Mis vahe on bioreaktoril ja keemilisel reaktoril
Nov 03, 2023
Jäta sõnum
Peamine erinevus keemiliste reaktorite ja bioreaktorite vahel seisneb nende disainis ja kasutuses.
Keemiline reaktor on seade, mida kasutatakse keemiliste reaktsioonide läbiviimiseks. Tavaliselt koosneb see mahutist, mis sisaldab reagente, katalüsaatoreid ja keskkonda. Keemilise reaktori põhieesmärk on saada vajalikke tooteid keemiliste reaktsioonide kaudu teatud tingimustel. Bioreaktor on seade, mida kasutatakse bioloogiliste reaktsioonide või protsesside läbiviimiseks. Tavaliselt on see loodud pakkuma sobivaid kasvutingimusi ja -keskkonda, et toetada mikroorganismide või rakkude kasvu ja paljunemist. Bioreaktori põhieesmärk on toota bioloogiliste protsesside kaudu vajalikke tooteid, nagu valke, rakulisi metaboliite või muid bioloogilisi aineid. Seetõttu seisneb peamine erinevus keemiliste reaktorite ja bioreaktorite vahel nende disainis ja kasutuses. Keemilisi reaktoreid kasutatakse peamiselt keemiliste reaktsioonide läbiviimiseks, bioreaktoreid aga peamiselt bioloogiliste protsesside toetamiseks.
https://www.achievechem.com/chemical-equipment/stainless-steel-reactor.html
Keemiliste reaktorite konstruktsiooniomadused hõlmavad peamiselt järgmisi punkte:
1. Veenduge, etreagendi molekulidel on reaktoris võrdne viibimisaeg, nii et reaktiivi kontsentratsioon ja keemilise reaktsiooni kiirus reaktori mis tahes punktis ei muutu aja jooksul, vaid ainult toru pikkusega.
2. Reaktoritel on omadusedväike maht, suur eripindja suur soojusülekandeala ruumalaühiku kohta, mistõttu need sobivad eriti hästi suurte termiliste mõjudega reaktsioonide jaoks.
3. Reagentide kiire reaktsioonikiiruse ja voolukiiruse tõttu reaktoris on selle tootmisvõimsus suur.
4. Reaktorid sobivad suuremahuliseks ja pidevaks keemiatootmiseks.
Lisaks tuleb keemiliste reaktorite projekteerimisel arvesse võtta ka selliseid tegureid nagu töörõhk, temperatuur, materjali voolukiirus ja reaktsioonikiirus ning katalüsaatorite kasutamine. Erinevat tüüpi keemilistel reaktoritel, nagu veekeetja reaktorid, torureaktorid, tornreaktorid, fikseeritud kihiga reaktorid ja keevkihtreaktorid, on igaühel oma omadused ja rakendatavus.
Keemilisi reaktoreid on mitut tüüpi ja järgmised on mitmed levinumad keemilised reaktorid:
1. Veekeetja reaktor: Veekeetja reaktor, tuntud ka kui paak- või pottreaktor, on suhteliselt lihtsa ehitusega reaktoritüüp, mida kasutatakse laialdaselt mitmesugustes reaktorites. Seda saab kasutada homogeensete reaktsioonide või heterogeensete reaktsioonide jaoks peamiselt vedelas faasis. Näiteks heterogeenne vedel faas, vedelik-tahke faas, gaas-vedelik faas, gaas-vedelik tahke faas jne. Katla reaktori struktuur koosneb peamiselt neljast osast: kest, segamisseade, võlli tihend ja kuumutus vahetusseade.
2. Torureaktor: Keemilises tootmises võib suure kuvasuhtega pidevalt töötavat torureaktorit pidada ideaalseks nihkevoolureaktoriks (PFR). See sobib nii vedelfaasi reaktsioonide kui ka gaasifaasi reaktsioonide jaoks. Tänu oma võimele taluda kõrget rõhku on PFR eriti sobiv survestatud reaktsioonide jaoks. Selle eeliseks on väike maht, suur eripind, vähem tagasisegamist, pidevad muutused reaktsiooniparameetrites ja lihtne juhtimine. Aeglaste reaktsioonide jaoks on aga vaja pikki torusid ja suurt rõhulangust.
3. Kolbvoolureaktor: Selle reaktori omadus on eeldada, et erinevatel aegadel reaktorisse sisenevate materjalide vahel ei toimu vastupidist segamist (tagasi segamist). Reagent voolab piki toru pikkust ja reaktsiooniaeg sõltub toru pikkusest. Selle kontsentratsioon muutub koos voolu suunaga ühest ristlõikest teise.
Lisaks on olemas erinevat tüüpi keemilisi reaktoreid, nagu mitme toruga paralleeltoru reaktorid ja U-toru reaktorid.
Bioreaktorite konstruktsiooniomadused hõlmavad peamiselt järgmisi punkte:
1. Sobib suuremahuliseks kasvatamiseks: Bioreaktorid on suure mahu ja pindalaga, mis võivad pakkuda piisavalt ruumi rakkude kasvuks ja sobivad suuremahuliseks kasvatamiseks.
2. Ühtlane segamine: Segamisefekt bioreaktoris on hea, mis tagab rakkude ühtlase jaotumise söötmes, mis soodustab rakkude kasvu ja ainevahetust.
3. Säilitage sobivad keskkonnatingimused: Bioreaktorid on tavaliselt varustatud kontrollseadmetega, nagu temperatuur, pH ja lahustunud hapnik, mis suudavad säilitada sobivaid keskkonnatingimusi ning hõlbustada rakkude kasvu ja ainevahetust.
4. Lihtne töö: Bioreaktori töö on suhteliselt lihtne, võimaldades mugavaid toiminguid, nagu söötmine, tühjendamine, segamine ja temperatuuri reguleerimine.
5. Kohandage mitme rakutüübiga: Bioreaktorid sobivad erinevatele rakutüüpidele nagu bakterid, pärmseened, loomarakud jne ning neid saab kujundada vastavalt erinevate rakutüüpide vajadustele.
6. Tagada rakuliste metaboliitide kvaliteet: Bioreaktor suudab pakkuda sobivaid keskkonnatingimusi, et tagada rakuliste metaboliitide stabiilne ja nõuetele vastav kvaliteet.
7. Reostuse vältimine: Bioreaktori konstruktsioonis on meetmed reostuse vältimiseks, nagu tihendusseadmed, filtrid jne, mis võivad tõhusalt vältida välise saaste mõju rakukultuurile.
Erinevat tüüpi bioreaktoritel on ka unikaalsed disainiomadused, näiteks segamispaagiga bioreaktorid, millel on sellised eelised nagu kõrge segamisaste ja lai kohanemisvõime ning mis sobivad suuremahuliseks kasvatamiseks; Airlift bioreaktoril, mis segab kultiveerimiskeskkonda õhuringluse kaudu, on eelised, nagu kõrge hapnikuülekande efektiivsus ja lihtne töö, mistõttu see sobib taimerakkude suuremahuliseks kasvatamiseks; Immobiliseeritud raku bioreaktor kasutab immobiliseerimistehnoloogiat, mis võib parandada rakkude stabiilsust ja pideva kultuuri tõhusust; Kerge bioreaktor sobib taimerakkude kasvatamiseks valgussüsteemi rajades.
Levinud bioreaktorid:
1. Segatud bioreaktor: Seda tüüpi reaktori eelisteks on kõrge segamisaste, lai kohanemisvõime ja lihtne temperatuuri, pH, lahustunud hapniku ja toitainete kontsentratsiooni reguleerimine reaktoris, mistõttu kasutatakse seda laialdaselt suuremahulises kasvatamises.
2. Õhutranspordi bioreaktor: kultiveerimissöötme õhuringluse kaudu segamisel on sellel kõrge hapnikuülekande efektiivsus, suhteliselt lihtne reaktori struktuur ja toimimine ning see sobib taimerakkude suuremahuliseks kasvatamiseks.
3. Immobiliseeritud raku bioreaktorid: jagatud pakitud kihiga bioreaktoriteks ja keevkihtbioreaktoriteks. Pakitud kihiga bioreaktoris on osakeste vahelise kokkusurumise tõttu sageli kalduvus osakeste purunemisele ja ummistumisele. Keevkihtbioreaktoris kasutatakse vedeliku energiat kandvate osakeste hoidmiseks hõljuvas olekus, mille tulemuseks on hea segunemisefekt. Kuid vedeliku nihkejõud ja osakeste kokkupõrge põhjustavad sageli osakeste kahjustusi ja rakkude väljavoolu.
4. Kerge bioreaktor: Sega- või õhktõstetava bioreaktori peale paigaldatakse valgussüsteem, mis sobib taimerakkude kasvatamiseks.
5. Trummel bioreaktor: Selle eelised on ühtlane vedrustussüsteem, madal nihkekeskkond, kõrge hapnikuvarustuse efektiivsus ja rakuseina adhesiooni vältimine, mistõttu see sobib suure tihedusega taimede suspendeeritud rakkude kasvatamiseks.
Kokkuvõte:
Peamine erinevus keemiliste reaktorite ja bioreaktorite vahel seisneb nende disainis ja kasutuses. Keemilisi reaktoreid kasutatakse peamiselt keemiliste reaktsioonide läbiviimiseks, bioreaktoreid aga peamiselt bioloogiliste protsesside toetamiseks. Keemilised reaktorid peavad tavaliselt reageerima kõrge temperatuuri ja rõhu tingimustes, samas kui bioreaktorid reageerivad tavaliselt toatemperatuuril ja rõhul. Lisaks on keemiliste reaktorite reaktsioonikiirus kiirem, bioreaktorite reaktsioonikiirus aga aeglasem. Toodete kontsentratsioon keemilistes reaktorites on tavaliselt kõrge, samas kui toodete kontsentratsioon bioreaktorites on suhteliselt madal. Keemiliste reaktorite selektiivsus on madal, samas kui bioreaktorite selektiivsus on kõrge.