1、生化工程生化工程 第二章第二章 培养基灭菌培养基灭菌 本章主要内容本章主要内容第一节第一节 分批灭菌分批灭菌第二节第二节 连续灭菌连续灭菌培养基灭菌程度培养基灭菌程度N/NN/N0 0 培养基灭菌程度的要求因发酵系统而异。培养基灭菌程度的要求因发酵系统而异。某些培养过程，由于培养基中的基质不易某些培养过程，由于培养基中的基质不易被一般微生物利用被一般微生物利用,或温度、或温度、pHpH不适于一不适于一般微生物的生长，则对般微生物的生长，则对无菌程度要求低无菌程度要求低；但是但是有一些培养过程对无菌程度要求高有一些培养过程对无菌程度要求高，例如抗生素的生产过程。例如抗生素的生产过程。第一节第一节
2、 分批灭菌分批灭菌 一、微生物的热死灭动力学一、微生物的热死灭动力学 对培养基进行湿热灭菌时，培养基中的微对培养基进行湿热灭菌时，培养基中的微生物受热死亡（微生物体内蛋白质变性）的速生物受热死亡（微生物体内蛋白质变性）的速率与残存的微生物数量成正比。率与残存的微生物数量成正比。NkdtdNln(N/N0)=-K t均相系统，它均相系统，它符合化学反应符合化学反应的一级反应动的一级反应动力学。力学。K K（比热死亡速率常数）（比热死亡速率常数）由两个因素均定由两个因素均定1 1、微生物的种类、微生物的种类2 2、灭菌温度。、灭菌温度。RTEeAK/RTEeAKd/RTEeAKd/cKddtdcR
3、TEeAK/NkdtdNln(N/N0)=-K t ln(C/C0)=-Kd t杂菌杂菌营养物质营养物质T ，K，Kd也就是也就是K K对对T T的变化率是怎么样的？的变化率是怎么样的？灭菌动力学的重要结论灭菌动力学的重要结论 细菌孢子热死灭反应的细菌孢子热死灭反应的E E很高，而大部很高，而大部分营养物质热破坏反应的分营养物质热破坏反应的E E很低，因而将很低，因而将T T提高到一定程度会加速细菌孢子的死灭速率，提高到一定程度会加速细菌孢子的死灭速率，从 而 缩 短 在 升 高 温 度 下 的 灭 菌 时 间从 而 缩 短 在 升 高 温 度 下 的 灭 菌 时 间（ln(N/N ln(N/
4、N0 0)=-K=-K t t）；由于营养成分热）；由于营养成分热破坏的破坏的E E很低，上述的温度提高只能稍微很低，上述的温度提高只能稍微增大其热破坏温度，但由于灭菌时间的显著增大其热破坏温度，但由于灭菌时间的显著缩短，结果是营养成分的破坏量在允许的范缩短，结果是营养成分的破坏量在允许的范围内。围内。第一节第一节 分批灭菌分批灭菌二二 分批灭菌的设计分批灭菌的设计1 1、分批灭菌的操作、分批灭菌的操作 将配好的培养基打入发酵罐，通入将配好的培养基打入发酵罐，通入蒸汽将培养基和所用的设备一起进行灭蒸汽将培养基和所用的设备一起进行灭菌，也称菌，也称实罐灭菌实罐灭菌。优点优点：（1 1）不需专门的
5、灭菌设备。不需专门的灭菌设备。（2 2）对蒸汽的压力要求较低，在）对蒸汽的压力要求较低，在3 34 4105Pa105Pa（表压）就可满足要求。（表压）就可满足要求。缺点缺点：在灭菌过程中，蒸汽用量波动大，：在灭菌过程中，蒸汽用量波动大，造成锅炉负荷波动大。造成锅炉负荷波动大。第一节第一节 分批灭菌分批灭菌 二二 分批灭菌的设计分批灭菌的设计1 1、分批灭菌的操作、分批灭菌的操作 高压蒸汽锅高压蒸汽锅第一节第一节 分批灭菌分批灭菌 二二 分批灭菌的设计分批灭菌的设计 2 2、分批灭菌的设计、分批灭菌的设计 要求绝对的无菌在工业上很难做到，要求绝对的无菌在工业上很难做到，因为：因为：KtNoNl
6、nktNoeNN=0，则e-kt=0,1/ekt=0,ekt=,t=因此，绝对的无菌很难做到。因此，绝对的无菌很难做到。第一节第一节 分批灭菌分批灭菌 二二 分批灭菌的设计分批灭菌的设计 而且绝对的无菌也是不必要的，工程上而且绝对的无菌也是不必要的，工程上只要求培养基中杂菌降低到合理的程度，然只要求培养基中杂菌降低到合理的程度，然后进行细胞的培养，失败的可能性很小。后进行细胞的培养，失败的可能性很小。那么无菌程度降低到多少为好呢？那么无菌程度降低到多少为好呢？有一个设计标准（判据）有一个设计标准（判据）NoNN N0 0：未灭菌培养基的含菌数。：未灭菌培养基的含菌数。N N：灭菌后培养基中存活
7、的菌体数，：灭菌后培养基中存活的菌体数，第一节第一节 分批灭菌分批灭菌 二二 分批灭菌的设计分批灭菌的设计 常取常取N=10N=10-3-3个个/罐。罐。它的意义是：灭菌它的意义是：灭菌10103 3次，存活一个活菌次，存活一个活菌孢子的机会为孢子的机会为1 1次。次。例如：培养基例如：培养基100m100m3 3，含菌，含菌10105 5个个/ml,/ml,，要，要求灭菌后存活菌数求灭菌后存活菌数1010-3-3个个/罐罐NoN1665310/1010010/10罐个罐个=那么那么为计算方便为计算方便 LnLn（N N0 0/N/N）=36.836.8 第一节第一节 分批灭菌分批灭菌 二二
8、分批灭菌的设计分批灭菌的设计 分批灭菌过程：分批灭菌过程：升温、保温和升温、保温和降温，降温，灭菌主灭菌主要是在保温过要是在保温过程中实现的程中实现的，在升温的后期在升温的后期和冷却的初期，和冷却的初期，培养基的温度培养基的温度很高，因而对很高，因而对灭菌也有一定灭菌也有一定贡献。贡献。T 灭菌温度tot1t2t3timeN1N2N升温保温降温N0Ln(N0/N1)Ln(N2/N)Ln(N1/N2)Ln Ln N N0 0/N/N=36.8=36.8是总的判据，是由是总的判据，是由升温、保温、降温三段实现的升温、保温、降温三段实现的ln ln（N N0 0/N/N）=lnln（）1NNo21N
9、NNN2NN221NN1NNoln ln N N0 0/N/N=lnln+lnln+lnln第一节第一节 分批灭菌分批灭菌 二二 分批灭菌的设计分批灭菌的设计 在灭菌过程中，必需设计出灭菌过在灭菌过程中，必需设计出灭菌过程的程的操作时间和温度操作时间和温度。首先首先根据培养过程对培养基无菌程根据培养过程对培养基无菌程度的要求提出无菌判据（度的要求提出无菌判据（ln ln ），），然后然后依据所使用的灭菌设备，和设计依据所使用的灭菌设备，和设计出的灭菌温度和时间来计算出实际的出的灭菌温度和时间来计算出实际的ln ln ，看能否达到开始提出的无，看能否达到开始提出的无菌要求。菌要求。NoNNoN
10、ln(Nln(N0 0/N/N1 1)=)=K K(t(t1 1-t-t0 0)K K是变数，是变数，t t变化，变化，T T变化，变化，K K也变化也变化。NKdtdNdtKNdN10/101lnttRTEttdtAeKdtNNo升温段：升温段：T 灭菌温度tot1t2t3timeN1N2N升温保温降温N0ln(N0/N1)ln(N2/N)ln(N1/N2)T 灭菌温度tot1t2t3timeN1N2N升温保温降温N0ln(N0/N1)ln(N2/N)保温段：保温段：Ln(NLn(N1 1/N/N2 2)=)=K K(t(t2 2-t-t1 1)T T一定，一定，K K是常数。是常数。ln(
11、N1/N2)32/32lnttRTEdteANN降温段：降温段：这三个判据中，这三个判据中，保温段可以算出，升温段和保温段可以算出，升温段和降温段不好办，降温段不好办，因为不知道因为不知道T T和和t t之间的函数关系。之间的函数关系。是否有这样的函数关系呢？是否有这样的函数关系呢？一些学者已经作出的常用的换热方式一些学者已经作出的常用的换热方式T-tT-t关系式。关系式。除了这种积除了这种积分方式以外，分方式以外，工程上还常工程上还常用图解积分用图解积分法，即从设法，即从设计的计的T-tT-t数数据换算成据换算成K-K-t t数据，进数据，进行图解积分。行图解积分。第一节第一节 分批灭菌分批
12、灭菌 二二 分批灭菌的设计分批灭菌的设计第一节第一节 分批灭菌分批灭菌 二二 分批灭菌的设计分批灭菌的设计 例如：某发酵罐分批灭菌最高温度例如：某发酵罐分批灭菌最高温度120120，保持，保持5min5min，设计，设计的温度和时间关系如下：的温度和时间关系如下：（A=7.94A=7.9410103838minmin-1-1；E=278441J/mol;R=8.28J/molKE=278441J/mol;R=8.28J/molK）t0103036435055586370102120140T30509010011012012011010090604433K00 00.030.363.593.59
