В данной заметке мы делимся опытом Брюса Ли, CEO компании TJX Bioengineering. Далее последует перевод его прямой речи.
“Недавно один из наших клиентов обратился к нам с необычным наблюдением, которое он сделал во время работы осевого биореактора объемом 480 м³ с мешалкой. По мере увеличения уровня жидкости во время периодического культивирования с подпиткой — при сохранении постоянного расхода воздуха и перемешивания — массообмен, казалось, улучшался!
Странно, правда? Согласно всем эмпирическим корреляциям, увеличение объема жидкости должно снижать массообмен, поскольку уменьшаются как P/V (мощность на единицу объема), так и VVM (объем воздуха на единицу объема жидкости в минуту). Проведя более глубокий анализ с помощью CFD (вычислительная гидродинамика), мы выявили основную причину: реактор работал в частично дисперсном режиме — скорость перемешивания была слишком низкой для заданного расхода воздуха.
В этом режиме эффективное диспергирование газа происходило только над второй крыльчаткой. По мере увеличения объема жидкости над крыльчаткой увеличивалось и общее сопротивление потоку газа, что приводило к росту хэштега kLa (коэффициента массообмена).
Этот случай служит хорошим напоминанием: при проектировании или эксплуатации биореакторов на основе эмпирических корреляций всегда учитывайте режим потока жидкости. Большинство корреляций предполагают полностью диспергированные условия, но это не всегда так. Если вы столкнулись с подобными трудностями, не стесняйтесь обращаться к нам. Давайте объединим передовые технологии, такие как вычислительная гидродинамика, с нашим богатым опытом в проектировании биореакторов, чтобы расширить границы биотехнологических процессов!
На изображении слева: работа на низком уровне, недостаточно диспергированная нижняя часть занимает половину объема реактора. справа: работа на высоком уровне, нижняя часть по-прежнему недостаточно диспергирована, но теперь она занимает только 1/3 объема реактора, а средняя степень удержания выше.
Этот пример также демонстрирует ограниченность эмпирических корреляций. VVM (объем воздуха на объем жидкости) рассчитывается по формуле QG/VL, где QG — скорость воздушного потока, а VL — объем жидкости. Если уменьшить VVM, снизив QG (числитель), эмпирические корреляции в целом сохранят свою силу. Но когда VVM корректируется за счет изменения объема жидкости (знаменатель), как в этом случае, корреляции часто не отражают того, что происходит в реальной жизни.”