Биореакторы механические

Рис. 16.4. Разные типы биореакторов (упрощенная схема). Л. Реактор с механическим перемешиванием. Б. Барботажная колонна. В. Эрлифтный реактор с внутренней рециркуляцией. Г. Эрлифтный реактор с внешней системой рециркуляции. Стрелки — направление потока культуральной среды.

Конструкционные особенности барботаж-ных колонн и эрлифтных биореакторов дают им некоторые преимущества перед реакторами с механическим перемешиванием. Пневматические реакторы более экономичны, поскольку [c.358]

Все биореакторы можно отнести к одному из трех основных типов реакторы с механическим перемешиванием, барботажные колонны, эрлифтные реакторы. В настояшее время в промышленности чаще всего используются биореакторы первого типа, но появляется интерес и к эрлифтным биореакторам. Механическое перемешивание обеспечивается с помощью механической мешалки, а в эрлифтных биореакторах для аэрации и перемешивания используют газ (обычно воздух), который подается под давлением через разбрызгиватель в дне сосуда. При этом во всем объеме происходит непрерывная циркуляция жидкой среды. Барботажные колонны сходны с эрлифтными реакторами, но их недостатком является отсутствие циркуляции культуральной среды. Для обеспечения стерильности, постоянства pH, температуры и других параметров используют разные способы в зависимости от дизайна биореактора. Для синтеза рекомбинантных белков применяют двухступенчатые процессы ферментации, осуществляемые в тандемных эрлифтных биореакторах или в одном реакторе с механическим перемешиванием. [c.368]

При интенсивном перемешивании культуральной среды в процессе ферментации часто происходит ее вспенивание. Это может привести к переувлажнению фильтра в отверстии, через которое воздух выходит из биореактора, и уменьшению его потока, а также к попаданию в реактор посторонних микроорганизмов. Для контроля пенообразования используют химические пеногасители или механические сбиватели пены. Однако в присутствии химических реагентов может ухудшаться перенос кислорода, а иногда происходить ингибирование клеточных ферментов, что уменьшает скорость роста микроорганизмов. Кроме того, если пеногасители не удалять, они могут загрязнять конечный продукт. Проблему вспенивания можно решить, если оставить в верхней части биореактора достаточно большое пустое пространство, в котором лопались бы пузырьки воздуха. Правда, в этом случае рабочий объем реактора уменьшится примерно на 25%. [c.358]

Рис. 3.7. Принципиальные схемы биореакторов, наиболее часто применяемых для культивирования суспензионных культур а — биореактор с механическим перемешивающим устройством б — барботажный биореактор я — аэролифтный биореактор В — воздух (по Р.Г. Бутенко, 1999)

Между отдельными элементами БТС имеется функциональная взаимосвязь. Элементы взаимодействуют между собой и с окружающей средой в виде материального, энергетического и информационного обмена. На уровне элементов БТС реализуются типовые процессы преобразования вещества и энергии, например, механические в смесителях, биохимические в биореакторах, тепловые в теплообменниках, стерилизаторах и т. д. В соответствии со стратегией системного анализа на уровне отдельных элементов схемы ставится задача получения функционального оператора или модуля, представляющего собой математическую модель типового технологического процесса. В зависимости от функциональной сложности технологического элемента для его описания могут быть использованы один или несколько типовых операторов, приведенных на рис. 1.9. [c.18]

Биореакторы с механическим перемешиванием среды [c.137]

Определенные требования на выбор варианта аппаратурного оформления процесса культивирования микроорганизмов накладывает величина объема выпуска продукции. При создании крупно-тоннажных биореакторов большого объема (до 1000 м и более) могут оказаться неприемлемыми технические решения, эффективные для небольших по объему аппаратов. Так, трудности в разработке мощных приводов для механических перемешивающих устройств обусловливают переход к промышленным биореакторам с распределенным вводом энергии с использованием нескольких приводов, что в свою очередь затрудняет решение вопросов стерильности, механической надежности и т. д. Характерной особенностью конструкций биореакторов является выбранный принцип перемешивания среды, определяющий способ ввода энергии, а в ряде случаев и эффективность массообменных процессов в аппарате. [c.196]

Первая группа включает биореакторы, в которых суспензионная культура перемешивается только за счет подачи воздуха во второй группе биореакторов культура перемешивается механическим способом (рис. 6.6). [c.182]

В реакторах с механическим перемещиванием газ (как правило, воздух) подают в культуральную среду под давлением через разбрызгиватель — кольцо с множеством маленьких отверстий либо трубку с одним отверстием. В первом случае образуются мелкие пузырьки воздуха и обеспечивается их более равномерное распределение, однако разбрызгиватели в виде трубок используются чаще, поскольку они реже закупориваются. Для равномерного распределения газа по всему объему биореактора используются мешалки — одна или несколько. Они разбивают крупные пузырьки воздуха, разносят их по всему реактору и увеличивают время пребывания в культуральной среде. При сильном перемешивании средний размер пузырьков в больших биореакторах практически не зависит от размера отверстий в разбрызгивателе. Эффективность распределения газа зависит прежде всего от типа мешалки, числа оборотов и физико-химических свойств среды. Если размер биореактора слишком велик, а газ, поступающий из разбрызгивателя, распределяется по объему неравномерно, то даже при энергичном перемешивании гомогенизировать среду не удается. [c.358]

Многие культуральные среды весьма агрессивны, и во избежание коррозийного или механического повреждения стенок биореактора его обычно изготавливают из нержавеющей стали или стекла. Стеклянные части чаще используют только в лабораторных биореакторах емкостью меньше 50 л. [c.358]

Вещества вторичного синтеза, как правило, получают из суспензионной культуры, которую выращивают в биореакторах. По своей конструкции биореакторы бывают барботажные, в которых перемешивание осуществляется путем аэрирования воздухом за счет поднимающихся пузырьков воздуха и с применением механических перемешивающих устройств (рис. 3.7). [c.104]

Каковы относительные преимушества и недостатки биореакторов с механическим перемешиванием и эрлифтных биореакторов [c.370]

Рис 87 Биореакторы для аэробных процессов с расходом энергии на механическое движение внутренних устройств а — 12 3с расходом энергии на работу насоса обеспечивающего рециркуляцию культуральной жидкости б — 4 с расходом энергии на сжатие и подачу газовой фазы в — 5 (г — газ ж — жидкая фаза д — двигатель) [c.297]

Теплопередача и перенос веществ в биореакторах увеличиваются за счет диссипации энергии в системе, обычно в результате интенсивного механического перемешивания содержимого [c.414]

Большинство промышленных биореакторов снабжено охлаждающим кожухом и/или внутренними охлаждающими змеевиками. В последнее время для интенсификации процессов в биореакторах как обычной конструкции, так и новых конфигураций стали использовать наружные охлаждающие контуры. В некоторых реакторах новых конфигураций внутренняя охлаждающая система настолько нарушает основные гидродинамические рабочие характеристики, что исключает такое охлаждение. При увеличении размера реактора создание необходимой внутренней охлаждающей поверхности становится все более трудной задачей. Для геометрически подобных емкостей увеличение объема пропорционально кубу линейных размеров, при этом площадь увеличивается только пропорционально квадрату линейных размеров. Эффективность охлаждения аэробных биореакторов зависит от следующих факторов 1) переноса тепла от отдельных клеток в культуральную среду 2) переноса тепла от культуральной среды, содержащей диспергированные пузырьки газа и микроорганизмы, к охлаждающим поверхностям 3) поступления тепла за счет рассеяния механической энергии, затрачиваемой на перемешивание среды с целью ее аэрации 4) охлаждения при испарении, выравнивания температур и работы при расширении, связанной с прохождением воздуха через среду 5) изменения коэффициента теплопередачи вследствие загрязнения охлаждающих поверхностей накапливающимися на них микроорганизмами. Потенциальную значимость этих факторов необходимо рассматривать отдельно для каждой технологической системы. [c.449]

К сожалению, до настоящего времени даже применение известных законов химической термодинамики и кинетики к микробным популяциям встречает значительные трудности, которые еще усугубляются тем, что микробная клетка, как и все живое, обладает изменчивостью и способностью постепенно приспосабливаться к условиям внешней среды. Это делает принципиально неверным механическое применение известных законов термодинамики и кинетики к микробиологическим процессам и требует скорейшей разработки проблем количественного описания биотехнологических процессов. Особенно важно, что эти исследования должны проводиться применительно к разным типам идеальных биореакторов, что позволяет выбрать и обосновать требования к аппаратурному оформлению, обеспечивающему воспроизведение достигнутого в лаборатории результата. [c.139]

И все же система перемешивания имеет не последнее значение в классификации. По способу перемешивания и аэрации биореакторы подразделяются на аппараты с механическим, пневматическим и циркуляционным перемешиванием. [c.37]

