¿Cuál es la diferencia entre un biorreactor y un reactor químico?
Nov 03, 2023
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La principal diferencia entre reactores químicos y biorreactores radica en su diseño y uso.
Un reactor químico es un dispositivo utilizado para realizar reacciones químicas. Por lo general, consta de un recipiente que contiene reactivos, catalizadores y medios. El objetivo principal de un reactor químico es obtener los productos requeridos mediante reacciones químicas en determinadas condiciones. Un biorreactor es un dispositivo utilizado para realizar reacciones o procesos biológicos. Por lo general, está diseñado para proporcionar condiciones y entorno de crecimiento adecuados para respaldar el crecimiento y la reproducción de microorganismos o células. El objetivo principal de un biorreactor es producir los productos necesarios, como proteínas, metabolitos celulares u otras sustancias biológicas, mediante procesos biológicos. Por tanto, la principal diferencia entre reactores químicos y biorreactores radica en su diseño y uso. Los reactores químicos se utilizan principalmente para reacciones químicas, mientras que los biorreactores se utilizan principalmente para respaldar procesos biológicos.
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Las características de diseño de los reactores químicos incluyen principalmente los siguientes puntos:
1. Asegúrese de queLas moléculas del reactivo tienen el mismo tiempo de residencia en el reactor., de modo que la concentración y la velocidad de reacción química del reactivo en cualquier punto del reactor no cambian con el tiempo, solo con la longitud del tubo.
2. Los reactores tienen las características dePequeño volumen, gran superficie específica.y una gran área de transferencia de calor por unidad de volumen, lo que los hace particularmente adecuados para reacciones con grandes efectos térmicos.
3. Debido a la rápida velocidad de reacción y al caudal de los reactivos en el reactor, su capacidad de producción es alta.
4. Los reactores son adecuados para la producción química continua y a gran escala.
Además, el diseño de reactores químicos también debe considerar factores como la presión de funcionamiento, la temperatura, el caudal de material y la velocidad de reacción, y el uso de catalizadores. Los diferentes tipos de reactores químicos, como reactores de caldera, reactores tubulares, reactores de torre, reactores de lecho fijo y reactores de lecho fluidizado, tienen cada uno sus propias características y aplicabilidad.
Hay muchos tipos de reactores químicos y los siguientes son varios reactores químicos comunes:
1. Reactor de caldera: El reactor de caldera, también conocido como reactor de tanque o de olla, es un tipo de reactor con una estructura relativamente simple y una amplia aplicación entre varios reactores. Puede utilizarse para reacciones homogéneas o para reacciones heterogéneas principalmente en fase líquida. Como fase líquida heterogénea, fase líquido-sólido, fase gas-líquido, fase sólida gas-líquido, etc. La estructura de un reactor de caldera consta principalmente de cuatro partes: una carcasa, un dispositivo de agitación, un sello de eje y un calentador. dispositivo de intercambio.
2. reactor tubular: En la producción química, un reactor tubular operado continuamente con una gran relación de aspecto puede aproximarse a un reactor de flujo de desplazamiento ideal (PFR). Es adecuado tanto para reacciones en fase líquida como para reacciones en fase gaseosa. Debido a su capacidad para soportar altas presiones, el PFR es particularmente adecuado para reacciones presurizadas. Tiene las ventajas de un volumen pequeño, una superficie específica grande, menos retromezcla, cambios continuos en los parámetros de reacción y un control sencillo. Sin embargo, para reacciones lentas, se necesitan tuberías largas y una gran caída de presión.
3. Reactor de flujo de pistón: La característica de este reactor es asumir que no hay mezcla inversa (backmixing) entre los materiales que ingresan al reactor en diferentes momentos. El reactivo fluye a lo largo del tubo y el tiempo de reacción es función de la longitud del tubo. Su concentración cambia con la dirección del flujo de una sección transversal a otra.
Además, existen diferentes tipos de reactores químicos, como los reactores de tubos paralelos de múltiples tubos y los reactores de tubos en U.
Las características de diseño de los biorreactores incluyen principalmente los siguientes puntos:
1. Adecuado para cultivos a gran escala.: Los biorreactores tienen un gran volumen y superficie, lo que puede proporcionar suficiente espacio para el crecimiento celular y son adecuados para cultivos a gran escala.
2. Mezcla uniforme: El efecto de mezcla en el biorreactor es bueno, lo que puede garantizar la distribución uniforme de las células en el medio de cultivo, lo que favorece el crecimiento y el metabolismo celular.
3. Mantener condiciones ambientales adecuadas.: Los biorreactores suelen estar equipados con dispositivos de control como temperatura, pH y oxígeno disuelto, que pueden mantener condiciones ambientales adecuadas y facilitar el crecimiento y el metabolismo celular.
4. Operación fácil: El funcionamiento del biorreactor es relativamente sencillo, lo que permite operaciones convenientes como alimentación, descarga, agitación y control de temperatura.
5. Adaptarse a múltiples tipos de células.: Los biorreactores son adecuados para varios tipos de células, como bacterias, levaduras, células animales, etc., y pueden diseñarse según las necesidades de los diferentes tipos de células.
6. Asegurar la calidad de los metabolitos celulares.: El biorreactor puede proporcionar condiciones ambientales adecuadas para garantizar una calidad estable y compatible de los metabolitos celulares.
7. Evitar la contaminación: El diseño del biorreactor tiene medidas para evitar la contaminación, como dispositivos de sellado, filtros, etc., que pueden evitar eficazmente el impacto de la contaminación externa en el cultivo celular.
Los diferentes tipos de biorreactores también tienen características de diseño únicas, como los biorreactores de tanque agitado, que tienen ventajas como un alto grado de mezcla y una amplia adaptabilidad, y son adecuados para cultivos a gran escala; El biorreactor de transporte aéreo, que agita el medio de cultivo mediante la circulación de aire, tiene ventajas como una alta eficiencia de transferencia de oxígeno y un funcionamiento sencillo, lo que lo hace adecuado para el cultivo de células vegetales a gran escala; El biorreactor de células inmovilizadas adopta tecnología de inmovilización, que puede mejorar la estabilidad de las células y la eficiencia del cultivo continuo; El biorreactor luminoso es adecuado para el cultivo de células vegetales mediante la instalación de un sistema de iluminación.
Biorreactores comunes:
1. Biorreactor agitado: Este tipo de reactor tiene las ventajas de un alto grado de mezcla, amplia adaptabilidad y fácil control de la temperatura, el pH, el oxígeno disuelto y la concentración de nutrientes dentro del reactor, lo que lo hace ampliamente utilizado en cultivos a gran escala.
2. Biorreactor de transporte aéreo: Al agitar el medio de cultivo a través de la circulación de aire, tiene una alta eficiencia de transferencia de oxígeno, una estructura y operación del reactor relativamente simples y es adecuado para el cultivo de células vegetales a gran escala.
3. Biorreactores de células inmovilizadas: divididos en biorreactores de lecho compacto y biorreactores de lecho fluidizado. El biorreactor de lecho empacado es a menudo propenso a la rotura y bloqueo de partículas debido a la compresión entre partículas. En un biorreactor de lecho fluidizado, la energía del fluido se utiliza para mantener las partículas de soporte en estado suspendido, lo que da como resultado un buen efecto de mezcla. Sin embargo, la fuerza de corte del fluido y la colisión de partículas a menudo causan daño a las partículas y salida de células.
4. Biorreactor ligero: Se instala un sistema de iluminación encima de un biorreactor agitado o de elevación por aire, que es adecuado para el cultivo de células vegetales.
5. Biorreactor de tambor: Tiene las ventajas de un sistema de suspensión uniforme, un entorno de bajo cizallamiento, una alta eficiencia en el suministro de oxígeno y evita la adhesión a la pared celular, lo que lo hace adecuado para el cultivo de células suspendidas de plantas de alta densidad.
Resumen:
La principal diferencia entre reactores químicos y biorreactores radica en su diseño y uso. Los reactores químicos se utilizan principalmente para reacciones químicas, mientras que los biorreactores se utilizan principalmente para respaldar procesos biológicos. Los reactores químicos suelen necesitar reaccionar en condiciones de alta temperatura y presión, mientras que los biorreactores suelen reaccionar a temperatura y presión ambiente. Además, la velocidad de reacción de los reactores químicos es más rápida, mientras que la velocidad de reacción de los biorreactores es más lenta. La concentración de productos en los reactores químicos suele ser alta, mientras que la concentración de productos en los biorreactores es relativamente baja. La selectividad de los reactores químicos es baja, mientras que la selectividad de los biorreactores es alta.