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生物反应器的类型 时间:2022.07.11
生物反应器是生物在反应的过程中非常重要的一个方面,对于实验室研宄和工业化生产时,提高生物反应器的设计与操作的合理性会提高该反应过程的效率。而内部结构决定其反应设备的不同用途,相应的结构设计应适应生物体系的生存,不同的操作环境决定不同的内构件。对生物反应器可从各个角度区分出以下所列的主要类型:
①根据反应器的几何形状和机械结构特征,可将其分为罐式(釜式)、管式、塔式、膜式等类型(如下图1、2)。
罐式(釜式)反应器的高径比较小,一般为1~3;管式反应器长径比较大,一般大于30;塔式反应器的高径比介于罐式和管式之间,一般为2~5;膜式反应器一般是通过膜组件与各种反应器组成反应器系统,膜组件在其中起将生物催化剂与反应液分离的作用。

 
由于这种根据几何形状和结构特征的分类考虑了生物反应器的流体力学和混合特性,因此是反应器设计中使用的一种主要选型依据。
②根据反应器的操作方式,可将其分为分批操作、连续操作和半分批操作式反应器。
由于操作方式是过程优化的主要变量,用此变量可以从生物反应动力学的基本特性出发对过程优化,因此这种分类方法有其合理性。
③根据反应器内物料混合方式的不同,可将其分为机械搅拌式、气流搅拌式和液体环流式。
机械搅拌式和气流搅拌式分别以机械搅拌和压缩空气为动力实现物料的混合。这类反应器中较典型的有通气式机械搅拌微生物发酵罐、采用气流搅拌的鼓泡塔反应器和环流反应器(如下图3~5)。环流反应器也称为气升式反应器。环流反应器通过在反应器内部或外部设置导流管,使液体在反应器内循环和与其他物料混合。也有的环流反应器在液休环流道上装有循环泵,以加强循环强度。

 
④根据反应器中生物催化剂和反应物系的相态来分,则有均相反应器和非均相反应器。
对于细胞反应,反应器中存在可认为是呈固态的细胞、液体和通人的气体,故常用的通气式机械搅拌反应器、进行气-液两相接触的鼓泡塔反应器和环流反应器均为气液-固三相反应器。对于反应物系仅为液体和游离酶组成的酶反应其反应器即为均相反应器。
⑤根据所用生物催化剂的不同,生物反应器可分为酶反应器和细胞反应器两大类。
酶反应器有以液相中游离的酶作催化剂的均相酶反应器,以固定化酶为催化剂的填充床和流化床反应器(如下图6、7),或装有截留酶分子的膜组件的膜式酶反应器。
根据细胞的类型,细胞反应器可分为微生物反应器、动物细胞培养反应器、植物细胞培养反器。

 
 

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