La méthode de fonctionnement du simulateur de réaction biologique continue doit combiner son principe de fonctionnement avec les paramètres de contrôle de base, couvrant les quatre étapes de la préparation du démarrage, de la configuration des paramètres, de la surveillance de l'exécution, du traitement de fin d'exécution et du fonctionnement stable grâce à la modélisation mathématique et à L'ajustement dynamique. Voici les méthodes de fonctionnement spécifiques et les points clés:
I. phase préparatoire au lancement
Inspection et nettoyage des équipements
Assurez - vous que les équipements tels que le corps du réacteur, les capteurs, les contrôleurs, les unités d'alimentation, etc. sont bien installés sans risque de fuite.
Nettoyer l'intérieur du réacteur pour éviter que les contaminants ne perturbent les résultats expérimentaux. Par exemple, dans les cultures microbiennes, les impuretés résiduelles peuvent entraîner une contamination de la flore ou des anomalies métaboliques.
Préparation des substances réactives
Configurez le milieu de culture, les nutriments, les tampons, etc. en fonction des besoins expérimentaux et confirmez leur qualité et leur concentration. Par exemple, dans la fermentation continue, la proportion de la source de carbone et de la source d'azote doit être contrôlée avec précision pour maintenir l'équilibre de la croissance microbienne.
En cas d'inoculation microbienne, les souches doivent être activées à l'avance et ajustées à la phase de croissance logarithmique pour s'assurer que la concentration initiale de bactéries est conforme aux exigences.
Contrôle des conditions environnementales
Régler les paramètres de base tels que la température du réacteur, le pH, l'oxygène dissous, etc. Par exemple, les cultures cellulaires de mammifères doivent généralement être maintenues à 37 ° C, pH7.2-7.4、 Oxygène dissous 5% - 10%.
Activez le dispositif d'agitation pour assurer un mélange homogène des substances réactionnelles et éviter des concentrations locales trop élevées ou trop faibles.
II. Réglage des paramètres et phase d'ajustement dynamique
Paramètres clés set
Contrôle du débit: le débit d'alimentation (F = V / τ) est calculé à partir du volume du réacteur (v) et du temps de séjour (τ). Par example, un réacteur de 10 l prend 10 heures pour traiter la matière complète, le débit est fixé à 1 L / H.
Ajustement du taux de dilution (d): le taux de croissance cellulaire est contrôlé en ajustant le rapport débit / volume du réacteur (D = f / v). Par example, d = 0,1 h⁻¹ représente un remplacement horaire de 10% du liquide réactionnel.
Contrôle de la température et du pH: utilisez le Contrôleur PID pour maintenir les valeurs de consigne. Par example, la correction est effectuée par injection automatique d'une solution acide / base lorsque le pH s'écarte de la valeur cible.
Optimisation assistée par modèle mathématique
Établir un modèle de comptabilité des matériaux, tel que l'équation de l'équilibre de la concentration de la matrice pour un seul étage CStr.
Les conditions opératoires sont optimisées en ajustant les paramètres tels que la constante de vitesse de réaction (k), la vitesse de réaction maximale, etc. avec des données expérimentales.
Conception Multi - niveaux en tandem et en boucle
Pour les réactions complexes telles que la fermentation Multi - étagée, le taux de conversion peut être amélioré avec un CStr Multi - étagé en série ou un pfr cyclique (flat Push flow Reactor). Par exemple, un réacteur secondaire en série peut augmenter le rendement en produit de 30 à 50%.
Dans la formule pfr cyclique, l'effet de remélange est réduit en contrôlant la distribution du temps de séjour des réactifs en ajustant le rapport cyclique.
Iii. Phase de surveillance opérationnelle et d’acquisition de données
Surveillance paramétrique en temps réel
Enregistrement continu de la température à l'aide de capteurs, pH、 Dissolvez des indicateurs clés tels que l'oxygène, la pression et générez des graphiques de tendance via des systèmes d'acquisition de données tels que PLC ou SCADA.
Des échantillons réguliers sont prélevés pour analyser la concentration des réactifs, la densité cellulaire, la quantité de produit produite, etc., afin de vérifier la précision des prédictions du modèle.
Traitement des anomalies et ajustement
Si un paramètre est surveillé hors de la plage de consigne (p. ex., chute de pH, manque d'oxygène dissous), vérifiez immédiatement l'état du système d'alimentation, du dispositif d'agitation ou du capteur et intervenez manuellement pour le réglage.
En culture continue, si le taux de croissance des bactéries diminue, la croissance peut être stimulée en augmentant la concentration de nutriments dans l'alimentation ou en ajustant le taux de dilution.
Iv. Fin du traitement et phase d’analyse des données
La réaction termine l'opération
Le moment de l'arrêt est décidé en fonction des objectifs expérimentaux, tels que l'atteinte d'une concentration spécifique de produit ou le temps de réaction.
Éteignez la pompe d'alimentation, le dispositif d'agitation et le système de contrôle de la température, évacuez le liquide réactionnel et effectuez un traitement ultérieur (p. ex. centrifugation, filtration, Purification).
Collation des données et validation du modèle
Agrégation des données opérationnelles, cartographie des courbes de la concentration des réactifs, de la production de produits en fonction du temps, analyse des propriétés cinétiques de la réaction.
Comparez les données expérimentales avec les résultats prédits par le modèle et corrigez les paramètres (p. ex., constantes de vitesse de réaction, coefficients de transfert de masse) pour améliorer la précision du modèle.