生物反应器高效混合技术研究进展
发布时间：
2024-01-23
简述：生物反应器是用于动植物细胞和微生物的体外培养，并通过生化反应或发酵过程获取产物的装置，是现代生物制造领域的核心设备。
生物反应器流场结构的复杂性是导致生物过程放大困难的关键问题之一，必须对反应器内的混合、传质、剪切等全要素进行综合评估，且搅拌桨作为生物反应器中的核心组件，对于确保反应过程的高效、快速、可控具有重要意义，利用最新的计算流体力学和机械设计原理，使得一些新型节能型搅拌器得以开发利用 [2]。在生产过程中采用轴向流与径向流相结合的搅拌混合方式，获得了显著的经济效益。计算流体力学技术已广泛应用于生物反应器的设计与放大，显著增强了搅拌桨的混合效果，从而极大提高了生物反应器的生产效率，通过数值模拟技术，可以预测搅拌桨的流场、剪切力以及混合效果，利用模拟结果，可以进行搅拌桨的参数优化和性能评估，为混合装置的设计提供依据[3, 4]。使用具有良好耐腐蚀性和低表面能的材料可以减少混合物料与搅拌桨之间的摩擦。此外，表面改性技术如涂层和纳米材料的应用可以进一步提高混合效率和抗粘附性[5]。
采用先进的传感技术可以实时监测发酵罐内的液体流动情况、气液氧合和混合效果，进而优化反应器的操作条件[6]，实现精确的控制。
[1]（刘可意 汪俊卿等 智能生物反应器装备制造进展 食品与发酵工业 2023 ）
[2]ANKAMMA RAO D, SIVASHANMUGAM P. Experimental and CFD simulation studies on power consumption in mixing using en ergysaving turbine agitator[J]. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 2010, 16(1): 157 -161.
[3] AMER M, FENG Y, RAMSEY J D. Using CFD simulations and statistical analysis to correlate oxygen mass transfer coefficient to bothgeometrical parameters and operating conditions in a stirred ‐tank bioreactor[J]. Biotechnology Progress, 2019.
[4] GE C-Y, WANG J-J, GU X-P, et al. CFD simulation and PIV measurement of the flow field generated by modified pitched blade turbineimpellers[J]. Chemical Engineering Research and Design, 2014, 92(6): 1027 -1036.
[5]王滨盐． 表面改性技术的进展与前景[J]． 国外机车车辆工艺， 2018， （3）： 1-5．
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