生化反应器
污水处理反应器
污水处理反应器引言概述：污水处理反应器是一种用于处理污水的设备，通过化学反应和物理过程将污水中的有害物质去除，从而达到净化水体的目的。
本文将从五个大点来详细阐述污水处理反应器的工作原理和应用。
正文内容：1. 反应器类型1.1 生化反应器：介绍生化反应器的工作原理和应用，包括好氧生化反应器和厌氧生化反应器。
1.2 物化反应器：介绍物化反应器的工作原理和应用，包括沉淀池、过滤器和吸附剂等。
2. 反应器工艺2.1 活性污泥法：介绍活性污泥法的工作原理和应用，包括好氧活性污泥法和厌氧活性污泥法。
2.2 膜分离技术：介绍膜分离技术的工作原理和应用，包括微滤、超滤和逆渗透等。
2.3 化学氧化法：介绍化学氧化法的工作原理和应用，包括高级氧化技术和化学氧化剂的应用。
3. 反应器性能评价3.1 去除率：介绍污水处理反应器的去除率评价指标，包括COD去除率、氨氮去除率和总磷去除率等。
3.2 反应器效率：介绍污水处理反应器的效率评价指标，包括污水处理能力、反应器容积和处理时间等。
3.3 经济性：介绍污水处理反应器的经济性评价指标，包括投资成本、运营成本和能耗等。
4. 反应器运行与维护4.1 运行参数：介绍污水处理反应器的运行参数，包括温度、pH值和溶解氧等。
4.2 负荷控制：介绍污水处理反应器的负荷控制方法，包括有机负荷和氮磷负荷的控制。
4.3 维护管理：介绍污水处理反应器的维护管理措施，包括定期检查、清洗和维修等。
5. 反应器应用领域5.1 市政污水处理：介绍污水处理反应器在市政污水处理中的应用，包括城市污水处理厂和污水处理站等。
5.2 工业废水处理：介绍污水处理反应器在工业废水处理中的应用，包括钢铁、石化和制药等行业。
5.3 农村污水处理：介绍污水处理反应器在农村污水处理中的应用，包括农田灌溉和农村污水处理设施等。
总结：污水处理反应器是一种重要的污水处理设备，通过不同类型的反应器和工艺，可以有效去除污水中的有害物质。
第五章 间歇式操作反应器
回顾一下：生化反应器中可进行的反应类型？ 再想想：反应器可采取的操作方式？
2、研究反应器的目的？
◆研究生化反应器的基本反应规律
◆研究生化反应器的基本传递规律 ◆研究生化反应器的设计内容及方法
上一内容
下一内容
回主目录
返回
2013-7-25
第5章 间歇式操作反应器>>5.1生化反应器设计概论
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2013-7-25
第5章 间歇式操作反应器>>5.1生化反应器设计概论
5.1.1 生化反应器的分类
（ 生化反应器可从不同角度分类）
2、按操作方式分类 ■间歇反应器(分批操作反应器)：底物一次加入反应器，在反应过
程中无底物和产物的输入和输出，底物和产物的浓度随反应时间变化。
上一内容
下一内容
回主目录
返回
2013-7-25
第5章 间歇式操作反应器>>5.1生化反应器设计概论
5.1.2 生化反应器的基本设计方程
反应器计算的基本内容 确定最佳操作条件与控制方式 操作条件，如反应器的进口物料配比、流量、温度、压 力和最终转化率等工艺条件，直接影响反应器的反应结果，
也影响反应器的生产能力。对正在运行的装置，因原料组
对细胞，有
体系内累 进入体系 离开体系 体系内生 积细胞质量 细胞质量 细胞质量 长细胞质量
上一内容
下一内容
回主目录
返回
2013-7-25
第5章 生化反应器设计与分析>>5.1生化反应器设计概论
生化反应器 第三章 细胞反应动力学1
所以： a= 0.782，b=1.473，c=0.909，d=3.855，e=2
即： C6H12O6+0.782NH3+1.473O2=0.909C4.4H7.3O1.2N0.86 +3.855H2O+2CO2 （2）底物对细胞的得率YX / S的计算
YX / S
max
= 1 / 0.0167 = 59.8802(g/mol)
m = 0.0012(mol/g ⋅ h )
由而可看出两种作法的计算结果时接近的
