6反应器比拟放大.

1-流量测量及变送 2-流量控制器 3-调节阀
2 2
2 2+ + 2+
2
+
2-
4
X/S
3-
4
W
1
面积
图7-2 生化反应过程测量仪器系统
生物量
第三节 控制理论与应用
一、生物过程的控制特征
（一）温度的控制 CO O （二）pH的控制 M 排气 （三）溶氧控制 M （四）补料控制 pH
2 2
R
4
M 1
3
2 G Gc
2
2 TC
c2
M
1
3
5
AC 2 补料 1
1 2
空气冷却水 3 二、先进控制理论在反应器控制中的应用 3
5
冷却水 冷却水
Gc DO （一）模糊逻辑控制在生化过程中的应用 4 4 6 7 空气 （二）生化过程知识库系统 氨气 空气 8 空气 空气 图7-18 （三）基于专家系统的人工神经网络 发酵过程温度控制
1
溶解氧 控制器 GCDO
图7-20 溶解氧控制系统
1-溶解氧电极和变送器 2-溶解氧控制器 3-压力传感变送器3-调节阀 4-生化反映器 5-夹套 4-压力控制器 图7-21 补料控制原理图 1-测量电极和变送器 2-控制器 3-空气开关 4-气动开关阀门 5-压力调节阀 6-空气流量变送器 7-流量控制器 8-流量调节阀
1-温度传感变送器 2-温度控制器 图7-19 pH控制系统
第一节 生物反应器的放大
一、经验放大法
（一）几何相似放大 二、其他放大方法
基础实验 测定值 模型的放大 （二）以单位体积液体中搅拌功率相同放大 （三）以单位培养液体积的空气流量相同的原则进行放大 小 除了上述的一些放大方法之外，还在实验中采用因次分析法、 （四）以空气线速度相同的原则进行放大 试 时间常数法、数学模拟法等。 用电子 （五）以Ka相同的原则进行放大 过程的 计算机 用电子计算机 计算机的结果与 （六）搅拌器叶尖速度相同的准则 基本设 作设计 作方案研究 实验结果的比较 （七）混合时间相同的准则 计 计算 中 试 基础模型 的修正

小试的目的是验证和完善工艺所研究确定的反应条件，提供物质和能量消耗等，从而为工业化生产提供数据。所以，小试研究是制药工业化生产过程中及其重要的一环。
2小试放大的方法
反应器的小试放大方法有经验放大法、相似放大法和数学模拟放大法。
小试放大主要采用经验放大法和相似放大法相结合的方法，主要是凭借经验通过对反应器的几何尺寸比例进行逐级放大，或根据因次分析得出的准数进行比拟放大来研究反应在放大过程中的特征，这是化学合成工艺研究中小试放大常常采用的方法。
5.5要考虑使反应和后处理操作方法适用工业生产的要求。特别注意缩短工序，简化操作，提高劳动生产率，从而最终确定生产工艺流程和操作方法。
5.6小试中质量标准有欠完善的要根据中试实验进行修订和完善。
药物合成中酯化反应小试放大的一些方法
药物合成按研究阶段大致可分为2个阶段，其一为实验室小试阶段，主要是确定在生产过程中，化学合成反应的顺序、条件(摩尔比、反应温度、反应时间、反应压力、搅拌方式、后处理方法和精制条件等)；以对工艺进行验证以及进一步优化；其二为工业化放大，即在小试的基础上，完善工艺，实现药物的工业化生产。
5.2小试放大后滴加乙醇的速度相应变大，这就产生较大的热量，建议在小试到大生产之间增加中试，中试投料量为大生产1/4就可以了，注意数据收集，对照中试小试进行总结（特别是温度变化）。
5.3如何避免放大效应，首先要掌握物料的性质、反应的情况，如热效应突出，就增加换热措施。
5.4放大后做好科学的操作规程、事故预案，并认真操作也是成功的关键。
表1正交实验设计的因素与水平
表2正交设计实验及结果
由正交实验结果计算表可得四因素与收率的关系如图1所示
通过以上实验结果可以得出最佳反应条பைடு நூலகம்：乙醇量96g，时间40min，硫酸为40g，温度不低于60℃。

• 生物反应器的设计与放大
10
反应器的类型
• 搅拌槽式反应器 • 管式反应器 • 气体搅拌塔式反应器（气升式反应器） • 动、植物细胞培养反应器
贴壁培养
光合作用
11
生物反应器的优化与控制
12
7.1 非理想流动反应器
在小规模的实验室条件下
全混流模型
理想模型
活塞流模型
在大规模的生产过程中
涉及到许多非理想的条件.
E(t) dF(t) 1 dt tet / t
流体 示踪剂
Vi Si VoSo rsVR
检测器
28
因为，D = 1/ t
因此，
F(t) 1 e-Dt E(t) D e-Dt
以无因次时间θ表示，则
F ( ) 1-e
E( ) e-
D为稀释率
对于理想的全混流反应器CSTR
when t = t, F(t) = 0.632
E(t) 1/ t
在CSTR中，停留时间小于平均停留时间 (t < t)
的物料粒子所占的分率为63.2%，
而其余36.8%的粒子的停留时间要大于
t
平均停留时间。
F(t)
t = 1/ D, θ = 1
σ
2 θ
=
1,
σt2
=
2
t
0.632
t
29 t
§7.6生化反应器的放大
根据概率统计的基本原理

0 E(t)dt 1
检测器
22
F(t)和E(t)的关系
C(t)

C0
tE(t)dt
0
0

E(t)dt
0

好氧生物反应器放大的经验准则
好氧生物反应器放大的经验准则可以归纳为以下几点：
1. 比例放大原则：当放大反应器容积时，必须保持反应器内的流场、氧气传递、搅拌速度、曝气量、混合程度等参数与原始反应器保持一致，以确保反应器内的微生物群落和反应条件维持稳定。

因此，放大后的反应器需要重新设计，以保证流体力学和生物学特性的一致性。

2. 建议放大比例：一般情况下，好氧生物反应器的放大比例建议不超过10倍。

过大的比例放大可能会导致反应器内部的流场不稳定、氧气传递受阻、混合不均匀等问题，从而影响反应器的性能和稳定性。

3. 设计参数的合理选择：反应器放大后，需要重新设计反应器的大小、气液分离器、搅拌速度、曝气器、进出料管道等参数。

这些参数的选择应考虑到反应器的体积、底部曝气量、混合程度、水力停留时间等因素，以确保反应器能够稳定运行并具有良好的降解能力。

4. 运行参数的监控与调整：当反应器放大后，需要对反应器内的运行参数进行实时监控，并及时调整反应器内的气体流量、搅拌速度、曝气量等参数，以确保反应器能够保持稳定的运行状态。

总之，好氧生物反应器的放大需要综合考虑多个因素，包括比例放大原则、设计参数的合理选择、运行参数的监控与调整等，以确保反应器能够在放大后仍能够保持稳定的运行状态和良好的降解能力。