[发明专利]用于工业规模生物反应器内流场环境缩放设计的方法及系统

权利要求书

1.一种用于工业规模生物反应器内流场环境缩放设计的方法，其特征在于，包括以下步骤：

输入、静态模拟、动态模拟，输出；

在所述输入步骤中，输入内置参数和条件参数；

在所述静态模拟步骤中，对所述内置参数和条件参数进行计算，得到静态模拟结果；

在所述动态模拟步骤中，对所述静态模拟结果、内置参数和条件参数进行循环迭代直至所述循环迭代终止，得到动态模拟结果；

在所述输出步骤中，输出所述静态模拟结果和动态模拟结果。

2.根据权利要求1所述用于工业规模生物反应器内流场环境缩放设计的方法，其特征在于：所述静态模拟包括停留时间模拟、初始底物浓度模拟、底物利用率判据和系统稳定性判据。

3.根据权利要求2所述用于工业规模生物反应器内流场环境缩放设计的方法，其特征在于：所述停留时间模拟为

V_i＝V₀*k_i

τ₀＝τ₁+τ₂+τ₃

其中，i＝1、2、3，i表示不同隔室，i＝1时表示底物过剩的第1号隔室，i＝2时表示底物限制的第2号隔室，i＝3时表示底物饥饿的第3号隔室，

f_i(t_i)为菌体在所述隔室中停留的概率，

t_i为第i号隔室中菌体的停留时间分布，

τ_i为第i号隔室中菌体的平均停留时间，

τ₀为系统中菌体的总的平均停留时间，

V_i为第i号隔室的装液量，

V₀为系统总装液量，

k_i为第i号隔室装液量占系统总装液量的比值，

为第i号隔室的循环流速。

4.根据权利要求3所述用于工业规模生物反应器内流场环境缩放设计的方法，其特征在于：所述初始底物浓度模拟为

C₀＝M₀/F

a＝F

其中，C₀为补入料液的底物浓度，

M₀为单位时间补入系统的底物总量，

F为恒化过程中流入系统的补料液流量，

q_i，s为第i号隔室的初始比底物吸收速率，

C_i，x为第i号隔室的初始菌体浓度，

q_s，max为理论最大比底物吸收速率，

k_m为针对底物吸收的底物亲和常数，

C_i，s为第i号隔室的初始底物浓度。

5.根据权利要求4所述用于工业规模生物反应器内流场环境缩放设计的方法，其特征在于：所述底物利用率判据为

其中，q_i，s为第i号隔室的比底物吸收速率；

当i＝1，当i＝2时，当i＝3时，

所述系统稳定性判据为

其中，q_{i，s，expect}为第i号隔室的期望比底物吸收速率，

η_i为第i号隔室系统稳定性判据，

当i＝1或3并且η_i＜1‰时，所述系统稳定性为良好；

当i＝2，q_{2，s，expect}＝q_2，s，η₂＝0。

6.根据权利要求5所述用于工业规模生物反应器内流场环境缩放设计的方法，其特征在于：所述动态模拟包括底物动态浓度的运算、菌体动态浓度的运算、产物的产出过程模拟、氧气吸收速率和二氧化碳释放速率的运算。