طراحی و افزایش مقیاس راکتورهای زیستی همزن دار با استفاده از شبیه سازی کامپیوتری

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

گروه بیوتکنولوژی، دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران

چکیده

یکی از مشکل ­های موجود در صنایع زیست فناوری نبود تطابق بین نتیجه­های آزمایشگاهی و نتیجه ­های نیمه صنعتی می­باشد. در این پژوهش به موضوع  افزایش مقیاس راکتورهای زیستی به عنوان یکی از مسئله­ های مهم و اصلی در صنعتی نمودن پژوهش ­های آزمایشگاهی پرداخته می شود. در این پژوهش محاسبه های افزایش مقیاس بر اساس عدد رینولدز(Re) و فاکتورهای مومنتوم، سرعت چرخش پره (و N)  و ضریب ثابت انتقال جرم حجمی (KLa) یکسان مورد بررسی قرار گذفت. از آنجائی­ که محاسبه هم زمان این معیارها به­ صورت دستی فرایندی زمان بر و پیجیده می‌باشد، بنابراین شبیه سازی کامپیوتری امری ضروری به نظر می رسد. بنابراین در این پژوهش، افزایش مقیاس راکتورهای زیستی در محیط نرم افزار اکسل  شبیه سازی شد. نتیجه ­های  این شبیه سازی برای بزرگ سازی راکتورهای زیستی 100 لیتری به بزرگ 12500 لیتری و همچنین 80 لیتری به 10000 لیتری با پژوهش ­های سایر پژوهشگران مقایسه و مورد تأیید قرار گرفت. با استفاده از این نرم افزار می­ توان فرایند بهینه سازی در مقیاس بالاتر را به ­طور دلخواه و در کم­ترین زمان انجام داد که این موضوع باعث کاهش هزینه ها مانند هزینه های بهینه سازی، کارگری  می­ شود. همچنین استفاده از این نرم افزار می تواند کمک شایانی به مهندسان برای پیش بینی­ های لازم در تولید در مقیاس بالاتر نماید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

[1] Najafpour G.D., "Bioprocess Scale-up in Biochemical Engineering and Biotechnology", Elsevier (2015).
[2] Schmidt F.R., Optimization and Scale Up of Industrial Fermentation Processes. Appl. Microbiol. Biotechnol., 68(4): 425-35 (2005).
[3] Festel G., Industrial Biotechnology: Market Size, Company Types, Business Models, and Growth Strategies. Industrial Biotechnology, 6(2): 88-94 (2010).
[4] Takors R., Scale-Up of Microbial Processes: Impacts, Tools and Open Questions. J Biotechnol, 160: 3-9 ( 2012).
[5] Xu S., Hoshan L., Jiang R., Gupta B., Brodean E., O'Neill K., Seamans T.C., Bowers J., Chen H.,  A Practical Approach in Bioreactor Scale-Up and Process Transfer Using a Combination of Constant P/V and VVM as the Criterion, Biotechnology Progress, 33(4): 1146-1152 (2017).
[6] Garcia-Ochoa F.,Gomez E., Bioreactor Scale-Up and Oxygen Transfer Rate in Microbial Processes: An Overview. Biotechnology Advances, 27(2): 153-176 (2009).
[7] Dhanasekharan K.M., Sanyal J., Jain A., Haidati A., A Generalized Approach to Model Oxygen Transfer in Bioreactors Using Population Balances and Computational Fluid Dynamics. Chemical Engineering Science. 60(1): 213-218 (2005).
[8] Vasconcelos, J.M.T., Alves S.S., Bujalski W., Scale-up of Mixing in Gassed Multi-Turbine Agitated Vessels. The Canadian Journal of Chemical Engineering, 76(3): 398-404 (1998).
[9] Znad H., Báleš V., Kawase Y., Modeling and Scale Up of Airlift Bioreactor. Computers and Chemical Engineering, 28(12): 2765-2777(2004).
[10] Scragg A.H., "Bioreactors in Biotechnology: A Practical Approach", Ellis Horwood Books in the Biological Sciences (1991).
[11] Ringpfeil M., "Fermentation & Enzyme Technology". John Wiley & Sons Inc. New York, (1979).
[12] Berkholz R., Guthke R., Model Based Sequential Experimental Design for Bioprocess Optimisation, Engineering and Manufacturing for Biotechnology, 4(3): 129-141(2001).
[13] Berkholz R., Röhlig D., Guthke R., Data and Knowledge Based Experimental Design for Fermentation Process Optimization. Enzyme and Microbial Technology, 27(10): 784-788 (2000).
[14] Lidén G., Understanding the Bioreactor. Bioprocess and Biosystems Engineering, 24(5): 273-279 (2002).
[15] Bailey J.E., Ollis D.F., "Biochemical Engineering Fundamentals" McGraw-Hill Book Company (1944).

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار