Как можно сдать сзв м в пфр: Как сдать СЗВ-М на бумаге

Как сдать отчет по форме СЗВ-М?

---

Получать статьи на почту

 

Подключите сервис 1С-Отчетность бесплатно на 30 дней!

Шаг 1. Открытие раздела Документы персучета

В программе 1С заходим во вкладку Отчетность, справки и выбираем Документы персучета.

Рис. 1. Вкладка Отчетность, справки в 1С: ЗУП ред. 3.1

Шаг 2. Создание отчета по форме СЗВ-М

В отрывшемся разделе Документы персучета нажимаем на кнопку Создать и выбираем Сведения о застрахованных лицах, СЗВ-М.

Рис. 2. Раздел Документы персучета

Шаг 3. Заполнение отчета по форме СЗВ-М

В отчете выбираем отчетный период и тип формы «Исходная». Нажимаем кнопку

Заполнить.

Рис. 3. Заполнение отчета о застрахованных лицах

Шаг 4. Проверка корректности заполнения отчета

Сервис позволяет запустить программу, проверяющую корректность заполнения отчета.

На кнопке Отправить нажмите на стрелку вниз и выберите Проверить в Интернете.

Рис. 4. Проверка корректности заполнения отчета

В открывшемся окне заполните согласие на передачу персональных данных и нажмите Продолжить.

Рис. 5. Форма согласия на передачу персональных данных

По итогам проверки отчета программа выдаст сообщение. Если ошибок в отчете не обнаружено, переходите к следующему шагу.

Рис. 6. Сообщение об отсутствии ошибок в отчете

Шаг 5. Отправка отчета в Пенсионный фонд РФ

На кнопке Отправить нажмите на стрелку вниз и выберите Отправить в ПФР.

Рис. 7. Отправка отчета в ПФР

Подтвердите, что отчет заполнен полностью и корректно, нажмите отправить.

Рис. 8. Подтверждение отправки отчета

Далее вы увидите сообщение о том, что отчет успешно отправлен в ПФР.

Рис. 9. Сообщение о сдаче отчета

Шаг 6. Проверка отправки отчета

Для того чтобы проверить отправку отчета в разделе Отчетность, справки, зайдите в раздел 1С-Отчетность.

Рис. 10. Вкладка Отчетность, справки в 1С: ЗУП ред. 3.1

В разделе Отчеты можно увидеть отправленные в контролирующие органы документы и их статус. Отчет по форме СЗВ-М сразу после отправки будет иметь статус Отправлено в ПФР.

Рис. 11. Вкладка Отчеты в разделе 1С-Отчетность

После обновления информации с контролирующими органами статус отчета должен измениться на

Отчет успешно сдан.

С сервисом 1С-Отчетность сдать отчет просто и удобно. Вы можете оформить у нас бесплатный доступ на месяц к сервису, для того чтобы попробовать в работе все преимущества.

Подключите сервис бесплатно на 30 дней!

Ответы на часто возникающие вопросы

Когда сдавать отчет

Отчет о застрахованных лицах необходимо сдавать до 15-го числа месяца, следующего за отчетным.

Кому нужно сдавать отчет

Всем организациям и ИП, имеющим в найме сотрудников по трудовому и гражданско-правовому договору, необходимо подавать в ПФР сведения о застрахованных лицах.

В отчет должны включаться сотрудники в декрете, отпуске и уволившиеся в рамках отчетного периода.

Можно ли сдавать отчет досрочно

Отчет можно сдать с 1-го числа месяца, следующего за отчетным.

Как исправить ошибку в отчете

Чтобы исправить ошибку в сведениях отчета по форме СЗВ-М, необходимо заполнить и отправить дополняющую/отменяющую форму. 

Остались вопросы?

Наши специалисты свяжутся с вами, чтобы уточнить подробности!

Сведения о застрахованных лицах (форма СЗВ-М) / КонсультантПлюс

Сведения о застрахованных лицах (форма СЗВ-М)

Применяется — с 30 мая 2021 года

Утверждена — Постановлением Правления ПФ РФ от 15.04.2021 N 103п

Срок сдачи — ежемесячно не позднее 15-го числа месяца, следующего за отчетным периодом — месяцем

Скачать форму сведений о застрахованных лицах (форма СЗВ-М):

— в MS-Word

Образец заполнения сведений о застрахованных лицах (форма СЗВ-М) >>>

Материалы по заполнению сведений о застрахованных лицах (форма СЗВ-М):

— Постановление Правления ПФ РФ от 15.04.2021 N 103п

— Типовая ситуация: Новая СЗВ-М: как заполнить и сдать

— Типовая ситуация: Как корректировать СЗВ-М

— Готовое решение: Как заполнить и сдать в ПФР ежемесячный отчет по форме СЗВ-М

— Готовое решение: Как ИП с работниками заполнить отчет по форме СЗВ-М

— Готовое решение: Как заполнить и подать сведения по форме СЗВ-М при ликвидации организации

— Готовое решение: Как оформить и выдать работнику сведения из отчета по форме СЗВ-М

— Готовое решение: Как исправить ошибки в отчете по форме СЗВ-М

— Готовое решение: Коды ошибок при подаче отчета по форме СЗВ-М

— Готовое решение: Как заполнить и подать форму СЗВ-М при наличии обособленного подразделения

— Готовое решение: Как сдать корректирующую отчетность по форме СЗВ-М

— Статья: Отчетность за сотрудников за 9 месяцев: вспомнить все (Данякина Е.) («Налогообложение, учет и отчетность в коммерческом банке», 2021, N 9)

— Статья: Заполняем форму СЗВ-М (Павлова А.) («Силовые министерства и ведомства: бухгалтерский учет и налогообложение», 2021, N 10)

— Статья: Новая СЗВ-М — с мая 2021 года («Практическая бухгалтерия», 2021, N 6)

— Статья: Сдача сведений по форме СЗВ-М (Новикова С.) («Учреждения физической культуры и спорта: бухгалтерский учет и налогообложение», 2021, N 8)

— Статья: Что нужно учесть учреждению при сдаче формы СЗВ-М? (Логинова Е.) («Казенные учреждения: бухгалтерский учет и налогообложение», 2021, N 7)

— Статья: Представление в ПФ РФ новой формы СЗВ-М (Морозова Л.) («Учреждения образования: бухгалтерский учет и налогообложение», 2021, N 7)

— Статья: Новая форма СЗВ-М: заполняем и представляем в ПФР (Рябинин В.) («Учреждения здравоохранения: бухгалтерский учет и налогообложение», 2021, N 7)

— Статья: Новая форма СЗВ-М (Семина Л.) («Учреждения культуры и искусства: бухгалтерский учет и налогообложение», 2021, N 6)

— Статья: Форма СЗВ-М: судебные споры с ПФР (Спицына Т.В.) («Аптека: бухгалтерский учет и налогообложение», 2021, N 8)

Архивные формы сведений о застрахованных лицах (форма СЗВ-М):

— сведения о застрахованных лицах (форма СЗВ-М), применявшиеся с 1 января 2016 года до 30 мая 2021 года

—————————————-

Открыть полный текст документа

Заполнить сведения о застрахованных лицах

Заполнить сведения о застрахованных лицах

Все организации и индивидуальные предприниматели должны сдавать отчетность в Пенсионный фонд по форме «СЗВ-М». Если численность сотрудников более 25 человек, отчет представляется только в электронном виде.

Срок сдачи

Сведения подаются ежемесячно не позднее 15 числа месяца, следующего за отчетным периодом.

Ответственность за несданную отчетность

Как сформировать

1. В разделе «Отчетность/Пенсионный» или «Учет/Отчетность/Пенсионный» (в зависимости от конфигурации) создайте отчет «СЗВ-М Сведения о застрахованных лицах».
2. Проверьте, правильно ли указан получатель и реквизиты организации.
3. Перейдите в раздел «Сотрудники», нажмите «+ Сотрудник» и добавьте работников.
4. Заполните СНИЛС и ИНН сотрудников.

Как заполнить

Подробнее о формулах расчета и содержании каждого раздела читайте здесь.

Как отправить

Проверьте и отправьте отчет. Он считается принятым, когда Пенсионный фонд пришлет положительный протокол.

1. В разделе «ПФР» создайте новый отчет и выберите форму «СЗВ-М Сведения о застрахованных лицах».
2. Проверьте отчетный период, представителя в ПФР и нажмите «Далее».
3. На вкладке «Отредактировать отчет» нажмите «Сведения о застрахованных лицах».
4. В открывшемся окне кликните «Добавить» и выберите сотрудников.
5. Проверьте СНИЛС и ИНН работников. Если они не указаны, выделите строку с ФИО сотрудника, нажмите «Изменить» и заполните сведения.

Как заполнить

Подробнее о формулах расчета и содержании каждого раздела читайте здесь.

Также вы можете посмотреть встроенную справку по заполнению.

Как отправить

Проверьте и отправьте отчет. Он считается принятым, когда Пенсионный фонд пришлет положительный протокол.

1. В разделе «Пенсионный» создайте отчет и выберите форму «СЗВ-М Сведения о застрахованных лицах».
2. Нажмите «Сведения о застрахованных лицах».
3. В открывшемся окне кликните «Добавить» и выберите сотрудников.
4. Убедитесь, что у каждого работника указаны СНИЛС и ИНН работников. Если нет, откройте сведения о сотруднике и заполните их.
5. В разделе «Реквизиты» проверьте данные организации, получателя и подписанта.

Как заполнить

Подробнее о формулах расчета и содержании каждого раздела читайте здесь.

Также вы можете посмотреть встроенную справку по заполнению.

Как отправить

Проверьте и отправьте отчет. Он считается принятым, когда Пенсионный фонд пришлет положительный протокол.

Нашли неточность? Выделите текст с ошибкой и нажмите ctrl + enter.

С 30 мая действует новая форма отчета СЗВ-М для ПФР

Правление ПФР постановлением от 15 апреля 2021 года № 103п обновило форму отчета СЗВ-М («Сведения о застрахованных лицах»). Вступила в силу новая форма 30 мая 2021 года. Поэтому использовать ее работодатели должны уже при отправке отчетности за май.

Напомним, что СЗВ-М – это форма ежемесячной отчетности в ПФР, которую сдают все организации и ИП, имеющие наемных работников по трудовым договорам или договорам ГПХ, включая сотрудников, находящихся в декрете или отпуске, а также тех, с кем в отчетном месяце был расторгнут рабочий договор.

Сроки сдачи СЗВ-М – до 15-го числа месяца, следующего за отчетным. Так, отчет по новой форме СЗВ-М за май нужно сдать до 15 июня 2021 года.

Что изменилось в бумажной форме СЗВ-М

Существенно – ничего. Основных изменений три:

— Правила заполнения формы вынесены в отдельный порядок, что абсолютно ничего не меняет в вашей работе при заполнении формы.

— Тип формы теперь нужно прописывать полностью, вместо используемых ранее сокращений. Например: «исходящая» вместо «исхд».

— Последнее скорее уточнение, а не изменение. СЗВ-М теперь нужно сдавать на директоров, являющихся единственными учредителями компании. 

Что изменилось в электронной форме СЗВ-М

Ничего. Электронная форма СЗВ-М осталась неизменной. С порядком ее сдачи вы можете ознакомиться в постановлении Правления ПФР от 7 декабря 2016 года № 1077п.

Дело в том, что при отправке электронной формы часть изменений, внесенных в бумажный вариант, не будут иметь значения. Например, изменение об отмене сокращений не играет никакой роли для электронной СЗВ-М, так как в электронном варианте тип формы указывается с помощью кода, то есть его не нужно прописывать словами.

Отчетность в ПФР – без проблем с сервисами Такском

Форма отчета СЗВ-М максимально простая и не громоздкая, однако многие бухгалтеры и кадровики совершают ошибки при ее заполнении. А еще это одна из форм, по которой ежедневно выписывается наибольшее число штрафов.

Максимально минимизировать вероятность ошибки можно, используя сервисы для электронной отчетности. Тем более, что в электронной СЗВ-М, как мы уже сообщили, ничего не поменялось.

Во-первых, вам не придется следить за новостями об обновлениях – все формы отчетности, представленные в программных продуктах Такском, актуальны на сегодняшний день и отвечают последним изменениям законодательства.

Во-вторых, при заполнении форм отчетности вы видите текстовые подсказки по их заполнении – очень удобно, чтобы не обращаться за помощью к дополнительным интернет ресурсам.

В-третьих, во всех сервисах Такском для отчетности через интернет встроена автоматическая система проверки на ошибки, которая не даст вам отправить некорректно заполненный отчет или отчет с пропущенными полями.

Узнать подробнее о преимуществах электронной отчетности и подобрать тарифный план вы можете здесь.

Отправить

Запинить

Твитнуть

Поделиться

Поделиться

Электронная отчетность в УПФР

Перед тем как отправить отчетность в Пенсионный фонд необходимо выяснить, можно ли считать Ваш бизнес плательщиком страховых взносов.

По умолчанию, к таковым относятся все виды страхователей, у которых присутствует хотя бы один сотрудник и более.

В соответствии ФЗ №212, отчетность в ПФР в электронном виде необходимо предоставлять всем видам страхователей, среднесписочная численность работников которых более 25 человек. Если у организации или ИП численность работников менее или равна 25, в электронной отправке отчетности нет необходимости.

Важно: для подключения к системе электронного документооборота ПФР с Управлением ПФР необходимо заключить соглашение об обмене электронными документами и согласовать заявление на подключение к электронному документообороту.

Формы отчетности

• Форма РСВ-1

На основании Федерального закона от 01.12.2014 № 406-ФЗ с 1 января 2015 года страхователи обязаны представлять РСВ-1:

1) в электронном виде — не позднее 20 числа второго месяца, следующего за отчётным кварталом;

2) в бумажном виде — не позднее 15 числа второго месяца, следующего за отчётным кварталом.

Важно: с 01.01. 2015 в электронном виде обязаны отчитываться те страхователи, численность работников которых более 25 человек.

• СЗВ-М.

Включает данные о работниках (СНИЛС и ИНН). Предоставляется по всем сотрудникам, с которыми заключен трудовой или гражданско-правовой договор. На директора, являющегося единственным учредителем фирмы, СЗВ-М также сдается (даже если организация прекратила работу).

Не отправляется СЗВ-М в тех случаях, когда оформленных работников нет, или фирма ликвидирована.

По Постановлению Правления ПФ РФ от 01.02.2016 N 83п с 1 апреля 2016 года страхователи с количеством сотрудников более 25 обязаны ежемесячно (с 1 по 15 число) сдавать форму СЗВ-М в электронном виде.

Важно: если работников менее 25, отчет все еще можно сдать в бумажном виде, однако требуется предоставить не только бумажные формы в 2-х экземплярах, но и носитель с электронным файлом.

• АДВ-2. Содержит какие-либо измененные данные о сотрудниках (например, новую фамилию, СНИЛС и т.д.).
• СЗВ-К. Включает данные о трудовом стаже работников и их заработной плате за период работы до 01.01.2002 года. Если у работодателя таких сведений нет, а также если сотрудник не работал в то время, требуется письмо с обоснованием причины непредоставления нужных данных.
• СЗВ-ИСХ. Содержит сведения о стаже, зарплате, уплаченных в ФНС взносах за отчетные периоды до 2016 года (сдается только в случаях обнаружения ошибки в ранее поданных отчетах).
• СЗВ-КОРР – форма с корректирующими ошибки в индивидуальных лицевых счетах работников данными.
• СЗВ-СТАЖ. Отражает данные о страховом стаже сотрудников (в том числе, выходящих на пенсию).
• ОДВ-1. Сопровождающая форма для отчетов по СЗВ-ИСХ, СЗВ-КОРР, СЗВ-СТАЖ. Необходима для правильного расчета пенсии.
• Макет пенсионного дела включает данные, нужные для оформления работнику пенсии. Предоставляется работодателем только тогда, когда именно он обязан подавать эту информацию.
• Запрос сведений о сотрудниках предпенсионного возраста (ЗППВ). Чтобы узнать, кто из сотрудников имеет право на льготы и меры социальной поддержки, можно запросить сведения в ПФР. Соглашение с ПФР по сотрудникам предпенсионного возраста можно скачать здесь.

Сроки сдачи отчетности

Сведения о застрахованных лицах необходимо представлять в территориальные органы ПФР ежемесячно не позднее 15-го числа второго календарного месяца, следующего за отчетным периодом (месяцем). Если последний день срока приходится на выходной или нерабочий праздничный день, днем окончания срока считается ближайший следующий за ним рабочий день.

Сведения о страховом стаже застрахованного лица представляется организацией в территориальные органы ПФР один раз в год (по итогам отчетного периода, т.е. года) не позднее 1 марта года, следующего за отчетным.

Сведения о застрахованном лице, подавшем заявление о назначении страховой пенсии или страховой и накопительной пенсий необходимо отправлять в течение трех календарных дней со дня обращения застрахованного лица к страхователю.

Как сдать отчетность с помощью программы «Астрал Отчет» на примере формы СЗВ-М

Рассмотрим отправку через «Астрал Отчет» формы СЗВ-М.

Итак, сначала нужно кликнуть вкладку «Подготовка документов»

Далее – нажать «Редактор отчетов»

После выбрать кнопку «Добавить», контролирующий орган и форму отчета (в строке «Наименование»), нажать «Ок».

Заполняете отчет и нажимаете «Выгрузить»

После этого – нажимаете кнопку «Сформировать пакет»

Поле появления сообщения об успешном формировании пакета нужно нажать «Мастер связи» и «Отправить»

Готово!

Контакты пенсионного фонда можно получить на официальном сайтеофициальном сайте.

А узнать больше о порядке взаимодействия с ПФР – в подготовленном нами регламенте

Начните пользоваться электронной отчетностью прямо сейчас!

Подключиться

---

Больше информации об электронной отчетности и ее видах можно узнать у наших специалистов:

(831) 228-28-38

Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

(8332) 20-37-05

Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки вашего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в cookie-файлах может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Reactors — processdesign

Название: Реакторы.

Авторы:

Шон Кабанисс, Дэвид Парк, Максим Сливинский и Джулианна Вагонер ^{[Зима 2014 г.]}

Нил Далви, К.С. Андерсон, Наталья Маевска ^{[Зима 2016]}

Стюард: Дэвид Чен, Фэнци Ю

Дата представления: 4 февраля 2014 г.

Центром любого химического процесса является реактор, в котором происходят химические реакции, превращающие сырье в продукты.Проектирование реактора — жизненно важный шаг в общем дизайне процесса. Важно убедиться, что указанное оборудование будет способно достичь желаемых выходов и селективности.

Идеальные реакторы

Реакторы периодического действия

В реакторе периодического действия реагенты добавляют вместе и дают возможность реагировать в течение заданного времени. Составы меняются со временем, но в процессе нет потока. Дополнительные реагенты могут быть добавлены по мере протекания реакции, а также могут быть сделаны изменения температуры.После завершения реакции продукты удаляются из реактора.

Периодические процессы подходят для мелкосерийного производства (менее 1 000 000 фунтов в год) и для процессов, в которых на одном оборудовании должны производиться несколько различных продуктов или сортов (Douglas, 1988). Когда объемы производства относительно небольшие и / или химический состав относительно сложен, периодическая обработка является важным средством контроля качества.

Реактор с поршневым потоком (PFR)

PFR с трубчатой ​​геометрией имеет идеальное радиальное перемешивание, но не имеет осевого перемешивания.Все материалы имеют одинаковое время пребывания τ и одинаковые профили температуры и концентрации вдоль реактора. Уравнение для PFR определяется следующим образом:

где M = молярная скорость потока, dV — дополнительный объем, а — скорость реакции на единицу объема.

Это уравнение можно интегрировать по длине реактора, чтобы получить взаимосвязь между временем пребывания в реакторе и концентрацией или конверсией.

Реактор с непрерывным перемешиванием (CSTR)

Бак-реактор с мешалкой моделирует крупномасштабную обычную лабораторную колбу и может считаться основным химическим реактором.В CSTR, показанном на рисунке 1, нет пространственных изменений — все содержимое емкости находится при одинаковой температуре, давлении и концентрации. Следовательно, жидкость, покидающая реактор, имеет ту же температуру и концентрацию, что и жидкость внутри реактора.

Материальный баланс по CSTR определяется по:

Часть материала, попадающего в реактор, может уйти немедленно, а часть — намного позже, поэтому время пребывания сильно распределяется, как показано на Рисунке 1.

Рис. 1. Реактор с непрерывным перемешиванием (Towler and Sinnott, 2013)

Дополнительную информацию о резервуарах с мешалкой можно найти в разделе «Смешивание».

Проектирование реактора не должно выполняться отдельно от общего проекта технологического процесса из-за значительного влияния на капитальные и эксплуатационные затраты на другие части процесса (Towler and Sinnott, 2013).

Шаг 1. Сбор необходимых данных

Из всего технологического оборудования для проектирования реактора требуется наибольшее количество исходных данных: энтальпии реакций, константы фазового равновесия, коэффициенты тепло- и массообмена, а также константы скорости реакции.Все вышеупомянутые параметры могут быть оценены с использованием имитационных моделей или литературных корреляций, за исключением констант скорости реакции, которые необходимо определять экспериментально (Towler and Sinnott, 2013).

Энтальпия реакции

Тепло, выделяемое в химической реакции, основано на энтальпиях составляющих химических реакций, которые указаны для стандартной температуры и давления (1 атм, 25 C). Значения стандартной теплоты реакции можно найти в таблицах в литературе или их можно рассчитать по теплотам образования или сгорания.Необходимо соблюдать осторожность, чтобы указать основу для теплоты реакции и состояния реагентов и продуктов.

Следующее уравнение используется для преобразования энтальпий из стандартных условий в условия процесса:

Если влияние давления незначительно и необходимо учитывать только температуру, следует использовать следующее уравнение:

Константа равновесия и свободная энергия Гиббса

Где — изменение свободной энергии Гиббса в результате реакции при температуре, — постоянная идеального газа и — константа равновесия реакции, определяемая по формуле:

где — активность компонента i, — стехиометрический коэффициент компонента, — общее количество компонентов.

Константы равновесия можно найти в литературе, и они полезны для оценки скорости прямых и обратных реакций. Необходимо внимательно отнестись к экспериментальному плану, используемому для констант равновесия в литературе, чтобы убедиться, что они соответствуют условиям реального технологического реактора. Для более сложных реакций, состоящих из нескольких последовательных или одновременных реакций, равновесие находится путем минимизации свободной энергии Гиббса (Towler and Sinnott, 2013).Таким образом, коммерческие программы моделирования процесса используют модель реактора Гиббса.

Механизмы реакций, уравнения скорости и константы скорости

В большинстве случаев уравнения скорости реакции основного процесса и константы скорости не могут быть предсказаны из первых принципов и должны быть аппроксимированы (Towler and Sinnott, 2013). Это связано со следующим:

• Использование гетерогенного катализа или ферментов, которые приводят к кинетике Ленгмюра-Хиншелвуда-Хугена-Ватсона или Михаэлиса-Ментен
• Массообмен между паром и жидкостью или двумя жидкими фазами
• Многоступенчатые механизмы, скоростные выражения которых не соответствуют общей стехиометрии реакции
• Конкурирующие побочные реакции

В результате реакция основного процесса обычно приближается к реакции первого или второго порядка в узком диапазоне условий процесса (температура, давление, концентрации веществ) для оценки времени пребывания, необходимого для целевого превращения.Скоростные уравнения всегда подходят для экспериментальных данных и поэтому должны использоваться для интерполяции в пределах данных. При экстраполяции важно собрать больше данных, особенно для экзотермических реакций, которые могут привести к неконтролируемым последствиям (Towler and Sinnott, 2013).

Тепломассообменные свойства

Теплопередача

Конструкцию внутренних нагревательных или охлаждающих устройств можно найти в разделе «Оборудование для теплопередачи». Соотношения для коэффициентов теплопередачи со стороны трубок для трубок теплообменника, заполненных катализатором, приведены ниже:

Для нагрева:

и для охлаждения:

где — коэффициент теплопередачи со стороны трубы для набивной трубы, — диаметр трубы, — теплопроводность жидкости, — плотность жидкости, — приведенная скорость, — эффективный диаметр частиц, — это вязкость жидкости.

Коэффициенты диффузии

Коэффициенты диффузии необходимы, когда массоперенос может ограничивать скорость реакции, например, в каталитических реакциях или реакциях, включающих процессы массопереноса, такие как абсорбция газа, дистилляция и экстракция жидкость-жидкость.

Коэффициент диффузии газов можно оценить по следующей корреляции (Фуллер, Шеттлер, Гиддингс):

где — коэффициент диффузии, — температура, — молекулярные массы компонентов и, — полное давление, и представляют собой сумму специальных объемных коэффициентов диффузии для компонентов и, приведено в таблице ниже:

(таблица объемных коэффициентов от Towler)

Уилке и Чанг разработали корреляцию для оценки коэффициента диффузии компонентов в жидкой фазе:

где — коэффициент диффузии жидкости, — коэффициент ассоциации для растворителя, — молекулярная масса растворителя, — вязкость растворителя, — температура, — молярный объем растворенного вещества при его температуре кипения.Эта корреляция сохраняется для органических соединений в воде, но не для воды в органических растворителях.

Массообмен

Для многофазных реакторов необходимо оценить коэффициент массообмена.

Уравнение Гупты и Тодоса предсказывает коэффициент массопереноса для уплотненного слоя частиц:

где — коэффициент массопереноса, — диаметр частицы, — коэффициент диффузии, — это число Рейнольдса, рассчитанное с использованием приведенной скорости через слой, — это число Шмидта, и — паросодержание слоя.

Массоперенос между паром и жидкостью в сосуде с мешалкой можно описать уравнениями Вант Рита:

Для воздуха-воды:

и для воздуха-воды-электролита:

где — коэффициент массопереноса, — межфазная площадь на единицу объем, — объемный расход газа, — объем жидкости, — потребляемая мощность мешалки.

Метод Fair для расчета коэффициента массопереноса для систем с низкой вязкостью определяется следующим образом:

где — коэффициент диффузии жидкой фазы.

Корреляции массопереноса для парожидкостных систем следует использовать с осторожностью при наличии поверхностно-активных веществ (Towler and Sinnott, 2013).

Шаг 2: Выберите условия реакции

Основным определяющим фактором при выборе типа реактора является выбор условий эксплуатации. Оптимальная работа процесса обычно включает оптимизацию выхода процесса, но не обязательно выхода реактора. На основании предварительного экономического анализа можно выбрать целевой диапазон урожайности и селективности. Окончательные условия реакции должны быть проверены экспериментально, чтобы гарантировать достижение целевых выходов и селективности (Towler and Sinnott, 2013).

Химическая или биохимическая реакция

Если желаемый продукт должен быть получен путем биохимической реакции, выбранные условия должны поддерживать жизнеспособность биологического агента (например, микроорганизмов или ферментов). Белки денатурируют за пределами их определенных диапазонов температуры и pH, в то время как живые организмы требуют определенных концентраций кислорода и других растворенных веществ для выживания и не могут выдерживать высокие скорости сдвига. См. Биореакторы для получения дополнительной информации об их конструкции.

Катализатор

Катализатор используется для увеличения скорости реакции за счет снижения энергии активации без потребления в реакции. Использование катализатора накладывает ограничения на рабочие условия, поскольку катализатор должен сохранять активность в течение определенного периода времени между регенерациями катализатора. Дезактивация катализатора может быть ускорена высокими температурами, а также загрязнителями в потоках сырья или рециркуляции.

Температура

Повышение температуры реакции увеличит скорость реакции, коэффициент диффузии и скорость массообмена.Температура также влияет на константу равновесия: более высокая температура увеличивает константу равновесия для эндотермических реакций и снижает ее для экзотермических реакций — см. Рисунок ниже.

Рисунок 2 . Влияние температуры на константу равновесия (Towler and Sinnott, 2013)

Повышенная температура реакции снизит стоимость конструкции реактора, за исключением следующих сценариев / соображений (Towler and Sinnott, 2013):

• Биохимические реакции, при которых живые организмы могут погибнуть при высоких температурах
• Наличие органических соединений, подвергающихся термической деструкции
• Нежелательные побочные реакции, которые ускоряются с повышением температуры, такие как полимеризация или автоокисление
• Реакции окисления, селективность которых снижается при более высоких температурах, поскольку окисление продукта имеет тенденцию к увеличению
• Экзотермические реакции, так как температуру сложнее контролировать и есть риск выхода реакции
• Стоимость строительства реактора может стать непомерно высокой при экстремально высоких температурах.

Давление

Основным соображением при выборе давления в реакторе является поддержание реакции на желаемой фазе для выбранной температуры.Давление также может быть выбрано таким образом, чтобы обеспечить испарение компонента, облегчить разделение продукта, сдвинуть реакционное равновесие или отвести тепло из реактора. Повышение давления для реакций, протекающих в газовой фазе, увеличивает активность реагента и, следовательно, скорость реакции. Выходы реактора следуют принципу Ле-Шателье: для реакций, которые увеличивают количество молей, более низкое давление увеличивает равновесную конверсию, для реакций, которые уменьшают количество молей, более низкое давление снижает равновесную конверсию.Повышение давления в газожидкостных реакциях увеличивает растворимость газа в жидкости, что увеличивает скорость реакции.

Фаза реакции

Реакции обычно проводят в жидкой или газовой фазах, поскольку с жидкостями легче обращаться, нагревать, охлаждать и транспортировать, чем с твердыми телами. Для реагентов или продуктов в твердой фазе обычно используется суспензия в жидкости или газе. Фаза реакции обычно определяется температурой и давлением в реакторе. Работа в жидкой фазе обычно предпочтительна из-за самых высоких концентраций и максимальной компактности.Однако при температурах выше критической не может быть жидкой фазы. Иногда давление можно регулировать, чтобы все реагенты оставались в жидкой фазе, однако, когда это невозможно, потребуется многофазный реактор. Если ограничения массопереноса становятся слишком значительными, может быть полезно снизить давление так, чтобы температура реакции была выше точки росы и реакция проводилась в паровой фазе.

Растворитель

Растворители используются для жидкофазных реакций и могут быть использованы для следующего:

• Разбавление корма для повышения селективности
• Повышение растворимости газофазных компонентов
• Растворение твердых частиц в реакционной фазе
• Увеличение тепловой массы, что снижает изменение температуры на единицу объема в результате реакции
• Улучшение смешиваемости взаимно нерастворимых компонентов

Растворители должны быть инертными в основной реакции и не должны вступать в реакцию с продуктами или загрязнителями кормов.Растворители также должны быть недорогими и легко отделяться от продуктов реакции. Некоторые широко используемые технологические растворители и их свойства приведены в таблице ниже:

Обычно используемые технологические растворители (Towler and Sinnott, 2013)

Концентрации

Более высокие концентрации сырья могут привести к более высокой скорости реакции, однако для экзотермических реакций следует избегать высоких концентраций сырья.Исходные соединения обычно не поставляются в стехиометрическом соотношении, поскольку использование более высокой концентрации одного исходного материала может привести к повышению селективности по отношению к желаемому продукту.

Понимание влияния загрязняющих веществ в сырье и побочных продуктов имеет важное значение при проектировании реактора; они могут играть важную роль в селективности и производительности реактора. При переработке необходимо обращать внимание на побочные продукты; те, которые образуются в результате обратимых реакций, можно рециркулировать, что приводит к повышению общей селективности.Загрязняющие вещества корма обычно представляют большую проблему, чем побочные продукты, из-за их способности отравлять катализаторы или убивать биологические организмы. Если загрязняющие примеси в сырье особенно вредны для работы реактора, их следует удалять перед реактором.

Инертные соединения обычно увеличивают стоимость реактора из-за требуемого большего объема, а также увеличивают затраты на последующее разделение; они могут быть полезны при следующих обстоятельствах:

• Инертные вещества в газофазных реакциях снижают парциальное давление реагентов, что может увеличивать равновесное превращение в реакциях, приводящих к увеличению числа молей
• Сырье, реагирующее с самим собой или продуктами, может быть уменьшено путем разбавления с использованием инертных газов
• Inerts могут работать за пределами диапазона воспламеняемости
• Реакционные растворы могут быть забуферены для контроля pH

Шаг 3: Определите материалы конструкции

Предварительный анализ материалов конструкции реактора может быть проведен после определения условий реакции.Особенно важны в этом анализе температуры и давления, при которых будет протекать процесс. В экстремальных условиях может потребоваться использование дорогостоящих сплавов. Кроме того, проектировщик должен гарантировать, что технологические потоки не будут вступать в реакцию с материалами, используемыми в технологическом оборудовании.

Шаг 4: Определение шага ограничения скорости и критических параметров определения размера

Ключевые параметры, определяющие степень реакции, должны быть определены путем выполнения плана эксперимента с широким диапазоном условий.Обычно скорость реакции ограничивается следующими фундаментальными процессами. Первые три обсуждались в предыдущих разделах. Более подробно о микшировании будет рассказано в отдельном разделе.

• Внутренняя кинетика: Обычно будет один самый медленный шаг, который определяет общую скорость.
• Скорость массопереноса: В многофазных реакциях и процессах, использующих пористый гетерогенный катализ, массоперенос может быть особенно важным.Часто требуется тщательное экспериментирование, чтобы разделить эффекты массопереноса и скорости реакции, чтобы определить, какая стадия ограничивает скорость.
• Скорость теплопередачи: Скорость подводимого тепла может стать определяющим параметром для эндотермических реакций. Может потребоваться использование теплопередающих устройств, таких как теплообменники или огневые обогреватели.
• Смешивание: Время, необходимое для смешивания реагентов, может быть ограничивающим шагом для очень быстрых реакций.

После сбора данных о скорости разработчик может подобрать подходящую модель кинетики реакции. Затем для реактора может быть указан критический параметр размера. Обычно это один из параметров, представленных на рисунке 1.

Рисунок 1 . Параметры размера реактора (Towler and Sinnott, 2013)

Шаг 5: Предварительный выбор размеров, компоновка и калькуляция реактора

Разработчик может оценить объем реактора и катализатора по параметру размера.Этот расчет даст значение необходимого активного реактивного объема. Ясно, что на самом реакторе потребуется дополнительное пространство. Геометрия реактора будет зависеть от желаемой схемы потока и требований к перемешиванию (Towler and Sinnott, 2013). Стоимость большинства реакторов может быть оценена путем определения стоимости сосуда высокого давления с такими же размерами и добавления стоимости внутренних устройств (Towler and Sinnott, 2013).

Шаг 6: оценка производительности реактора

На этом этапе процесса проектирования важно убедиться, что предлагаемый реактор будет обеспечивать целевые конверсии и селективность.Комбинация экспериментальных методов, таких как пилотные установки, и компьютерного моделирования может использоваться для прогнозирования полномасштабных характеристик реактора.

Шаг 7. Оптимизация дизайна

Реактор обычно составляет относительно небольшую часть общих капитальных затрат (Towler and Sinnott, 2013), поэтому минимальное время следует уделять оптимизации, чтобы снизить стоимость реактора. Однако, если целевые конверсия, выходы и селективность не будут достигнуты, это может значительно повлиять на экономику процесса.Следовательно, шаги 2–6 следует повторять, по крайней мере, до тех пор, пока не будут выполнены минимальные требования (Towler and Sinnott, 2013).

Смешивание играет важную роль на многих стадиях обработки, включая работу реактора. Крайне важно выбрать соответствующий метод смешивания, чтобы гарантировать получение желаемых выходов, чистоты продукта и рентабельности.

Корреляции, такие как число Рейнольдса, можно использовать для определения степени перемешивания и соотнесения энергопотребления и теплопередачи к оболочке реактора (Towler, 2012).В некоторых случаях простых корреляций может быть недостаточно:

• Если мертвые зоны недопустимы по причинам чистоты продукта, безопасности и т. Д.
• Если внутренние устройства реактора сложные
• Если селективность реакции очень чувствительна к смешиванию

В этих случаях обычно необходимо провести более сложный анализ смешения:

• Использование вычислительной гидродинамики для моделирования реактора
• Использовать эксперименты по физическому моделированию («холодный поток»).
• Используйте методы томографии, чтобы посмотреть на характеристики реального реактора

Смешивание газов

Газы легко смешиваются из-за их низкой вязкости.Перемешивание, создаваемое турбулентным потоком на длине трубы, обычно достаточно для большинства целей (Towler and Sinnott, 2013). Для увеличения турбулентности можно использовать отверстия, лопатки и перегородки.

Смешивание жидкостей

• Встроенное смешивание Встроенные смесители могут использоваться для непрерывного смешивания жидкостей с низкой вязкостью. Один недорогой метод предполагает использование статических устройств, которые способствуют турбулентному перемешиванию в трубопроводах. Некоторые типовые конструкции показаны на рисунках 2 (a), (b) и (c).

Рисунок 2. Линейные смесители : (а) тройник; (б) инъекция; (в) кольцевой (Towler, Sinnott, 2013)

При смешивании жидкостей с низкой вязкостью (<50 мНс / м ² ) с аналогичными плотностями и расходами простой смесительный тройник, рисунок 2 (а), за которым следует труба длиной 10 до 20 диаметров трубы, подходит (Towler, Sinnott, 2013).

Когда один поток намного ниже другого, следует использовать смеситель для впрыска, рис. 2 (b и c).Удовлетворительная смесь будет достигнута примерно на 80 диаметрах трубы (Towler and Sinnott, 2013). Для уменьшения необходимой длины смешивания можно использовать перегородки или другие ограничения потока. Эти смесители работают, вводя одну жидкость в текущий поток другой через концентрическую трубу или кольцевой массив форсунок (Towler and Sinnott, 2013).

• Резервуары с перемешиванием Резервуары с перемешиванием обсуждались в разделе «Идеальные реакторы». Смешивание осуществляется крыльчаткой, установленной на валу с приводом от двигателя.Реактор обычно содержит перегородки или другие внутренние устройства для создания турбулентности и предотвращения завихрения содержимого и создания вихря. Обычно перегородки имеют диаметр 1/10 диаметра и расположены на расстоянии 1/20 диаметра от стены (Towler, 2012). Типичное расположение мешалки и перегородок в резервуаре с мешалкой, а также генерируемая структура потока показаны на рисунке 3. Смешивание происходит за счет объемного потока жидкости и за счет движения турбулентных завихрений, создаваемых мешалкой. Объемный поток является преобладающим механизмом перемешивания, необходимым для смешивания смешиваемых жидкостей и суспензий твердых частиц.Турбулентное перемешивание важно в операциях, связанных с переносом массы и тепла, которые можно рассматривать как процессы, контролируемые сдвигом (Towler and Sinnott, 2013).

Рис. 3. Устройство мешалки и схемы потока (Towler and Sinnott, 2013)

При высоких числах Рейнольдса (низкая вязкость) следует использовать один из трех основных типов рабочего колеса, показанных на рисунке 4.Для процессов, управляемых турбулентным перемешиванием, подходят турбины с плоскими лопастями (Раштона). Для объемного перемешивания подходят гребной винт и турбины с наклонными лопастями (Towler and Sinnott, 2013).

Рис. 4. Основные типы крыльчатки (Towler and Sinnott, 2013)

Для более вязких жидкостей используются лопастные, якорные и спиральные ленточные мешалки (Рисунки 5 (a), (b) и (c)) (Towler and Sinnott, 2013).Таблица выбора, приведенная на рисунке 6, может использоваться для предварительного выбора типа мешалки на основе вязкости жидкости и объема резервуара (Towler and Sinnott, 2013).

Рис. 5. Низкоскоростные мешалки (Towler and Sinnott, 2013)

Рис. 6. Руководство по выбору мешалки (Towler and Sinnott, 2013)

Газожидкостное смешение

Газы можно смешивать с жидкостями, используя методы встроенного смешивания или перемешивающего резервуара, описанные ранее.Также можно использовать специальный тип газового инжектора, называемый разбрызгивателем (показан на рис. 7). Это длинная инъекционная трубка, в которой просверлено множество отверстий.

Рис. 7. Газораспределитель (Towler and Sinnott, 2013)

Небольшой поток жидкости можно диспергировать в поток газа с помощью распылительной насадки (рис. 8).

Рис. 8. Закачка жидкости в газ (Towler and Sinnott, 2013)

Смешивание твердого вещества и жидкости

Твердые вещества обычно добавляют к жидкости в резервуаре с мешалкой при атмосферном давлении.Чтобы обеспечить более точный контроль концентрации растворенных твердых веществ, смешивание твердых веществ и жидкостей часто выполняется как периодическая операция (Towler and Sinnott, 2013).

Большинство реакторов, используемых в промышленности, приблизительно соответствуют идеальному реактору периодического действия, PFR или CSTR. Фактически, реальные реакторы могут быть смоделированы как сети или комбинации нескольких реакторов с поршневым потоком и реакторов с мешалкой (Towler and Sinnott, 2013). Примеры реальных реакторов, которые приблизительно соответствуют схеме потока идеальных реакторов, показаны на рисунке 10.Эти реакторы будут обсуждаться более подробно в следующих разделах.

Рис. 10. Идеальные реакторы и некоторые реальные реакторы, которые примерно одинаковы по схеме потока (Towler and Sinnott, 2013)

Парожидкостные реакторы

Парожидкостные реакции важны во многих химических процессах. Например, реакции оксигенации и гидрирования обычно проводят с органическим компонентом в жидкой фазе (Towler and Sinnott, 2013).Сводка общих целей парожидкостных реакторов и реакторов, используемых для достижения этих целей, приведена в таблице 1.

Гол	Типы парожидкостных реакторов	Примеры
Поддерживать низкую концентрацию газового компонента в жидкости	Реактор с барботажной мешалкой Барботажный трубчатый реактор	Жидкофазное окисление с использованием воздуха Ферментеры
Контакт газа и жидкости над катализатором	Реактор с струйным слоем Реактор суспензионной фазы
Реагировать на компонент вне газовой фазы до высокой конверсии	Многоступенчатый контактор V / L (реактивная абсорбционная колонна) Скруббер Вентури	Хемосорбция Очистка кислых газов

Таблица 1. Краткое описание парожидкостных реакторов (Towler, 2012)

Если время пребывания достаточно короткое, предпочтительны колонны парожидкостного контактирования из-за большой площади для массопереноса. Тарельчатые или насадочные колонны могут использоваться для контакта пара и жидкости для реакции. Насадка колонки может быть каталитически активной или может быть инертной (Towler, 2012). Дополнительную информацию о типах процессов, используемых для достижения третьей из перечисленных целей, см. В разделе «Процессы разделения» на этом веб-сайте.

Баки с перемешиванием или трубчатые реакторы используются, когда требуется длительное время пребывания жидкой фазы (Towler and Sinnott, 2013). Эти и другие типы реакторов будут обсуждаться в разделе каталитических процессов на этой странице.

Реакторы, перечисленные под первой целью в таблице, являются уникальными для парожидкостных процессов. Основная концепция разбрызгивателя обсуждалась в разделе смешивания. Барботажные реакторы показаны на рисунке 11.

Рисунок 11. Барботажный резервуар с мешалкой и трубчатые реакторы (Towler, 2012)

Газ барботируется через жидкость в барботажном реакторе. Для пузырьков меньшего размера можно использовать диффузор из пористой трубы (Towler, 2012). Разработчик должен предусмотреть некоторое пространство для отсоединения в верхней части реактора, иначе унос будет чрезмерным. Если расход газа велик, поток газа можно использовать в качестве основного средства перемешивания. Справочник Perry предлагает следующие скорости воздуха (фут ³ / фут ² мин) для перемешивания открытого резервуара, полного воды, при давлении 1 атм:

Степень перемешивания	Глубина жидкости 9 футов	Глубина жидкости 3 фута
Умеренная	0.65	1,3
Полный	1,3	2,6
Насилие	3,1	6,2

Таблица 2. Сводка предлагаемых скоростей потока газа при перемешивании (Towler, 2012)

Каталитические процессы

Катализатор увеличивает скорость химической реакции, не подвергаясь ее постоянному изменению. Катализаторы позволяют проводить реакции в реакторах меньшего размера, работать при более низких температурах и улучшать селективность.Следовательно, катализаторы почти всегда приводят к более экономически привлекательному процессу, чем некаталитический путь (Towler and Sinnott, 2013). Катализаторы обычно выбираются на основе производительности, а не цены, поскольку повышение селективности катализатора почти всегда быстро окупает любую ценовую надбавку, ожидаемую производителем. Важно протестировать катализаторы в условиях, которые являются репрезентативными для условий процесса (Towler and Sinnott, 2013).

Активность катализатора часто со временем ухудшается (Towler, 2012).Общие причины деактивации включают:

• Отравление компонентами сырья (например, основание разрушает кислотный катализатор)
• Забивание пор или активных центров побочными продуктами, такими как кокс
• Термическая или гидротермальная модификация структуры катализатора

Потеря медленной активности может быть компенсирована:

• Добавление катализатора (меньшая объемная скорость)
• Медленно повышающаяся температура реактора

Быстрая потеря активности может потребовать перемещения катализатора в зону непрерывной регенерации (Towler, 2012).

Каталитические реакции могут быть либо гомогенными (катализатор находится в той же фазе, что и реагенты), либо гетерогенными (катализатор не находится в той же фазе, что и реагенты).

Гомогенный катализ

Гомогенный катализ можно проводить в основных реакторах периодического действия, PFR или CSTR, которые уже обсуждались. Однако, когда катализатор находится в той же фазе, что и реагент, восстановление этого катализатора после реакции может быть трудным и дорогостоящим, особенно если катализатор чувствителен к высоким температурам (Towler, 2012).Обеспечение адекватной межфазной поверхности также является проблемой гомогенного катализа. Реакция часто происходит только на границе раздела или в пограничном слое между катализатором и реагентами. Более интенсивное перемешивание может увеличить скорость и селективность реакции, но для этого может потребоваться подробное и дорогое оборудование для перемешивания (Towler, 2012). По этим причинам реакции, требующие гомогенных катализаторов, обычно не используются, если не будет найдено легкое разделение для извлечения катализатора.

Гетерогенный катализ

Восстановление катализатора в процессах, включающих гетерогенный катализ, намного проще.Однако скорость реакции ограничена доступной площадью межфазной поверхности и массопереносом реагентов и продуктов к границе раздела и от него (Towler, 2012). Следовательно, реакторы для этих процессов спроектированы так, чтобы уменьшить эти ограничения.

В реакторе с неподвижным слоем реагент течет над неподвижным слоем уплотненного катализатора (Towler and Sinnott, 2013). Это наиболее распространенный тип реакторов, используемых для гетерогенного катализа, если катализатор не требует непрерывной регенерации, а реакционная смесь не требует сильного перемешивания (Towler, 2012).Необходимое количество катализатора можно найти с помощью следующих уравнений:

Отношение высоты слоя (L) к диаметру (D) определяет распределение реагентов и падение давления в слое. Повышенное соотношение L / D создает более равномерное распределение и меньшее изменение локальной деактивации или «горячих точек». Однако увеличение отношения L / D увеличивает падение давления, что требует более высоких затрат на сжатие и перекачку (Towler, 2012).Уравнение Эргуна можно использовать для расчета падения давления в уплотненных слоях.

Где V — приведенная скорость (объемный расход, деленный на площадь поперечного сечения), μ — вязкость, D _p — диаметр частицы, а ε — пористость уплотненного слоя (Towler, 2012). Учитывая эти компромиссы, может иметь смысл разделить катализатор на несколько слоев (Towler, 2012).

Когда имеется очень небольшой перепад давления, отношение L / D должно быть намного меньше, чем это (Towler, 2012).Обычным решением этой проблемы является использование реактора с радиальным потоком, в котором катализатор содержится в кольцевом пространстве между вертикальными перфорированными или щелевыми экранами. Жидкость проходит через слой в радиальном направлении, и направление потока может быть как внутрь, так и наружу (Towler and Sinnott, 2013). Пример реактора с радиальным потоком показан на рисунке 12.

Рис. 12. Реактор с радиальным потоком (Towler, 2012)

Реактор с подвижным слоем похож на реактор с радиальным потоком, но катализатор перемещается через кольцевое пространство (Towler, 2012).

Если поток жидкости идет вверх через слой катализатора, то слой может стать псевдоожиженным, если падение давления достаточно велико, чтобы выдержать вес катализатора. Псевдоожиженные слои обычно имеют меньшее падение давления, чем нисходящий поток при высоких расходах (Towler, 2012). Кроме того, псевдоожижение катализатора облегчает переход из одной реакционной зоны в другую.

Слой катализатора псевдоожижается с помощью распределителя для нагнетания псевдоожижающей жидкости, которая не обязательно является сырьем.Псевдоожижение происходит, когда падение давления в слое уравновешивает вес частиц или

Где ∆P — перепад давления, ρ _p и ρ _г — плотности частиц и газа соответственно, ε _м — пористость при минимальном псевдоожижении, а L — высота кровати (Towler, 2012). Псевдоожижение можно использовать только с частицами относительно небольшого размера (<300 микрометров с газами).Твердый материал должен быть достаточно прочным, чтобы противостоять истиранию в псевдоожиженном слое, и достаточно дешевым, чтобы можно было восполнить потери при истирании (Towler and Sinnott, 2013). В реакторах с псевдоожиженным слоем также необходимо учитывать отделение жидкофазного продукта от увлеченных твердых частиц, чтобы твердые частицы не выносились из реактора (Towler and Sinnott, 2013).

Реакторы с струйным слоем используются, когда в реакции участвуют все три фазы.Они должны обеспечивать хорошее распределение как пара, так и жидкости, без образования каналов какой-либо фазы (Towler, 2012). В реакторе с тонким струйным слоем жидкость стекает по поверхности неподвижного слоя твердых частиц. Газовая фаза обычно также течет вниз вместе с жидкостью, но противоток возможен, если не допускаются условия затопления (Towler and Sinnott, 2013). Это требует более сложного распределителя, такого как те, которые используются для насадочных ректификационных колонн (Towler, 2012). Пример реактора с тонким струйным слоем показан на рисунке 13.

Рис. 13. Пример реактора с тонким струйным слоем (Towler, 2012)

Жидкость смешивается с жидкостью в реакциях суспензионной фазы. Шламовые реакторы склонны к истиранию твердых частиц, вызванному перекачкой или перемешиванием жидкости (Towler and Sinnott, 2013). Работа в суспензионной фазе обычно не является предпочтительной для процессов, в которых используются гетерогенные катализаторы, поскольку катализатор имеет тенденцию к эрозии и его трудно восстановить из жидкости (Towler and Sinnott, 2013).

Биореакторы

Биореакторы предъявляют повышенные требования к сложности по сравнению с более простыми химическими реакторами. Эти реакции часто бывают трехфазными (клетки, вода и воздух), требуют стерильной операции и отвода тепла (Towler, 2012). Однако биологические системы обладают следующими преимуществами:

• Некоторые продукты можно производить только биологическим путем.
• Можно производить большие молекулы, такие как белки
• Избирательность по желаемому продукту может быть очень высокой
• Продукция часто бывает очень ценной

Ферментный катализ

Ферменты — это биологический эквивалент катализаторов.Иногда их можно выделить из клеток-хозяев. Обычно это белки, поэтому большинство из них термически нестабильны при температуре выше ~ 60 градусов Цельсия и активны только в воде при ограниченном pH (Towler, 2012). Иногда ферменты могут абсорбироваться на твердом теле или инкапсулироваться в гель без потери своей структуры. В этом случае их можно использовать в обычном реакторе с неподвижным слоем. Обычно гомогенные реакции проводят в реакторах периодического действия.

Дизайн и отбор микроорганизмов

В качестве альтернативы ферментному катализатору для производства интересующего химического вещества можно использовать сконструированные микроорганизмы.Этим продуктом могут быть сложные биологические соединения, терапевтические белки или товарные пластмассы и топливо (Westfall 2011). Клетки-хозяева в качестве платформы для модификации до сих пор включали клетки бактерий, дрожжей и млекопитающих (Schmidt 2005). Эффективность биореактора сильно зависит от эффективности используемого микроорганизма. Неэффективная клетка-хозяин, которая плохо справляется с производством желаемого продукта, всегда приводит к плохо спроектированному биореактору, независимо от используемого оборудования или условий.Кроме того, конструкция биореактора в значительной степени основана на идеальных условиях роста микроорганизма. Как показано в этом разделе, конструкция и / или выбор микробного хозяина тесно связаны с конструкцией биореактора. Выбор хозяина требует определенных условий в реакторе, и в случае генно-инженерных микробов клетки должны быть спроектированы для работы в условиях, которые возможны и доступны с современной технологией биореакторов. Этот процесс может включать в себя тщательную конструирование нового микроорганизма, большой скрининг высокопродуктивных штаммов или, что наиболее вероятно, сочетание того и другого.Этот этап процесса проектирования биореактора требует тесного сотрудничества между технологическими инженерами и микробиологами.

Цели ферментации

Как правило, ферментация преследует следующие цели, многие из которых напрямую связаны с выбором микроорганизмов (Shuler 2002).

Стоимость, доходность и производительность

Цель эффективного микробного хозяина приводит к четырем параметрам, которые связывают производительность микробов с общей производительностью реактора.Общая производительность ферментации для периодического процесса и периодического процесса с подпиткой может быть оценена как

где представляет концентрацию желаемого продукта, концентрацию клеток и удельную продуктивность в массе продукта на массу клеток. за раз. Рост клеток можно смоделировать уравнением

где — удельная скорость роста за раз.Желательными значениями этих параметров для масштабированного бактериального процесса являются производительность 0,1 г / л-час и скорость роста 0,2-0,7 л / час. Как обсуждается ниже, эти параметры специфичны для клеточных линий, и их сложно подобрать ортогонально.

Помимо роста и образования продукта, при выборе эффективного микроорганизма важно учитывать потребление субстрата. Часто высокие титры продукта могут быть получены с чрезмерным расходом субстрата, что приводит к большим затратам и нереалистичным размерам реактора.Чтобы лучше понять использование субстрата, проще всего просмотреть состав организма и продукта в целом для определения требований к субстрату, как показано в следующих таблицах.

Таблица 1. Примерный состав распространенных типов ячеек.

Таблица 2. Примерные требования к элементам.

Хотя требуется много элементов, нет необходимости моделировать их все. Для оценки потребления корма полезно смоделировать потребление химикатов организмом на элементном уровне только для первых четырех.

где w, x, y, z обозначают состав подложки, r, s, t обозначают относительный состав клеток, а j, k, l, m обозначают состав продукта. В одиночку это расчетное уравнение не может быть решено для единственного решения. Вместо этого требуются два дополнительных параметра, специфичных для клетки-хозяина. и представляют выход клеточной массы и массы продукта на массу подаваемого субстрата.Эти параметры характеризуют, как клетка-хозяин использует свой корм, и, опять же, их сложно ортогонально спроектировать. Используя это стехиометрическое уравнение дизайна и желаемую скорость образования продукта, можно рассчитать степень использования субстрата. Таким образом, общий выход ферментации в значительной степени зависит от этих четырех параметров конструкции организма, а также.

Для непрерывной ферментации процесс имеет ту же зависимость от этих параметров, которые указаны в следующем расчетном балансе массы.

Выделение и очистка продукта

Последующая обработка продукта в первую очередь зависит от природы и химических свойств самого продукта. Например, отдельный внутриклеточный белок может быть очень трудно отделить от других внутренних органов клетки. Однако выбор микроорганизма может иметь значительное влияние на ранние стадии разделения, в частности, на отделение продукта от клеточной массы.Главное — выводится ли продукт из клеток. Бактерии, такие как E. coli , не имеют многих механизмов, необходимых для выделения желаемого продукта в ферментационный бульон. Это требует лизиса клеток на ранней стадии последующей обработки и отделения продукта от внутренних органов клетки. Этот процесс будет выполняться партиями, которые можно оптимально спланировать по времени, чтобы максимально использовать оборудование для ферментации и разделения (Biegler 1997). С другой стороны, клетки млекопитающих и дрожжи могут быть сконструированы или подвергнуты скринингу для выделения интересующего продукта в ферментационный бульон.Этот процесс устраняет необходимость стадии лизиса и значительно упрощает очистку продукта. Это также делает реактор особенно пригодным для непрерывной ферментации (Huang 2008). Кроме того, эукариотические клетки могут производить более сложные продукты, такие как гликозилированный белок. Гликозилирование белков — это механизм, который только недавно был реализован у бактерий (Nothaft, 2010). В таблице ниже указаны преимущества и недостатки различных типов организмов.

Таблица 3.Сравнение типов ячеек.

Условия эксплуатации, оборудование и масштабирование

Для инженера-технолога важно выбрать микроорганизм, который может работать в разумных условиях реактора.

• Корм: Микроб должен демонстрировать желаемые конструктивные параметры при выращивании на корме, который не является ограничивающим с коммерческой или экономической точки зрения. Ниже приведены несколько распространенных источников питания биореакторов.

Таблица 4. Распространенные доступные микробные корма.

• Тепло: микроб должен демонстрировать желаемые конструктивные параметры при температуре, которую разумно поддерживать в биореакторе.Поскольку при ферментации выделяется чрезмерное тепло из-за разрушения субстрата, это обычно включает охлаждение реактора до температуры от температуры окружающей среды до 37 ° C (Towler 2012). Микробный хозяин, которому требуются слишком высокие или низкие температуры, не поддается контролируемой ферментации. Это особенно заметно в случае экстремофилов — микробов, которые живут в экстремальных условиях и часто демонстрируют от природы высокие титры ценных продуктов. В этом случае необходимо сконструировать экстремофила или выбрать более разумную клетку-хозяина.

• Кислород: Микробы обычно могут расти в аэробных или анаробных условиях. Часто образование и рост продукта будут благоприятными в аэробных условиях. В этом случае важно учитывать потребность в кислороде для поддержания аэробных условий и гарантировать, что спроектированный биореактор может удовлетворить потребности организма при желаемых скоростях роста и концентрациях. При разработке микроорганизма важно не требовать, чтобы скорость использования кислорода превышала то, что может обеспечить разумный биореактор.

Проблемы конструирования микроорганизмов

Клетки должны быть сконструированы таким образом, чтобы производить гетерологичный продукт через рекомбинантную ДНК. Для терапевтического белка это включает идентификацию последовательности ДНК, кодирующей белок, и экспрессию этой ДНК в клетке-хозяине (Seider 2004). Для товарной молекулы ферменты, катализирующие синтез этой молекулы, должны быть идентифицированы и экспрессированы в клетке-хозяине. Конструирование микроорганизмов представляет собой ряд серьезных проблем.Многие компании избегают этой проблемы, проверяя известные микроорганизмы на наличие штаммов, которые естественным образом производят высокие титры продукта, или близких предшественников. Экспрессия гетерологичных генов в клетках вызывает сильный стресс и нарушает естественный метаболический баланс.

Есть много методов, используемых для конструирования микроорганизмов. В основном они включали манипулирование и доставку гетерологичной ДНК в линию клеток-хозяев для генетического манипулирования ее фенотипом. Однако, поскольку эта вики посвящена проектированию для инженера-технолога, эти методы не обсуждаются.Вместо этого будут разъяснены аспекты дизайна организма, которые влияют на параметры процесса, демонстрируемые организмом. Это в основном включает в себя балансирование наблюдаемого и поддержание высокой производительности и темпов роста.

Метаболическая инженерия изучает способы снятия этих стрессов путем «перепрограммирования» сетей синтеза внутри клеток (Stephanopoulos, 1998). Он состоит в основном из двух частей. Первый включает построение в клетках чужеродных биохимических путей. Это необходимо, если хост еще не производит желаемый продукт.В хозяине экспрессируются ферменты, которые катализируют правильные реакции синтеза продукта. Это часто создает нагрузку на клетки, поскольку отвлекает ресурсы клетки на продукт, который обычно используется где-то еще, например, для роста. Второй аспект метаболической инженерии включает манипулирование и балансирование метаболических потоков внутри клетки. Это включает в себя контроль экспрессии ферментов, чтобы клетка производила достаточно продукта, но при этом имела достаточно ресурсов для роста до приемлемого уровня.Иногда может быть выгодным стимулировать выработку продукта только после того, как клетки вырастут до высокой концентрации. Это требует, чтобы гетерологичная ДНК экспрессировалась индуцибельным промотором. Например, производство продукта может быть вызвано переключением сырья на метанол (Yurimoto 2000).

Одной из стратегий метаболической инженерии является белковая инженерия. Это просто включает в себя разработку или случайное тестирование белков, обычно ферментов, для улучшения или изменения их функции.Это используется в сочетании с метаболической инженерией, чтобы либо создать новые пути, либо сбалансировать существующие пути.

Примеры из практики

В этом разделе рассматриваются два тематических исследования. Производство пенициллина является первым крупным промышленным микроорганизмом. Более современное производство артемизинина из бактерий служит каноническим примером дизайна микроорганизмов.

Производство пенициллина

В 1928 году Александр Флеминг обнаружил, что плесень Penicillium notatum производит вещество, убивающее бактерии.Продукт получил название пенициллин и не изучался почти 10 лет. С началом Второй мировой войны потребность в эффективных антибиотиках стала причиной характеристики пенициллина. Он был очищен для изучения биохимиками и оказался чрезвычайно эффективным. Теперь существовал спрос на массовое производство лекарства, которое в то время традиционно осуществлялось путем химического синтеза. Однако хрупкость и сложность пенициллина вынудили американские фармацевтические компании продолжить процесс ферментации, используя преимущества биологических механизмов, уже существующих для производства молекулы.Разработка этого нового промышленного процесса включает две основные задачи, обе из которых связаны с выбором оптимального микроорганизма. Во-первых, продукт производился в небольших количествах, а для промышленного производства требовались повышенные концентрации продукта. Во-вторых, организм должен был работать на воспроизводимом, определяемом уровне в больших масштабах с большими, часто анаэробными резервуарами. Были выделены и охарактеризованы сотни штаммов Penicillium, из которых было выбрано Penicillium chrysogenum , которые продуцировали пенициллин на два порядка выше, чем другие протестированные штаммы.Это позволило получить концентрацию продукта в масштабных биореакторах 0,001 г / л. Это число является чрезвычайно низким по сегодняшним стандартам и представляет собой серьезную проблему очистки. Очистке способствует выведение пенициллина плесенью, что является основным преимуществом эукариотической ферментации. Сегодня, после бесчисленных итераций модификации штаммов, концентрация продукта превышает 50 г / л (Shuler 2002).

Артемизинин Производство

Артемизинин является эффективным противомалярийным препаратом и предпочтительным препаратом для лечения паразита Plasmodium falciparum .Еще десять лет назад доступ к этому важному препарату был ограничен в нескольких частях мира. С тех пор биоинженеры успешно разработали микроорганизмы, которые могут продуцировать артемизинин на достаточно высоких уровнях, чтобы обеспечить значительный рост доступности во всем мире.

Артемизинин получают из травы Artemisia annua . К сожалению, на заводе он производится в следовых количествах. Очистка сложна и требует невозможного количества растительной биомассы. Попытки разработать естественный путь синтеза артемизинина не увенчались успехом.Путь синтеза артемизинина in vivo в значительной степени неизвестен. Хотя генетическая манипуляция экспрессией нескольких ферментов повысила урожайность, производство не находится на уровне, доступном для биореактора. Параллельно стратегии производства артемизинина посредством химического синтеза или биохимических путей in vitro столкнулись с аналогичными проблемами.

Успех в производстве артемизинина достигается за счет искусственно созданных микроорганизмов. Наивысшие титры продукции на сегодняшний день являются результатом гетерологичной экспрессии ферментных путей из растений как в бактериях Escherichia coli , так и в дрожжах Saccharomyces cerevisiae , с E.coli видит больший успех. В настоящее время E. coli может достичь 450 мг / л продукта через 60 часов, а S. cerevisiae может достичь 153 мг / л за 16 дней. Эти успехи были достигнуты с помощью трех методов. Во-первых, метаболические пути предшественников артемизинина были собраны в микроорганизмах из ряда источников. Во-вторых, несколько ферментов были мутированы, чтобы улучшить или немного изменить их функцию. В-третьих, экспрессия гена каждого фермента была настроена для оптимизации количества фермента, необходимого для каждой стадии синтеза.Эти методы позволили продуктивности клеток оставаться высокой, сохраняя при этом стабильную скорость роста. Микроорганизмы, которые демонстрируют этот баланс выхода клеток и выхода продукта, идеально подходят для биореакторов (Arsenault 2010).

Рост клеток

Рост клеток проходит несколько фаз в течение партии, как показано на рисунке 15.

Рис. 15. Рост клеток и образование продукта при периодической ферментации (Towler and Sinnott, 2013)

• I: Инокуляция: медленный рост, пока клетки адаптируются к новой среде.
• II: Экспоненциальный рост: скорость роста пропорциональна клеточной массе
• III: Медленный рост субстрата или другие факторы начинают ограничивать скорость
• IV: Стационарная фаза: скорость роста клеток и уровень смертности равны
• В: Фаза упадка: клетки отмирают или образуют споры, часто вызванные накоплением продукта.

Инокуляция

Иннокуляция или фаза задержки — это первая стадия роста клеток в процессе периодической ферментации.Наблюдается минимальное увеличение плотности клеток. Эта фаза наименее изучена учеными, но была замечена с конца 19 века. Отсутствуют данные, которые могли бы адекватно объяснить физиологические и молекулярные процессы, происходящие на этом этапе.

Экспоненциальный рост

Экспоненциальная фаза, также известная как фаза логарифмического роста, возникает, когда клетки приспосабливаются к своим новым условиям. Они ныряют с постоянной скоростью, что приводит к экспоненциальному увеличению количества клеток в соответствии с кинетикой первого порядка.Уравнение ниже иллюстрирует этот процесс:

Рост клеток часто ограничивается субстратом, что означает, что рост будет плато, когда субстрат станет менее доступным. Скорость роста клеток можно измерить с помощью различных форм ингибирования. Эти формы включают ингибирование субстратом, ингибирование продукта и ингибирование токсичных соединений.

Стационарная фаза

Стационарная фаза наступает, когда количество умирающих и делящихся клеток достигает равновесия. Это может быть вызвано истощением одного или нескольких питательных веществ для роста, накоплением токсичных побочных продуктов, индукцией гена.Индукция создает стрессовую среду для клеток и увеличивает уровень смертности. На этой фазе производство первичного метаболита прекращается, но производство вторичного метаболита может продолжаться.

Фаза спада

Фаза упадка или гибели наступает, когда скорость гибели клеток превышает скорость их образования. Он представлен следующим уравнением кинетики первого порядка:

Измерение роста

Один из простых способов быстро построить кривую роста — это измерить оптическую плотность с помощью спектрофотометра.Берется образец ферментационной жидкости, и оптическая плотность образца измеряется спектрофотометром. Затем измеренное значение объединяется с предыдущими измерениями и может быть построена кривая. Одним из недостатков этого метода является то, что измеряются и учитываются как жизнеспособные, так и нежизнеспособные клетки.

Накопление внутриклеточного продукта сначала происходит медленно, потому что количество клеток ограничено (Towler, 2012). Однако важно отметить, что накопление продукта продолжается даже после того, как количество живых клеток падает, поскольку мертвые клетки все еще содержат продукт.

Скорость роста клеток может быть ограничена такими факторами, как:

• Наличие первичного субтрата
  • Обычно глюкоза, фруктоза, сахароза или другие углеводы
• Наличие других метаболитов
  • Витамины, минералы, гормоны или кофакторы ферментов
• Наличие кислорода
• Массообменные свойства реакционной системы
• Ингибирование или отравление продуктами или побочными продуктами
• Высокая температура из-за недостаточного отвода тепла

Все эти факторы усугубляются при более высоких концентрациях клеток (Towler, 2012).Ясно, что биологические реакции необходимо тщательно контролировать. Дополнительная сложность в работе с биологическими реакциями заключается в том, что образование продукта часто не связано напрямую со скоростью потребления субстрата (Towler, 2012). Это связано с тем, что продукт может производиться клетками в относительно низкой концентрации, и тем фактом, что некоторые метаболические процессы клетки могут не участвовать в образовании желаемого продукта (Towler, 2012).

Пакетный или непрерывный

Партия

Биореакторы периодического действия представляют собой большинство промышленных процессов.Для этого требуется фаза стерилизации и инокуляция питательной среды микроорганизмами до того, как реакция может произойти. Некоторые преимущества пакетных систем включают (William, 2002):

• Сниженный риск загрязнения из-за короткого времени роста
• Меньшие капитальные вложения
• Больше гибкости для биологических систем

К недостаткам можно отнести:

• Промежуточные шаги, вызывающие снижение уровня производительности
• Высокие затраты при подготовке культуры к посеву
• Повышенные гигиенические риски из-за тесного контакта с микроорганизмами

Непрерывный

Для непрерывного процесса среда, которая либо стерильна, либо содержит бактерии, непрерывно подается в биореактор для поддержания устойчивого состояния.Некоторые преимущества непрерывных систем включают (William, 2002):

• Возможности автоматизации
• Снижение затрат на рабочую силу
• Меньше времени на стерилизацию и подготовку
• Постоянное качество продукции

К недостаткам можно отнести:

• Допускаются только небольшие изменения в процессе
• Качество кормов необходимо определять и поддерживать
• Более высокие инвестиционные затраты
• Риск мутации клеток из-за непродолжительного культивирования

Практический пример: партия по сравнению с непрерывной

Исследовательская группа сравнила скорость производства фермента ксиланазы.Нитчатые грибы выделяют этот фермент в среду во время ферментации и обладают гораздо большей активностью, чем дрожжи и бактерии. Этот фермент увеличивает прирост массы тела животных. Он также используется для предварительного отбеливания в бумажной промышленности, а также помогает регулировать вязкость теста в хлебопекарной промышленности. Наконец, его можно использовать для производства топлива и химического сырья (Бакри, 2012).

Из-за характера постоянного состояния, группа предсказала, что этот вариант должен дать более высокие результаты.Непрерывное брожение не требует времени на очистку и стерилизацию новых партий. Клетки выращивали в 3-литровом ферментере Electro-lab с гидролазной средой из соломы ячменя. Для порционной части эксперимента реактор был заполнен 1,5 литрами среды и засеян концентрацией миллиона спор на миллилитр. Для непрерывной части эксперимента среду закачивали в биореактор с помощью перистальтического насоса со скоростью 75 миллилитров в час. Скорость была выбрана с учетом сохранения 1.5 литров культуры во время процесса (Бакри, 2012).

Результаты как для периодического, так и для непрерывного методов показаны ниже:

Рисунок 16: Производство ксиланазы периодическим методом

Рисунок 17: Производство ксиланазы непрерывным методом

Рисунок 18: Сравнение продуктивности ксиланазы при периодическом и непрерывном способах

Это тематическое исследование показывает, что, хотя концентрация ксиланазы была выше в периодическом режиме, самая высокая продуктивность наблюдалась в непрерывном методе.Урожайность увеличилась почти в восемь раз, что свидетельствует о том, что непрерывное культивирование является лучшим методом производства (Бакри, 2012).

Массообмен для биореакторов

Важно помнить о массопереносе, поскольку он часто становится ограничивающим этапом всего процесса. Для точного проектирования и масштабирования биореакторов необходимо знать объемный коэффициент переноса кислорода. Следующее уравнение показывает баланс массы растворенного кислорода в хорошо перемешанном реакторе при отсутствии биомассы:

Переменные, влияющие на значения, в основном зависят от конфигурации крыльчатки, скорости и аэрации.Увеличение расхода газа приводит к увеличению значений (Карими, 2013).

Типы биореакторов

Ферментер с мешалкой — это наиболее распространенный реактор, используемый для биологических реакций (Towler, 2012), он похож на упомянутые ранее резервуары с мешалкой. Его можно использовать как в пакетном, так и в непрерывном режиме. На рисунке 14 показан ферментер с мешалкой.

