생물학적 발효는 적절한 상황 하에 원료를 특별한 대사 경로를 통한 인간 상품으로 변환시키기 위해 유기체 (보통 미생물 또는 세포)을 사용하는 과정을 언급합니다. 이러한 유용한 물질 대사 산물과 단백질 발현 제품과 다른 제품은 넓게 제약업계와 식품 산업, 에너지 산업, 화학 산업, 농업과 다른 분야에서 사용되고, 피플즈 데일리 삶들로부터 분리할 수 없습니다. 생물학적 발효 공학에, 효과적으로 연구소 조사 조건을 확대하고 직접적으로 그들을 생산에 응용하는 방법은 항상 생물학적 소요의 적용을 괴롭히는 문제였습니다. 생물학적인 반응의 많은 영향을 미치는 요인 때문에, 발효 탱크 안에 있는 반응은 닫힌 반응입니다. 효과적으로 증폭 과정이 생물학적 여기 프로세스에 영향을 미치지 않도록 매개 변수를 제어하는 방법은 항상 생물학적 발효 공업에 연구의 초점이었습니다. 생물학적 발효 반응의 증폭 과정 동안, 탱크 안에 있는 흐르는 상태는 량의 증가와 의미 심장하게 바꿉니다. 유동장의 변화는 또한 온도와 같은 일련의 매개 변수의 변화와 전체 반응 시스템의 변화의 결과를 초래한 용존 산소로 이어질 수 있습니다. 간략하게 조직하고 실제 생물학적 발효 증폭 과정에서 매개 변수 선택에게 참조를 제공하면서, 기사는 생물학적 여기 프로세스 증폭의 인자 영향력과 상응하는 제어 변수를 도입합니다.
생물학적 여기 프로세스의 증폭에 영향을 미치는 요인
1.1 물질 이동과 혼합
물질 이동 현상은 재료 전달의 과정이고 생물학적 여기 프로세스에서 물질 이동 활동이 생물학적인 반응과 함께 동시에 일어납니다. 주요 물질 이동 현상은 기체-액체 흡수와 액체 질량 전달로 분할됩니다. 액상에서 물질의 열전달은 생물학적 발효 탱크의 교반 패들에 의해 가동된 소용돌이 확산에 주로 기인합니다. 일반적으로 사용한 생물학적 발효 배양에, 물질 이동 현상은 매우 중요합니다. 좋은 물질 이동은 미생물이고 셀 문화와 발전을 위해 필요 산소와 영양분과 물질 대사 산물을 보증할 수 있습니다. 용적 측정 용존 산소 계수는 물질 이동에 영향을 미치는 가장 중요 요소이지만, 그러나 생물학적 발효 탱크 안에 있는 복합적 유동장 때문에, 용적 측정 용존 산소 계수를 분석하는 것을 어렵게 하면서, 거기는 많은 채 요인에 영향을 미칩니다.
직접적으로 생물학적 발효 탱크 처리의 증폭에 영향을 미치는 또 다른 핵심적 매개 변수는 혼합 공정입니다. 공통 생물학적 발효 반응 혼합은 액체-액체 혼합, 고체-액체 혼합, 기액 혼합과 기체-액체 단단한 3상 혼합을 포함합니다. 양의 발효 탱크의 증가와 발효 제품과 원료의 증가 때문에, 탱크 안에 있는 혼합은 평탄하지 않습니다. 예를 들면, 발효 탱크의 상부에 있는 물질의 혼합은 바닥과 비교하여 상대적으로 힘듭니다. 과학적으로 발효 탱크에서 다양한 물질의 혼합을 증가시키는 것 생물학적 소요의 효율을 향상시킬 수 있습니다.
1.2 절단
전통적 견해는 생물학적 발효 탱크의 교반율을 높이는 것 물질 이동을 강화할 수 있고 발효 동안 혼합되는 것 가공처리한다는 것입니다. 그러나, 심화 연구로, 미생물이고 세포 손상으로 이어지면서, 많은 생물학적인 소요 실패가 생물학적 소요의 목적 물질 위의 지나친 합성 힘에 의해 초래된다는 것이 발견되었습니다. 예를 들면, 미생물 발효 시스템에서, 지나친 합성 힘은 세균체의 성장에 대한 손해를 일으킬 수 있습니다 ; 낮은 전단 힘은 파손을 버블링시키도록 도움이 되지 않고, 공군 증식의 효율에 영향을 미칩니다. 과학적으로 미생물과 세포를 위한 수용 범위 이내에 발효 탱크와 전단 응력 관리에서 다양한 물질의 혼합을 증가시키는 방법은 발효 증폭 과정에서 중요 요소입니다.
1.3 열 전도
온도는 또한 생물학적 여기 프로세스에서 중요 요소입니다. 생물학적 발효 탱크의 온도 제어는 주로 재킷 층을 통해 이루어집니다. 그러나 큰 생물학적 발효 탱크 안에 있는 크기가 증가함에 따라 난방의 단위당 표면적은 감소합니다. 그러므로, 전열 효율은 직접적으로 생물학적 소요 타겟 물질의 생산 효율에 영향을 미칠 것입니다.
