生物反应器放大的方法(生物反应器放大原则)

海潮机械 2023-01-05 06:52 编辑:admin 225阅读

1. 生物反应器放大原则

       将细胞培养管密封膜完全密封培养管。

       使用细胞培养管培养细胞,水的损失会影响细胞的生长,通过在透气和无菌密封膜上方,封闭一个或多个开口,可以使这种水损失降低到小,利于细胞培养。

  细胞培养管生物反应器,充分发挥悬浮细胞的大规模筛选和优化过程中的优势,可以用很小的培养量,评估对于放大生产而言重要的参数优化。

2. 生物反应器放大原则是什么

一次性生物反应器不可以无限放大,因为有一定的限度

3. 生物反应器放大的基本原理

目前上市的重组抗体中绝大多数(如:Enbrel、Herceptin、Rituxan、Synagis)是采用流加(Fed-batch)培养工艺生产,这主要由于与之配套的生物反应器(搅拌罐、气升罐等)制造成熟,可线形放大(最大至20,000L),操作简单等原因。但是,流加培养过程中会出现营养物质消耗、代谢废物积累,以及产品质量不稳定等问题。因此,流加培养工艺的优化主要集中在基础培养基、流加培养基以及流加策略上,其优化的原则是根据细胞的代谢特点设计补料培养基,用于补充易耗成分,降低副产物积累。

作为生物大分子的重组抗体,同时具备聚体、降解、糖基化修饰、氧化、脱酰基化、异构体、二硫键错配等多种变异形式。由“细胞工厂”异源表达的重组抗体,其绝大部分质量变异与生产细胞对重组蛋白的翻译后修饰作用直接相关。

4. 生物反应器放大原则包括

传统的方法开发一种新的化工工程,一般要经历实验室的微型实验--小型实验--多级中试--工业化生产几个步骤。

在这个多工序的过程中,设备尺寸的变化可能导致内部传热和传质行为的剧变。

所以,生产设备的放大不能直接乘以倍数,而要具体分析,这就是所谓放大效应~不过有看到报道一种微化工技术,说是:在微化工技术中,当研究成功需要工业生产时,只需将实验时的反应设备叠加连接(numbering-up)即可,不需要经过小试、中试的过程。

微化工技术的每一个反应单元都相当于一个**的反应器,能有效避免通常工业化过程中的放大效应,从而降低研发成本、实现科研成果的快速转化。

5. 生物反应过程的放大

生物放大是指在同一个食物链上,高位营养级生物体内来自环境的某些元素或难以分解的化合物的浓度,高于低位营养级生物的现象。

而生物富集作用是指生物体通过对环境中某些元素或难以分解的化合物的积累,使这些物质在生物体内的浓度超过环境中浓度的现象。

两者的区别从名词上已经可以看出来了:生物富集通常就是单个生物个体通过日积月累的“进补”把某些元素或者难分解化合物积累起来;而生物放大一定是这些物质通过不同营养级,在食物链上呈层层放大的现象。不过生物富集与生物放大其实也是有关系的,放大的基础是富集而放大本身也算是一种富集。

早期不少科学家在研究农药和重金属的浓度在食物链上逐级增大时,多将这种现象称为生物浓缩或生物积累。直到1973年起,科学家们才开始用生物放大一词,并将生物富集作用、生物积累和生物放大三者的概念区分开来。

6. 生物反应器的比拟放大

干发脱硫是一种简易、高效、相对低成本的脱硫方式,一般适合用于沼气量小,硫化氢浓度低的沼气脱硫。干法脱除沼气气体中硫化氢(H2S)的设备基本原理是以O2使H2S氧化成硫或硫氧化物的一种方法,也可称为干式氧化法。干法设备的构成是,在一个容器内放入填料,填料层有活性炭、氧化铁等。气体以低流速从一端经过容器内填料层,硫化氢(H2S)氧化成硫或硫氧化物后,余留在填料层中,净化后气体从容器另一端排出。干式脱硫主要包括主体钢结构、脱硫剂填料、观察窗、压力表、温度表等组件。脱硫塔通常设计为一用一备,交替使用,即一个脱硫,一个再生。 含有硫化氢(H2S)的沼气进入脱硫塔底部,在穿过脱硫填料层到达顶端的过程中,H2S与脱硫剂发生以下的化学反应: 第一步:Fe2O3·H2O+3H2S=Fe2S3+4H2O(脱硫)第二步:Fe2S3+3/2O2+3H2O=Fe2O3·H2O+2H2O+3S(再生)含有硫化氢的沼气首先与底部入口处荷载相对高的脱硫剂反应,反应器上部是负载低的脱硫剂层,通过设计良好的沼气空速和线速,干式脱硫能到达良好的精脱硫效果。在沼气进入干式脱硫塔之前,应设置有冷凝水罐或沼气颗粒过滤器。该装置可以消除沼气中夹杂的颗粒杂志,并使得沼气在进入脱硫前含有一定湿度。当观察到脱硫剂变色,或系统压力损失过大时,应交替使用另一个脱硫塔。当前的脱硫塔在沼气放空后,进行自然通风,对脱硫剂进行再生。当再生效果不佳时,应从塔体底部将废弃的脱硫剂排除,在底部排放废弃填料的同时,相同体积的新鲜脱硫填料加入反应器中。湿法脱硫可以归纳分为物理吸收法、化学吸收法和氧化法三种。物理和化学方法存在硫化氢再处理问题,氧化法是以碱性溶液为吸收剂,并加入载氧体为催化剂,吸收H2S,并将其氧化成单质硫,湿法氧化法是把脱硫剂溶解在水中,液体进入设备,与沼气混合,沼气中的硫化氢(H2S)与液体产生氧化反应,生成单质硫吸收硫化氢的液体有氢氧化钠、氢氧化钙、碳酸钠、硫酸亚铁等。成熟的氧化脱硫法,脱硫效率可达99.5%以上。在大型的脱硫工程中,一般采用先用湿法进行粗脱硫,之后再通过干法进行精脱硫。湿法脱硫塔主体包括洗涤塔、硫化氢采样与监测系统、碱液配置槽、供水软水装置、液位控制系统、支撑件和连接件。脱硫系统通过对出气硫化氢浓度的监控以及PH值监控,实现全自动运行。运行时,沼气由下至上通过脱硫塔,Na2CO3溶液(或NaOH溶液)从顶部向下喷淋,使得H2S气体与碱液发生了充分的化学反应。碱液存储在脱硫塔的下方,通过计量泵自动添加,计量泵的添加控制通过对出气H2S浓度的监控自动运行。当采用碳酸钠(Na2CO3)试剂脱硫时,主要发生如下反应:H2S+Na2CO3=NaHS+NaHCO3(1)  CO2+Na2CO3+H2O=2NaHCO3(2)由于沼气中含有的大量CO2成分,同样会消耗碱液。系统应能对反应条件(包括反应温度、PH值)等进行控制,设置最优反应条件,尽可能地减少碱液的消耗量。生物脱硫技术包括生物过滤法、生物吸附法和生物滴滤法,三种系统均属开放系统,其微生物种群随环境改变而变化。在生物脱硫过程中,氧化态的含硫污染物必须先经生物还原作用生成硫化物或H2S然后再经生物氧化过程生成单质硫,才能去除。在大多数生物反应器中,微生物种类以细菌为主,真菌为次,极少有酵母菌。常用的细菌是硫杆菌属的氧化亚铁硫杆菌,脱氮硫杆菌及排硫杆菌。最成功的代表是氧化亚铁硫杆菌,其生长的最佳p  H值为2.0~2.2。沼气生物脱硫是20世纪90年代发展起来的新技术,在国外已得到了广泛研究,在应用方面也取得了很大进展。国外已有较成熟的沼气生物脱硫集成技术,主要包括荷兰帕克公司的壳牌-帕克工艺(shell-PAQ工艺)、奥地利英环(EnvironTec)生物滤池脱硫工艺等,这些工艺在国内也得到了较广泛应用。国内的生物脱硫技术目前还处于研究阶段。下面以奥地利英环EnvironTec生物脱硫技术为例,介绍一下沼气生物脱硫工艺。EnvironTec生物脱硫在全球迄今已完成400多个工程案例,在国内也有不少工程案例,该技术被证明是沼气脱硫的最佳实践技术,一个典型的案例表明,生物脱硫的综合运行成本低于每立方沼气2分钱。工艺描述:将一定量的空气导入含有硫化氢的沼气中,混合气体通过EnvironTec生物脱硫塔去除硫化氢。在反应器内部安装有特殊的塑料填料,它们为脱硫细菌繁殖提供充分的空间。营养液的循环使填料保持潮湿状态,并且补充脱硫细菌生长繁殖所需的营养。专属菌种(如丝硫菌属或者硫杆菌属),借助营养液在填料中繁殖。在这种情况下,他们从混合沼气中吸收硫化氢,并将他们转化为单质硫,进而转化为稀硫酸,化学反应式如下:H2S+2O2=H2SO42H2S+O2=2S+2H2OS+H2O+1.5O2=H2SO4  生成的稀硫酸在营养液和自来水的缓冲中和作用下,一起排出系统,此过程周而复始。1反应塔5营养液供应9热交换器13营养液液位控制器  2填料6稀释用水10气分析仪14空气流量计3沼气入口7循环液11pH控制仪15营养液废液排出口4空气供应8营养液泵12温度计16安全流量控制开关沼气(3)进入反应器(1)底端,并从底端穿过填料层到达顶部。空气(4)通过变频控制精确添加。尾气成分分析仪(10)对余氧浓度监控并与空气风机连锁。循环液通过循环泵(8)循环喷淋。液位开关(13)控制整体的液位平衡。为了保证细菌的最佳活性,采用热交换器(9)和温度监测(12)对系统温度调节控制。PH仪(11)用于控制营养液的质量(酸碱度),例如当PH低于设定值时,新鲜的营养液(5)和稀释用水(6)自动加入脱硫塔中,在此同时,废液(15)自动排出,并保持液位平衡。