Перемешиванием (ПРПП)

Если реактор предназначен для изучения роста культур клеток, то его называют хемостат (рисунок 5). Перемешивание в реакторе осуществляется с помощью мешалки, потока пузырьков газа (барботаж) или того и другого одновременно.

Примем, что в ПРПП перемешивание культуральной жидкости настолько эффективно, что концентрация любых компонентов в любой из фаз одинакова во всём объёме реактора. Таким образом, состав вытекающего потока не отличается от состава содержимого реактора. В реактор непрерывно подаётся среда и непрерывно отводятся продукты метаболизма.

Рисунок 5 – Проточный реактор с полным перемешиванием

с указанием обозначений, применяемых при моделировании

и анализе таких реакторов

Если реактор снабжён устройствами для полного перемешивания, эффективного отвода тепла и регулирования температуры на заданном уровне, то система изотермическая, температура постоянна и не учитывается.

В стационарном состоянии, когда концентрация всех компонентов в реакторе не изменяется во времени, к любому компоненту системы применимо уравнение:

(4)

или:

(5)

где – общий объём культуры в реакторе, л;

– объёмная скорость потока раствора питательных веществ и вытекающего потока, л / ч;

– молярная концентрация компонента i в потоке питательных веществ, М;

– молярная концентрация компонента i в реакционной смеси и вытекающем потоке, М;

– количество образовавшихся в реакции молей i в единице объёма культуры за единицу времени, М / л·ч.

Преобразуем это уравнение:

. (6)

– скорость разведения: (7)

определяет время пребывания или скорость переработки в реакторе и равен числу объёмов жидкой фазы реактора, проходящему через него в единицу времени.

Кинетика процессов в ПРПП проще, чем в реакторе периодического действия. Не нужно определять зависимость концентрации от времени и дифференцировать полученные данные. Кроме того, в ПРПП клетки могут приспособиться к стационарным условиям и таким путём перейти в состояние сбалансированного роста. С другой стороны, эксперименты по изучению роста клеток в периодических процессах легко организовать в лаборатории: они могут быть выполнены в небольших сосудах, размещенных на термостатированной качалке, оборудование для ПРПП значительно сложнее и дороже. Состояние стационарности может быть достигнуто только через несколько часов или дней, что существенно повышает опасность загрязнений, делая бесполезными результаты эксперимента.