0.04 0.035 0.03 YX/S （g/mol） 0.025 0.02 0.015 0.01 0.005 0 0 5 10 1/ µ （h ） 15 20
0.008 0.007 q S （mol/g·h） 0.006 0.005 0.004 0.003 0.002 0.001 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4
µ （1/h ）
qS及µ的实验数据计算YX/S ，以1/YX/S对1/µ进 行回归得到 则
1 / Y X / S = 0.0167 + 0.0012 / µ
对N元素平衡，有：
a = 0.86c = 0.782
对H元素平衡，有：
12 + 3a = 7.3c + 2d ， 12 + 3a − 7.3c d= 2 12 + 3 × 0.782 − 7.3 × 0.909 = 2 = 3.855
对O元素平衡，有：
6 + 2 × b = 1 .2 c + d + 2 e ，
生物反应器工作原理
生物反应器工作原理生物反应器的工作原理生物反应器是一种能够利用生物转化过程进行生产的设备，它可以支持和促进生物体内的生化反应。
生物反应器一般由反应容器、搅拌装置、温控系统、通气系统等组成，其工作原理依赖于生物体的生长、代谢和微生物的作用。
1. 生物反应器的基本原理生物反应器是为了在控制条件下促进生物体内的生化反应而设计的。
它提供了一个适合于生物体生长和代谢的环境，以支持其在反应器内进行所需的生化反应。
关键因素包括温度、满足生物体需要的底物和营养物质、pH值的维持和氧气的供给等。
2. 温控系统温控系统是生物反应器中的一个重要组成部分，它通常由温度传感器、加热装置和温度控制器组成。
通过感测反应器内的温度变化，控制器可以自动调节加热装置的输出来维持所需的反应温度。
保持适宜的温度可以提供生物体生长所需的理想环境，加速生化反应速率。
3. 搅拌装置搅拌装置用于保持反应器内物质的均匀混合，促进物质传递过程。
对于生物反应器而言，搅拌装置的设计旨在防止生物体的沉降和死区形成，使反应器内物质分布更加均匀。
搅拌装置的形式多种多样，包括机械搅拌、气体搅拌、涡流搅拌等。
4. 底物和营养物质的供给生物反应器中的底物和营养物质是支持生化反应进行的重要因素。
底物通过给定的供给策略被添加到反应器中，以满足生物体生长和代谢的需求。
供给策略可以根据具体反应的要求进行调节，例如连续供给、批次供给或脉冲供给等。
5. pH值的维持pH值对于生物体内的生化反应非常重要，它可影响酶的活性、细胞壁的稳定性和底物的溶解度等。
生物反应器中通常使用缓冲液来维持适宜的pH值。
pH值的控制可以通过添加酸或碱来调节，通常借助于自动控制系统来维持所需的pH范围。
6. 氧气供给氧气是生物体进行代谢反应所必需的。
在许多生物反应器中，气体搅拌是将氧气与培养基混合的常见方法。
通过气体供给系统，可控制氧气的流速、溶解度和分布，以满足生物体对氧气的需求。
7. 生化反应生物反应器的工作原理依赖于生物体的生长和代谢过程。
第七章-生化反应器
微生物反应器
动植物细胞反应器
第七章 生化反应器
反应器的特点与设计原则
生化反应( 生化反应(器)的特点
在接近中性的pH、 在接近中性的pH、较低的温度及近似细胞生理条件下进行 pH 使反应过程控制最优化， 使反应过程控制最优化，以达到最佳酶反应状态 维持最佳发酵状态， 维持最佳发酵状态，使细胞保持良好生长状态 可以定向的产生一些用一般化学方法难以甚至无法得到的 产品 极大多数生化反应皆在水相中进行
河南
第七章 生化反应器
反应器的种类及选择与操作 动物细胞培养生物反应器
设计必须考虑如下要求 安全因素：具备严密的防污染性能， 安全因素：具备严密的防污染性能，还应有防止反应器中 有害物质或生物体散播到环境的功能。 有害物质或生物体散播到环境的功能。 操作因素：便于操作和维护。 操作因素：便于操作和维护。
第七章 生化反应器
反应器的种类及选择与操作 生化反应( 生化反应(器)的种类 机械搅拌式反应器机械搅拌式反应器-发酵罐的部分部件
