常见生物反应器桨叶类型及应用
时间：2022.06.17
在设计生物反应器中，桨叶的具有双重的作用，一方面转动的桨叶能够发动反应器内液体运动，进而实现液体内物质的混淆，利于整个反应器内细胞吸收营养物质 。另一方面桨叶转动导致流体内部速度梯度的形成，进而爆发剪切力，当剪切力抵达一定值时会造成细胞损伤，倒运于细胞培养 。桨叶的结构和转速决定了反应器内的混淆效果和爆发的剪切力巨细，这两个因素往往相互矛盾，即混淆效果好时爆发的剪切力大，混淆效果差时爆发的剪切力小，如何在包管混淆效果的情况下，使搅拌爆发的剪切力最小是生物反应器桨叶设计的要害所在 。
凭据搅拌引起液体流动的状态可以将桨叶分为径向流桨叶、轴向流桨叶和混淆流桨叶，径向流和轴向流，如下图所示 。
当液流从搅拌桨轴推向罐体内壁便形成径向流，当液流沿搅拌桨轴上下推动便形成轴向流，同理当搅拌桨发动液体既有径向流动又有轴向流动时便为混淆流 。
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凭据搅拌引起液体流动的状态可以将桨叶分为径向流桨叶、轴向流桨叶和混淆流桨叶，径向流和轴向流，如下图所示 。
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目前径向流桨叶的代表是Rushton桨叶
现今Rushton搅拌桨已成为平叶或碟式涡轮搅拌桨的代称 。这种搅拌桨的叶片是平的，并且沿搅拌轴笔直漫衍，在有挡板保存的时候可以自桨叶为界形成上下两个循环的流场，爆发的剪切力较大，由于只是爆发单向流，所以混淆效果也较差，可处理料液的粘度规模最广，通常使用时转速规模为100~600rpm �；谝陨嫌诺�，且气体吸收历程，圆盘的下面可以存住些气体，并使气体的疏散更平稳，Rushton以及其他 Rushton类型的搅拌桨广泛用于对剪切力不敏感的需氧条件下细胞系培养，如酵母、细菌、植物细胞以及某些霉菌 。 |
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轴向流桨叶的代表桨叶是螺旋搅拌桨
也被称为推进式搅拌桨，如图所示 。桨叶前面可为平面或凹面，但背面都是凹面 。在旋转时使液体向前方呈轴向流排出，使之在罐内形成循环，用于爆发轴向流 。这种桨叶循环速度较高，可是循环量较大，搅拌时爆发的剪切力较小，但其和径向流桨叶一样，均是爆发的单向流，因此混淆效果较差，常用于低粘度流体，常用转速规模为100~500rpm 。此类桨式及推进式桨叶对气体吸收历程基本上不适用，只有在少量易吸收的气体或要求疏散度不高时才华应用 。它主要用于液-液体系的混淆、使温度均一化、在低浓度固-液体系中避免淤浆沉降等或者某些特定的厌氧培养 。 |
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混淆流桨叶的代表是Elephant Ear桨叶
该类型的桨具有与搅拌轴呈一定角度的平面桨叶，能同时爆发轴向流和径向流 。这种组合流能够实现较好的混淆效果，并且爆发的剪切力也较小，事情时的转速一般不高，为 1~100rpm左右，用于低粘度流体 。当扇面宽度为120°、桨叶与轴间夹角为45°和桨叶直径与罐体内径比为1:3 时，Elephant Ear 桨叶流场混淆性能较好，对细胞的损伤也较小，适于动物细胞的培养 。 |
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桨式搅拌器
此类通常仅有两个叶片，是搅拌桨叶中最简单的一种，凭据叶片的笔直或倾斜装置可分成径向流型和轴向流型 。主要用于排出流是须要的场合，由于在同样的排量下，轴向流叶轮的功耗比径向流低，故轴向流叶轮使用较多 。 其主要用途为： 在液-液体系用于避免疏散和使温度均一； 在固-液体系多用于避免固体沉降 。 |
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然而，桨式叶轮不适用于气液疏散那样坚持气体和以细微化为目的的操作 。另外，由于其适合于制成大叶径，故也可用于高黏度液体的搅拌，这种场合为了促使液体上下交换，或者使用3~5层的多层叶轮，或者使用如左图所示的变形的桨式叶轮 。关于低黏度液体，桨式叶轮的叶径与罐径之比为0.35~0.5，关于高黏度液体为0.65~0.9；使用的转速为20~100r/min 。
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