Bioreaktor-Sparger

Typische Sparge-Tube-Designidee

Kleinere Bioreaktoren können Sauerstoff effizient verteilen und Kohlendioxid ohne Zerstäuber entfernen. Diese Maßnahmen gelten jedoch nicht für größere Bioreaktoren, da das geringere Verhältnis von Oberfläche zu Volumen zu einer Kohlendioxidanreicherung führt und das Eindringen von Sauerstoff verhindert. Daher sind Vernebler für die Zufuhr von Sauerstoff und die Entfernung von Kohlendioxid notwendig.

Systeme mit Mikro- und Großzerstäubern sind häufig nützlich, da sie unterschiedliche Prozessanforderungen erfüllen können. Große Zerstäuber erzeugen beispielsweise größere Blasen, die gelöstes CO 2 effektiv aus der Lösung entfernen. Große Blasen erfordern jedoch kräftiges Rühren, um sie aufzubrechen und Sauerstoff freizusetzen.

Während dies bei kältetoleranten Zelllinien gut funktionieren kann, kann das Rühren empfindlichere Säugetierzellen schädigen. In diesen Fällen kann zunächst ein leistungsschwächerer Makroverteiler zum Entfernen von CO 2 und dann ein in Reihe geschalteter Mikroverteiler verwendet werden, um kleinere Blasen zu erzeugen, die Sauerstoff effizienter abgeben.

Herstellung von Sparger aus gesintertem porösem Metall

Die Grenzfläche nimmt zu, aber die Blasengröße nimmt ab

Die Herausforderung: Blaseneigenschaften bestimmen den O2-Transport und die CO 2 -Dampfextraktionsraten

Blasenbildung und -größe haben erheblichen Einfluss darauf, wie Sauerstoff im Bioreaktor verteilt wird. Die Blaseneigenschaften werden maßgeblich von der Porengröße und -verteilung, dem Verteilermaterial, der Durchflussrate, den Flüssigkeits- und Gaseigenschaften und dem Druck beeinflusst. Mikrozerstäuber erzeugen beispielsweise kleinere, kugelförmige Blasen, während größere Sprüher etwas größere und weniger gleichmäßig geformte Blasen erzeugen.

Mikro-Sparger erzeugen mikrometergroße und kugelförmige Blasen, und die Oberflächenspannung ist die dominierende Kraft, wenn sie den Bioreaktor passieren. Sie haben daher eine lange Verweilzeit im Reaktor, was den Sauerstofftransfer verbessert, sind jedoch nicht zur Entfernung von Kohlendioxid aus der Kultur geeignet.

Große Vernebler erzeugen Blasen mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 1–4 mm, wobei Oberflächenspannung und Auftrieb in der Brühe zusammen ihre Form und Bewegung beeinflussen. Diese Blasen haben eine kürzere Verweilzeit, lösen sich aber weniger leicht auf als kleinere Blasen. Mikro-Sparger können jedoch auch größere asymmetrische Blasen erzeugen, wobei Trägheitskräfte ihr Verhalten bestimmen. Diese Blasen können leicht platzen, ohne CO2 aufzulösen oder zu entfernen.

Die Form und Größe der Blasen bestimmen die Stärke der Scherbeanspruchung, der die Zelle ausgesetzt ist, die Wirksamkeit der Entfernung von CO 2 aus dem System und die Geschwindigkeit des gesamten Sauerstofftransfers zur Zelle. Daher ist es wichtig, den Vernebler des Bioreaktors zu optimieren, um sicherzustellen, dass die Sauerstoffblasen eine gleichmäßige Größe und Verteilung haben und die Zellen nicht schädigen.

Lösung: Verwenden Sie eine strenge Produktionsqualitätskontrolle des HENGKO Bioreactor Sparger

HENGKO verfügt über mehr als zwanzig Jahre Erfahrung in der Entwicklung und Herstellung gesinterter Sparger. Unsere Edelstahl-Sparger sind das Ergebnis Dutzender Ingenieure, die die Produktionsmethode oft verbessert haben, um dieses hochwertige Produkt mit einheitlichen Poren und damit einheitlicher Blasengröße herzustellen, die in den Bioreaktor abgegeben wird. Unsere porösen Sparger werden für den Einsatz mit Massendurchflussreglern mit geringem Durchfluss empfohlen.

