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生物反應器的類型

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  生物反應器是指利用酶或生物體所具有的特殊功能,在體外進行生物化學反應的裝置系統,它是生物反應過程中的關鍵設備。生物反應器具有成本低、設備簡單、效率高、產品作用效果顯著、減少工業污染等優點。

生物反應器的類型

  生物反應器有很多種,按照不同的分類角度可以分為各種類型。

  按照反應器內流型分:理想反應器(包括柱塞流反應器、全混流反應器)、非理想反應器。

  按照操作方式分:連續式反應器、半連續式反應器、間歇反應器。

  按照結構特征分:罐式反應器、管式反應器、塔式反應器、膜反應器。

  按照反應器內相態分:均相反應器、非均相反應器。

  按照生物反應器內有機體種類分:微生物反應器、植物細胞反應器、動物細胞反應器、酶反應器。

  按照反應器內氣液混合方式分:機械攪拌混合反應器、泵循環混合反應器、直接通氣混合反應器、連續氣相反應器。

  按照是否通氧分:通氣發酵設備、嫌氣發酵設備。

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機械攪拌式生物反應器

  醫藥工業中的第一個大規模的微生物發酵過程——青霉素生產是在機械攪拌式生物反應器中進行的。且迄今為止,對新的生物過程,首選的生物反應器仍然是機械攪拌式反應器。機械攪拌式反應器能適用于大多數生物過程,是形成標準化的通用產品。機械攪拌式反應器大多數用于間歇反應。

  機械攪拌式生物反應器特點:

  機械攪拌式生物反應器是借攪拌渦輪輸入混合以及相際傳質所需要的功率。這種反應器的適應性最強,從牛頓型流體直到非牛頓型的絲狀菌發酵液,都能根據實際情況和需要,為之提供較高的傳質速率和必要的混合速度。

  機械攪拌式生物反應器缺點是機械攪拌器的驅動功率較高,一般2~4kw/m3,這對大型的反應器來說是個巨大負擔。

  機械攪拌式生物反應器的基本結構包括:筒體,機械攪拌系統攪拌器、擋板、軸封、聯軸器及中間軸承等,通氣系統空氣分散裝置溫控系統換熱裝置,消泡系統、pH控制系統等,并在筒體的適當位置設置排氣、取樣、接種、進出料口以及入孔和視鏡等部件。

氣升式生物反應器

  氣升式生物反應器是應用較廣泛的一類無機械攪拌的生物反應器。氣升式生物反應器是在鼓泡塔反應器的基礎上發展起來的,它是利用空氣的噴射功能和流體重度差造成反應液循環流動,來實現液體的攪拌、混合和氧傳遞。

  氣升式生物反應器是植物細胞培養領域中五大反應器的一種,其流動性較其他生物反應器更為均勻,而且它結構簡單,沒有其他生物反應器具有的如有較多泄漏點和死角等缺點,故早在20世紀70年代開始,植物細胞發酵培養就已經較多地采用氣升式生物反應器。

  氣升式生物反應器特點:

  優點:氣升式生物反應器的結構較簡單,易于清洗、維修,不易染菌,能耗低,溶氧效率高,操作費用低。

  缺點:缺點相對來說較少,主要是高密度培養時混合不夠均勻。

  氣升式生物反應器又可分為帶升式發酵罐、氣升及外循環發酵罐、氣升環流發酵罐以及塔式發酵罐四類。不同的氣升式生物反應器擁有各自不同的特點,適用于生產不同的生物產品,目前均具有較廣泛的應用。

生物反應器.jpg

鼓泡塔生物反應

  鼓泡塔生物反應器是氣液兩相反應器,是指氣體鼓泡通過含有反應物或催化劑的液層以實現氣液相反應過程的反應器。

  鼓泡塔生物反應器以氣體為分散相、液體為連續相,涉及氣液界面。通常液相中包含有固體懸浮顆粒,如固體培養基、微生物菌體等。反應器內流體的運動狀況是隨分散相氣速的大小改變的,一般分為兩種:一種是均勻鼓泡流,此時氣速較低,氣泡大小均勻,浮升較有規則;隨著氣流的增加,小氣泡被大氣泡兼并,同時也造成了液體的循環流動,這種稱為非均勻鼓泡流。

  最簡單的鼓泡塔反應器內容是一空塔,塔的底部用篩板或氣體分布器來分布氣體。其工作原理是利用通入培養基中的氣泡在上升的時帶動液體而產生混合,并將氣泡中的氧供培養基中的菌體使用。

  鼓泡塔生物反應器的特點:

  鼓泡塔生物反應器結構簡單、造價低、易控制、易維修、防腐問題易解決,用于高壓時也無困難。適用于液體相也參與反應的中速、慢速反應和放熱量大的反應。

  塔內充滿液體,氣體從反應器底部通入,分散成氣泡沿著液體上升,既與液相接觸進行反應同時攪動液體以增加傳質速率。鼓泡塔內液體返混嚴重,氣泡易產生聚并,故效率較低。

  鼓泡塔生物反應器由于結構簡單,易于操作,操作成本低,混合和傳質傳熱性能較好,因此廣泛應用于生物工程行業中,例如乙醇發酵、單細胞蛋白發酵、廢水處理、廢氣處理(例如用微生物處理氣相中的苯)等。鼓泡塔反應器內無傳動部件,容易密封,對保持無菌條件有利。

2004-10-31 瀏覽次數:2331次
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