Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Биология -> Бич Г. -> "Биотехнология. принципы и применение " -> 182

Биотехнология. принципы и применение - Бич Г.

Бич Г., Бест Д., Брайерли К., Кумбс Дж. Биотехнология. принципы и применение — М: Мир, 1988. — 480 c.
ISBN 5-03-000058-5
Скачать (прямая ссылка): biotehnologiyaprincipiiprimeneniya1988.djvu
Предыдущая << 1 .. 176 177 178 179 180 181 < 182 > 183 184 185 186 187 188 .. 210 >> Следующая

только микроградиенты концентраций, гомогенными, а системы с
макроградиентами- гетерогенными. Следовательно, для биохимических реакций
понятия гомогенности и гетерогенности не совпадают с таковыми для
химических реакций.
Любую систему, у которой существует ограничивающая ее поверхность и в
которой протекают биохимические реакции, можно назвать биореактором.
Промышленный биореактор - это емкость, в которой осуществляются рост
микроорганизмов и/или различные химические превращения.
Промышленные биореакторы могут работать в периодическом режиме,
периодическом режиме с доливом субстрата, полунепрерывном
(полупериодическом) и непрерывном проточном режимах. Исторически в
промышленности утвердился периодический способ работы при осуществлении
химических превращений и полунепрерывный - при получении микробной
биомассы. В последнее время для химических превращений стали применять
реакторы с периодическим режимом и с доливом субстрата, а для получения
микробной биомассы - реакторы, работающие в непрерывном проточном режиме.
Традиционно биореакторы, работающие в непрерывном проточном режиме,
использовались в промышленном масштабе только для аэробной переработки
сточных вод и отходов (т. е. в процессах с самой большой пропускной
способностью среди всех технологических операций), а также при
производстве уксуса. За исключением/ этих двух случаев, биологическая
промышленность проявляла исключительный консерватизм в том, что касалось
перехода на непрерывную проточную технологию, причем без достаточных на
то оснований.
Детальный анализ некоторых потенциальных режимов работы биореакторов
указывает на превосходство проточного непре- \ рывного режима. При работе
по периодическому режиму в ре-1 актор загружают все необходимые
компоненты (за исключени-
1
Химическая технология и биотехнология
419
ем кислорода для аэробных процессов), ведут процесс до конца и собирают
конечный продукт. Периодический режим с добавлением субстрата
предусматривает периодическое или непрерывное введение субстрата без
удаления конечного продукта, который собирают только по завершении
процесса. При полунепрерывном ведении процесса, который называют
также
полупериодическим, по завершении начальной стадии в перио-
дическом режиме реактор наполовину опорожняют, чтобы частично собрать
продукт, а затем снова заполняют таким же объемом свежей среды и доводят
процесс до конца; затем снова осуществляют ту же последовательность
операций. Подобный подход направлен на лучшее использование
производственной установки.
Сравним производительность реактора, работающего в
периодическом и непрерывном проточном, с идеальным перемешиванием,
режимах. Периодический процесс включает несколько этапов:
подготовительный, лаг-период, фазу экспоненциального роста и период
удаления продукта; с точки зрения
производительности реактора важен только период экспоненциального роста.
Время, необходимое для завершения цикла tn, можно представить как сумму
продуктивного времени t и общего непродуктивного времени tn, т. е.
Из уравнения (3), имея в виду, что для экспоненциального роста ц=р,т,
получаем
Для периодического процесса общая продуктивность равна суммарной
продукции, деленной на полное время цикла. Суммарная продукция задается
соотношением (7), но для таких периодических процессов, которые мы
рассматриваем, остаточная концентрация субстрата s фактически равна нулю.
Следовательно, суммарная продукция равна
и производительность периодического процесса Рп составляет
(22)
(23)
так что
(24)
(х Xq) - Yxls s0
(25)
(26)
27*
420
Глава 10
По определению производительность реактора (выход биомассы), работающего
в непрерывном проточном режиме с идеальным перемешиванием, равна
Pn = Dx, (27)
где х - концентрация биомассы в реакторе в стационарном состоянии. Если
принять, что коэффициент выхода биомассы Yx/S и концентрация субстрата в
свежей среде sо для периодического и непрерывного процессов одинаковы, a
s - остаточная концентрация лимитирующего субстрата, то уравнение (27)
имеет вид
Pn = DYx/s(s0-1), (28)
откуда при s<CSo получаем
Р b - DYx/ss0. (29)
Следовательно, отношение производительностей равно
b^=±-lln(x/x0) + ta?m}. (30)
Рп Pm
В реакторе, работающем в проточном непрерывном режиме с полным
перемешиванием, максимальная скорость разбавления равна D = p,m. Однако
во избежание нестабильности на самом деле поддерживают скорость
разбавления на уровне 0,8 р,т, и тогда
= 0,8 [In (х/х0) + tR pj. (31)
¦г П
Графическое сопоставление продуктивности реактора в периодическом и
непрерывном режимах приводится на рис. 10.5.
Рабочие характеристики проточных биореакторов непрерывного действия лучше
всего оценивать исходя из расчета материального баланса по биомассе,
лимитирующему субстрату и продукту. Используя самую приближенную
классификацию проточных биореакторов непрерывного действия с
суспензионными культурами, можно выделить два типа реакторов: реакторы с
Предыдущая << 1 .. 176 177 178 179 180 181 < 182 > 183 184 185 186 187 188 .. 210 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed