攪拌式生物反應器的模擬、優(yōu)化設計與放大研究.pdf

1、瓊脂糖凝膠作為制備蛋白A免疫吸附柱的載體，其工業(yè)規(guī)模的活化反應過程一直以來是制約血液凈化材料批量化生產的關鍵問題之一。在瓊脂糖凝膠活化反應過程中，攪拌式反應器(Stirred Tank Reactor，STR)的優(yōu)化設計與放大技術是工業(yè)過程開發(fā)的一個重要環(huán)節(jié)。目前雖然已有許多針對攪拌式反應器的實驗和理論研究，但相關的理論及設計方法仍不完善。近年來，采用計算流體力學(Computational Fluid Dynamics，CFD)的方法

2、研究攪拌式反應器內的流動和混合特性，已顯示出卓越的優(yōu)勢，引領著流體攪拌混合技術的發(fā)展。 本文首先利用FLUENT軟件，采用標準κ-ε湍流模型、多重參考系(Multi—Reference Frame，MRF)穩(wěn)態(tài)流動方法，模擬了攪拌式反應器內單相流體的流動場，并與文獻實驗數據進行了比較，驗證了CFD方法的可行性；進而模擬了瓊脂糖凝膠單相體系溶液的流動場，通過對不同攪拌槳型式下，流型、速度場及剪切力場的研究，發(fā)現(xiàn)采用45°四折葉渦輪

3、槳PBTD45循環(huán)流量大、剪切作用小，其綜合性能要優(yōu)于六直葉圓盤渦輪槳DT。對于瓊脂糖凝膠活化反應，推薦采用PBTD45攪拌槳。 本文對攪拌式反應器內加入固相催化劑的瓊脂糖活化反應過程進行了固-液兩相懸浮特性的數值模擬。分別對圓盤渦輪槳DT、下壓式槳PBTD45、上揚式槳PBTU45的固相懸浮性能進行了比較，發(fā)現(xiàn)PBTD45懸浮性能最優(yōu)，其次為DT、PBTU45；采用CFD方法預測了三種攪拌槳的完全離底懸浮臨界轉速分別為948r

4、pm、570rpm、1152rpm，并與Zwietering經驗關聯(lián)式進行了比較，最大相對誤差為13.4％。CFD模擬得到20L攪拌式反應器內，瓊脂糖凝膠催化活化反應最優(yōu)操作條件為：采用PBTD45攪拌槳，N＝570rpm，D＝0.10m。 本文應用人工神經網絡(Artificial neural networks，ANN)技術，以MATLAB軟件為平臺，自行編制程序，建立了3層BP網絡結構的瓊脂糖凝膠活化反應—ANN神經網絡預