Идеальный реактор периодического действия

Основой многих биохимических процессов является периодический рост популяции клеток, при котором после внесения клеток в жидкую среду, в неё в течение всего периода культивирования ничего не добавляется и ничего не удаляется (кроме некоторых газов).

По мере роста клеток изменяется их концентрация, а также концентрация питательных веществ и продуктов метаболизма.

Материальный баланс по компоненту i показывает, что скорость его накопления, выраженная в виде производной общего количества компонента i по времени должна быть равна скорости его образования, обусловленного химическими реакциями в реакторе:

(1)

или

(2)

где – объём культуры в реакторе,

– количество молей i в единице объёма культуры,

– количество образовавшихся в реакции молей i в единице объёма культуры за единицу времени.

Если в реактор ничего не добавляют и ничего не отбирают из него и если потерями жидкости с потоком газа можно пренебречь, то постоянно и уравнение упрощается:

(3)

Аналогичными уравнениями можно выразить не только изменение количества молей, но и массы или концентрации.

Определение скорости изменения концентрации компонента i позволяет непосредственно определить общую скорость образования i в реакциях, которые происходят в реакторе периодического действия. В общем случае скорость образования зависит от состояния клеточной популяции (состава, морфологии, распределения по возрасту и т.д.) и всех параметров среды, оказывающих влияние на скорости реакций в клетках и среде.