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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