机械搅拌反应器
植物细胞生物反应器类型及特点
课程论文课程名称：细胞工程论文名称：植物细胞生物反应器类型及特点******学号：*********班级：生工1102班2014年4月14日目录一、植物细胞悬浮培养反应器------------------31、机械搅拌式反应器---------------------32、非机械搅拌式反应器--------------------42、1、气升式反应器----------------------42、2、鼓泡式反应器-----------------------52、3、转鼓式反应器----------------------------------------5二、植物细胞固定化生物反应器：-------------------51、流化床生物反应器----------------------------62、填充床生物反应器---------------------------73、膜生物反应器-------------------------------73、1、中空纤维生物反应器---------------------73、2、螺旋卷绕生物反应器--------------------83、3、管式膜反应器--------------------------8三、当前生物反应器的发展前沿 -------------------8一、植物细胞悬浮培养生物反应器1、机械搅拌式生物反应器：其原理是利用机械搅动使细胞得以悬浮和通气；反应器的结构一般由柱状外壁和中心轴上垂直附加的叶轮组成，其主要优点是：搅拌充分，供养和混合效果好，溶氧系数KLa>100/h，反映器中的温度、pH及营养物的浓度较其它反应器容易调节，并可以直接借用微生物培养的经验进行研究和控制。
搅拌式反应器主要适用于对剪切力耐受性较强的细胞，如烟草细胞，水母雪莲细胞等；由于大多数的植物细胞的细胞壁对剪切力较敏感，易造成细胞损伤，所以在利用搅拌式反应器时需要对搅拌桨叶进行改进，一般可以通过改变搅拌形式、叶轮结构与类型等减小因搅拌而产生的剪切力。
夹套式机械搅拌反应釜设计计算说明书
夹套式机械搅拌反应釜设计计算说明书
夹套式机械搅拌反应釜是化工生产中常用的一种反应器，它能够在一定的温度、压力和搅拌条件下进行化学反应，多用于制备溶液、悬浮液和浆料等。
下面我们来介绍一下夹套式机械搅拌反应釜的设计、计算以及需要注意的问题。
首先，反应釜的设计要考虑反应液体的性质、反应条件、生产规模以及其他实际操作需求。
设计时需要确定反应釜的体积、夹套的面积、搅拌器的形式和转速、进、出料口的位置和尺寸等参数。
其次，计算夹套的面积应根据反应液体体积、夹套内部介质温度和外部冷却介质温度来确定。
夹套面积可以根据套管的长度和内径来计算，也可以根据实际使用需求进行选择。
夹套定温区的温差应该尽量缩小，以提高搅拌器对反应液体的混合效果。
再次，搅拌器的选择应根据反应液体的性质，是否易结晶、是否具有高黏度等来确定。
搅拌器的形状也应考虑到热传递和质量传递等方面的因素。
最后，需要注意反应釜的安全操作和维护。
反应釜在使用时需要注意反应液体的温度、压力和化学性质等因素，确保运行过程中不发生安全事故。
此外，反应釜在使用过程中会产生摩擦和磨损，因此需要定期对设备进行维护和保养，保证正常使用。
在停机时，应当进行充分的清洗和消毒，以防止残留物污染下一次生产。
总之，夹套式机械搅拌反应釜的设计、计算和维护，对于化工生产过程中的实际应用具有重要意义。
我们应该认真对待反应釜的使用和维护，避免出现不必要的安全事故，保证生产过程的稳定性和安全性。
化学工程中的反应器选择
化学工程中的反应器选择反应器是化学工程中不可或缺的设备，用于进行化学反应和生产化学产品。
在化学工程设计中，选择适合的反应器类型对于反应效率、产量和产品质量至关重要。
本文将介绍几种常见的反应器类型及其适用情况，帮助读者在化学工程中做出明智的反应器选择。
一、批式反应器批式反应器是最简单、最常见的反应器类型之一。
它适用于小规模生产、实验室研究以及不需要连续运作的反应过程。
批式反应器的工作原理是将反应物一次性放入反应器中，进行反应后收集产物。
由于反应物在反应过程中减少，反应速率会逐渐降低。
批式反应器的优点是灵活性高，可以适应多种反应条件和反应物。
此外，批式反应器的设计相对简单，成本较低。
然而，批式反应器的劣势在于产能有限，操作时间较长，不适合大规模生产。
二、连续流动反应器连续流动反应器是将反应物以连续流动的方式加入反应器中，产物也以连续流动的方式从反应器中取出的反应器类型。
连续流动反应器适用于需要持续反应、高产率和高纯度产品的生产过程。
在连续流动反应器中，反应物的浓度可以更好地控制，反应条件也更稳定。
连续流动反应器的优点是生产能力强，可通过调整流速和反应时间来控制产量。
此外，连续流动反应器对于热量和质量传递较好，反应效率较高。
然而，连续流动反应器的设计和操作相对复杂，需要更高的设备投资。
三、搅拌式反应器搅拌式反应器是在反应物中使用机械搅拌器以提高混合效果的反应器类型。
搅拌式反应器适用于需要均匀混合反应物、提高传质速率的反应过程。
搅拌式反应器通常使用罐式反应器或管式反应器。
搅拌式反应器的优点是混合效果好，反应均匀。
此外，它适用于多相反应和固液反应，并且对于控制反应温度有较好的性能。
然而，搅拌式反应器的劣势在于能耗较高，同时对于粘稠液体和纤维状物料的反应较为困难。
四、固定床反应器固定床反应器是将催化剂装填在固定床中进行反应的反应器类型。
固定床反应器适用于需要高催化活性、选择性和长寿命的反应过程。
固定床反应器通常使用管式反应器或者多孔载体。
机械搅拌生物反应器课程设计说明书
1
生物工程设备课程设计
70m3 机械搅拌生物反应器课程设计说明书正文
一 设计方案的分析和拟定
设计的发酵罐公称容积为 70m³ 。发酵罐主要由罐体和冷却蛇管，以及搅拌 装置， 传动装置,轴封装置， 人孔和其它的一些附件组成。 这次设计就是要对 70m3 通风发酵罐的几何尺寸进行计算；考虑压力，温度，腐蚀因素，选择罐体材料， 确定罐体外形、 罐体和封头的壁厚；根据设计任务的传热面积进行冷却装置的设 计、计算；根据上面的一系列计算选择适合的搅拌装置，传动装置，和人孔等一 些附件的确定,完成整个装备图，完成这次设计。 设计包含设计说明书和装配图二部分，装配图应包含总图和部分截面图，选 用计算机辅助作图，装配图的要求按照工程制图的指标严格制作。说明书主要是 记录设计的思路和过程以及相关参考依据。 根据设计任务，汇总相关设计条件如下表： 表 设计条件 项目及代号 工作压力 设计压力 发酵温度 设计温度 冷却方式 发酵液密度 装料系数 参数及结果 0.2MPa 0.22MPa 不高于 121℃ 120℃ 蛇管冷却 1076kg/m³ 0.75 备注 设计任务要求 计算 设计任务要求 由工艺条件确定 由工艺条件确定 设计任务要求 设计任务要求
3
生物工程设备课程设计
发酵液高度 Hf=h+ha=6.38+0.84=7.22m 2.1.2 厚度计算 （1）筒体设计厚度 δd 计算厚度计算式：
2 Pc
t
Pc D1
式中， Pc—— 计算压力，罐体内最大工作压力 P0=0.2MPa ，取设计压力 P=0.2×1.1=0.22MPa。 装满液体时， 筒体内任一点静压强 P=P0+ρgx， 取 x 极限值， 即 x=H0+ha=8.84m 。 g 取 9.87N/kg 。 则 筒 体 底 部 液 柱 静 压 强 P=1076×9.87×8.84÷10^6=0.094MPa，超过设计压力的 5%，因此计算压力 Pc 应 计算液柱静压力在内，即 Pc=0.22+0.094=0. 314MPa； [ς]t—— 材料在设计温度下的许用应力，根绝设计任务的要求，选用 16MnR 钢，在温度低于 150℃时，其许用应力为 170MPa； φ——焊接接头系数，取 0.85（双面对接焊，局部无损伤害） ； 得到筒体计算厚度
生物反应器的原理及类型
2、宏观流体和微观流体
习惯上人们把具有不同停留时间的物料颗粒之间的混合称为 返混，也有人将这种混合称为宏观混合。它由停留时间分布 来表征。同时，还有另外一种混合，用于描述物料在反应器 内流动时的聚集状态。这种混合又称为微观混合。
宏观流体即流体中分子聚集成团块流体，这些流体粒子之间 不发生任何物质交换，各个粒子都是孤立的、各不相干的， 它们之间不产生混合。这种状态又称为完全离析的状态。在 实际流动中，不聚并的液滴、固体粒子及非常粘稠的液体等 均可认为是宏观流体。
牛顿型流体 ：符合牛顿黏性定律的流体
当n=1，τ0=0 τ=μγ（牛顿黏性定律）
非牛顿型流体（ τ与γ 之比不是常数）根据其比值不同又可 分为以下几类：
A、宾汉（Bingham）塑性流体
τ=τ0+μγ
（τ<τ0时，流体不流动，流动曲线为不过原点的直线）
例如：黑曲霉，产黄青霉，灰色链霉菌等丝状菌发酵液
如果培养物受氧限制，生长量就与氧传递量相关。在分 批培养中，菌丝体浓度增加，氧传递速率降低，生长速 率很快减慢到零。在受氧限制的连续培养中，由于单位 培养基中氧传递的总量随滞留时间的降低而降低，在高 的稀释率下，菌丝体浓度下降。为了克服氧限制在工业 发酵中的影响，可加水稀释发酵液，从而降低黏度，增 加氧传递速度。
四、剪切力对生物反应的影响
1、剪切 剪切力是单位面积流体上的切向力，剪切力的单位为
N/m2或Pa。 剪切是设计和放大生物反应器的重要参数。在生物过程
中，严格地讲，对细胞的剪切作用泛指作用于细胞表面， 且与细胞表面平行的力，但由于发酵罐中水力学情况非 常复杂，一般剪切力指影响细胞的各种机械力的总称。
微观流体即流体中的分子不与近邻的分子附着而独立流动， 此时物料粒子之间发生的混合是在分子尺度上进行的，如果 反应器中完全不存在宏观流体时，称此状态为微观混合达到 最大，或称最大微观混合。介于上两者之间的称为部分离析 或不完全微观混合，即两者并存于体系之中。
冶金化工设备第四部分搅拌反应器Microsoft PowerPoint 演示文稿
•
表4-1
• • • • • •
4.1.1 立式机械搅拌反应器 4.1.1.1立式机械搅拌反应器的槽(罐)体 4.1.1.1.1罐体的结构 罐体的 作用：装被搅拌的物料 形状：常用的为立式圆筒形 其结构如图4-5所示。
图4-5
• 它主要由顶盖、圆筒、罐底和一些部件（如连接底座、进出料液 管、检测部件和换热部件等）组成 • （1）顶盖 • 常压和加压下采用 • 平盖 • 椭圆形盖 • （2）罐底 • 三种形式： 平底 只适用于常压 • 椭圆形底 • 锥形底
• 容器内构件，便于清洗，不占用有效容积。 • 夹套的概念：所谓夹套就是在容器的外侧，用焊接或法兰连接的 方式装设各种形状的钢结构，使其与容器外壁形成密闭的空间。 在此空间内通入加热或冷却介质，可加热或冷却容器内的物料。 • 夹套的主要结构形式有： • 整体夹套、型钢夹套、半圆夹套和蜂窝夹套等。其适 用的温度和压力范围见表4-2
• 4）蜂窝夹套 • 它是以整体夹套为基础，采取折边或短管等加强措施制成的。 • 它可以提高筒体的刚度和夹套的承压能力，减少流道面积，从 而减薄筒体厚度，强化传热效果。 • 结构型式： • 折边式和拉撑式 • 折边式蜂窝夹套： • 夹套向内折边与筒体贴合好再进行焊接的结构。如图 • 4-22所示。 • 拉撑式蜂窝夹套： • 用冲压的小锥体 • 或钢管做拉撑体 • 做成的蜂窝夹套。 • 图4-23为短管支撑式 • 蜂窝夹套，蜂窝在筒体上 • 呈正方形或三角形布置。
图4-4 图4-3 图4-3
•
• • • • • • • • • • • • • •
②在搅拌轴上可装设一层、两层或更多层搅拌器。 ③在罐体上可根据需要装设换热部件和搅拌附件等。 （2）按罐体结构及材料可分为 碳钢、不锈钢、碳钢衬橡胶、碳钢衬搪瓷、碳钢 衬塑料、碳钢衬环氧玻璃钢、碳钢衬铸石、碳钢衬瓷砖（块）、 碳钢衬不透性石墨、碳钢衬不锈钢及碳钢衬钛等十一类 （3）按操作压力可分为 常压与加压两类 （4）按搅拌器型式可分为 浆式搅拌罐（反应器）、涡轮式搅拌罐、推进 式搅拌罐、锚式搅拌罐、框式搅拌罐、挂链式 搅拌罐等 结构组成 机械搅拌反应器主要由 搅拌装置、轴封和搅拌装置 三部分组成，其构成形式如 下：
机械搅拌反应器(搅拌釜式反应器)课件
02 机械搅拌反应器的设计
设计原则
满足工艺要求
根据生产工艺要求，确定搅拌 反应器的规格、材质和结构形
式。
优化操作性能
提高搅拌效果，降低能耗，保 证物料混合均匀，提高生产效 率。
考虑安全因素
确保设备安全可靠，防止泄漏 、超压等事故发生。
便于维修保养
设计应便于设备的维修、清洗 和更换部件。
结构设计
工作原理
通过搅拌桨在反应釜内快速旋转，使 物料在釜内受到强烈的搅拌和混合作 用，从而加速化学反应的进行。
类型与特点
类型
根据搅拌桨的结构和形状，机械搅拌反应器可分为多种类型，如锚式、推进式 、涡轮式等。
特点
机械搅拌反应器具有结构简单、操作方便、适应性强等优点，适用于各种不同 的化学反应和工艺过程。
应用领域
密封装置的选择与设计
根据工艺要求选择合适的密封 形式（如填料密封、机械密封
等）。
根据密封形式选择合适的密封 材料，以确保密封可靠、耐腐
蚀和寿命长。
足工艺要 求和安全性能。
对密封装置进行强度和动力学 分析，以确保其能够满足工艺 要求和安全性能。
03 机械搅拌反应器的操作与 维护
案例二：某制药企业的搅拌釜式反应器
总结词
高安全性、高可靠性
详细描述
该制药企业采用机械搅拌反应器进行药物合成和生物发酵过程。由于制药行业的 特殊性，该反应器设计注重安全性和可靠性，采用先进的控制系统和材料，确保 生产过程的安全和稳定。
案例三：某科研机构的搅拌釜式反应器
总结词
高精度、高灵敏度
详细描述
维护与保养
01
定期检查
定期对机械搅拌反应器的电机、 减速机、搅拌桨等关键部件进行
[设计]植物细胞生物反应器类型及特点
![[设计]植物细胞生物反应器类型及特点](https://img.taocdn.com/s3/m/18917897783e0912a3162aae.png)
[设计]植物细胞生物反应器类型及特点课程论文课程名称:细胞工程论文名称:植物细胞生物反应器类型及特点姓名:刘珍豆学号:110214208班级:生工1102班2014年4月14日目录一、植物细胞悬浮培养反应器------------------31、机械搅拌式反应器---------------------3器--------------------4 2、非机械搅拌式反应2、1、气升式反应器----------------------42、2、鼓泡式反应器-----------------------52、3、转鼓式反应器----------------------------------------5二、植物细胞固定化生物反应器:-------------------51、流化床生物反应器----------------------------62、填充床生物反应器---------------------------73、膜生物反应器-------------------------------73、1、中空纤维生物反应器---------------------73、2、螺旋卷绕生物反应器--------------------83、3、管式膜反应器--------------------------8三、当前生物反应器的发展前沿 -------------------8一、植物细胞悬浮培养生物反应器1、机械搅拌式生物反应器:其原理是利用机械搅动使细胞得以悬浮和通气;反应器的结构一般由柱状外壁和中心轴上垂直附加的叶轮组成，其主要优点是:搅拌充分，供养和混合效果好，溶氧系数KLa>100/h，反映器中的温度、pH及营养物的浓度较其它反应器容易调节，并可以直接借用微生物培养的经验进行研究和控制。
搅拌式反应器主要适用于对剪切力耐受性较强的细胞，如烟草细胞，水母雪莲细胞等;由于大多数的植物细胞的细胞壁对剪切力较敏感，易造成细胞损伤，所以在利用搅拌式反应器时需要对搅拌桨叶进行改进，一般可以通过改变搅拌形式、叶轮结构与类型等减小因搅拌而产生的剪切力。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
优先采用夹套，减少 容器内构件，便于清 洗，不占有效容积。
6
表8—4
各种碳钢夹套的适用温度和压力范围 最高温度/℃ 350 300 最高压力/MPa 0.6 1.6
夹套型式 整体夹套 U型 圆筒型
型钢夹套 蜂窝夹套
半圆管夹套
200 短管支撑式
折边锥体式
2.5 2.5
4.0 6.4
200
250 350
11—夹套； 12—载热介质出口； 13—挡板； 14—螺旋导流板； 15—轴向流搅拌器； 16—径向流搅拌器； 17—气体分布器； 18—下封头； 19—出料口； 20—载热介质进口； 21—气体进口
图8-7 通气式搅拌反应器 典型结构
2
二、搅拌容器 ⒈ 搅拌容器 作用: 为物料反应提供合适的空间 . 结构: 筒体—圆筒 封头—椭封应用最广 搅拌容器 接管—进出料/排气/控制点接管/传感器 换热元件—夹管/内盘管 小型:悬挂式 支座—考虑容器大小和安装位置 大型 : 裙式 / 支承式
图8—11 型钢夹套结构
b1
半圆管横截面重心
(a) 半圆管
t1
e2
b2
图8－12 半圆管夹套结构
D
12
弓形管横截面重心
(b)弓形管
b2
图8—12
半圆管夹套结构
t1 b1
13
L3
t1 L b
图8—13 半圆管夹套的安装
L3
L2
(a)螺旋形缠绕
14
D
t1
(b)平行排管 图8—13 半圆管夹套的安装
3
装料系数: 一般取0.6 ~ 0.85 如物料在反应过程中呈泡沫或沸腾状态→取0.6 ~ 0.7 如物料在反应过程中比较平稳→取0.8 ~ 0.85
容积 直立式搅拌容器: 筒体和下封头两部分容积之和 卧式搅拌容器: 筒体和左右两封头容积之和
搅拌设备筒体的高径比: 表8-3→确定筒体直径、高度
4
表8—3 几种搅拌设备筒体的高径比
26
⒍流动特性:
剪切作用:与液—液搅拌体系中液滴的 细化、固—液搅拌体系中固体 搅拌器→对流体产生 粒子的破碎以及气—液搅拌体 系中气泡的细微化有关。 循环作用:与混合时间、传热、固体的悬 浮等相关。
剪切型叶轮: 输入液体的能量主要用于对流体的剪切作用, 如径向涡轮式、锯齿圆盘式等。 循环型叶轮: 输入流体的能量主要用于对流体的循环作用, 如框式、螺带式、锚式、桨式、推进式等
7
