tm<36 s。据此,对工业规模20 t生物反应器进行了理性设计,并通过CFD方法对设计方案进行验证。结果表明:设计的反应器kLa大于0.236 s-1,且混合时间小于36 s,氧传递和混合性能均达到设计要求,能满足诱导型大肠杆菌高密度发酵过程的需求。

论文目录

  • 1 材料和方法
  •   1.1 实验材料和分析方法
  •     1.1.1 菌种和培养基
  •     1.1.2 培养方法
  •     1.1.3 实验设备和分析方法
  •   1.2 时间常数分析法
  •   1.3 工业规模反应器搅拌系统设计方法
  •     1.3.1 搅拌功率和电机功率设计
  •     1.3.2 搅拌系统供氧能力的设计与计算
  •     1.3.3 反应器内混合时间的设计与计算
  •   1.4 CFD模型与工程参数建模
  • 2 结果与讨论
  •   2.1 基于时间常数分析的放大过程关键参数确定
  •   2.2 工业规模反应器设计方案
  •     2.2.1 桨型和搅拌桨个数的选择
  •     2.2.2 搅拌桨直径和搅拌转速的确定
  •     2.2.3 搅拌桨间距的确定
  •   2.3 CFD方法对工业规模反应器的模拟验证
  •     2.3.1 速度场
  •     2.3.2 气含率和气泡直径
  •     2.3.3 工程参数分析
  • 3 结论
  • 文章来源

    类型: 期刊论文

    作者: 李超,夏建业,张嗣良

    关键词: 生物反应器,时间常数,计算流体力学,放大方法

    来源: 化学工程 2019年10期

    年度: 2019

    分类: 工程科技Ⅰ辑

    专业: 一般化学工业

    单位: 华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室

    基金: 国家自然科学基金面上项目(21776082)

    分类号: TQ920.1

    页码: 63-68

    总页数: 6

    文件大小: 1767K

    下载量: 100

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