在設(shè)計(jì)生物反應(yīng)器中,槳葉的具有雙重的作用,一方面轉(zhuǎn)動(dòng)的槳葉能夠帶動(dòng)反應(yīng)器內(nèi)液體運(yùn)動(dòng),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)液體內(nèi)物質(zhì)的混合,利于整個(gè)反應(yīng)器內(nèi)細(xì)胞吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。另一方面槳葉轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致流體內(nèi)部速度梯度的形成,進(jìn)而產(chǎn)生剪切力,當(dāng)剪切力到達(dá)一定值時(shí)會(huì)造成細(xì)胞損傷,不利于細(xì)胞培養(yǎng)。槳葉的結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)速?zèng)Q定了反應(yīng)器內(nèi)的混合效果和產(chǎn)生的剪切力大小,這兩個(gè)因素往往互相矛盾,即混合效果好時(shí)產(chǎn)生的剪切力大,混合效果差時(shí)產(chǎn)生的剪切力小,如何在保證混合效果的情況下,使攪拌產(chǎn)生的剪切力最小是生物反應(yīng)器槳葉設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。
按照攪拌引起液體流動(dòng)的狀態(tài)可以將槳葉分為徑向流槳葉、軸向流槳葉和混合流槳葉,徑向流和軸向流,如下圖所示。
軸向流槳葉的代表槳葉是螺旋攪拌槳
也被稱為推進(jìn)式攪拌槳,如圖所示。槳葉前面可為平面或凹面,但背面都是凹面。在旋轉(zhuǎn)時(shí)使液體向前方呈軸向流排出,使之在罐內(nèi)形成循環(huán),用于產(chǎn)生軸向流。這種槳葉循環(huán)速度較高,但是循環(huán)量較大,攪拌時(shí)產(chǎn)生的剪切力較小,但其和徑向流槳葉一樣,均是產(chǎn)生的單向流,因此混合效果較差,常用于低粘度流體,常用轉(zhuǎn)速范圍為100~500rpm。此類槳式及推進(jìn)式槳葉對(duì)氣體吸收過程基本上不適用,只有在少量易吸收的氣體或要求分散度不高時(shí)才能應(yīng)用。它主要用于液-液體系的混合、使溫度均一化、在低濃度固-液體系中防止淤漿沉降等或者某些特定的厭氧培養(yǎng)。
槳式攪拌器
此類通常僅有兩個(gè)葉片,是攪拌槳葉中最簡(jiǎn)單的一種,根據(jù)葉片的垂直或傾斜安裝可分成徑向流型和軸向流型。主要用于排出流是必要的場(chǎng)合,由于在同樣的排量下,軸向流葉輪的功耗比徑向流低,故軸向流葉輪使用較多。
然而,槳式葉輪不適用于氣液分散那樣保持氣體和以細(xì)微化為目的的操作。另外,由于其適合于制成大葉徑,故也可用于高黏度液體的攪拌,這種場(chǎng)合為了促使液體上下交換,或者使用3~5層的多層葉輪,或者使用如下圖所示的變形的槳式葉輪。對(duì)于低黏度液體,槳式葉輪的葉徑與罐徑之比為0.35~0.5,對(duì)于高黏度液體為0.65~0.9;使用的轉(zhuǎn)速為20~100r/min。
上述內(nèi)容就是幾種常見生物反應(yīng)器的槳葉類型及應(yīng)用。更多專業(yè)知識(shí),請(qǐng)繼續(xù)關(guān)注霍爾斯,如有其他疑問可與我們聯(lián)系,霍爾斯將為您解答。
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