tj
t
D Dj
D Dj
t
D
D Dj
tj
Dj
(a) 圆筒型
图8—8 整体夹套
(b) U型
8
D
D
Dj
Dj
(a)封口锥 (b)封口环
图8—9
夹套肩与筒体的连接结构
9
t
1
2
d d1
1
t1 d1
封口环
t
t
2
t
t
3
封口锥
图8—10
夹套底与封头连接结构
10
1
(a)螺旋形角钢互搭式
(b)角钢螺旋形缠绕
11
15
D1 D2
t1
夹套向内折边与筒
体贴合好, 再进行
焊接的结构
b
t2
A A向
图8—14
折边式蜂窝夹套
16
D1
D2 e
t1
dmin 用冲压的小锥体 或钢管做拉撑体。 蜂窝孔在筒体上 呈正方形或三角 形布置 图8—15 短管支撑式蜂窝夹套
17
b
D
图8—16 螺旋传热 挡板作用
27
㈡搅拌器类型及典型搅拌器特性 ⒈搅拌器分类: 图8-22 按流体流动形态
21
影响流型的因素: 搅拌器的形式、搅拌容器和内构件几何 特征、流体性质、搅拌器转速等。 ⒌搅拌器在容器内安装方式: 图8-19, 除中心安装的搅拌机外， 还有偏心式、底插式、侧插式、 斜插式、卧式等安装方式。 不同方式安装的搅拌机产生的流型也 各不相同。
22
(a)径向流 图8—18 搅拌器与流型 (a) 径向流
流体流动方向垂直于 搅拌轴，沿径向流动， 碰到容器壁面分成二 股流体分别向上、向 下流动，再回到叶端， 不穿过叶片，形成上、 下二个循环流动。
23
(b)轴向流 图8—18 搅拌器与流型 (b) 轴向流
流体流动方向平行于 搅拌轴，流体由桨叶 推动，使流体向下流 动，遇到容器底面再 向上翻，形成上下循 环流。
8.2 机械搅拌反应器
一、基本结构
筒体 搅拌容器 换热元件 夹管 内盘管 内构件 搅拌反应器 搅拌器 搅拌轴 搅拌机 密封装置 传动装置
1
1—电动机； 2—减速机； 3—机架； 4—人孔； 5—密封装置； 6—进料口； 7—上封头； 8—筒体： 9—联轴器； 10—搅拌轴；
20
⒋流型—流体循环流动的途径。 搅拌机顶插式中心安装立式圆筒的三种基本流型： ⑴径向流: 图8-18(a) 流体流动方向垂直于搅拌轴，沿径向流动 ⑵轴向流: 图8-18(b) 流体流动方向平行于搅拌轴 ⑶切向流: 图8-18(c) 无挡板的容器内，流体绕轴作旋转运动。 这个区域内流体没有相对运动→混合效果差。 消除方法—加挡板→ 削弱切向流， 增强轴向流和径向流 上述三种流型通常同时存在 轴向流与径向流对混合起主要作用 切向流应加以抑制
d
图8－17 竖式蛇管
19
三、搅拌器
㈠搅拌器的功能和流动特征
⒈功能—提供过程所需要的能量和适宜的流动状态。 ⒉原理—搅拌器旋转时把机械能传递给流体，在搅拌器附近 形成高湍动的充分混合区，并产生一股高速射流推动 液体在搅拌容器内循环流动。 ⒊影响搅拌器功能的因素—a.浆叶的形状、尺寸、数量、转速 b.搅拌介质的物性 c.搅拌器的工作环境 d.搅拌器在槽内的安装位置和方式
24
(c)切向流 图8—18 搅拌器与流型 (c) 切向流
无挡板的容器内，流 体绕轴作旋转运动， 流速高时液体表面会 形成漩涡，流体从桨 叶周围周向卷吸至桨 叶区的流量很小，混 合效果很差。
25
(a) 垂直 偏心式
(b) 底插式 图8—19
(c) 侧插式
(d) 斜插式
(e) 卧式
搅拌器在容器内的安装方式
种类
一般搅拌罐 聚合釜 发酵罐类
罐内物料类型
液-固相、液－液相
高径比
1～1.3
气－液相
悬浮液、乳化液 发酵液
1～2
2.08～3.85 1.7～2.5
5
整体夹套:图8-8 夹套 型钢夹套:图8-11 ⒉ 换热元件 半圆管夹套:图8-12 蜂窝夹套:图8-14,8-15 内盘管:图8-16,8-17