Anwendung:Der Low-Flow-Massendurchflussregler führt langsam Sauerstoff in den porösen Begaser ein. Die Begasungsdüsen geben nicht sofort Gas ab. Stattdessen steigt der Druck allmählich an, bis ein kritischer Punkt erreicht ist, an dem die Blasen sanft in den Bioreaktor abgegeben werden.

Mit dieser Einblasmethode kann der Sauerstoffmassendurchsatz angepasst werden, um die Freisetzungsrate der Blasen in den Bioreaktor zu steuern. Die Löcher im Sparger sind klein genug, dass sich vorhersehbar Blasen bilden. Daher ist diese Bioreaktor-Spülungstechnologie über Gefäßgrößen hinweg skalierbar, wobei die Sauerstoffübertragungsrate proportional zur Gasdurchflussrate ist.

Fragen zum Bioreaktor Sparger

1. Was ist ein Sparger im Bioreaktor?

Kurz gesagt ist ein Sparger ein Gerät, das in einem Bioreaktor verwendet wird, um Gase wie Sauerstoff oder Luft in das flüssige Medium einzuführen. Die Hauptfunktion eines Spargers besteht darin, den Mikroorganismen im Bioreaktor Sauerstoff zuzuführen, der für ihr Wachstum und ihren Stoffwechsel notwendig ist.

Der Sparger in einem Bioreaktor dient der Zugabe von Gasen wie Sauerstoff, Luft oder anderen Gasen, die für das Wachstum und den Stoffwechsel der Mikroorganismen erforderlich sind. Der Sauerstoff wird den Mikroorganismen über den Sparger zugeführt, was dazu beiträgt, den Gehalt an gelöstem Sauerstoff im flüssigen Medium aufrechtzuerhalten. Der Gehalt an gelöstem Sauerstoff ist ein wichtiger Parameter, der während des Bioprozesses überwacht und kontrolliert werden muss, da er sich direkt auf das Wachstum und den Stoffwechsel der Mikroorganismen auswirkt.

Der Sparger ist so konzipiert, dass er das Gas kontrolliert in das flüssige Medium einleitet, beispielsweise durch poröse Materialien oder Rohre. Der Sparger kann sich am Boden oder an der Oberseite des Bioreaktors befinden, abhängig von der Bauart des Bioreaktors und der Art der verwendeten Mikroorganismen. Der Sparger kann so eingestellt werden, dass er die gewünschte Sauerstoffübertragungsrate liefert und den geeigneten Gehalt an gelöstem Sauerstoff im Medium aufrechterhält.

Der Sparger spielt auch eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der Stoffübertragungsrate, also der Geschwindigkeit, mit der der Sauerstoff von der Gasphase in die flüssige Phase übertragen wird. Die Stoffübertragungsrate kann durch Faktoren wie die Größe und Form des Bioreaktors, die Art und Konzentration der Mikroorganismen sowie die Temperatur und den pH-Wert des Mediums beeinflusst werden. Mit dem Sparger können diese Faktoren kontrolliert und die Stofftransferrate optimiert werden, die für den Erfolg des Bioprozesses entscheidend ist.

Zusammenfassend besteht die Hauptfunktion eines Spargers in einem Bioreaktor darin, den Mikroorganismen im flüssigen Medium Sauerstoff zuzuführen, der für ihr Wachstum und ihren Stoffwechsel notwendig ist, und die entsprechenden Gehalte an gelöstem Sauerstoff und die entsprechende Stoffübertragungsrate aufrechtzuerhalten, die für sie unerlässlich sind den Erfolg des Bioprozesses.

Was ist mit Sparger gemeint?

Ein Sparger ist ein Gerät, mit dem Gas in eine Flüssigkeit eingeleitet wird. Es wird häufig in Bioreaktoren eingesetzt, bei denen es sich um Spezialgefäße handelt, in denen Mikroorganismen oder Zellen unter kontrollierten Bedingungen kultiviert werden.

Welche Funktion hat Sparger?

Die Funktion des Spargers besteht darin, den Bioreaktor mit Sauerstoff oder einem anderen Gas zu versorgen, um das Wachstum und den Stoffwechsel der Zellen oder Mikroorganismen zu unterstützen.