13、0.360.03 0 0 0 t t：min,T:,K:minmin,T:,K:min-1-1,发酵罐发酵罐6060m m3 3，N N0 0=10=105 5个个/mlml，N=10N=10-3-3问设计的问设计的T-tT-t过程是否达到灭菌要求，如不能，应如何改进？过程是否达到灭菌要求，如不能，应如何改进？第一节第一节 分批灭菌分批灭菌 二二 分批灭菌的设计分批灭菌的设计 解：先计算无菌程度的判据：解：先计算无菌程度的判据：N0/N=61015 ln(N0/N)=36.3 K K的数据值是由已知数据计算出的的数据值是由已知数据计算出的 根据已有的数据作出根据已有的数据作出T-tT-t和和K
14、-tK-t图图 36510106010RTEeAK/ln(N0/N3)=ln(N0/N1)+ln(N1/N2)+ln(N2/N3)=36.3 ln(N1/N2)=Kt=3.595=17.95 第一节第一节 分批灭菌分批灭菌 二二 分批灭菌的设计分批灭菌的设计 ln(N0/N1)+ln(N2/N3)按图解积分图解积分，求得:ln(N0/N1)+ln(N2/N3)=15.85 ln(N0/N3)=t=34mint=34min以前和以前和t=64mint=64min以后，以后，K K值太小，值太小，忽略不计忽略不计.没有达到没有达到N N3 3=10=10-3-3的要求的要求,残留菌数残留菌数N N
15、3 3=N=N0 0e e-Kt-Kt=N=N0 0 e e-33.8-33.8=1.26=1.261010-2-28.336434Kdt第一节第一节 分批灭菌分批灭菌 二二 分批灭菌的设计分批灭菌的设计保温阶段对杀死孢子的贡献保温阶段对杀死孢子的贡献:17.95/33.8=53%17.95/33.8=53%，而保温阶段时间只有，而保温阶段时间只有5min5min。那么那么如何改进设计呢？如何改进设计呢？(1)(1)增加保温时间增加保温时间，如果增加，如果增加1min,1min,那么那么ln ln(N(N1 1/N/N2 2)=3.59=3.596=21.546=21.54 那么那么ln(Nl
16、n(N0 0/N/N3)3)=21.54+15.85=38.39=21.54+15.85=38.39，达到了设计要求。达到了设计要求。(2)(2)可以提高灭菌温度可以提高灭菌温度。间歇灭菌的提温阶段和降温阶段对灭菌的贡献相间歇灭菌的提温阶段和降温阶段对灭菌的贡献相对较小，而对培养基中维生素类物质的破坏作用则可对较小，而对培养基中维生素类物质的破坏作用则可能很严重。应尽量缩短提温和降温阶段。能很严重。应尽量缩短提温和降温阶段。第二节第二节 连续灭连续灭菌菌 一、连续灭菌方法一、连续灭菌方法 第二节第二节 连续灭菌连续灭菌 一、连续灭菌方法一、连续灭菌方法 与间歇灭菌相比，连续灭菌的优点：与间歇灭
17、菌相比，连续灭菌的优点：1 1 升温和降温速度快升温和降温速度快 2 2 灭菌温度高，保温时间短灭菌温度高，保温时间短 3 3 蒸汽用量平稳蒸汽用量平稳 缺点：缺点：1 1 设备复杂，投资大。设备复杂，投资大。第二节第二节 连续灭菌连续灭菌 一、连续灭菌方法一、连续灭菌方法 空罐灭菌空罐灭菌 加热器、维持罐和加热器、维持罐和冷却器也先进行灭冷却器也先进行灭菌。菌。耐热性物料和不耐耐热性物料和不耐热性物料可分开灭热性物料可分开灭菌。菌。糖和氮源分开灭菌。糖和氮源分开灭菌。第二节第二节 连续灭菌连续灭菌 二、连续灭菌反应器的流体流动模型二、连续灭菌反应器的流体流动模型 =式中：式中：反应器中液体所
18、占的体积（反应器中液体所占的体积（L L，m m3 3）Q Q：通过反应器的流体流速（：通过反应器的流体流速（L/minL/min，m m3 3/min/min）在设计连续灭菌设备时，必须认识到并不是在设计连续灭菌设备时，必须认识到并不是培养基的每一质点都在反应器中停留同样的时间。培养基的每一质点都在反应器中停留同样的时间。QVV活塞流（理想）活塞流（理想）滞流，滞流，V=0.82VmaxV=0.82Vmax湍流湍流,V=0.5 VmaxV=0.5 Vmax实际的反应器中，与流动方向相垂直的截面上各质点实际的反应器中，与流动方向相垂直的截面上各质点（微团）的流速不同（有流速分布）。（微团）的流
19、速不同（有流速分布）。第二节第二节 连续灭菌连续灭菌 实际的反应器中，与流动方向相垂直的截面上各质实际的反应器中，与流动方向相垂直的截面上各质点（微团）的流速不同（有流速分布），这就必然点（微团）的流速不同（有流速分布），这就必然造成物料间的（轴向）混合，这样就造成物料间的（轴向）混合，这样就不能保证物料不能保证物料先进的先出，后进的后出，先进的先出，后进的后出，那么有的物料灭菌时间那么有的物料灭菌时间长，有的灭菌时间短，有的物料达到了灭菌要求，长，有的灭菌时间短，有的物料达到了灭菌要求，而有的没有达到，由此我们在设计反应器时，一定而有的没有达到，由此我们在设计反应器时，一定考虑到这个现象，引
20、入的考虑到这个现象，引入的概念。概念。第二节第二节 连续灭菌连续灭菌 返混现象返混现象 ：反应器中停留时间不同的物料之间的混合称为返混反应器中停留时间不同的物料之间的混合称为返混。按照返混的程度，在化学工程中建立了两种理想的连按照返混的程度，在化学工程中建立了两种理想的连续流动反应器模型。续流动反应器模型。连续搅拌罐（连续搅拌罐（CSTRCSTR）和活塞流反应器（）和活塞流反应器（PFRPFR）反应器）反应器返混为返混为 返混为零返混为零 第二节第二节 连续灭菌连续灭菌 在实际反应器中，其返混程度总在实际反应器中，其返混程度总是处于两种模型之间。搅拌良好的是处于两种模型之间。搅拌良好的反应器接
21、近于反应器接近于CSTRCSTR，管式反应器和，管式反应器和填充床反应器返混程度较小，接近填充床反应器返混程度较小，接近于于PFRPFR反应器。反应器。这两种模型都可用于培养基灭菌这两种模型都可用于培养基灭菌以及微生物的培养。以及微生物的培养。第二节第二节 连续灭菌连续灭菌 （1 1）PFRPFR模型（活塞流）模型（活塞流）plug flow reactorplug flow reactor 物料沿同一方向以相同速度向前流动，在流动物料沿同一方向以相同速度向前流动，在流动方向上没有物料返混，所有方向上没有物料返混，所有物料在反应器中的停物料在反应器中的停留时间都是相同的。（留时间都是相同的。（
22、长径比很大的管式反应器，长径比很大的管式反应器，没有弯头、阀门、管件、接近于没有弯头、阀门、管件、接近于PFRPFR模型）模型）第二节第二节 连续灭菌连续灭菌（1 1）PFRPFR模型（活塞流模型）模型（活塞流模型）plug flow reactorplug flow reactor恒温热灭菌状况：恒温热灭菌状况：1 1 同一截面上活孢子浓度同一截面上活孢子浓度（N N）相等）相等，热死灭速率，热死灭速率相等。相等。2 2 沿流动的方向，活孢子沿流动的方向，活孢子浓度（浓度（N N）下降）下降，热死灭，热死灭速率也相应下降。速率也相应下降。NkdtdN第二节第二节 连续灭菌连续灭菌（1 1）P
23、FRPFR模型（活塞流模型）模型（活塞流模型）plug flow reactorplug flow reactor 求算求算N N、t t、L L的数学关系的数学关系 方法：对反应器进行物料衡算。方法：对反应器进行物料衡算。培养液通过培养液通过PFRPFR全反应器所达全反应器所达到的灭菌程度的计算：到的灭菌程度的计算：先对微元物料衡算，再沿流动先对微元物料衡算，再沿流动方向的长度积分。方向的长度积分。物料衡算通式：物料衡算通式：进入量进入量=排出量排出量+反应量反应量+积累量积累量dvdv足够小，可以认为在此微元内足够小，可以认为在此微元内N N相等，热死相等，热死灭速率处处相等，是均一体系。
24、灭速率处处相等，是均一体系。QN=QQN=Q（N+dNN+dN）+KNAdl+0 +KNAdl+0 A A为横截面积为横截面积整理得整理得：QdN=-KNAdlQdN=-KNAdlKNdtdN第二节第二节 连续灭菌连续灭菌（1 1）PFRPFR模型（活塞流模型）模型（活塞流模型）plug flow reactorplug flow reactorQdN=-KNAdl dtAdlQ1LNNdLQKANdN00 KNdtdN，积分 KtNoNln结论：结论：活塞流的灭菌效果与间歇反应器的分活塞流的灭菌效果与间歇反应器的分 批灭菌效果相同。批灭菌效果相同。KtNoNlnKNdtdN第二节第二节 连续
25、灭菌连续灭菌（2 2）CSTRCSTR模型（全混流模型）模型（全混流模型）Continued flow Stirred Tank ReactorContinued flow Stirred Tank Reactor连续搅拌罐反应器的结构基本上与间歇操作的搅拌罐反应器相同。连续搅拌罐反应器的结构基本上与间歇操作的搅拌罐反应器相同。两者的根本差别在于：两者的根本差别在于：1 1 连续操作。连续操作。2 2 反应器内料液组成（等于出料液组成），不随时间而变化。反应器内料液组成（等于出料液组成），不随时间而变化。搅拌强烈的实际连续反应器（机械搅拌、气流或液流搅拌）可搅拌强烈的实际连续反应器（机械搅拌、
26、气流或液流搅拌）可以接近于以接近于CSTRCSTR特性。特性。第二节第二节 连续灭菌连续灭菌（2 2）CSTRCSTR模型（全混流模型）模型（全混流模型）求算求算N N、t t、V V的数学关系的数学关系 方法：对整个反应器进行物料方法：对整个反应器进行物料衡算。衡算。物料衡算通式：物料衡算通式：进入量进入量=排出量排出量+反应量反应量+积累量积累量 QN0 =QN+KNV KNV+0 整理整理QN0=N（Q+KVKV）QN0=N（Q+KV）NoNKVQQ第二节第二节 连续灭菌连续灭菌（2 2）CSTRCSTR模型（全混流模型）模型（全混流模型）NoNQVK11NoNKt11第二节第二节 连续
27、灭菌连续灭菌CSTRCSTR和和PFRPFR灭菌效果的比较灭菌效果的比较NoNKt11PFR:NoNe-kt =要达到相同的灭菌效果，要达到相同的灭菌效果，即即需要的灭菌时间长？需要的灭菌时间长？NoN一定，那么哪一种反应器一定，那么哪一种反应器结论：结论：CSTRCSTR需要的时间长。需要的时间长。CSTR：第二节第二节 连续灭菌连续灭菌（3 3）多级全混流釜模型）多级全混流釜模型Multiple CSTRs in seriesMultiple CSTRs in series 在工程实践中常将几个在工程实践中常将几个CSTRCSTR反应器串反应器串联使用，来接近联使用，来接近PFRPFR的效
28、果。的效果。tN0 活塞流活塞流多釜串联多釜串联 多级全混流釜串联模型及其浓度分布图多级全混流釜串联模型及其浓度分布图Multiple CSTRs in series1111KNoN11122KNNnKNoN)1(1 为每个串联反应器为每个串联反应器的平均停留时间。的平均停留时间。如果让多级全混流釜模如果让多级全混流釜模型有型有PFRPFR效果，则：效果，则：nKNoN)1(1Kte1=t=n，（1+K）n=e kn 当当=0=0，n=n=时，有活塞流的效果时，有活塞流的效果。第二节第二节 连续灭菌连续灭菌（4 4）扩散模型）扩散模型返混：是不同反应时间的物料之间的混合。返混：是不同反应时间的
29、物料之间的混合。PFRPFR：返混程度最小：返混程度最小CSTRCSTR：返混程度最大：返混程度最大高高/径径，返混程度，返混程度高高/径径，返混程度，返混程度 实际操作的大部分反应器都实际操作的大部分反应器都介于这两种介于这两种理想的反应器之间理想的反应器之间。返混是个复杂的现象，到目前为止还返混是个复杂的现象，到目前为止还不能用数学解析的方法表示出来不能用数学解析的方法表示出来，在实，在实际的工程中，又要际的工程中，又要涉及到这个问题，怎涉及到这个问题，怎么办？么办？把这个复杂的现象用数学模型表示，把这个复杂的现象用数学模型表示，使简单的模型和复杂的系统具有等效性。使简单的模型和复杂的系统
30、具有等效性。扩散模型扩散模型 活塞流活塞流 扩散流动扩散流动 流体在管内流动，由于分子扩散和流体在管内流动，由于分子扩散和涡流扩散的作用使一部分流体质点返混涡流扩散的作用使一部分流体质点返混了回去，这个了回去，这个过程简化为过程简化为在活塞流动中在活塞流动中叠加了一个与流动方向相反的扩散叠加了一个与流动方向相反的扩散。费克定律：费克定律：扩散通量（沿轴方向）扩散通量（沿轴方向）=De=DeDeDe：轴向扩散系数：轴向扩散系数cmcm2 2/s/sC C：质点浓度：质点浓度 个个/cm/cm3 3 L L：扩散距离：扩散距离 cm cm扩散通量的扩散通量的物理意义物理意义：单位时间内，单位面积通
31、过的质点个数单位时间内，单位面积通过的质点个数，单位：个单位：个/s cm/s cm2 2 。dldc 把这两种流动叠加，对进出任一微元体积的活孢子把这两种流动叠加，对进出任一微元体积的活孢子数进行衡算数进行衡算。AUc+A De （c+dc）=AU(c+dc)+A De +KcAdl+0 dlddldc进入的 离开的 死掉的 积累的 整理为整理为：De 22dlcddldc-u-Kc=0 整理为整理为：常系数齐次线性二阶微分方程常系数齐次线性二阶微分方程式中式中c c：活孢子浓度（个：活孢子浓度（个/cm/cm3 3）De De：轴向扩散系数：轴向扩散系数 （cmcm2 2/s/s）L L：
32、轴向长度：轴向长度 cm cm把参数变成无因次式：把参数变成无因次式：设定一个准数设定一个准数：=时是活塞流（时是活塞流（De=0De=0，无返混），无返混）=0时是全混流（时是全混流（De=全是混返，最大）全是混返，最大）022kcdldcudlcdDeNoNNcc0LlX DeULNPePeNPeN把上面的关系代入微分方程，整理得把上面的关系代入微分方程，整理得：这是常系数二阶齐次线性微分方程这是常系数二阶齐次线性微分方程 特征方程：特征方程：r2-Nper-NpeK=0r1，2=，r1r2 是两个不相等的实根是两个不相等的实根微分方程的通解为微分方程的通解为：022NKNXdNdNXdN
33、dpepe242KNNNpepepexrxrececN2121xrxrececN2121需确定需确定c1，c2边界条件：边界条件：l=0，即即 =0时，时，=1XNNoNNcc0LlX L=L，即 =1时，=0 ，因此时N很小，反应速率趋于零。XXdNdC1+C2=10222111xrxrercercXdNd联立解方程：2/22/22/0)1()1(4NPeNPeNPeeeeNN解得解得：其中其中=PeNK41，Npe=DeLU 可见可见 不但是不但是K的函数，而且与返混程度有关，的函数，而且与返混程度有关，也是也是Npe的函数。的函数。这样的公式应用起来太麻烦，有学者作了算图，将这样的公式应
34、用起来太麻烦，有学者作了算图，将灭菌程度灭菌程度 对应于对应于KK作图，以作图，以Npe=Npe=为参数。为参数。NoNNoNDeLU由由 和和Npe查得查得 K，求算求算出出。下面看下面看Npe的确定：的确定：需确定需确定DeDe NoNDeLU Npelevenspiel实验（实验（1958），确定了），确定了Re与与之间的关系之间的关系。实际中遇到的实际中遇到的ReRe都在都在10104 410106 6之间，中间之间，中间值用内插法求得值用内插法求得。UdDeRe104 105 106 4.00.30.20.1Re=104时，Re=106时，由此可求De0.3UdDe0.2UdDeUd
35、De第二节第二节 连续灭菌连续灭菌三、连续灭菌器的设计三、连续灭菌器的设计例例1 1 一台连续灭菌器，一台连续灭菌器，d=0.155md=0.155m，L=50mL=50m，要求在，要求在40min40min内，对内，对30m30m3 3初温初温4040的液体培养基灭菌（蒸的液体培养基灭菌（蒸汽），假定蒸汽喷入能立即加热到预定的温度。汽），假定蒸汽喷入能立即加热到预定的温度。杂菌浓度杂菌浓度No=10No=105 5个个/ml/ml 要求要求N=10N=10-3-3已 知已 知 C p=4.1 8 K J/k g k =1 0C p=4.1 8 K J/k g k =1 03 3k g/mk