Гидродинамическая структура жидкостного потока в колонном биореакторе может соответствовать идеальному перемешиванию при наличии контура циркуляции, или приближаться к идеальному вытеснению при прямоточном взаимодействии барботируемого газа и питательной среды, что позволяет применять эти аппараты для широкого класса процессов культивирования аэробных микроорганизмов [20]. Необходимая величина скорости сорбции кислорода, с учетом потребления кислорода микроорганизмами, достигается в основном расходом газовой фазы и относительной скоростью движения газового и жидкостного потоков. В работах [5, 12, 20] рассмотрены примеры использования секционированных колонных бнореакторов в процессах микробиологического синтеза. В многоступенчатом колонном биореакторе, состоящем из секций, разделенных перфорированными тарелками, подача субстрата осуществляется на нижнюю тарелку, а вывод суспензии микроорганизмов — сверху. Дополнительно к турбулизацин жидкости барботируемым газом в ряде аппаратов применяется механическое пере.мешнванпе за счет лопастных мешалок, находящихся в каждой секции колонны и помещенных на центральной оси. Движение жидкости и газа в ферментере обычно противоточное. За счет дополнительного механического перемешивания каждая секция колонны работает как ячейка полного смешения. [c.206]

Эти реакторы имеют механическую мешалку с центральным валом и лопастями (лопатками), число которых обычно равно 6, реже 8 (рис.2). Лопасти могут быть прямыми или изогнутыми, часто их располагают в несколько ярусов, что обеспечивает более эффективное перемешивание больших объемов жидкости. В систему входят также отражательные перегородки - узкие металлические пластинки, прикрепленные к внутренним стенкам биореактора. Они предотвращают возникновение водоворотов и обеспечивают вихревое движение жидкости, равномерно распределяемое но всему объему реактора. Однако в ряде случаев они не могут быть применены (культивирование мицелиальных грибов), так как обрастают микроорганизмами (мицелием). Нежное и медленное перемешивание создается в биореакторах, предназначаемых для выращивания ьслеток животных и (в меньшей степени) растений. [c.37]

В биореактор поступают извне технологические потоки, с которыми в аппарат вводятся потоки тепла Рь Рг, Qз, Р4 и Qi, выводятся потоки тепла Qs, Qa и Рю, а также имеются внутренние источники тепла Q6, Q . Перечисленные потоки включают Ql — поток тепла с культуральной жидкостью Рг — поток тепла с раствором минеральных солей Рз — поток тепла с углеродсодержащим субстратом Р4 — поток тепла с технологической водой Рб — поток тепла с аэрирующим газом Ре — биологическое тепло процесса Q — тепло, выделяемое при механическом перемещива-нии Ре — поток тепла с отбираемой суспензией микроорганизмов Рэ — поток тепла с отработанным газом Рю — поток тепла, отводимый через теплообменники. В результате тепловой баланс биореактора будет [c.100]

В этом отношении более эффективными являются биореакторы с механическим перемешиванием среды. Разработано большое число конструкций аппаратов с механическими мешалками различного типа. Аэрация среды в аппарате обеспечивается за счет нагнетания воздуха и его диспергирования мешалкой. Для организации лучшей циркуляции среды мешалку размещают в диффузоре. Объем апиарата с одним перемешивающим устройством определяется мощностью привода и условиями равномерного рас-нределения диссипируемой энергии и достигает до 300 м , а скорость сорбции кислорода до 10—12 кг 02/(мЗ- ч) [12]. [c.202]

Хорошо известны бнореакторы с механическим перемешивающим устройством типа ультрамикс и мультистаг , разрабатываемые фирмой Хеман . Применение многоступенчатой мешалки и перфорированного центрального диффузора в аппарате создает хорошие условия для равномерного диспергирования подаваемого газа во всем биореакторе. Высокая удельная энергия на перемешивание (6—8 кВт/м ) обеспечивает интенсивную турбулизацию среды и массопередачу кислорода в системе газ—жидкость— клетка. Производительность такого аппарата объемом 300 м прн выращивании дрожжей на углеводородном субстрате составит до 15—20 т биомассы в сутки. [c.202]

Другим частным критерием, учитывающим текущие эксплуатационные затраты на процесс в бпореакторе, принят критерий Фг. Данный критерий учитывает затраты, связанные с вводимой в биореактор внешней энергией, расходуемой на аэрацию, снабжение микроорганизмов кислородом и перемешивание (механическое, циркуляционное и т. д.) ферментационной среды. Отнеся суммарные энергозатраты к производительности бнореактора в непрерывном процессе, имеем [c.212]

В зависимости от вида и потребностей клеток их культивируют в разных биореакторах (с механическим перемешиванием, колонного типа с перемешиванием (рис 110)) Фирма "Sigma" (США) выпускает мембранные наборы (Rafts) для растительных культур тканей, что помогает исключить ингибиторы, нередко присутствующие в агар-агаре и других желирующих агентах Мембранные наборы (Rafts) предназна- [c.342]

От биореактора I ступени из трубопровода II отбирается очищаемая вода с расходгал не менее I м /ч. Энергия отбираемой воды используется для механического перемещения фильтрующей ленты фильтра тонкой очистки 12 и отделения от нее взвешенных частиц, оставшихся на ней после фильтрации. [c.94]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология