Was ist der Unterschied zwischen einem Bioreaktor und einem chemischen Reaktor?
Nov 03, 2023
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Der Hauptunterschied zwischen chemischen Reaktoren und Bioreaktoren liegt in ihrer Konstruktion und Verwendung.
Ein chemischer Reaktor ist ein Gerät zur Durchführung chemischer Reaktionen. Es besteht normalerweise aus einem Behälter, der Reaktanten, Katalysatoren und Medien enthält. Der Hauptzweck eines chemischen Reaktors besteht darin, durch chemische Reaktionen unter bestimmten Bedingungen die benötigten Produkte zu gewinnen. Ein Bioreaktor ist ein Gerät zur Durchführung biologischer Reaktionen oder Prozesse. Es ist in der Regel darauf ausgelegt, geeignete Wachstumsbedingungen und Umgebungen bereitzustellen, um das Wachstum und die Reproduktion von Mikroorganismen oder Zellen zu unterstützen. Der Hauptzweck eines Bioreaktors besteht darin, durch biologische Prozesse die benötigten Produkte wie Proteine, Zellmetabolite oder andere biologische Substanzen herzustellen. Daher liegt der Hauptunterschied zwischen chemischen Reaktoren und Bioreaktoren in ihrer Konstruktion und Verwendung. Chemische Reaktoren werden hauptsächlich für chemische Reaktionen eingesetzt, während Bioreaktoren hauptsächlich zur Unterstützung biologischer Prozesse eingesetzt werden.
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Zu den Konstruktionsmerkmalen chemischer Reaktoren gehören hauptsächlich die folgenden Punkte:
1. Stellen Sie sicher, dassDie Moleküle des Reaktanten haben im Reaktor die gleiche Verweilzeit, sodass sich die Konzentration und die chemische Reaktionsgeschwindigkeit des Reaktanten an keiner Stelle im Reaktor mit der Zeit ändern, sondern nur mit der Länge des Rohrs.
2. Reaktoren haben die Eigenschaften vonkleines Volumen, große spezifische Oberflächeund eine große Wärmeübertragungsfläche pro Volumeneinheit, wodurch sie besonders für Reaktionen mit großen thermischen Effekten geeignet sind.
3. Aufgrund der hohen Reaktionsgeschwindigkeit und Flussrate der Reaktanten im Reaktor ist seine Produktionskapazität hoch.
4. Reaktoren eignen sich für die großtechnische und kontinuierliche chemische Produktion.
Darüber hinaus müssen bei der Konstruktion chemischer Reaktoren auch Faktoren wie Betriebsdruck, Temperatur, Materialdurchfluss und Reaktionsgeschwindigkeit sowie der Einsatz von Katalysatoren berücksichtigt werden. Verschiedene Arten chemischer Reaktoren, wie Kesselreaktoren, Rohrreaktoren, Turmreaktoren, Festbettreaktoren und Wirbelschichtreaktoren, haben jeweils ihre eigenen Eigenschaften und Anwendbarkeit.
Es gibt viele Arten von chemischen Reaktoren, und im Folgenden sind einige gängige chemische Reaktoren aufgeführt:
1. Kesselreaktor: Der Kesselreaktor, auch bekannt als Tank- oder Topfreaktor, ist ein Reaktortyp mit relativ einfacher Struktur und breiter Anwendung unter verschiedenen Reaktoren. Es kann für homogene Reaktionen oder für heterogene Reaktionen hauptsächlich in der flüssigen Phase verwendet werden. Wie heterogene Flüssigphase, Flüssig-Festphase, Gas-Flüssigkeitsphase, Gas-Flüssigkeits-Festphase usw. Die Struktur eines Kesselreaktors besteht hauptsächlich aus vier Teilen: einem Gehäuse, einer Rührvorrichtung, einer Wellendichtung und einer Hitze Gerät austauschen.
2. Rohrreaktor: In der chemischen Produktion kann ein kontinuierlich betriebener Rohrreaktor mit großem Aspektverhältnis näherungsweise als idealer Verdrängungsströmungsreaktor (PFR) angesehen werden. Es ist sowohl für Flüssigphasenreaktionen als auch für Gasphasenreaktionen geeignet. Aufgrund seiner Fähigkeit, hohen Drücken standzuhalten, eignet sich PFR besonders für Druckreaktionen. Es bietet die Vorteile eines kleinen Volumens, einer großen spezifischen Oberfläche, einer geringeren Rückvermischung, kontinuierlicher Änderungen der Reaktionsparameter und einer einfachen Kontrolle. Für langsame Reaktionen sind jedoch lange Rohre und ein großer Druckabfall erforderlich.
3. Kolbenströmungsreaktor: Das Merkmal dieses Reaktors besteht darin, dass davon ausgegangen wird, dass es zu keiner umgekehrten Vermischung (Rückvermischung) zwischen Materialien kommt, die zu unterschiedlichen Zeiten in den Reaktor gelangen. Der Reaktant fließt entlang der Länge des Rohrs und die Reaktionszeit ist eine Funktion der Rohrlänge. Seine Konzentration ändert sich mit der Strömungsrichtung von einem Querschnitt zum anderen.
Darüber hinaus gibt es verschiedene Arten chemischer Reaktoren wie Mehrrohr-Parallelrohrreaktoren und U-Rohrreaktoren.
Zu den Konstruktionsmerkmalen von Bioreaktoren zählen vor allem folgende Punkte:
1. Geeignet für den großflächigen Anbau: Bioreaktoren haben ein großes Volumen und eine große Oberfläche, die ausreichend Platz für das Zellwachstum bieten und für die Kultivierung im großen Maßstab geeignet sind.
2. Gleichmäßiges Mischen: Der Mischeffekt im Bioreaktor ist gut, wodurch eine gleichmäßige Verteilung der Zellen im Kulturmedium gewährleistet werden kann, was das Zellwachstum und den Stoffwechsel fördert.
3. Sorgen Sie für angemessene Umgebungsbedingungen: Bioreaktoren sind normalerweise mit Kontrollgeräten wie Temperatur, pH-Wert und gelöstem Sauerstoff ausgestattet, die angemessene Umgebungsbedingungen aufrechterhalten und das Zellwachstum und den Stoffwechsel erleichtern können.
4. Einfache Operation: Die Bedienung des Bioreaktors ist relativ einfach und ermöglicht bequeme Vorgänge wie Zuführen, Entladen, Rühren und Temperaturkontrolle.
5. Anpassung an mehrere Zelltypen: Bioreaktoren eignen sich für verschiedene Zelltypen wie Bakterien, Hefen, tierische Zellen usw. und können entsprechend den Anforderungen verschiedener Zelltypen ausgelegt werden.
6. Stellen Sie die Qualität zellulärer Metaboliten sicher: Der Bioreaktor kann geeignete Umgebungsbedingungen bereitstellen, um eine stabile und konforme Qualität zellulärer Metaboliten sicherzustellen.
7. Verschmutzung vermeiden: Das Design des Bioreaktors verfügt über Maßnahmen zur Vermeidung von Verschmutzungen, wie z. B. Dichtungsvorrichtungen, Filter usw., mit denen die Auswirkungen äußerer Verschmutzung auf die Zellkultur wirksam vermieden werden können.
Verschiedene Arten von Bioreaktoren haben auch ihre einzigartigen Designmerkmale, wie z. B. Rührkessel-Bioreaktoren, die Vorteile wie einen hohen Mischungsgrad und eine breite Anpassungsfähigkeit bieten und für die Kultivierung im großen Maßstab geeignet sind; Der Airlift-Bioreaktor, der das Kulturmedium durch Luftzirkulation bewegt, bietet Vorteile wie eine hohe Sauerstoffübertragungseffizienz und eine einfache Bedienung, wodurch er für die groß angelegte Kultivierung von Pflanzenzellen geeignet ist. Der immobilisierte Zellbioreaktor nutzt die Immobilisierungstechnologie, die die Stabilität von Zellen und die Effizienz der kontinuierlichen Kultur verbessern kann; Der Lichtbioreaktor eignet sich zur Kultivierung von Pflanzenzellen durch den Aufbau eines Lichtsystems.
Gängige Bioreaktoren:
1. Rührbioreaktor: Dieser Reaktortyp bietet die Vorteile eines hohen Mischgrades, einer breiten Anpassungsfähigkeit und einer einfachen Kontrolle von Temperatur, pH-Wert, gelöstem Sauerstoff und Nährstoffkonzentration im Reaktor, wodurch er häufig im großtechnischen Anbau eingesetzt wird.
2. Lufttransport-Bioreaktor: Durch Rühren des Kulturmediums durch Luftzirkulation weist es eine hohe Sauerstoffübertragungseffizienz, eine relativ einfache Reaktorstruktur und -bedienung auf und eignet sich für die Kultivierung von Pflanzenzellen in großem Maßstab.
3. Immobilisierte Zellbioreaktoren: unterteilt in Festbett-Bioreaktoren und Wirbelschicht-Bioreaktoren. Der Festbett-Bioreaktor ist aufgrund der Kompression zwischen den Partikeln häufig anfällig für Partikelbruch und Verstopfung. In einem Wirbelschichtbioreaktor wird die Energie der Flüssigkeit genutzt, um die Trägerpartikel in einem suspendierten Zustand zu halten, was zu einer guten Mischwirkung führt. Die Scherkraft der Flüssigkeit und die Kollision von Partikeln führen jedoch häufig zu Partikelschäden und Zellausfluss.
4. Leichter Bioreaktor: Auf einem Rühr- oder Airlift-Bioreaktor, der für die Kultivierung von Pflanzenzellen geeignet ist, wird ein Lichtsystem installiert.
5. Trommelbioreaktor: Es bietet die Vorteile eines gleichmäßigen Suspensionssystems, einer Umgebung mit geringer Scherung, einer hohen Sauerstoffversorgungseffizienz und der Verhinderung der Zellwandadhäsion, wodurch es für die Kultivierung von suspendierten Pflanzenzellen mit hoher Dichte geeignet ist.
Zusammenfassung:
Der Hauptunterschied zwischen chemischen Reaktoren und Bioreaktoren liegt in ihrer Konstruktion und Verwendung. Chemische Reaktoren werden hauptsächlich für chemische Reaktionen eingesetzt, während Bioreaktoren hauptsächlich zur Unterstützung biologischer Prozesse eingesetzt werden. Chemische Reaktoren müssen normalerweise unter hohen Temperatur- und Druckbedingungen reagieren, während Bioreaktoren normalerweise bei Raumtemperatur und -druck reagieren. Darüber hinaus ist die Reaktionsgeschwindigkeit chemischer Reaktoren schneller, während die Reaktionsgeschwindigkeit von Bioreaktoren langsamer ist. Die Produktkonzentration in chemischen Reaktoren ist normalerweise hoch, während die Produktkonzentration in Bioreaktoren relativ niedrig ist. Die Selektivität chemischer Reaktoren ist gering, während die Selektivität von Bioreaktoren hoch ist.