Биореактор эрлифт использует функцию струи воздуха и разницу в плотности жидкости, чтобы заставить реакционную жидкость циркулировать, чтобы достичь перемешивания, смешивания и переноса кислорода жидкости. То есть, без механического перемешивания, он полностью полагается на газ, чтобы заставить жидкость циркулировать и генерировать турбулентность, тем самым достигая цели смешивания и переноса газа и жидкости.
По сравнению с традиционными реакторами с мешалкой, эрлифтные биореакторы обладают лучшей производительностью и эффективностью в процессе массопереноса газ-жидкость. Они имеют очевидные преимущества и широко используются при производстве SCP, нитчатых грибов и очистке сточных вод.
Структура эрлифтного биореактора относительно проста, не требует перемешивания, легко чистится и обслуживается, не подвержен загрязнению, имеет низкое энергопотребление и высокую эффективность растворенного кислорода. Кроме того, он имеет низкие эксплуатационные и строительные расходы.
Существует много типов эрлифтных биореакторов, наиболее распространенными являются эрлифтный циркуляционный тип, барботажный тип, тип с воздушной инжекцией и т. д. Эрлифтные биореакторы, которые широко используются в биоиндустрии, включают эрлифтные ферментеры с внутренней циркуляцией, эрлифтные циркуляционные ферментеры с двойной инжекцией газ-жидкость и башенные эрлифтные биореакторы с многослойными распределительными пластинами. Барботажный резервуар является самым примитивным аэрируемым ферментером. Конечно, в барботажном реакторе нет направляющей трубы, поэтому основной направленный поток жидкости не контролируется.
Биореакторы Airlift имеют несколько существенных преимуществ по сравнению с реакторами с перемешивающим баком. Во-первых, биореактор Airlift может обеспечить большую площадь контакта газ-жидкость, повысить эффективность массопереноса газ-жидкость и помочь полностью удовлетворить потребности клеток в кислороде. Во-вторых, поток жидкости, создаваемый движением пузырьков в биореакторе Airlift, способствует перемешиванию клеток и уменьшает разницу в локальной жидкой среде.
Это важно для равномерного роста клеток и равномерного распределения продуктов. Кроме того, эрлифтный биореактор снижает силу сдвига и механическое напряжение, которое получают клетки, что благоприятно для роста клеток и стабильности биологических реакций.
Однако эрлифтные биореакторы также имеют некоторые проблемы и ограничения. Во-первых, их структура относительно сложна и включает такие ключевые технологии, как распределение газа и контроль давления. Во-вторых, выбор размера пузырьков в эрлифтных ферментерах оказывает важное влияние на эффективность массопереноса газ-жидкость и условия роста клеток и требует систематической оптимизации. Кроме того, эрлифтные ферментеры также должны учитывать влияние таких параметров, как плотность взвешенных клеток, потребление газа и скорость перемешивания в конкретных операциях.
Несмотря на некоторые технические проблемы, связанные с эрлифтными биореакторами, они по-прежнему широко используются в биореакторах с подвесными культурами клеток. Эрлифтные реакторы улучшают рост клеток и эффективность биологических реакций за счет оптимизации процесса массопереноса газ-жидкость, обеспечивая мощную поддержку для разработки биофармацевтических препаратов, биотоплива и других биопроцессов. В будущих исследованиях мы сможем улучшить конструкцию и работу эрлифтных биореакторов, чтобы удовлетворить потребности в культурах различных типов клеток и способствовать их широкому применению в промышленном производстве.
Структура эрлифтный биореактор (АЛР)
Эрлифтный биореактор представляет собой циркуляционную систему, образованную путем установки стояка снаружи резервуара, два конца которого соединены с нижней и верхней частью резервуара соответственно. Поскольку эрлифтный ферментер не имеет перемешивающего устройства, в нем легче поддерживать стерильное состояние в течение длительного времени.
Эрлифтный биореактор реализует циркуляцию воздуха за счет разницы статического давления между поднимающейся и опускающейся жидкостью, что обеспечивает хороший эффект массопереноса, делая распределение сдвигающего усилия более равномерным и способствуя периодическому перемещению культуральной среды и клеток за более короткое время перемешивания.