消泡器 消泡器的作用是将泡沫打破。最常用的形式有锯齿式、 消泡器的作用是将泡沫打破。最常用的形式有锯齿式、梳 状式及孔板式。 状式及孔板式。
甘肃
第七章 生化反应器
反应器的种类及选择与操作 生化反应( 生化反应(器)的种类 机械搅拌式反应器机械搅拌式反应器-发酵罐的部分部件
• 1、搅拌罐式反应器：
• (1)分批搅拌罐式反应器 • 优点是：装置较简单，造价较低，传质阻力很小，反应能 很迅速达到稳态。 • 缺点是：操作麻烦，固定化酶经反复回收使用时，易失去 活性，故在工业生产中，间歇式酶反应器很少用于固定化 酶，但常用于游离酶。
第七章 生化反应器
• 反应器的种类及选择与操作 • 酶反应器
生化反应器
④轴封
填料函式轴封
填料函式轴封的优点是结构简单。 主要缺点是： ①死角多，很难彻底灭菌，易渗漏和灭菌 ②轴的磨损较严重 ③填料压紧后摩擦功率消耗大
④寿命短
机械轴封
端面式轴封又叫机械轴封。 优点： ①清洁 ②密封可靠，在较长地使用期中，不会泄漏或很少泄漏 ③无死角，可以防止杂菌污染 ④使用寿命长，质量好的可用2～5年不需维修。 ⑤摩擦功率耗损小，一般为填料函式的10～50％。 ⑥轴或轴套不受磨损 ⑦它对轴的精度和光洁度没有填料函那么要求严格 ， 对轴的震动敏感性小。
生化反应器
第一节 生化反应器的种类和结构
生物反应器是发酵工程中最重要的设备之一
一个优良的培养装置应具有： 严密的结构 良好的液体混合性能 高的传质和传热速率 灵敏的检测和控制仪表
根据反应是否需要氧气为基准，可分为: 需氧微生物反应器（通气发酵罐） 厌氧微生物反应器（嫌气发酵罐）
一、机械搅拌发酵罐
气液传递速率方程： OTR= kLa(C*-CL) 1、影响推动力的因素 C* （１）纯氧在不同温度水中的溶解度（大气压强 1.01×105Pa）
温度（℃） 0 10 15 20 溶解度 （mol/m3) 2.18 1.70 1.54 1.38 温度（℃） 25 30 35 40 溶解度 （mol/m3) 1.26 1.16 1.09 1.03
5.溶解氧对发酵代谢产物生成的影响
溶解氧浓度对黄色短杆菌生产氨基酸的影响:溶解 氧浓度低于临界氧浓度时，谷氨酸和天门冬氨酸 类氨基酸的产量下降；但苯丙氨酸、缬氨酸和亮 氨酸生产的最佳氧浓度分别为临界氧浓度的0.55、 0.60和0.85倍。
二. 培养过程中的氧传递
氧传递的阻力
供氧方面的阻力: 1.从气相主体到气液界面的气膜传递阻力1/kG 2. 气液界面的传递阻力1/kI 3.从气液界面通过液膜的传递阻力1/kL 4.液相主体的传递阻力kLB 耗氧方面的阻力: 5.细胞或细胞团的液膜阻力1/kLG 6.固液界面的传递阻力1/kIS 7.细胞团内的传递阻力1/kA 8.细胞壁的阻力1/kW 9.反应阻力1/kR
第五章生化反应器
值的最大空间范围作为控制体积，可以是微元体积，也可以是整个反
应器的有效体积。
• 基本方程：物料衡算式、能量衡算式、动量衡算式、反应动力学方程
输入量＝输出量+反应量+累积量
5.3 BSTR的设计
• BSTR的基本特点 • BSTR设计基本关系式 • 不同反应过程反应时间的求取 • 反应器有效体积的计算
5.1 反应器的分类
• 可按操作方式
分批操作 连续操作
半连续操作
• 能量的输入方式：机械搅拌式和气升式
• 反应器的结构特征（H/D）：罐式、管式和塔式
• 反应器内流体的流动类型 ：全混流、活塞流
5.2 反应器设计的基本方程
• 变量：
自变量：时间和空间 因变量：物料浓度、温度、压力
• 控制体积：即建立衡算式的空间范围，其原则是以反应速率视为相同
Dc
max S0
Ks S0
max
5.4.2 带循环的CSTR
• 单级CSTR因为临界稀释率
而使它的生产能力受到了
限制。
• 将反应器出口料液通过离心
作用将菌体浓缩，并将一部
分 反馈回反应器的入口，
即为带循环的CSTR
•
令循环比 R Vr，提浓因子 Xr ，
V0
X1
W 1 R R
对反应器的菌体进行物料衡算：反馈+生长＝流出
求反应器的有效体积。
•
解：根据
1
1
tr rmax
S0 X S
Km ln 1 X S
tr 2 0.8 2 ln 1 0.8
4.82 min
Pr
1000mol / h,V0
Pr S0 X S
1000mol / h 2 0.8mol / L
污水处理反应器
污水处理反应器引言概述：污水处理是一项重要的环境保护工作，而污水处理反应器是其中的核心设备。
本文将从反应器的类型、工作原理、应用领域、优势和发展趋势等方面进行详细阐述。
一、反应器的类型1.1 生化反应器：生化反应器是利用微生物降解有机物质的一种设备。
其主要类型包括曝气式活性污泥法、厌氧消化池和固定床生物反应器等。
1.2 物化反应器：物化反应器主要利用化学方法去除废水中的污染物。
常见的物化反应器包括混凝沉淀池、活性炭吸附器和氧化还原反应器等。
1.3 组合反应器：组合反应器是将生化反应器和物化反应器结合起来，以达到更高效的废水处理效果。
常见的组合反应器有混合式反应器和序列反应器等。
二、反应器的工作原理2.1 生化反应器的工作原理：生化反应器通过微生物降解废水中的有机物质，将其转化为无害的物质。
曝气式活性污泥法利用曝气系统供氧，促使微生物进行降解作用；厌氧消化池则在无氧条件下进行废水处理；固定床生物反应器则利用固定的生物膜降解废水中的有机物。
2.2 物化反应器的工作原理：物化反应器通过化学方法去除废水中的污染物。
混凝沉淀池通过添加混凝剂使污染物凝聚成团，然后沉淀下来；活性炭吸附器则利用活性炭吸附废水中的有机物质；氧化还原反应器则通过氧化或还原反应去除废水中的污染物。
2.3 组合反应器的工作原理：组合反应器将生化反应器和物化反应器结合起来，通过不同的工艺步骤进行废水处理。
混合式反应器将生化反应器和物化反应器同时进行；序列反应器则将生化反应器和物化反应器进行分步处理。
三、反应器的应用领域3.1 工业废水处理：污水处理反应器在工业废水处理中起着至关重要的作用，能够有效去除废水中的污染物，保护环境。
3.2 城市污水处理：城市污水处理需要大规模的反应器设备，以处理大量的污水，保障城市环境的卫生和健康。
3.3 农村污水处理：农村地区的污水处理需要适用于小规模处理的反应器设备，能够有效地处理农村地区的废水。
四、反应器的优势4.1 高效性：污水处理反应器能够高效去除废水中的污染物，提高废水处理效率。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
生物产品生产过程
1-1 生物反应过程
利用生物催化剂将原料转化为产品过程中发生的一系
列生物化学变化过程。生物催化剂是游离的或固定化的细 胞和酶的总称。 • 当采用游离的整体活微生物细胞作催化剂时，其生物反应 过程称为发酵过程(在特定情况下有时也称之为微生物转 化过程)； • 当所用生物催化剂为游离或固定化酶时，其生物反应过程
1.酶的命名
• 习惯命名法：通常根据底物和酶所催化的反应性 质来命名，如淀粉酶，氧化酶等；有些酶的命名 还加上酶的来源或酶的特点，如胃蛋白酶等。 • 系统命名法：酶的名称应包括酶的系统名和分类 编号，其中酶的系统名依次由底物名称、反应类 型和表示酶的后缀词-ase构成。
2.酶的分类和用途
按酶的催化反应类型，可将酶分成六类：
关于产物动力学研究，首先需要通过实验找
到细胞生长、基质消耗和产物生成的规律，然后 建立合理的数学模型并确定模型参数，用数学模 型就可以模拟分批培养过程从而达到优化控制过 程的目的。
§3 生化反应器
3-1 生化反应器的特殊要求
Km 1 1 1 rp rmax rmax cs
• ②伊迪-霍夫施蒂（Eadic-Hofstee）法
由rp
k 2 c E , 0 cS cS K m
rmaxcs cs K m rp cs
得：rp rmax K m
• ③黑尼斯-伍尔夫（Hanes-Woolf，简称H-W法， 又称兰格缪尔（Langmuir））作图法
称为酶反应过程(有时也称为酶促反应过程或酶催化反应
过程)。
1-2 生物反应过程的特点
1.发酵过程的特点
• 反应步骤简单。
• 反应条件温和，消耗能量较少。 • 反应产物的含量低，副产物较多，产品分离过程复杂。 • 在反应过程中反应体系容易被杂菌污染。 • 利用微生物作为催化剂时，细胞的稳定性较高。
