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生物反應器的類型 時間:2022.07.11
生物反應器是生物在反應的過程中非常重要的一個方面,對于實驗室研宄和工業化生產時,提高生物反應器的設計與操作的合理性會提高該反應過程的效率。而內部結構決定其反應設備的不同用途,相應的結構設計應適應生物體系的生存,不同的操作環境決定不同的內構件。對生物反應器可從各個角度區分出以下所列的主要類型:
①根據反應器的幾何形狀和機械結構特征,可將其分為罐式(釜式)、管式、塔式、膜式等類型(如下圖1、2)。
罐式(釜式)反應器的高徑比較小,一般為1~3;管式反應器長徑比較大,一般大于30;塔式反應器的高徑比介于罐式和管式之間,一般為2~5;膜式反應器一般是通過膜組件與各種反應器組成反應器系統,膜組件在其中起將生物催化劑與反應液分離的作用。

 
由于這種根據幾何形狀和結構特征的分類考慮了生物反應器的流體力學和混合特性,因此是反應器設計中使用的一種主要選型依據。
②根據反應器的操作方式,可將其分為分批操作、連續操作和半分批操作式反應器。
由于操作方式是過程優化的主要變量,用此變量可以從生物反應動力學的基本特性出發對過程優化,因此這種分類方法有其合理性。
③根據反應器內物料混合方式的不同,可將其分為機械攪拌式、氣流攪拌式和液體環流式。
機械攪拌式和氣流攪拌式分別以機械攪拌和壓縮空氣為動力實現物料的混合。這類反應器中較典型的有通氣式機械攪拌微生物發酵罐、采用氣流攪拌的鼓泡塔反應器和環流反應器(如下圖3~5)。環流反應器也稱為氣升式反應器。環流反應器通過在反應器內部或外部設置導流管,使液體在反應器內循環和與其他物料混合。也有的環流反應器在液休環流道上裝有循環泵,以加強循環強度。

 
④根據反應器中生物催化劑和反應物系的相態來分,則有均相反應器和非均相反應器。
對于細胞反應,反應器中存在可認為是呈固態的細胞、液體和通人的氣體,故常用的通氣式機械攪拌反應器、進行氣-液兩相接觸的鼓泡塔反應器和環流反應器均為氣液-固三相反應器。對于反應物系僅為液體和游離酶組成的酶反應其反應器即為均相反應器。
⑤根據所用生物催化劑的不同,生物反應器可分為酶反應器和細胞反應器兩大類。
酶反應器有以液相中游離的酶作催化劑的均相酶反應器,以固定化酶為催化劑的填充床和流化床反應器(如下圖6、7),或裝有截留酶分子的膜組件的膜式酶反應器。
根據細胞的類型,細胞反應器可分為微生物反應器、動物細胞培養反應器、植物細胞培養反器。

 
 

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