Wozu dient Sparger in Bioreaktoren? Erklären Sie seine Typen?

Es gibt verschiedene Arten von Spargern, die in einem Bioreaktor verwendet werden können. Dazu gehören Blasenzerstäuber, die einen kontinuierlichen Blasenstrom in der Flüssigkeit erzeugen, und Sprühzerstäuber, die das Gas als feinen Nebel verteilen. Andere Arten von Begasungsgeräten umfassen poröse Begasungsgeräte und Hohlfaserbegasungsgeräte.

Wo befindet sich der Sparger im Bioreaktor?

Der Begaser befindet sich typischerweise am Boden des Bioreaktors, wo er das Gas effektiv mit der Flüssigkeit vermischen kann. In großtechnischen Fermentationsprozessen werden häufig Blasenzerstäuber eingesetzt, da sie relativ einfach und kostengünstig zu bedienen sind.

Welche Art von Sparger wird am häufigsten bei der Fermentation im großen Maßstab verwendet?

In großtechnischen Fermentationsprozessen werden häufig Blasenzerstäuber eingesetzt, da sie relativ einfach und kostengünstig zu bedienen sind. Ein Blasenzerstäuber besteht aus einem Rohr oder Rohr mit kleinen Löchern oder Schlitzen, durch die das Gas in die Flüssigkeit eingeleitet wird. Das Gas strömt durch die Löcher oder Schlitze und bildet in der Flüssigkeit einen kontinuierlichen Blasenstrom. Blasenzerstäuber versorgen den Bioreaktor effektiv mit einem großen Gasvolumen und können leicht angepasst werden, um die Durchflussrate des Gases zu steuern. Außerdem sind sie relativ leicht zu reinigen und zu pflegen. Allerdings können Blasenzerstäuber relativ große Blasen erzeugen, die den Zellen oder Mikroorganismen möglicherweise nicht so effektiv eine große Oberfläche bieten, damit sie mit dem Gas in Kontakt kommen. In manchen Fällen kann ein Sprühzerstäuber oder ein anderer Typ von Zerstäuber für einen bestimmten Fermentationsprozess besser geeignet sein.

Was müssen Sie über das Sparger-System wissen?

Bei der Verwendung eines Begasungssystems in einem Bioreaktor sollten Sie mehrere Dinge beachten. Dazu gehören:

1. Kalibrierung:Es ist wichtig, die Durchflussrate des in den Bioreaktor eingeleiteten Gases richtig zu kalibrieren. Dadurch wird sichergestellt, dass den Zellen bzw. Mikroorganismen die richtige Gasmenge zugeführt wird und die Sauerstoffkonzentration im Bioreaktor im gewünschten Bereich liegt.

2. Sauerstoffkonzentration:Die Sauerstoffkonzentration im Bioreaktor sollte regelmäßig überwacht werden, um sicherzustellen, dass sie im gewünschten Bereich für die zu kultivierenden Zellen oder Mikroorganismen liegt. Ist die Sauerstoffkonzentration zu hoch oder zu niedrig, kann dies das Wachstum und den Stoffwechsel der Zellen oder Mikroorganismen beeinträchtigen.

3. Kontaminationsprävention:Es ist wichtig sicherzustellen, dass der Begaser und der umliegende Bereich ordnungsgemäß gereinigt und gewartet werden, um eine Kontamination des Bioreaktors zu verhindern. Dies kann den regelmäßigen Austausch von Gasfiltern und die Reinigung des Spargers und der umliegenden Bereiche mit geeigneten Desinfektionsmitteln umfassen.

4. Gasdurchfluss:Die Durchflussrate des Gases sollte nach Bedarf angepasst werden, um die gewünschte Sauerstoffkonzentration im Bioreaktor aufrechtzuerhalten. Je nach Sauerstoffbedarf der Zellen oder Mikroorganismen und der Gasverbrauchsrate muss die Durchflussrate möglicherweise erhöht oder verringert werden.

5. Wartung:Eine regelmäßige Wartung des Begasungssystems ist wichtig, um sicherzustellen, dass es ordnungsgemäß und effizient funktioniert. Dies kann die Prüfung auf Lecks, den Austausch verschlissener oder beschädigter Teile sowie die Reinigung des Begasers und der umliegenden Bereiche nach Bedarf umfassen.