В настоящее время ферментеры с внутренней циркуляцией воздуха широко используются в аэробной ферментации в области биоинженерии, например, для выращивания животных и растительных клеток, выращивания одноклеточного белка, выращивания некоторых микробных клеток и очистки сточных вод. Продукты, получаемые с помощью этого, включают одноклеточный белок, спирт, антибиотики, биосурфактанты и т. д.
В нашей стране с использованием биореакторов произведено большое количество биологических препаратов, большинство из которых используют биореакторы с культурами клеток эрлифта. Эрлифтный биореактор клеточной культуры — это аббревиатура от эрлифтного биореактора.
Биореакторы с эрлифтом можно разделить на биореакторы с внутренней циркуляцией и ферментеры с внешней циркуляцией в зависимости от применяемых методов циркуляции жидкости. Биореакторы с внутренней циркуляцией и эрлифтом устанавливают подъемную и опускную трубы в процессе циркуляции внутри одного и того же ферментера, тогда как биореакторы с внешней циркуляцией и эрлифтом устанавливают подъемную и опускную трубы отдельно.
Эрлифтные биореакторы в основном используют внутреннюю циркуляцию, но также используют внешнюю циркуляцию. Внутри биореактора с внутренней циркуляцией эрлифта имеются четыре компонента:
(1) Подъемная жидкость В центре эрлифтного ферментера, внутри тяговой трубы. Если воздух впрыскивается в нижнюю часть тяговой трубы, из-за разницы статического давления между жидкостью внутри и снаружи трубы газожидкостная смешанная жидкость поднимается по трубе, отделяет часть газа в верхней части эрлифтного биореактора, а затем опускается по сливному стакану, образуя циркуляционный поток. Если воздух впрыскивается в нижнюю часть сливного стакана, направление циркуляции жидкости будет прямо противоположным.
(2) Зона сливного стакана Кольцевой зазор между вытяжной трубой и стенкой реактора. Жидкость поднимается или опускается по зоне сливного устройства в зависимости от положения нагнетаемого воздуха.
(3) Дно Область, где соединяются зона подъема и нижняя часть зоны опускания, что мало влияет на характеристики эрлифтного биореактора.
(4) Верх. Область, где соединяются зона подъема и верхняя часть зоны спуска. Вверху может быть установлен газожидкостный сепаратор для удаления жидкости, увлеченной выхлопными газами.
Кроме того, устройство также оснащено кольцевым трубчатым газовым инжектором и т. д.
Применение биореактора с воздушным лифтом в области биотехнологии в основном заключается в ферментации, очистке сточных вод и биологической клеточной культуре. Из-за высокой вязкости, чтобы увеличить скорость массообмена, для ферментационного бульона и биологического клеточного бульона часто использовались механические перемешивающие емкости.
Фактически, при добавлении в среду соответствующего полимера использование эрлифтных биореакторов может не только улучшить массоперенос и увеличить производство, но и снизить потребление энергии.
Помимо преимуществ и проблем, упомянутых выше, существуют некоторые другие особенности и меры предосторожности эрлифтного биореактора, которые стоит добавить.
(1) Размер контрольного пузырька и скорость генерации: Размер и скорость образования пузырьков оказывают важное влияние на массообмен газ-жидкость и рост клеток. Пузырьки большего размера увеличивают силу сдвига на клетках, а пузырьки меньшего размера могут привести к недостаточному массопереносу газ-жидкость. Следовательно, в эрлифтном биореакторе необходимо разумно контролировать размер и скорость образования пузырьков, чтобы сбалансировать эффект массообмена и силу сдвига на клетках.
(2) Высота точки пузырька управления: Высота точки пузырька относится к конечной точке подъема пузырьков в слое газожидкостной смешанной ливни. Контроль высоты точки пузырька оказывает важное влияние на массообмен газ-жидкость и рост клеток. Если высота точки пузырька слишком велика, клетки не могут полностью контактировать с пузырьками, и эффект массообмена будет плохим; если высота точки пузырька слишком мала, сила сдвига на клетках увеличится. Следовательно, в реальной эксплуатации высоту точки пузырька эрлифтного биореактора необходимо разумно контролировать в соответствии с конкретным типом клеток и требованиями культуры.
(3) Уменьшите колебания уровня жидкости: В эрлифтном биореакторе уровень жидкости будет колебаться в процессе подъема пузырьков. Чрезмерные колебания могут вызвать отслоение клеток и повреждение границы раздела газ-жидкость. Поэтому необходимо принять соответствующие меры для уменьшения колебаний уровня жидкости. Например, колебание уровня жидкости можно уменьшить, увеличив высоту реактора, регулируя скорость воздушного потока или используя систему управления с обратной связью.
(4)Оптимизация конструкции реактора: Учитывая характеристики и потребности эрлифтного биореактора, исследователи постоянно оптимизируют конструкцию реактора. Например, внутренняя конфигурация и форма эрлифтного биореактора предназначены для обеспечения равномерного распределения потока жидкости и движения пузырьков вверх, а также для повышения эффективности массообмена газ-жидкость и эффекта смешивания. В то же время работа эрлифтного биореактора также может быть оптимизирована и скорректирована посредством гидромеханического моделирования и экспериментов.
(5)Многоступенчатый эрлифтный биореактор: Для дальнейшего повышения эффективности массопереноса и роста клеток в реакторе иногда используется комбинация многоступенчатых эрлифтных биореакторов. Многоступенчатые эрлифтные биореакторы обычно состоят из нескольких последовательно соединенных эрлифтных реакторов, каждый из которых отвечает за определенную стадию культивирования. Таким образом можно достичь более высокой плотности клеток и выхода продукта.
Эрлифтные биореакторы широко используются в области биоинженерии, особенно в области биофармацевтики, биотоплива и очистки сточных вод. Ниже приводится дополнение к некоторым конкретным применениям эрлифтных биореакторов в этих областях:
(1)Биофармацевтические препараты: Эрлифтные биореакторы широко используются в области биофармацевтики для культивирования клеток и производства рекомбинантных белков. Среди них производство рекомбинантных белков предъявляет высокие требования к плотности клеток и качеству продукции. Эрлифтные биореакторы могут обеспечить хороший массоперенос газа и жидкости и эффекты смешивания клеток, а также поддерживать хороший рост клеток при одновременном увеличении производства.
(2)Биотопливо: Эрлифтные биореакторы можно использовать для производства энергии из биомассы из водорослей. Водоросли имеют высокую скорость роста и высокое содержание масла. Благодаря фотосинтезу углекислый газ может превращаться в жирные кислоты. Культивирование и обработка в эрлифтных реакторах позволяют добиться эффективного роста водорослей и добычи нефти, которую можно использовать для производства биодизеля или биогаза и т. д.
(3)Очистка сточных вод: Биореакторы Airlift могут использоваться в биологических очистных сооружениях в процессах очистки сточных вод для очистки сточных вод, содержащих загрязняющие вещества, такие как органические вещества, азот и фосфор. Биореактор Airlift обеспечивает больший контактный интерфейс газ-жидкость, способствует микробному метаболизму и биохимическим реакциям в сточных водах и достигает цели очистки сточных вод и использования ресурсов посредством микробной деградации и трансформации загрязняющих веществ.
(4)Биокерамика: Биореакторы с воздушным лифтом также используются для приготовления биокерамики. Биокерамика — это тип керамического материала с определенными свойствами и структурами, полученный путем биологического вмешательства, использующего активность и способность организмов к синтезу материалов. Правильно регулируя атмосферу и условия культивирования в реакторе, можно контролировать метаболические пути бактерий, способствуя биосинтезу и осаждению керамических материалов.
Аэрлифтный биореактор обеспечивает хорошие условия массопереноса газ-жидкость и эффекты перемешивания, что помогает бактериям синтезировать и откладывать керамические материалы в процессе культивирования, тем самым получая биокерамику с хорошими свойствами и структурами.
О Баилуне
Компания Bailun имеет богатый опыт в производстве различных биореакторов и сосудов под давлением. В его состав входит команда экспертов в области биологических реакций, технологии ферментации, машиностроения и автоматизации управления. Уровень научных исследований и процессов всегда находится на лидирующем отечественном и международном первоклассном уровне, обеспечивая вам комфортное, гарантированное и безопасное использование продукта.
Связаться с нами:
Добавить: 6848# Liuxiang Rd., Цзядин, Шанхай, Китай
Контактное лицо: Мэдди
Электронная почта: sales@fermentertech.com
Телефон:+86-134-7276-8163 (WhatsApp)
Сайт: https://bioreactortech.com/.
Русский 
English 
简体中文 
Español