El método de operación del simulador de reacción biológica continua debe combinar su principio de funcionamiento con los parámetros de control centrales, cubriendo las cuatro etapas de preparación de inicio, configuración de parámetros, monitoreo de operación y procesamiento de terminación, y lograr un funcionamiento estable a través del modelado matemático y el ajuste dinámico. Los siguientes son los métodos de operación específicos y los puntos clave:
I. inicio de la fase preparatoria
Inspección y limpieza de equipos
Asegúrese de que el cuerpo del reactor, los sensores, los controladores, los dispositivos de suministro y otros equipos estén bien instalados y no tengan riesgo de fuga.
Limpiar el interior del reactor para evitar que los contaminantes interfieran con los resultados experimentales. Por ejemplo, en cultivos microbianos, las impurezas residuales pueden causar contaminación de la flora o metabolismo Anormal.
Preparación de sustancias reactivas
Configurar el medio de cultivo, los nutrientes, los amortiguadores, etc. de acuerdo con las necesidades experimentales y confirmar su calidad y concentración. Por ejemplo, en la fermentación continua, es necesario controlar con precisión la proporción de fuentes de carbono y nitrógeno para mantener el equilibrio de crecimiento microbiano.
Si se trata de vacunación microbiana, es necesario activar la CEPA con antelación y ajustarla al período de crecimiento logarítmico para garantizar que la concentración inicial de la bacteria cumpla con los requisitos.
Control de las condiciones ambientales
Establecer parámetros básicos como la temperatura del reactor, el pH y el oxígeno disuelto. Por ejemplo, el cultivo de células de mamíferos generalmente requiere mantener 37 ° c, pH7.2-7.4、 El oxígeno disuelto es del 5% al 10%.
Activar el dispositivo de agitación para garantizar que las sustancias reactivas se mezclen uniformemente y evitar concentraciones locales demasiado altas o demasiado bajas.
II. fase de configuración de parámetros y ajuste dinámico
Configuración de parámetros clave
Control de flujo: calcular el flujo de alimentación (f = V / tau) en función del volumen del reactor (v) y el tiempo de estancia (tau). Por ejemplo, el reactor 10l tarda 10 horas en procesar el material, por lo que el flujo se establece en 1l / H.
Ajuste de la tasa de dilución (d): controlar la tasa de crecimiento celular regulando la relación entre el flujo de alimentación y el volumen del reactor (d = f / v). Por ejemplo, d = 0,1h 1 significa reemplazar el 10% del líquido de reacción por hora.
Control de retroalimentación de temperatura y ph: utilice el controlador Pi para mantener el valor establecido. Por ejemplo, cuando el pH se desvía del valor objetivo, se inyecta automáticamente una solución de ácido / álcali para la corrección.
Optimización asistida por modelos matemáticos
Establecer un modelo de balance de materiales, como la ecuación de equilibrio de concentración de matriz de cstr de un solo nivel.
Las condiciones de funcionamiento se optimizan ajustando parámetros como la constante de velocidad de reacción (k) y la velocidad máxima de reacción a través de datos experimentales.
Diseño de serie y ciclo de varios niveles
Para reacciones complejas (como la fermentación multinivel), se puede utilizar una serie cstr multinivel o un pfr circulante (reactor de empuje plano) para mejorar la conversión. Por ejemplo, el reactor de serie secundaria puede aumentar el rendimiento del producto entre un 30% y un 50%.
En el pfr circulante, el efecto de mezcla se reduce ajustando la relación de circulación para controlar la distribución del tiempo de permanencia del reactivo.
III. fase de monitoreo de operaciones y adquisición de datos
Monitoreo de parámetros en tiempo real
El uso de sensores para registrar continuamente la temperatura, pH、 Indicadores clave como el oxígeno disuelto y la presión, y generar mapas de tendencias a través de sistemas de adquisición de datos como PLCs o scada.
Se muestrean y analizan regularmente la concentración de reactivos, la densidad celular, la generación de productos, etc., para verificar la precisión de la predicción del modelo.
Manejo y ajuste de anomalías
Si se detecta que los parámetros se desvían del rango establecido (por ejemplo, caída repentina del ph, falta de oxígeno disuelto), se inspecciona inmediatamente el Estado del sistema de alimentación, el dispositivo de agitación o el sensor e se interviene manualmente en el ajuste.
En el cultivo continuo, si la tasa de crecimiento de los hongos disminuye, se puede estimular el crecimiento aumentando la concentración de nutrientes en la alimentación o ajustando la tasa de dilución.
IV. terminación de la fase de procesamiento y análisis de datos
Operación de terminación de la reacción
El momento de terminación se determina en función del objetivo experimental (como alcanzar una concentración específica del producto o el tiempo de reacción).
Cierre la bomba de alimentación, el dispositivo de mezcla y el sistema de control de temperatura, descargue el líquido de reacción y realice el tratamiento posterior (como centrifugación, filtración y purificación).
Recopilación de datos y verificación de modelos
Resumir los datos de operación, dibujar la curva de variación de la concentración de reactivos y la generación de productos con el tiempo, y analizar las características cinéticas de la reacción.
En comparación con los datos experimentales y los resultados de la predicción del modelo, se corrigen los parámetros (como la constante de velocidad de reacción y el coeficiente de transferencia de masa) para mejorar la precisión del modelo.