Mitä eroa on bioreaktorilla ja kemiallisella reaktorilla
Nov 03, 2023
Jätä viesti
Suurin ero kemiallisten reaktorien ja bioreaktorien välillä on niiden suunnittelussa ja käytössä.
Kemiallinen reaktori on laite, jota käytetään kemiallisten reaktioiden suorittamiseen. Se koostuu yleensä säiliöstä, joka sisältää reagoivia aineita, katalyyttejä ja väliaineita. Kemiallisen reaktorin päätarkoitus on saada tarvittavat tuotteet kemiallisten reaktioiden kautta tietyissä olosuhteissa. Bioreaktori on laite, jota käytetään biologisten reaktioiden tai prosessien suorittamiseen. Se on yleensä suunniteltu tarjoamaan sopivat kasvuolosuhteet ja ympäristö mikro-organismien tai solujen kasvun ja lisääntymisen tukemiseksi. Bioreaktorin päätarkoituksena on tuottaa biologisten prosessien kautta tarvittavia tuotteita, kuten proteiineja, solujen aineenvaihduntatuotteita tai muita biologisia aineita. Siksi tärkein ero kemiallisten reaktorien ja bioreaktorien välillä on niiden suunnittelussa ja käytössä. Kemiallisia reaktoreita käytetään pääasiassa kemiallisiin reaktioihin, kun taas bioreaktoreita käytetään pääasiassa biologisten prosessien tukemiseen.
https://www.achievechem.com/chemical-equipment/stainless-steel-reactor.html
Kemiallisten reaktorien suunnitteluominaisuudet sisältävät pääasiassa seuraavat kohdat:
1. Varmista, ettäreagoivan aineen molekyyleillä on yhtä suuri viipymäaika reaktorissa, jotta lähtöaineen pitoisuus ja kemiallinen reaktionopeus missään reaktorin kohdassa eivät muutu ajan myötä, vain putken pituuden mukaan.
2. Reaktoreilla on ominaisuudetpieni tilavuus, suuri ominaispinta-alaja suuri lämmönsiirtopinta-ala tilavuusyksikköä kohti, mikä tekee niistä erityisen sopivia reaktioihin, joissa on suuria lämpövaikutuksia.
3. Reaktorin nopeasta reaktionopeudesta ja reaktanttien virtausnopeudesta johtuen sen tuotantokapasiteetti on korkea.
4. Reaktorit soveltuvat laajamittaiseen ja jatkuvaan kemikaalien tuotantoon.
Lisäksi kemiallisten reaktorien suunnittelussa on otettava huomioon myös sellaiset tekijät kuin käyttöpaine, lämpötila, materiaalin virtausnopeus ja reaktionopeus sekä katalyyttien käyttö. Erityyppisillä kemiallisilla reaktoreilla, kuten kattilareaktorilla, putkireaktorilla, tornireaktorilla, kiinteäpetireaktorilla ja leijukerrosreaktorilla, on kullakin omat ominaisuutensa ja käyttökelpoisuutensa.
Kemiallisia reaktoreita on monenlaisia, ja seuraavat ovat useita yleisiä kemiallisia reaktoreita:
1. Vedenkeitin reaktori: Kettle-reaktori, joka tunnetaan myös nimellä tankki- tai pottireaktori, on reaktorityyppi, jolla on suhteellisen yksinkertainen rakenne ja laaja sovellus useissa eri reaktoreissa. Sitä voidaan käyttää homogeenisiin reaktioihin tai heterogeenisiin reaktioihin pääasiassa nestefaasissa. Kuten heterogeeninen nestefaasi, neste-kiinteä faasi, kaasu-nestefaasi, kaasu-neste-kiinteä faasi jne. Kattilareaktorin rakenne koostuu pääosin neljästä osasta: vaippa, sekoituslaite, akselitiiviste ja lämpö vaihtolaite.
2. Putkimainen reaktori: Kemian tuotannossa jatkuvatoiminen putkireaktori, jolla on suuri sivusuhde, voidaan arvioida ideaaliksi syrjäytysvirtausreaktoriksi (PFR). Se soveltuu sekä nestefaasi- että kaasufaasireaktioihin. Koska PFR kestää korkeita paineita, se soveltuu erityisen hyvin paineistettuihin reaktioihin. Sen etuna on pieni tilavuus, suuri ominaispinta-ala, vähemmän takaisinsekoitusta, jatkuvat muutokset reaktioparametreissa ja helppo ohjaus. Hitaissa reaktioissa tarvitaan kuitenkin pitkiä putkia ja suurta painehäviötä.
3. Mäntävirtausreaktori: Tämän reaktorin ominaisuus on olettaa, että reaktoriin eri aikoina saapuvien materiaalien välillä ei tapahdu käänteistä sekoittumista (takaisinsekoittumista). Reagenssi virtaa pitkin putken pituutta, ja reaktioaika on putken pituuden funktio. Sen pitoisuus muuttuu virtaussuunnan mukaan poikkileikkauksesta toiseen.
Lisäksi on olemassa erilaisia kemiallisia reaktoreita, kuten moniputkiset rinnakkaisputkireaktorit ja U-putkireaktorit.
Bioreaktorien suunnitteluominaisuudet sisältävät pääasiassa seuraavat kohdat:
1. Soveltuu laajamittaiseen viljelyyn: Bioreaktoreilla on suuri tilavuus ja pinta-ala, mikä voi tarjota riittävästi tilaa solujen kasvulle ja soveltuu laajamittaiseen viljelyyn.
2. Tasainen sekoitus: Sekoitusvaikutus bioreaktorissa on hyvä, mikä voi varmistaa solujen tasaisen jakautumisen viljelyalustassa, mikä edistää solujen kasvua ja aineenvaihduntaa.
3. Säilytä asianmukaiset ympäristöolosuhteet: Bioreaktorit on yleensä varustettu säätelylaitteilla, kuten lämpötilan, pH:n ja liuenneen hapen kanssa, jotka voivat ylläpitää asianmukaiset ympäristöolosuhteet ja helpottaa solujen kasvua ja aineenvaihduntaa.
4. Helppokäyttöinen: Bioreaktorin toiminta on suhteellisen yksinkertaista, mikä mahdollistaa käteviä toimintoja, kuten syöttöä, purkamista, sekoittamista ja lämpötilan säätöä.
5. Mukaudu useisiin solutyyppeihin: Bioreaktorit sopivat eri solutyypeille, kuten bakteereille, hiiva-, eläinsoluille jne., ja ne voidaan suunnitella eri solutyyppien tarpeiden mukaan.
6. Varmista solujen metaboliittien laatu: Bioreaktori voi tarjota sopivat ympäristöolosuhteet varmistaakseen solujen metaboliittien vakaan ja vaatimustenmukaisen laadun.
7. Saastumisen välttäminen: Bioreaktorin suunnittelussa on toimenpiteitä saastumisen välttämiseksi, kuten tiivistyslaitteet, suodattimet jne., jotka voivat tehokkaasti välttää ulkoisen saastumisen vaikutukset soluviljelyyn.
Erityyppisillä bioreaktoreilla on myös ainutlaatuiset suunnitteluominaisuudet, kuten sekoitussäiliöbioreaktorit, joilla on etuja, kuten korkea sekoitusaste ja laaja soveltuvuus, ja jotka soveltuvat laajamittaiseen viljelyyn; Ilmansiirtobioreaktorilla, joka ravistelee viljelyalustaa ilmankierron kautta, on etuja, kuten korkea hapensiirtotehokkuus ja helppokäyttöisyys, mikä tekee siitä sopivan laajamittaiseen kasvisolujen viljelyyn; Immobilisoitujen solujen bioreaktori käyttää immobilisointitekniikkaa, joka voi parantaa solujen vakautta ja jatkuvan viljelyn tehokkuutta; Kevyt bioreaktori soveltuu kasvisolujen viljelyyn valojärjestelmän avulla.
Yleisimmät bioreaktorit:
1. Sekoitettu bioreaktori: Tämän tyyppisen reaktorin etuna on korkea sekoitusaste, laaja sopeutumiskyky ja helppo lämpötilan, pH:n, liuenneen hapen ja ravinnepitoisuuden hallinta reaktorin sisällä, joten sitä käytetään laajalti laajamittaisessa viljelyssä.
2. Ilmakuljetusbioreaktori: Sekoittamalla viljelyalustaa ilmankierron läpi, sillä on korkea hapensiirtotehokkuus, suhteellisen yksinkertainen reaktorin rakenne ja toiminta, ja se soveltuu laajamittaiseen kasvisolujen viljelyyn.
3. Immobilisoidut solubioreaktorit: jaettu pakatupetibioreaktoreihin ja leijukerrosbioreaktoreihin. Pakattu petibioreaktori on usein alttiina hiukkasten rikkoutumiseen ja tukkeutumiseen hiukkasten välisen puristuksen vuoksi. Leijukerrosbioreaktorissa nesteen energiaa hyödynnetään pitämään tukihiukkaset suspendoituneessa tilassa, jolloin saadaan hyvä sekoitusvaikutus. Nesteen leikkausvoima ja hiukkasten törmäys aiheuttavat kuitenkin usein hiukkasvaurioita ja solujen ulosvirtausta.
4. Kevyt bioreaktori: Sekoitus- tai ilmakuljetusbioreaktorin päälle asennetaan valojärjestelmä, joka soveltuu kasvisolujen viljelyyn.
5. Rumpu bioreaktori: Sillä on yhtenäisen suspensiojärjestelmän, alhaisen leikkausvoiman, korkean hapensyötön tehokkuuden ja soluseinän kiinnittymisen estämisen edut, mikä tekee siitä sopivan korkeatiheyksisten kasvien suspendoituneiden solujen viljelyyn.
Yhteenveto:
Suurin ero kemiallisten reaktorien ja bioreaktorien välillä on niiden suunnittelussa ja käytössä. Kemiallisia reaktoreita käytetään pääasiassa kemiallisiin reaktioihin, kun taas bioreaktoreita käytetään pääasiassa biologisten prosessien tukemiseen. Kemiallisten reaktorien on yleensä reagoitava korkeissa lämpötiloissa ja paineissa, kun taas bioreaktorit reagoivat yleensä huoneenlämpötilassa ja paineessa. Lisäksi kemiallisten reaktorien reaktionopeus on nopeampi, kun taas bioreaktorien reaktionopeus on hitaampi. Tuotteiden pitoisuus kemiallisissa reaktoreissa on yleensä korkea, kun taas bioreaktoreissa tuotteiden pitoisuus on suhteellisen alhainen. Kemiallisten reaktorien selektiivisyys on alhainen, kun taas bioreaktorien selektiivisyys on korkea.