d1 生物反应器设计基础91

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（4）啤酒发酵形式
上面发酵:发酵时酵母上浮,发酵终结很久才部分 下沉
下面发酵:发酵时酵母浮游于发酵液中,发酵完后 酵母即下沉,酵母可重复使用5-7次
上下面发酵工艺区别主要是发酵温度的差异 啤酒种类 起始温度 最高温度 最终温度 上面啤酒 10-15 15-25 5-7 下面啤酒 6-8 8-12 3.5-5
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（五）发酵罐冷却面积计算
发酵罐冷却面积的计算可按传热基本方程式来确定，即：
式中 Q—总的发酵热（ J/h ） K—传热总系数 J/（m2·h·℃）
△tm—对数平均温度差 , ℃
F—冷却面积（ m2 ）
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冷却水耗量的计算
由热平衡方程式得： QA＝QB
式中
QA——酒精或其他发酵产品的总发酵热(J／h) QB——冷却水带走的热量(J／h)
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主发酵控制发酵液温度tw为30℃，按题意冷却 水进出口温度分别为t1＝20℃，t2＝25℃
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传热总系数K值的确定 选取蛇管为水煤气输送钢管，其规格为
53/60mm，则管的横截面积为
考虑罐径较大，设罐内同心装两列蛇管，并 同时进入冷却水，则水在管内流速为：
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冷却面积和主要尺寸
原理：用泵使发酵液通过文 氏管吸气装置，由于液体在 文氏管的收缩段流速增加， 形成真空而将空气吸入，并 使气泡分散与液体均匀混合 ，实现溶氧传质。
优点：吸氧的效率高，气、 液、固三相均匀混合，设备 简单，无须空气压缩机及搅 拌器，动力消耗省。
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（三）溢流喷射自吸式发酵罐
吸气原理 用泵将发酵液从发酵罐的底部提升到罐顶的溢流口，液
体由于自重通过溢流管向发酵罐跌落，形成抛射流，由 于液体表面层作用，使靠近流体表面的无菌空气气体边 界层具有一定的速率，从而形成气体的流动和自吸作用 ，并被高速流动的液体打碎、分散,与液体均匀混合,使 氧溶解在发酵液中的，这是溶氧阶段。发酵液进入发酵 罐后，微生物耗氧，同时将代谢产生的二氧化碳和其它 气体不断地从发酵液中分离并排出，发酵液的比重变大 向发酵罐底部循环，待发酵液中的溶解氧即将耗竭时， 发酵液又从发酵罐底部被泵打入循环管，开始下一个循 环。

CS
X
上式表示反应物S反应到某一程度时所需要的反应时间，是一普遍式，对于 不同的反应，有不同的动力学方程，积分可以求得不同的反应时间的表达式。
• 均相酶反应
rS
• 固定化酶反应
rmaxCS 1 rmaxtr CS 0 X S K S ln K S CS 1 X S
假定反应器中液相物料 占的体积分率为 L，则固定化酶占的体积 分率为（ L）， 1 酶反应发生在固相，又 考虑到有内扩散的影响 ，则反应器中底物消耗 速率应为： dCS （ L）VR rS ; 累积项则应为反应器内 1 液相中的物浓度随时间 的变化： LVR . dt 物料衡算式如下： dCS （ L）VR rS LVR 1 dt 积分得到： X S dX V X S dX S S t r CS 0 L CS 0 L 1 L 0 rS VP 0 rS VL 和VP 分别为液相和固相的体 积。 如果反应速率是以单位 催化剂的质量来定义， 此时反应速率以 SW 表示，则有： r t r CS 0 VL W dX S rSW
对细胞作衡算： 如果指数期开始时的细 胞浓度为C X 0，指数期末的细胞浓度 C X 1 , 为 减速期末的细胞浓度为 X 2，则所需反应时间 r 应包括这两个时期所需 C t 时间的和： t r t r1 t r 2
CX 1 CX 0 C X 2 dC dCX X CX 0 r CX 1 r X1 X2 CX 1
• 按反应物系在反应器内的流动和混合状态：活塞流反应器和全混流反应器。
生物反应器的分类
生物反应器
间歇操作
半间歇半连续操作
连续操作
生物团块反应器 全混流型
•搅拌釜式反 应器 •循环反应器 •环流反应器

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71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。

生物反应器设计任务说明书MBR膜生物反应器设计班级：学号：姓名：1概况1.1膜生物反应器简介膜生物反应器（Membrane Bioreactor）为传统活性污泥法与膜分离技术的结合。

活性污泥中微生物对原水中有机物进行生物降解，达到去除有机物的目的。

膜分离单元代替了传统工艺中的二沉池，可大大减小占地面积，而且膜分离可以截留原水中的固体悬浮物、胶体物质等，保证优质而稳定的出水水质。

概括起来，膜生物反应器与传统水处理工艺相比有以下优势：占地面积小，仅为传统工艺的 1/3-1/2。

出水水质好，可回用。

浊度明显低于传统工艺，对于大肠菌、噬菌体和有毒的微污染物的去除很明显。

生物处理单元中污泥浓度高，泥龄长，对有机物去除率高。

对于氮磷污染物有较高的去除效果。

与传统工艺相比，膜生物反应器产生的剩余污泥量少，降低了对剩余污泥处置的费用。

膜生物反应器工艺简单、体积小、运行管理方便、易于实现自动控制。

1.2膜生物反应器发展历程膜生物反应器是由膜分离技术与生物反应器相结合的生物化学反应系统。

用于水处理的膜生物反应器是一种新型水处理技术。

开展膜与生物技术相结合的膜生物反应器技术的研究已经超过 30年，膜生物反应器的商业应用也超过20年。

膜生物反应器最先用于微生物发酵工业。

在废水处理领域中的应用研究始于 60年代的美国。

1969年美国的 Smith首先报导了活性污泥法和超滤结合，处理城市污水的方法；同年 Dorr-Oliver发表了用超滤膜与活性污泥法生物反应器相结合处理生活污水的研究，并申报了专利，但当时由于受膜生产技术所限，膜的使用寿命短，水通透量小，使其在投入实际应用中遇到障碍。

1972年，Shelf等开始了厌氧型膜生物反应器的研究工作。

70年代后期，日本研究者根据本国国土狭小、地价高的特点对膜分离技术在废水处理中的应用进行了大力开发和研究，使膜生物反应器开始走向实际应用。

但直到 1985年膜生物反应器的研究仍处在基础研究阶段。