Реакторы периодического действия с добавлением субстрата

Часто в ходе микробиологического процесса возникает необходимость во введении в биореактор периодического действия потоков жидких веществ, например растворов предшественников синтезируемых продуктов метаболизма, соединений с регуляторной активностью (в частности, индукторов, потребность в которых может возникнуть только в определенный момент процесса), растворов веществ, способствующих поддержанию низких концентраций питательных веществ (в частности, для подавления катаболитной репрессии), или растворов питательных веществ (что позволяет увеличить продолжительность стационарной фазы и тем самым повысить выход продукта).

Когда поток жидких питательных веществ поступает в реактор, естественно, изменяется и объем культуры; этот факт необходимо учитывать и в уравнениях, описывающих работу реактора. Пусть F(t)—объемная скорость поступающего в реактор раствора питательных веществ во вpeмя t, аc_іf(t) — концентрация компонента і в этом растворе; тогда уравнение материального баланса по компоненту і можно записать в такой форме

(1)

Если принять, что и плотность поступающего в реактор раствора, и плотность культуральной жидкости в реакторе равны р, то уравнение полного материального баланса содержимого реактора примет вид

(2)

(Как можно модифицировать это уравнение, чтобы в нем учитывалось различие плотностей поступающего в реактор раствоpa и содержимого реактора, обусловленное, например, аэрацией культуральной жидкости?) При условии, что р практически не меняется в ходе периодического процесса, уравнение (2) упрощается

(3)

Дифференцируя выражение, стоящее в левой части уравнения (1) (с учетом того, что V_R теперь является функцией от времени), и подставляя dV_R/dt из уравнения (3), после преобразований можно получить следующее удобное рабочее выражение для материального баланса по компоненту і:

(4)

Уравнения (3) и (4) описывают материальный баланс по всему содержимому реактора и одному из компонентов соответственно. Если известны математические выражения, описывающие кинетику r_fi, то эти уравнения можно использовать для моделирования влияния различных режимов введения веществ F(t) на работу реактора.