1.4 다른 요인
모두 어느 것이 여기 프로세스에 영향을 미칠 수 있는 이를테면 공기 보충과 공급속도와 샘플 유입구 설정의 매개 변수, 여기 프로세스에 영향을 미칠 수 있는 생물학적 발효 탱크의 증폭 과정에서 다른 요인이 있습니다. 프로세스 제한 때문에, 제조식 생물학적 발효 탱크는 실험실에서 생물학적 여기 프로세스와 같이 실시간으로 다양한 기판과 제품과 물질 대사 산물의 집중을 발견할 수 없습니다. 그러므로, 과학적으로 공급과 흡입의 속도와 양을 설계하는 것은 결정적입니다. 동시에, 포괄적으로 유동적 범람의 현상을 피하기 위한 물질 보충과 공기 보충을 위해 분명한 가스 속도를 고려하는 것은 필요합니다.
생물학적 여기 프로세스 방법의 2 키 제어 매개 변수
2.1 혼합
교반된 생물학적 발효 탱크의 일반적으로 사용된 혼합 모드는 전체 발효액의 혼합을 운전하기 위해 교반 패들의 회전입니다. 발효 탱크 휘저음 매개 변수의 조절은 주로 속도 제어를 통해 이루어집니다. 속도 제어는 또한 속도를 높이고 혼합효율을 향상시키는 것을 고려할 뿐만 아니라, 합리적인 범위 이내에 속도를 조절하여야 합니다. 과잉 속도는 증가 열발생과 전지 위의 상승된 합성 힘과 소요 실패로 이어질 수 있습니다. 게다가 소요 볼륨계의 유동 패턴과 교반 패들 중에서 선정과 지름이 모두 생물학적 소요의 효율성에 영향을 미칠 수 있다는 것을 연구는 알았습니다. 대규모 생물학적 발효의 과정에서, 회전 속도 뿐 아니라 교반 패들 타입과 공간 위치 중에서 선정은 또한 매우 중요합니다. 배양물의 유동적인 특성을 기반으로 적절한 교반 패들 종류를 선택하는 것은 필요합니다. 현재, 축류와 반경류 노의 조합은 일반적으로 사용되며, 그것이 전체 생물학적 발효 시스템에서 원료 혼합의 학위를 향상시키기 위해 극소 액체 흐름과 대형 유동장을 결합시킵니다. 혼합 패들은 일반적으로 최저 넘쳐 흐르는 물 유형과 상위 축류를 채택하고 굴대이 의 작용에서 꼭대기에 빨리 탱크의 바닥으로 분배된다고 영양분이 덧붙인 효과적으로 보증할 수 있는 유형 흐름 슬러리와 공기가 탱크의 바닥에 유입했고 또한 전체 미생물 발효과정을 위한 적절한 환경을 제공하면서, 전체 탱크의 전체적 순환과 흐름을 보증하면서, 빠른 시간 안에 전파될 수 있습니다.
2.2 온도
특별한 박테리아의 재배가 65 Ｃ에 있을 수 있는 반면에, 생물학적 발효 탱크가 일반적으로 경작되는 박테리아의 종류에 의존하는 26~37 Ｃ에 있습니다. 여기 프로세스의 증폭 과정 동안, 전체 발효 탱크 안에 있는 온도 필드는 주요 변화를 겪을 것입니다. 소규모이고 파일럿 단계에, 탱크의 작은 사이즈 때문에, 온도 필드는 상대적으로 획일적입니다. 제조식 발효 탱크에, 발효 탱크의 온도 탐침은 보통 100 밀리미터의 길이로 탱크의 하부에 배포되고, 발효액에서 흠뻑 적시는 부품은 50-60mm입니다. 생물학적 발효 탱크의 냉난방 방법은 보통 물 자켓 층을 통하여 실행되고 따라서 발효 탱크의 열전도 효율이 직접적으로 전체 탱크 안에서 온도 분포에 영향을 미칩니다. 물 자켓 층의 온도와 발효 탱크 온도 탐침의 온도 디스플레이값은 참으로 발효 탱크에서 액체의 온도를 반영할 수 없습니다. 과학적으로 발효 시스템의 열전도율을 기반으로 온도 탐침을 배열하고 과학적으로 발효 온도에서 설정하는 것 효과적으로 반응 온도를 보증할 수 있습니다.
2.3 다른 화학적 파라미터
pH 값과 용존 산소와 같은 생물학적 소요에서 화학적 파라미터의 통제가 발효 결과에 영향을 미칠 수 있습니다. 호기성 생물학적 처리에서, 한 예로 매개변수화하는 데 용존 산소가 필요할 때, 산소는 미생물 성장을 위한 중요 영양소입니다. 그러나, 그것의 최저 가용성 때문에, 산소는 생화학적 과정을 위해 키 기판이 됩니다. 그러므로, 기상부터 액상까지 산소의 충분한 공급을 유지하는 것은 결정적입니다. 이론적으로, 환기를 증가시키는 것고 문화 매체 칼럼을 증가시키는 것 효과적으로 문화 매체에서 버블의 시간을 연장하고 기체-액체 교환 효율을 향상시킬 수 있습니다. 그러나, 이러한 매개 변수는 또한 발효 탱크의 비용에 의해 제한되고 학위와 거품 분산의 크기가 또한 산소 증식의 효율성에 영향을 미칠 수 있습니다. 그러므로, 포괄적으로 다양한 요소를 고려하고 가장 적당한 프로세스 설계 증폭 방법을 제공하는 것이 필요합니다.
3. 생물학적 여기 프로세스를 위한 방법을 비율에 따라 늘이기
3.1 경험적 증폭 방법
전통적 생물학적 여기 프로세스의 크기 조정 업프로세스는 대부분 전통적 경험적인 방법을 기반으로 합니다. 생물학적 여기 프로세스에서, 속도, 배열, 공기 통풍 금리, 피드 유속과 교반 패들의 다른 화학적 파라미터와 같은 일련의 매개 변수는 발효 수율에 영향을 미칠 수 있습니다. 사용자들은 이전이거나 다른 여기 프로세스 설정을 기반으로 비슷한 여기 프로세스를 선택하고, 상응하는 여기 프로세스 증폭 매개 변수를 선택할 것입니다 ; 선택적으로, 전통 경험을 기반으로, 발효 탱크에서 유체역학은 예상될 수 있고 발효 부피를 확대하기 위해 그들의 상대적 위치들을 유지하는 동안 탱크 안에 있는 다양한 매개 변수가 기하학적으로 확대될 수 있습니다. 경험적 증폭 방법은 주로 부피 물질 전달 계수, 단위 부피 소비 전력, 혼합 시간, 등과 같은 발효 시스템 이내에 핵심적 매개 변수에 초점을 맞춥니다. 이 방법은 효과적으로 보통 단지 단순한 증폭에 적합하고, 발효 탱크에서 유체역학과 기구학적 특성을 예상할 수 없습니다.
3.2 컴퓨터 유체 역학을 기반으로 하는 증폭 방법
컴퓨터 유체 역학 (CFD)는 유체 역학들에서 물질 이동과 운동량 전달과 에너지 전송과 같은 현미경 평형 상태를 기반으로 컴퓨터에서 유체 운동 법안의 시뮬레이션과 계산을 언급합니다. 경험적 생물학적 발효 공정 스킴과 비교해서, CFD 시뮬레이션 기술을 사용하는 것 저비용과 크기 독립의 특성을 가지고, 넓게 유체 공학의 분야에서 사용됩니다. CFD 시뮬레이션은 주로 생물학적 발효 탱크 안에서 유동장과 교반 전력과 가스 홀드업을 시뮬레이션합니다. 동시에, 용존 산소 물질 이동 모형은 생물학적 발효 탱크의 기체-액체 2단계 플로우 모델에서 연결되며, 그것이 똑같은 여기 프로세스 동안 용존 산소 물질 이송 프로세스와 생화학 반응 프로세스를 가장할 수 있습니다.
시뮬레이션 컴퓨팅 기술의 개발과 함께, CFD는 점점 생물학적 발효 증폭 과정의 시뮬레이션에 적용됩니다. 그러나, 기체-액체 2 상 유동의 복잡성 때문에, 예측 프로세스에서의 가스 홀드업과 같은 매개 변수에 대한 더 나은 연구와 거품은 여전히 필요합니다.
4가지 결론
생물학적 발효의 과정은 복잡하고 다인성 과정입니다. 비록 전통적 교반 탱크 생물 반응기가 구조에 상대적으로 단순하지만, 발효 탱크 안에 있는 유체의 실제 프로세스는 실제 반응 과정에 매우 복잡합니다. 특히 생물학적 발효의 증폭 과정에서, 다중 요소는 포괄적으로 방법론적 증폭을 위해 고려될 필요가 있습니다. 전통적 경험적 증폭 과정은 참으로 단순한 증폭을 수행할 수 있을 뿐이고, 발효 탱크에서 다양한 시스템의 실제 데이터를 시뮬레이션할 수 없습니다. 발효 제품의 성장 환경이 시험소와 일치하다는 것을 보증하는 것뿐만 아니라, 관심은 또한 에너지 보존에 지불되어야 합니다. 더 컴퓨터 유체 역학을 기반으로, 더 정확하게 생물학적 발효 증폭 과정 중에서 선정에게 효과적인 기초와 참조를 제공하면서, 과학적 분석과 시뮬레이션법은 생물학적 발효 증폭 과정을 예상하고 시뮬레이션할 수 있습니다.
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