d (cxVR ) V0 (cx 0 cx ) rxVR dt d (cSVR ) V0 (cS 0 cS ) rSVR dt d (cPVR ) V0 (cP 0 cP ) rPVR dt
连续培养在稳定态操作时一般体积不发生变化,即
dV R 0 dt
于是上述各式可变为
一般情况下，cp0＝0，在稳定态时，
V0 rP cP DcP VR rP 1 qP c X cP YP / X c X D D D KS D 或cP YP / S (cS 0 cS ) YP / S cS 0 max D


6．2．2．5 考虑维持代谢或死亡的操作特性
6 连续式操作反应器
6.1 概述
6.1.1 连续操作的特点
连续操作在以下各点表现其优越性：
• 连续操作有利于过程的研究和分析；
• 对连续反应可进行高效的过程控制； • 连续操作的产品质量稳定； • 连续操作的生产效率较高。
连续操作也存在一些缺点。
它对细胞生长时同步产生的代谢副产物的生成不能控制； 操作周期过长，容易受到杂菌污染； 需要使用费用较高的检测手段和控制设备等。
6．2．2 细胞反应时的单级CSTR
6．2．2．1 单级CSTR的通用衡算模型
对单级CSTR的连续培养，假定培养液混合均匀，则通用衡算方程为
细胞：累积＝流入+生长-流出(=流入-流出+生长) 底物：累积＝流入-消耗-流出(=流入-流出-消耗) 产物：累积＝流入+生成-流出(=流入-流出+生成) 因此有以下衡算方程组：
dcx D(cx 0 cx ) rx dt dcS D(cS 0 cS ) rS dt dcP D(cP 0 cP ) rP dt
6．2．2．2 简单反应时CSTR的操作特性
dc x ( D )c x dt
当稳态时 dcx 0 dt ( D)c x 0 D max cS K S cS
此时反应器中细胞质量浓度为
c X ,opt YX / S cS 0 K S K S cS 0 K S ( p X ) max Doptc X ,opt YX / S max

c

S0
KS KS

2
DCri max
cS 0 K S cS 0
cS K S cS 1 YX / S cX
K S cS 0
cS cS 0
max cS 0
1 YX / S
cX K S D D max D
由上式可求得为达到一定的细胞浓度cX所要求加入培养基中的底物浓度cS0
平均停留时间τm为：
d (cSVR ) V0 (cS 0 cS ) rSVR 0 dt 1 VR cS 0 cS (cS 0 cS )YX / S ( K S cS ) m D V0 rS maxcS c X
6．2．2．3 底物抑制时的操作特性
Dc max
cS 0 cS 0 KS 1 K SI
cS 0
6．2．2．4 产物生成与抑制时的操作特性 对培养过程中的产物生成、可由对产物的质量平衡进行衡算，即
dc P V0 cP 0 rPVR V0 cP VR dt
6．2．3 带细胞循环的单级CSTR
对底物衡算式为
在稳态条件下
max
cS K S ( D kd ) cS K S cS max kd
YX / S D cX D kd m YX / S
ห้องสมุดไป่ตู้
K S ( D kd ) cS 0 max kd
6．2．2．6 固定化细胞培养时的操作特性
dcx D(cx 0 cx ) rx dt dcx D(cx 0 cx ) ( kd )cx dt dcx Dcx 0 ( k d D)cx dt
c x 0 0, 稳态, 则： ( k d D)c x 0 D kd 或 k d D
如果cs0>>KS,则： Dc≈Dopt ≈μmax cX,opt ≈YX/SCS0 (Px)max ≈ DcYX/SCS0
归纳起来．对Monod动力学的恒化器有下述关系:
cS 0 D max 1 YX / S cX 1 YX / S cX 1 YX / S cX
max
Ks D cS max D c X YX / S (cS 0 cS ) Ks D c X YX / S (cS 0 ) max D
对有些CSTR的细胞连续培养，过程优化的目标函数为 单位时间单位体积的细胞产量Px最大，Px一般称为细 胞产率。
Ks D PX DcX DYX / S (cS 0 ) max D dPX 0 dD Dopt Ks max (1 ) K s cS 0
假定CSTR中进行等温均相反应，反应器有效体积恒定不变，基
本设计方程为
流入速率＝流出速率十反应消耗速率十累积量 对底物s的物料衡算式为
6.2 连续操作搅拌槽式反应器（CSTR）
6.1.1 酶反应时的单级SCTR
如果为固定化酶反应，由于有液固两相和内扩散的影响存在，底物的物 料平衡式为:
6.1.2 理想流动反应器的模型方程
• 根据连续操作反应器中物料的流动情况， 可建立两种理想流动反应器模型，即全混 流反应器(CSTR)和平推流反应器(CPFR)。 • 前者是连续操作的机械搅拌槽式反应器的 理想模型。 • 后者的实际反应器型式有连续操作的管式 反应器、管式固定床反应器和气体搅拌的 塔式反应器等。