Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Биология -> Бич Г. -> "Биотехнология. принципы и применение " -> 192

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 .. 186 187 188 189 190 191 < 192 > 193 194 195 196 197 198 .. 210 >> Следующая

типа со свободным прохождением пузырьков газа по высоте аппарата. Крупные
биореакторы-тэнки с мешалками относят к категории вышеупомянутых
биореакторов, основываясь на явлении массопереноса, а также в связи с
тем, что при обычной промышленной энергоемкости мешалка не способна
создавать рециркуляцию жидкости, достаточную для возврата пузырьков,,
стремящихся выйти на поверхность жидкости.
Рассмотрим теперь вопрос о возможности изменения скорости транспорта
кислорода путем изменения того члена уравнения (83), который
характеризует движущую силу процесса,, т. е. (с*о2-Со2). Здесь имеется
несколько возможностей.. В первую очередь уменьшение до минимума рабочей
концентрации растворенного кислорода в среде, т. е. Со2. Однако, когда
эта величина приближается к нулю, дальнейшее увеличение Движущей силы
становится невозможным. Максимально достижимая, постоянная скорость
транспорта кислорода Ro2m равна
Я0ат = *Ь"С*о2- (92>
Уменьшать содержание растворенного кислорода в культуральной среде
следует с осторожностью, поскольку микроорганизмы при этом вынуждены
будут расти в условиях недостатка кислорода, что может отрицательно
сказаться на их росте и/или образовании продукта. Если микроорганизмы
растут в виде хлопьев, образуют осадок или мицелий и величина l/kc
становится фактором, лимитирующим весь процесс транспорта кислорода,
концентрация Со2 должна поддерживаться на уровне значительно выше нуля,
если мы хотим, чтобы во всем объеме микробной биомассы, находящейся в
реакторе, поддерживался! аэробный метаболизм.
Прежде чем говорить об изменении с*о2, следует сначала
определить, какое именно парциальное давление кислорода соответствует
с*о2 в тех или иных типах биореакторов. Для био-
446
Глава 10
реакторов с высокой интенсивностью перемешивания, т. е. реакторов,
которые обычно используются в лаборатории, было показано, что газовая и
жидкая фазы полностью перемешиваются. Следовательно, парциальное давление
кислорода в диспергированных пузырьках равно парциальному давлению
кислорода в газе, выходящем из жидкости, т. е. в свободном пространстве
биореактора. Для биореакторов колонного типа со свободным прохождением
пузырьков по высоте биореактора, в том числе и для промышленных
биореакторов с перемешивани-¦ем, работающих в условиях обычной
энергоемкости, в первом приближении можно считать, что жидкая фаза
перемешивается полностью, а газовая находится в режиме идеального
вытеснения, т. е. существует градиент парциального давления кислорода в
направлении от дна биореактора к его верху. Для этих .двух крайних
случаев уравнение (83) можно переписать следующим образом:
(для случая полного вытеснения). Здесь Р - давление в свободном
пространстве, Рср - среднее рабочее давление в реакторе (давление в
рабочем пространстве+гидростатическое давление) уи у2 и уз - мольные доли
кислорода во входящем и выходящем газе и в газовой смеси, соответствующей
равновесной концентрации растворенного кислорода.
Из уравнений (93) и (94) с очевидностью следует, что с увеличением
давления в свободном пространстве биореактора повышается скорость
транспорта кислорода в обоих рассмотренных случаях, а с увеличением
парциального давления кис-.лорода путем обогащения им газовой смеси,
продуваемой через биореактор, или полной замены ее кислородом повышается
скорость транспорта кислорода в случае полного вытеснения. В реакторах с
идеальным перемешиванием парциальное давление кислорода в пузырьках, а
следовательно, и скорость транспорта кислорода должны увеличиваться с
уменьшением кон-;версии кислорода; однако это вряд ли можно считать
экономически целесообразным.
Поскольку микроорганизмы имеют тенденцию скапливаться у поверхности
раздела между воздухом и жидкостью, видимо,
^°2 н ^
~-2 но2
(93)
'{для случая полного перемешивания) и
n _ Kl<xPcv Г (У1 - Уг) р0-------------------------
(94)
Химическая технология и биотехнология
447
правильнее было бы записать уравнение (82) следующим образом:
Ro2 = E' KLa(c*02-ca). (95)
Ясно, что в отсутствие такого накопления Е'= 1, однако обычно,, особенно
в случае бактерий значительно меньшего размера,, чем толщина пленки (- 20
мкм), концентрация их у поверхно-сти раздела фаз будет гораздо больше,
чем в толще жидкости. Влияние этого явления на транспорт кислорода,
вероятно, в> какой-то степени сходно с эффектами, наблюдаемыми при
поглощении газа в условиях одновременного протекания химической реакции;
тем не менее прямая аналогия здесь вряд ли возможна, поскольку
концентрация, бактерий внутри пленки меняется нелинейно, а текучесть
пленки уменьшается из-за присутствия в ней бактериальных клеток.
10.3.4. Теплопередача и охлаждение биореактора
К числу наименее разработанных проблем биотехнологии отш> сятся
разнообразные проблемы осуществления процессов теплопередачи, которые
обеспечивают поддержание тетинературы' аэрируемой культуральной среды на
уровне, соответствующем оптимуму анаболической и катаболической
Предыдущая << 1 .. 186 187 188 189 190 191 < 192 > 193 194 195 196 197 198 .. 210 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

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

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed