生物反应器

生物反应器是一种用于维持生物活性环境的设备，广泛应用于发酵、细胞培养、废水处理等领域。其核心功能是为生物反应（如微生物生长、酶催化）提供可控的物

理化学条件（如温度、pH、溶氧），以实现高效产物合成或物质转化。

一、设备组成 

1. 主体结构：包括罐体（不锈钢或玻璃）、搅拌系统（电机、搅拌桨）、通气装置（曝气头或喷管）。 

2. 控制系统：传感器（温度、pH、溶氧探头）、执行器（加热套、酸碱泵）、人机界面（PLC或计算机）。 

3. 辅助系统：换热装置（夹层或盘管）、进料/出料管路、灭菌系统（蒸汽或化学消毒）。 

二、工作原理 

通过搅拌和通气维持均一的反应环境，传感器实时监测参数并反馈至控制系统，动态调节温度、pH、营养供给等，确保生物体处于最佳代谢状态。

例如，好氧发酵中通过调节通气量维持溶氧水平。 

三、设计方法 

1. 规模设计：根据工艺需求确定容积（实验室级5-20L，工业级可达数吨）。 

2. 传质优化：通过计算雷诺数确定搅拌速率，确保氧传递效率（kLa）。 

3. 材料选择：耐腐蚀材质（如316L不锈钢），符合GMP标准。 

四、操作流程 

1. 预处理：清洗后高温灭菌（121℃, 30min）。 

2. 接种：注入培养基并接入菌种/细胞。 

3. 运行监控：设定参数（如30℃、pH7.0），实时记录生物量、产物浓度。 

4. 终止：反应结束后排放物料，清洁系统。 

五、维护保养 

1. 日常维护：检查密封性、润滑搅拌轴承。 

2. 定期校准：pH/溶氧探头每3个月校准一次。 

3. 深度清洁：使用NaOH或HNO3溶液清除生物膜，防止交叉污染。