バイオリアクターと化学リアクターの違いは何ですか
Nov 03, 2023
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化学リアクターとバイオリアクターの主な違いは、その設計と使用法にあります。
化学反応器は、化学反応を行うために使用される装置です。 通常、反応物、触媒、媒体が入った容器で構成されます。 化学反応器の主な目的は、特定の条件下での化学反応を通じて必要な生成物を得ることです。 バイオリアクターは、生物学的反応またはプロセスを実行するために使用されるデバイスです。 通常、微生物や細胞の成長と再生をサポートするために、適切な成長条件と環境を提供するように設計されています。 バイオリアクターの主な目的は、タンパク質、細胞代謝産物、その他の生物学的物質などの必要な生成物を生物学的プロセスを通じて生産することです。 したがって、化学リアクターとバイオリアクターの主な違いは、その設計と使用法にあります。 化学リアクターは主に化学反応に使用され、バイオリアクターは主に生物学的プロセスをサポートするために使用されます。
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化学反応器の設計上の特徴には主に次の点が含まれます。
1. 次のことを確認します。反応物質の分子は反応器内で等しい滞留時間を持ちます。、そのため、反応器内のどの時点でも反応物の濃度と化学反応速度は時間とともに変化せず、チューブの長さによってのみ変化します。
2. リアクトルには次のような特徴があります。体積が小さく、比表面積が大きい、単位体積あたりの伝熱面積が大きいため、熱効果が大きい反応に特に適しています。
3. 反応器内の反応物の反応速度と流量が速いため、生産能力が高くなります。
4. 反応器は大規模かつ連続的な化学生産に適しています。
さらに、化学反応器の設計では、動作圧力、温度、材料流量と反応速度、触媒の使用などの要素も考慮する必要があります。 ケトル反応器、管型反応器、塔型反応器、固定床反応器、流動床反応器などのさまざまな種類の化学反応器には、それぞれ独自の特徴と適用性があります。
化学反応器には多くの種類があり、以下に一般的な化学反応器をいくつか示します。
1. ケトルリアクター: ケトル反応器は、タンクまたはポット反応器とも呼ばれ、さまざまな反応器の中でも比較的単純な構造と幅広い用途を持つ反応器の一種です。 主に液相での均一反応または不均一反応に使用できます。 不均一液相、液固相、気液相、気液固相など。ケトル反応器の構造は主にシェル、撹拌装置、シャフトシール、加熱装置の4つの部分で構成されます。交換装置。
2. 管状反応器: 化学生産において、大きなアスペクト比を備えた連続運転の管状反応器は、理想的な置換流反応器 (PFR) として近似できます。 液相反応と気相反応の両方に適しています。 PFR は高圧に耐える能力があるため、加圧反応に特に適しています。 体積が小さく、比表面積が大きく、逆混合が少なく、反応パラメーターが連続的に変化し、制御が容易であるという利点があります。 ただし、反応が遅い場合は、長いパイプと大きな圧力損失が必要になります。
3. ピストンフローリアクター: この反応器の特徴は、異なる時間に反応器に入る材料間の逆混合 (逆混合) がないと仮定することです。 反応物はチューブの長さに沿って流れ、反応時間はチューブの長さの関数です。 その濃度は、ある断面から別の断面への流れの方向に応じて変化します。
さらに、化学反応器には、多管並列管反応器や U 字管反応器などのさまざまなタイプがあります。
バイオリアクターの設計上の特徴には主に次の点が含まれます。
1. 大規模栽培に最適: バイオリアクターは体積と表面積が大きいため、細胞増殖に十分なスペースを提供でき、大規模培養に適しています。
2. 均一混合: バイオリアクター内の混合効果が良好で、培地中の細胞の均一な分布が保証され、細胞の成長と代謝に役立ちます。
3. 適切な環境条件を維持する：バイオリアクターには通常、温度、pH、溶存酸素などの制御装置が装備されており、適切な環境条件を維持し、細胞の成長と代謝を促進できます。
4. 簡単操作：バイオリアクターの操作は比較的簡単で、供給、排出、撹拌、温度制御などの操作が便利です。
5. 複数の細胞タイプに適応する: バイオリアクターは、細菌、酵母、動物細胞などのさまざまな細胞タイプに適しており、さまざまな細胞タイプのニーズに応じて設計できます。
6. 細胞代謝産物の品質を確保する: バイオリアクターは、細胞代謝産物の安定した準拠した品質を確保するために適切な環境条件を提供できます。
7. 汚染の回避: バイオリアクターの設計には、密閉装置やフィルターなどの汚染を回避するための手段があり、細胞培養に対する外部汚染の影響を効果的に回避できます。
さまざまなタイプのバイオリアクターにも独自の設計上の特徴があります。たとえば、撹拌タンク型バイオリアクターは、高い混合度や幅広い適応性などの利点があり、大規模培養に適しています。 空気循環により培地を撹拌するエアリフトバイオリアクターは、酸素導入効率が高く、操作が容易であるなどの利点があり、植物細胞の大量培養に適しています。 固定化細胞バイオリアクターは固定化技術を採用しており、細胞の安定性と連続培養の効率を向上させることができます。 光バイオリアクターは、光システムをセットアップすることにより植物細胞の培養に適しています。
一般的なバイオリアクター:
1. 撹拌型バイオリアクター: このタイプの反応器は、混合度が高く、適応性が広く、反応器内の温度、pH、溶存酸素、栄養素濃度の制御が容易であるという利点があり、大規模培養に広く使用されています。
2. 空輸バイオリアクター：空気循環により培地を撹拌することにより、酸素移動効率が高く、反応器の構造と操作が比較的簡単で、植物細胞の大量培養に適しています。
3. 固定化細胞バイオリアクター: 充填床バイオリアクターと流動床バイオリアクターに分けられます。 充填床バイオリアクターは、粒子間の圧縮により粒子の破損や閉塞が発生しやすいことがよくあります。 流動床バイオリアクターでは、流体のエネルギーを利用して支持粒子を懸濁状態に保ち、良好な混合効果をもたらします。 しかし、流体のせん断力や粒子の衝突により、粒子の損傷や細胞の流出が生じることがよくあります。
4. 光バイオリアクター: 植物細胞の培養に適した、撹拌型またはエアリフト型バイオリアクターの上部に照明システムが設置されています。
5. ドラムバイオリアクター：均一な懸濁系、低せん断環境、高い酸素供給効率、細胞壁接着防止などの利点があり、高密度の植物懸濁細胞の培養に適しています。
要約:
化学リアクターとバイオリアクターの主な違いは、その設計と使用法にあります。 化学リアクターは主に化学反応に使用され、バイオリアクターは主に生物学的プロセスをサポートするために使用されます。 化学反応器は通常、高温高圧条件下で反応する必要がありますが、バイオリアクターは通常室温および常圧で反応します。 さらに、化学リアクターの反応速度は速くなりますが、バイオリアクターの反応速度は遅くなります。 通常、化学反応器内の生成物の濃度は高くなりますが、バイオリアクター内の生成物の濃度は比較的低くなります。 化学リアクターの選択性は低いですが、バイオリアクターの選択性は高くなります。