2. Hauptfunktion des Spargers im Bioreaktor?

Die Hauptfunktion eines Spargers in einem Bioreaktor besteht darin, Gase wie Sauerstoff oder Luft in das flüssige Medium einzuleiten. Es ist für das Wachstum und den Stoffwechsel der Mikroorganismen im Bioreaktor notwendig, da diese Sauerstoff zur Atmung benötigen. Der Sparger hilft dabei, die Mikroorganismen mit dem notwendigen Sauerstoff zu versorgen und einen geeigneten Sauerstoffgehalt im Bioreaktor aufrechtzuerhalten, um ihr Wachstum und ihren Stoffwechsel zu unterstützen, was für den Erfolg des Bioprozesses unerlässlich ist.

A: Einleiten von Gasen:Die Hauptfunktion eines Spargers in einem Bioreaktor besteht darin, Gase wie Sauerstoff oder Luft in das flüssige Medium einzuleiten. Es trägt dazu bei, die Mikroorganismen mit dem für Wachstum und Stoffwechsel notwendigen Sauerstoff zu versorgen.

B: Aufrechterhaltung des Gehalts an gelöstem Sauerstoff:Der Sparger trägt dazu bei, den Gehalt an gelöstem Sauerstoff im flüssigen Medium aufrechtzuerhalten. Diese Werte sind ein wichtiger Parameter, der während des Bioprozesses überwacht und kontrolliert werden muss, da sie sich direkt auf das Wachstum und den Stoffwechsel der Mikroorganismen auswirken.

C: Steuerung der Gastransferrate:Der Sparger dient dazu, das Gas kontrolliert in das flüssige Medium einzuführen. Der Sparger kann so eingestellt werden, dass er die gewünschte Sauerstoffübertragungsrate liefert und den geeigneten Gehalt an gelöstem Sauerstoff im Medium aufrechterhält.

D: Aufrechterhaltung der Stoffübertragungsrate:Der Sparger spielt auch eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der Stoffübertragungsrate, also der Geschwindigkeit, mit der der Sauerstoff von der Gasphase in die flüssige Phase übertragen wird.

E: Optimierung des Bioprozesses:Mit dem Sparger können Faktoren wie die Größe und Form des Bioreaktors, die Art und Konzentration der Mikroorganismen sowie die Temperatur und der pH-Wert des Mediums gesteuert werden, um den Bioprozess zu optimieren.

F: Bereitstellung der Mischung:Sparger tragen auch dazu bei, eine homogene Mischung aus Flüssigkeit und Gas zu erzeugen, indem sie für eine Mischwirkung sorgen. Es trägt dazu bei, den Mikroorganismen eine einheitliche Umgebung zu bieten.

3. Arten von Spargern im Bioreaktor?

Zu den verschiedenen Arten von Begasungsgeräten gehören poröse Steinbegasungsgeräte aus porösem Material wie Keramik oder Sintermetall sowie Blasensäulenbegasungsgeräte, bei denen eine Reihe von Rohren oder Düsen verwendet werden, um das Gas in die Flüssigkeit einzuführen.

In einem Bioreaktor können verschiedene Arten von Spargern verwendet werden, darunter:

1. Zerstäuber aus porösem Stein:Diese bestehen aus einem porösen Material wie Keramik oder Sintermetall und werden am Boden des Bioreaktors platziert. Sie bieten eine große Oberfläche für den Gastransfer und werden häufig in kleinen Bioreaktoren eingesetzt.

2. Blasensäulenbegaser:Diese verwenden eine Reihe von Rohren oder Düsen, um das Gas in die Flüssigkeit einzuleiten. Sie können am Boden oder an der Oberseite des Bioreaktors platziert werden und werden häufig in Bioreaktoren in größerem Maßstab verwendet.

3. Ringsparger:Diese werden am Boden des Bioreaktors platziert und nutzen eine ringförmige Struktur, um Blasen zu erzeugen und für den Sauerstofftransfer zu sorgen.

4. Mikroblasen-Sparger:Diese sind darauf ausgelegt, kleine Blasen zu erzeugen, die eine hohe Sauerstoffübertragungseffizienz bieten, und werden häufig in großen Bioreaktoren mit hoher Dichte eingesetzt.

5. Strahlzerstäuber:Diese verwenden einen Satz Düsen, um das Gas in die Flüssigkeit einzuleiten. Sie können am Boden oder an der Oberseite des Bioreaktors platziert werden und werden üblicherweise in Bioreaktoren mit hoher Scherung verwendet.

6. Schaufelrad-Sparger:Diese Art von Sparger verwendet ein rotierendes Schaufelrad, um Blasen zu erzeugen und für die Sauerstoffübertragung zu sorgen. Es wird häufig in Fermentationsprozessen verwendet.

Dies sind einige der am häufigsten verwendeten Sparger-Typen in Bioreaktoren. Die Wahl des Spargers hängt von der Größe, dem Typ und dem Design des Bioreaktors sowie dem spezifischen verwendeten Bioprozess ab.

4. Wie stellt man die Begasungsniveaus im Bioreaktor ein?

Der Durchblasgrad in einem Bioreaktor wird typischerweise auf der Grundlage des Sauerstoffbedarfs der Mikroorganismen, der Gasübertragungsrate und der Gasdurchflussrate eingestellt. Zu den Faktoren, die die Begasungsmenge beeinflussen können, gehören die Größe und Form des Bioreaktors, die Art und Konzentration der Mikroorganismen sowie die Temperatur und der pH-Wert des Mediums.

5. Rolle des Spargers im Bioreaktor?

Die Aufgabe eines Spargers in einem Bioreaktor besteht darin, Gase wie Sauerstoff oder Luft in das flüssige Medium einzuführen, um den Sauerstoffbedarf der Mikroorganismen zu decken. Es ist essentiell für das Wachstum und den Stoffwechsel der Mikroorganismen und letztendlich für den Erfolg des Bioprozesses.

Der Sparger hilft dabei, die Mikroorganismen mit dem für Wachstum und Stoffwechsel notwendigen Sauerstoff zu versorgen. Es trägt dazu bei, den Gehalt an gelöstem Sauerstoff im flüssigen Medium aufrechtzuerhalten. Dies sind wichtige Parameter, die während des Bioprozesses überwacht und kontrolliert werden müssen, da sie sich direkt auf das Wachstum und den Stoffwechsel der Mikroorganismen auswirken.

Der Sparger ist so konzipiert, dass er das Gas kontrolliert in das flüssige Medium einleitet, beispielsweise durch poröse Materialien oder Rohre. Der Sparger kann sich am Boden oder an der Oberseite des Bioreaktors befinden, abhängig von der Bauart des Bioreaktors und der Art der verwendeten Mikroorganismen. Der Sparger kann so eingestellt werden, dass er die gewünschte Sauerstoffübertragungsrate liefert und den geeigneten Gehalt an gelöstem Sauerstoff im Medium aufrechterhält.

Der Sparger spielt auch eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der Stoffübertragungsrate, also der Geschwindigkeit, mit der der Sauerstoff von der Gasphase in die flüssige Phase übertragen wird. Die Stoffübertragungsrate kann durch Faktoren wie die Größe und Form des Bioreaktors, die Art und Konzentration der Mikroorganismen sowie die Temperatur und den pH-Wert des Mediums beeinflusst werden. Mit dem Sparger können diese Faktoren kontrolliert und die Stofftransferrate optimiert werden, die für den Erfolg des Bioprozesses entscheidend ist.

Durch die Mischwirkung trägt der Sparger auch dazu bei, eine homogene Mischung aus Flüssigkeit und Gas zu erzeugen. Es trägt dazu bei, den Mikroorganismen eine einheitliche Umgebung zu bieten.

Zusammenfassend besteht die Aufgabe eines Spargers in einem Bioreaktor darin, den Mikroorganismen im flüssigen Medium Sauerstoff zuzuführen, der für ihr Wachstum und ihren Stoffwechsel notwendig ist, und den entsprechenden Gehalt an gelöstem Sauerstoff und die entsprechende Stoffübertragungsrate aufrechtzuerhalten, die für das Wachstum und den Stoffwechsel von entscheidender Bedeutung sind Erfolg des Bioprozesses. Es trägt auch dazu bei, eine homogene Mischung zu erzeugen und verleiht dem flüssigen Medium eine Mischwirkung.

Welche Art von Bioreaktor-Sparger möchten Sie verwenden oder anpassen?

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