36、g/m3 3，u=3.6 k g/m hu=3.6 k g/m h，E=2 8 7 4 4 1 J/m o lE=2 8 7 4 4 1 J/m o l，A=7.94A=7.9410103838minmin-1-1，R=8.28J/molkR=8.28J/molk问：为达到灭菌要求，计算灭菌温度问：为达到灭菌要求，计算灭菌温度T=T=？（求算灭菌？（求算灭菌温度温度T T的方法）的方法）第二节第二节 连续灭菌连续灭菌三、连续灭菌器的设计三、连续灭菌器的设计),(NpeKfNoNK=Ae-E/RT DeLU解：解：Npe=可由要求时间内的灭菌物料量求算可由要求时间内的灭菌物料量求算。1 1、求算
37、、求算DeDe=105,UdDe=0.25 Npe=ud L/De d=DeLU=12901000 接近活塞流接近活塞流1*500.25*0.155 ReduN/N0=10-3 30105106=3.3310-16 从算图查 K =3637，=V/Q=AL/Q=1.25min K=36/1.25=28.7min-1K=Ae-E/RT T=129.5 第二节第二节 连续灭菌连续灭菌三、连续灭菌器的设计三、连续灭菌器的设计 例例2 2，若采用，若采用d=1.00md=1.00m的塔式反应器，在的塔式反应器，在129.5129.5灭菌，流量也相同，要达到相同灭菌，流量也相同，要达到相同的灭菌程度，平
38、均停留时间多少？反应的灭菌程度，平均停留时间多少？反应器高度器高度L L为多少？为多少？),(NpeKfNoN解：解：DeLU Npe因因T T已知，已知，K K一定，一定，已知，已知，只要通过只要通过NpeNpe查出查出KK，则，则可求。可求。但但NpeNpe表达式中有表达式中有L L，NpeNpe未知未知此时用试差法，设此时用试差法，设L L值，求算值，求算NpeNpe，查，查KK，算出算出，应符合应符合=V/Q=AL/Q=V/Q=AL/Q关系，不关系，不符再试，一直试到吻合。符再试，一直试到吻合。),(NpeKfNoNDeLU Npe=解：NoN生活中的辛苦阻挠不了我对生活的热爱。22.
39、10.2322.10.23Sunday,October 23,2022人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。9:23:349:23:349:2310/23/2022 9:23:34 AM做一枚螺丝钉，那里需要那里上。22.10.239:23:349:23Oct-2223-Oct-22日复一日的努力只为成就美好的明天。9:23:349:23:349:23Sunday,October 23,2022安全放在第一位，防微杜渐。22.10.2322.10.239:23:349:23:34October 23,2022加强自身建设，增强个人的休养。2022年10月23日上午9时23分22.10.2322.10
40、.23精益求精，追求卓越，因为相信而伟大。2022年10月23日星期日上午9时23分34秒9:23:3422.10.23让自己更加强大，更加专业，这才能让自己更好。2022年10月上午9时23分22.10.239:23October 23,2022这些年的努力就为了得到相应的回报。2022年10月23日星期日9时23分34秒9:23:3423 October 2022科学，你是国力的灵魂；同时又是社会发展的标志。上午9时23分34秒上午9时23分9:23:3422.10.23每天都是美好的一天，新的一天开启。22.10.2322.10.239:239:23:349:23:34Oct-22相信命运，让自己成长，慢慢的长大。2022年10月23日星期日9时23分34秒Sunday,October 23,2022爱情，亲情，友情，让人无法割舍。22.10.232022年10月23日星期日9时23分34秒22.10.23谢谢大家！谢谢大家！
