Hvad er forskellen mellem en bioreaktor og en kemisk reaktor
Nov 03, 2023
Læg en besked
Den største forskel mellem kemiske reaktorer og bioreaktorer ligger i deres design og brug.
En kemisk reaktor er en enhed, der bruges til at udføre kemiske reaktioner. Det består normalt af en beholder, der indeholder reaktanter, katalysatorer og medier. Hovedformålet med en kemisk reaktor er at opnå de nødvendige produkter gennem kemiske reaktioner under visse forhold. En bioreaktor er en enhed, der bruges til at udføre biologiske reaktioner eller processer. Det er normalt designet til at give passende vækstbetingelser og miljø til at understøtte vækst og reproduktion af mikroorganismer eller celler. Hovedformålet med en bioreaktor er at producere de nødvendige produkter, såsom proteiner, cellulære metabolitter eller andre biologiske stoffer, gennem biologiske processer. Derfor ligger hovedforskellen mellem kemiske reaktorer og bioreaktorer i deres design og brug. Kemiske reaktorer bruges hovedsageligt til kemiske reaktioner, mens bioreaktorer hovedsageligt bruges til at understøtte biologiske processer.
https://www.achievechem.com/chemical-equipment/stainless-steel-reactor.html
Designegenskaberne for kemiske reaktorer omfatter hovedsageligt følgende punkter:
1. Sørg for atreaktantens molekyler har ens opholdstid i reaktoren, således at koncentrationen og den kemiske reaktionshastighed af reaktanten på ethvert tidspunkt i reaktoren ikke ændres med tiden, kun med længden af røret.
2. Reaktorer har karakteristika aflille volumen, stort specifikt overfladeareal, og stort varmeoverførselsareal pr. volumenhed, hvilket gør dem særligt velegnede til reaktioner med store termiske effekter.
3. På grund af den hurtige reaktionshastighed og strømningshastighed af reaktanter i reaktoren er dens produktionskapacitet høj.
4. Reaktorer er velegnede til storstilet og kontinuerlig kemisk produktion.
Derudover skal design af kemiske reaktorer også tage hensyn til faktorer som driftstryk, temperatur, materialestrømningshastighed og reaktionshastighed og brugen af katalysatorer. Forskellige typer kemiske reaktorer, såsom kedelreaktorer, rørreaktorer, tårnreaktorer, reaktorer med fast leje og reaktorer med fluidiseret leje, har hver deres egne karakteristika og anvendelighed.
Der er mange typer kemiske reaktorer, og følgende er flere almindelige kemiske reaktorer:
1. Kedel reaktor: Kedelreaktor, også kendt som tank- eller pottereaktor, er en type reaktor med en relativt enkel struktur og bred anvendelse blandt forskellige reaktorer. Det kan bruges til homogene reaktioner eller til heterogene reaktioner hovedsageligt i væskefasen. Såsom heterogen flydende fase, flydende-fast fase, gas-flydende fase, gas-flydende fast fase osv. Strukturen af en kedelreaktor består hovedsageligt af fire dele: en skal, en omrører, en akseltætning og en varme udskiftningsenhed.
2. Rørreaktor: Ved kemisk produktion kan en kontinuerligt drevet rørreaktor med et stort aspektforhold tilnærmes som en ideel forskydningsstrømningsreaktor (PFR). Den er velegnet til både væskefasereaktioner og gasfasereaktioner. På grund af sin evne til at modstå høje tryk er PFR særdeles velegnet til tryksatte reaktioner. Det har fordelene ved lille volumen, stort specifikt overfladeareal, mindre tilbageblanding, kontinuerlige ændringer i reaktionsparametre og nem kontrol. Ved langsomme reaktioner er der dog behov for lange rør og stort tryktab.
3. Stempelstrømsreaktor: Det karakteristiske ved denne reaktor er at antage, at der ikke er nogen omvendt blanding (tilbageblanding) mellem materialer, der kommer ind i reaktoren på forskellige tidspunkter. Reaktanten strømmer langs rørets længde, og reaktionstiden er en funktion af rørets længde. Dens koncentration ændres med strømningsretningen fra et tværsnit til et andet.
Derudover er der forskellige typer kemiske reaktorer såsom multirørs parallelrørsreaktorer og U-rørsreaktorer.
Bioreaktorernes designkarakteristika omfatter hovedsageligt følgende punkter:
1. Velegnet til storskala dyrkning: Bioreaktorer har et stort volumen og overfladeareal, som kan give tilstrækkelig plads til cellevækst og er velegnet til dyrkning i stor skala.
2. Ensartet blanding: Blandingseffekten i bioreaktoren er god, hvilket kan sikre ensartet fordeling af celler i dyrkningsmediet, hvilket er befordrende for cellevækst og stofskifte.
3. Oprethold passende miljøforhold: Bioreaktorer er normalt udstyret med kontrolanordninger såsom temperatur, pH og opløst oxygen, som kan opretholde passende miljøforhold og lette cellevækst og metabolisme.
4. Nem betjening: Betjeningen af bioreaktoren er relativt enkel, hvilket giver mulighed for praktiske operationer såsom tilførsel, udledning, omrøring og temperaturkontrol.
5. Tilpas til flere celletyper: Bioreaktorer er velegnede til forskellige celletyper, såsom bakterier, gær, dyreceller osv., og kan designes efter behov for forskellige celletyper.
6. Sikre kvaliteten af cellulære metabolitter: Bioreaktoren kan give passende miljøforhold for at sikre stabil og kompatibel kvalitet af cellulære metabolitter.
7. Undgå forurening: Bioreaktordesignet har foranstaltninger til at undgå forurening, såsom forseglingsanordninger, filtre osv., som effektivt kan undgå virkningen af ekstern forurening på cellekultur.
Forskellige typer bioreaktorer har også deres unikke designkarakteristika, såsom omrørte tank-bioreaktorer, som har fordele såsom høj blandingsgrad og bred tilpasningsevne, og er velegnede til dyrkning i stor skala; Airlift-bioreaktoren, som agiterer dyrkningsmediet gennem luftcirkulation, har fordele såsom høj iltoverførselseffektivitet og nem betjening, hvilket gør den velegnet til dyrkning af planteceller i stor skala; Den immobiliserede cellebioreaktor anvender immobiliseringsteknologi, som kan forbedre cellernes stabilitet og effektiviteten af kontinuerlig kultur; Lysbioreaktoren er velegnet til dyrkning af planteceller ved opsætning af et lyssystem.
Almindelige bioreaktorer:
1. Omrørt bioreaktor: Denne type reaktor har fordelene ved høj blandingsgrad, bred tilpasningsevne og nem kontrol af temperatur, pH, opløst ilt og næringsstofkoncentration inde i reaktoren, hvilket gør den meget brugt i storskala dyrkning.
2. Airlift bioreaktor: Ved at omrøre dyrkningsmediet gennem luftcirkulation har det høj iltoverførselseffektivitet, relativt enkel reaktorstruktur og drift og er velegnet til storskala dyrkning af planteceller.
3. Immobiliserede cellebioreaktorer: opdelt i bioreaktorer med pakket leje og bioreaktorer med fluidiseret leje. Bioreaktoren med pakket leje er ofte tilbøjelig til partikelbrud og blokering på grund af kompressionen mellem partikler. I en bioreaktor med fluidiseret leje udnyttes væskens energi til at holde de understøttende partikler i en suspenderet tilstand, hvilket resulterer i en god blandingseffekt. Imidlertid forårsager væskens forskydningskraft og kollisionen af partikler ofte partikelskade og celleudstrømning.
4. Let bioreaktor: Et lysanlæg er installeret oven på en omrørt eller luftløftende bioreaktor, som er velegnet til dyrkning af planteceller.
5. Tromle bioreaktor: Det har fordelene ved ensartet suspensionssystem, miljø med lav forskydning, høj iltforsyningseffektivitet og forhindrer cellevægsadhæsion, hvilket gør den velegnet til dyrkning af plantesuspenderede celler med høj tæthed.
Opsummering:
Den største forskel mellem kemiske reaktorer og bioreaktorer ligger i deres design og brug. Kemiske reaktorer bruges hovedsageligt til kemiske reaktioner, mens bioreaktorer hovedsageligt bruges til at understøtte biologiske processer. Kemiske reaktorer skal normalt reagere under høje temperatur- og trykforhold, mens bioreaktorer normalt reagerer ved stuetemperatur og -tryk. Derudover er reaktionshastigheden af kemiske reaktorer hurtigere, mens reaktionshastigheden af bioreaktorer er langsommere. Koncentrationen af produkter i kemiske reaktorer er normalt høj, mens koncentrationen af produkter i bioreaktorer er relativt lav. Selektiviteten af kemiske reaktorer er lav, mens selektiviteten af bioreaktorer er høj.