Метод работы непрерывного биореактивного симулятора должен сочетать в себе принцип работы с основными параметрами управления, охватывающими четыре этапа подготовки к запуску, настройку параметров, мониторинг работы, обработку окончания и стабильную работу с помощью математического моделирования и динамической настройки. Ниже приводятся конкретные методы работы и ключевые моменты:
I. Начало подготовительного этапа
Проверка и уборка оборудования
Убедитесь, что корпус реактора, датчик, контроллер, устройство подачи и другое оборудование установлены прочно, без риска утечки.
Очистите реактор изнутри, чтобы избежать вмешательства загрязняющих веществ в результаты эксперимента. Например, в микробных культурах остаточные примеси могут вызывать загрязнение флоры или метаболические аномалии.
Готовность реактивного вещества.
В соответствии с экспериментальными потребностями конфигурируйте питательные среды, питательные вещества, буферы и т. Д. И подтвердите их качество и концентрацию. Например, при непрерывной ферментации необходимо точно контролировать соотношение источников углерода и азота для поддержания баланса роста микроорганизмов.
Если речь идет о микробной вакцинации, необходимо заранее активировать вид и настроить его на логарифмический период роста, чтобы гарантировать, что первоначальная концентрация бактерии соответствует требованиям.
Контроль условий окружающей среды
Установите температуру реактора, pH, растворенный кислород и другие основные параметры. Например, культура клеток млекопитающих обычно должна поддерживаться на уровне 37°C, pH7.2-7.4、 Растворить кислород 5% - 10%.
Запустите мешалку, чтобы убедиться, что реактивный материал смешивается равномерно, избегая локальной концентрации слишком высокой или слишком низкой.
II. Этапы установления параметров и динамической корректировки
Настройка ключевых параметров
Управление расходом: Расчет расхода подачи (F = V / Тау) на основе объема реактора (V) и времени пребывания (Тау). Например, реактор 10L обрабатывает материал в течение 10 часов, тогда расход устанавливается на уровне 1L / ч.
Скорость разбавления (D) регулируется: скорость роста клеток контролируется путем регулирования отношения потока подачи к объему реактора (D = F / V). Например, D = 0,1h ⁻1 означает замену 10% реактивной жидкости в час.
Контроль температуры и pH обратной связи: использование PID - контроллера для поддержания заданного значения. Например, когда pH отклоняется от целевого значения, автоматически вводится кислотно - щелочной раствор для коррекции.
Дополнительная оптимизация математической модели
Создание моделей учета материалов, таких как уравнение баланса концентрации матрицы для одноступенчатого CSTR.
Оптимизируйте условия работы с помощью экспериментальных данных, чтобы соответствовать константе скорости реакции (k), максимальной скорости реакции и другим параметрам.
Многоступенчатое последовательное и циклическое проектирование
Для сложных реакций (например, многоступенчатой ферментации) коэффициент конверсии может быть увеличен с помощью многоступенчатого последовательного соединения CSTR или циркулирующего ПФР (реактора с плоским толканием). Например, двухступенчатый последовательный реактор может увеличить выход продукта на 30 - 50%.
В циклическом ПФР эффект обратного смешивания уменьшается путем регулирования соотношения циклов и управления распределением времени пребывания реактора.
Этапы оперативного мониторинга и сбора данных
Контроль параметров в реальном времени
Используйте датчики для непрерывной регистрации температуры, pH、 Ключевые индикаторы, такие как растворенный кислород, давление и т. д., генерируют диаграммы тенденций с помощью систем сбора данных, таких как PLC или SCADA.
Регулярный отбор проб для анализа концентрации реакционных веществ, плотности клеток, выработки продуктов и т. Д. Для проверки точности прогнозирования модели.
Обработка и настройка аномалий
В случае обнаружения отклонения параметров от заданного диапазона (например, резкого падения pH, недостаточного растворенного кислорода) немедленно проверьте систему подачи, устройство перемешивания или состояние датчика и вмешайтесь вручную в настройку.
При непрерывном культивировании, если скорость роста бактерий снижается, рост может быть стимулирован путем увеличения концентрации питательных веществ в питательных веществах или корректировки скорости разбавления.
IV. Завершение этапов обработки и анализа данных
Операция прекращения реакции
Время окончания определяется в зависимости от цели эксперимента (например, достижения определенной концентрации продукта или времени реакции).
Закройте насос подачи, мешалку и систему контроля температуры, выпустите реакционную жидкость и проведите последующую обработку (например, центрифугу, фильтрацию, очистку).
Обработка данных и проверка моделей
Обобщая эксплуатационные данные, рисуйте кривую изменения концентрации реакционного вещества, генерации продукта со временем и анализируйте динамические характеристики реакции.
Сравните экспериментальные данные с результатами прогнозирования модели и исправьте параметры (например, константы скорости реакции, коэффициенты массопередачи) для повышения точности модели.