• 原料来源丰富，价格低廉。
• 另一种是促进细菌生长的发酵过程或细胞培养过
程，利用细胞中的酶把培养基通过复杂的生物反
应转化成新的细胞及其代谢产物。
2-1 酶催化反应动力学
酶催化反应动力学主要是研究各种因素对酶
催化反应速度的影响，以及反应物到产物之间可 能进行的历程，希望用数学原理和质量作用定律 解释酶反应的进程。 酶催化反应有许多类型，酶催化反应动力学 方程也有多种模型。
1.米氏方程及动力学参数的求法 • 米氏方程(Michaelis—Menten Equation)
酶反应
SP
E S ES P E
k 1 k 1 k 2
E
反应机理为 米氏方程
rp
k 2 c E , 0 c S cS K m
Km——米氏常数，kmol· m-3· s-1； rP——产物P的生成速率，kmol· m-3· s-1。
• 氧化还原酶类（Oxido-reductases）
• 转移酶类(Transferases)
• 水解酶类(Hydrolases)
• 裂合酶类(Lyases)
• 接酶类（Ligases）
§2 生物反应动力学
生物反应动力学是研究生物反应速率的规律，
即在一定条件下研究生物反应过程中底物或基质
的消耗速率或细胞的生长速率以及产物生成速率
等。这种研究不考虑反应器的结构形式，也不考 虑热量传递和质量传递等工程因素对反应速率的 影响，仅专门研究生物反应的本征动力学（微观 动力学） 。
根据生物催化剂种类的不同，生物反应过程
有以下两种情况：
• 一种是底物在游离或固定化酶催化剂的作用下进
行反应，即酶催化反应；
(rs ) dcs 1 dcX 1 c X dt YX / S dt YX / S
• 如果以碳源为限制性基质，当有产物生成时，根 据物料衡算，表示基质的消耗速率为：
dcS 1 1 dc P c X mcX dt YG YP dt
• 产物生成动力学较为复杂，产物的生成与细胞的 增长以及基质消耗的关系会因培养条件和细胞种 类的不同而各异。
• 生化反应器一般是指利用生物催化剂进行生化反 应的设备。
• 生化反应器可以给活细胞或酶提供适宜的反应环
境和条件，在生物体外实现生物细胞内进行的多
种化学反应及物质代谢过程。
• 以生物反应器为核心的有关生化反应过程，包括
酶催化反应动力学和细胞培养动力学、常见的生
物反应器以及相关计算等。
§1 生物和酶催化反应
• 生产设备简单，同一装置可以生产多种产品，设备投资较 少。
2.酶催化反应的特点 • 酶催化反应具有专一性。
• 酶催化剂具有非常高的活性和选择性。
• 酶催化反应条件温和。
• 酶对于环境条件的改变比较敏感，稳定性差。
• 酶催化反应对原料的要求较高。
• 酶催化剂制作工艺复杂，价格昂贵。
1-2 酶催化剂的主要类型和用途
发酵或细胞培养过程的生物反应动力学就是
探讨细胞生长、基质消耗和产物形成的动力学。
1.细胞分批培养动力学
细胞生长速率：
dc X rX c X dt
微生物分批培养时的生长曲线
2. 基质消耗和产物形成速率
• 在细胞培养过程中，基质的消耗主要用于细胞的
增长；而在发酵过程中，基质除了消耗于细胞增 长之外，还消耗于产物的生成。此外还要消耗部 · 分基质用于产生能量以维持细胞正常的生命活动。 = • 对于单细胞培养过程，限制性基质消耗速率表示 为：
米氏方程动力学参数的求法
米氏方程是一个双曲线函数，不容易直接从
rP-cS曲线求出动力学参数，故常将米氏方程转变 为线性形式，然后用作图法求出动力学常数Km和 最大反应速率rmax。 • ①莱恩威弗-伯克（也称双倒数作图） 法
rp
k 2 c E , 0 cS cS K m
rmaxcs cs K m
由rp
k 2 c E , 0 cS cS K m
rmaxcs cs K m
cs K m cs 得 rp rmax rmax
2.影响酶催化反应的因素
• 底物抑制
• 抑制剂的影响 • pH值对酶催化反应的影响 • 温度对酶催化反应的影响 • 金属离子的影响
2-2 发酵和细胞培养动力学