Рисунок 14. Реактор ферментации (Towler and Sinnott, 2013)

Безвальные биореакторы используются, когда уплотнение вала насоса считается недопустимым источником загрязнения. В этих реакторах для перемешивания жидкости используется поток газа. Конструкция требует особого внимания к гидравлике (Towler, 2012). Примеры безвальных биореакторов показаны на рисунке 15.

Рисунок 15. Примеры биореакторов без вала (Towler, 2012)

Биореакторы WAVE представляют собой альтернативу стандартным биореакторам из нержавеющей стали. Эти реакторы являются гибкими и одноразовыми, что сокращает время между партиями и обеспечивает более стерильную среду. Эти одноразовые реакторы в основном используются в культуре клеток млекопитающих. Три слоя пластика — это минимум, необходимый для строительства. Первый — это структурный слой, за которым следует барьерный слой, обеспечивающий проницаемость.Последний слой, слой, контактирующий с жидкостью, разработан с учетом инертности и поддержания хорошей герметичности (Bioprocess, 2013).

Рис. 16. Пример биореактора WAVE (GE Health, 2016).

Биореакторы с насадочным слоем устроены таким образом, что клетки иммобилизуются и помещаются на крупные частицы. Хотя они относительно просты в изготовлении, они могут иметь проблемы с закупоркой или плохой транспортировкой кислорода.Существует три типа потока: нисходящий поток, восходящий поток и метод рециркуляции. В промышленности предпочтительным является восходящий поток, особенно когда во время ферментации выделяется газ (Prieto, 2003).

Рис. 17. Пример биореактора с уплотненным слоем (Kang, 2000).

Анаэробные реакции используются в производстве этанола, виноделии, пивоварении и очистке сточных вод.Благодаря своей давней истории, эти процессы стали хорошо известными, и улучшения включают снижение стоимости производства за счет новых технологий. Хотя непрерывное производство пива было запатентовано в больших масштабах, большая часть инвестиций по-прежнему сосредоточена на серийном производстве (William, 2002).

Предотвращение загрязнения

Поскольку клетки легко подвергаются воздействию как нежелательных химикатов, так и других веществ в реакторе, биореакторы должны быть спроектированы таким образом, чтобы избежать загрязнения (Towler 2013).Бактериальные споры представляют собой наиболее сложную задачу стерилизации биореактора. Споры бактерий — это спящие и не репродуктивные структуры, продуцируемые небольшим количеством бактерий. Поскольку они предназначены для обеспечения выживания бактерий во время стресса окружающей среды, они термостойкие. Чтобы гарантировать уничтожение всех спор в среде, среду необходимо стерилизовать (Shuler 2002). Существует множество методов стерилизации, в том числе фильтрующая, химическая, термическая и радиационная. Термическая стерилизация паром является наиболее распространенным методом, так как это наиболее экономичный метод для крупномасштабных реакторов.Химические вещества не могут быть токсичными для продукта, а УФ-излучение не может легко проникать в жидкости. Стерилизация паром происходит либо в резервуаре для ферментации в виде периодической стерилизации, либо в аппарате непрерывного действия перед резервуаром для ферментации (Seider 2004).

Кинетика смерти

Кинетика смерти, связанная с стерилизацией, обычно может быть описана кинетикой первого порядка, но, поскольку необходимо удалить практически все контаминанты, она обычно описывается в вероятностных терминах (Towler 2013).Удельную смертность организма от тепловой инактивации можно описать как

где — удельная смертность, — постоянная Преаррениуса, — энергия активации для индивидуальной смерти, а Т — температура. Стерилизация обычно предназначена для Bacillus stearothermophilus, поскольку это один из наиболее термостойких потенциальных загрязнителей. При проектировании стерилизации необходимо также учитывать уровень смертности от витаминов в питательной среде, поскольку может быть нарушена пищевая ценность питательной среды.-1 для спор и витаминов соответственно. Типичные значения энергии активации для индивидуальной смерти составляют 65 и 10 ккал / моль для спор и витаминов соответственно (Jewett 2016).

Число жизнеспособных особей после стерилизации можно описать как

где N — количество жизнеспособных особей, — количество изначально присутствующих загрязнителей, а t — время.Вероятность заражения культурой тогда может быть описана как

Эта вероятность также может быть определена с помощью таблицы стерилизации, используя тест споры () и, как показано на рис. 16. Для обеих партий используются одни и те же уравнения. и непрерывная стерилизация, но заражение спор будет рассчитываться по-другому, что будет обсуждаться в следующих разделах (Shuler 2002).

Рис.18. Таблица стерилизации (Shuler 2002).

Стерилизация жидкостей

Партия

Стерилизация партии используется для небольших ферментеров (Biegler 1997). Обычно это выполняется при 121˚C. Это более широко используемый метод, поскольку это более простая операция, чем непрерывная стерилизация, и в среду не добавляются дополнительные материалы. Недостатками периодической стерилизации являются тепловые задержки и неполное перемешивание. Требования к отоплению также выше.(DiLeo 2000). Время нагрева и охлаждения от 121 ° C до 37 ° C обычно больше, чем время при температуре стерилизации, и может повредить витамины и белок в среде (Shuelr 2002). Пробу спор для стерилизации партии можно рассчитать с помощью следующего уравнения

где — исходная концентрация спор в среде, а — общий объем среды (Shuler 2002).

Непрерывный

Кратковременное воздействие и высокая температура непрерывной стерилизации легче контролировать, они меньше повреждают среду и сокращают время простоя ферментера. Он также более эффективен, поскольку нагревает небольшие части входящего потока за один раз, а не использует энергию для одновременного нагрева, удержания и охлаждения всего объема среды. (DiLeo 2000). Однако недостатками являются разбавление среды за счет впрыска пара и вспенивания.(Шулер 2002). Обычный процесс непрерывной стерилизации состоит из подачи пара в среду для ее нагрева, прохождения среды через секцию выдержки для достижения желаемого времени пребывания и последующего мгновенного охлаждения среды. Мгновенное охлаждение предотвращает загрязнение охлаждающей водой (Towler 2013). Диаграммы и температурные профили периодической и непрерывной стерилизации показаны на рис. 19. Пробу спор при непрерывной стерилизации можно рассчитать с помощью следующего уравнения

где — удерживаемый объем в реакторе, — время пребывания, а t — время, проведенное в непрерывном режиме (Jewett 2016).

Рис. 19. Диаграммы и температурные профили периодической и непрерывной стерилизации (Shuler 2002).

Проблемы, связанные со стерилизацией, значительно возрастают с увеличением масштаба, поскольку методы стерилизации, используемые для реакций лабораторного уровня, неприемлемы для реакций промышленного масштаба. При той же самой среде температуры и времени стерилизации может быть достаточно для реактора малого масштаба, но не для реактора большего размера.4 спор / л, вероятность заражения в реакторе объемом 1 л будет 0,003, а в реакторе объемом 10 000 л будет примерно 1.

Прочие соображения

Поскольку споры прорастают во влажной среде, что облегчает их уничтожение, как вегетативные клетки, для стерилизации предпочтительнее влажное тепло. Соединения в стерилизационном оборудовании должны быть стерилизованы паром, и следует избегать образования воздушных карманов. Трубы должны иметь наклон во избежание образования конденсатных скоплений, а оборудование следует испытывать под давлением на предмет утечек.Следует убедиться, что жизнеспособные клетки-хозяева не попадают в потоки отходов и не попадают в окружающую среду, а выходящие газовые потоки также необходимо фильтровать, чтобы предотвратить утечку микробов в окружающую среду (Jewett, 2016).

Если стерилизуемая среда содержит термочувствительные материалы, следует использовать стерилизацию фильтром вместо пара. Фильтрация также используется для стерилизации технологического воздуха, используемого в системе. Используются микропористые фильтры, поэтому среду необходимо предварительно фильтровать от более крупных частиц, чтобы микропористый фильтр не засорялся.-1 и 10 ккал / моль (Jewett, 2016).

• Чтобы рассчитать время, необходимое для стерилизации среды:

Используйте таблицу стерилизации (рис. 18), с помощью и, чтобы получить

Чтобы найти k_d,

Использование

и

найти

• Чтобы найти концентрацию активного витамина после стерилизации,

Первая находка

, г.

Затем используйте уравнение,

Стерилизация газов

Практически все процессы производства биофармацевтических препаратов включают аэрацию и, следовательно, требуют огромных объемов воздуха.Для пятидневной ферментации может потребоваться до 200000000 л воздуха, и, поскольку он закачивается в среду, воздух должен быть полностью стерильным. В воздухе обычно содержится около 1-10 микробов на литр.

Компрессоры необходимы для таких больших объемов воздуха, а адиабатическое сжатие воздуха увеличивает температуру примерно до 150-220 ° C, а для уничтожения спор воздух должен иметь температуру около 220 ° C в течение около тридцати секунд.Таким образом, сжатие помогает стерилизовать воздух, но поскольку воздух быстро охлаждается на выходе из компрессора, а трубы трудно поддерживать в стерильном состоянии, необходима фильтрация для обеспечения стерильности поступающего воздуха после его выхода из компрессора и попадает в реактор.

Фильтрация газов осуществляется глубинными или поверхностными фильтрами. В прошлом угольные слои со стекловатой использовались в качестве глубинного фильтра, но если фильтр намокнет, он больше не будет работать, поскольку мокрый фильтр обеспечивает легкий путь для проникновения загрязняющих веществ.Загрязнитель также должен был вступить в контакт со стекловатой и остановить прилипание. Эти фильтры повреждаются при стерилизации паром, так как со временем они затвердевают и усаживаются. Мембранные картриджные фильтры в качестве поверхностных фильтров сейчас чаще используются в промышленности, так как они могут намокать и продолжать задерживать загрязнения. Эти фильтры используют эффект просеивания для удаления частиц, поскольку мембраны имеют равномерно маленькие поры, которые препятствуют прохождению частиц с большим радиусом. Эти фильтры также можно стерилизовать паром, не повредив их.Оба типа фильтров увеличивают падение давления в реакторе, поскольку стоимость энергии, необходимой для сжатого воздуха для этих процессов, велика, а на обработку воздуха может приходиться четверть производственных затрат. Однако, поскольку высокие затраты связаны с потерей партии из-за загрязнения, необходимо сбалансировать стерильность, обеспечиваемую данным фильтром, с минимизацией падения давления в реакторе (Shuler 2002).

Стерильный отбор проб

Отбор проб среды в реакторе необходим для обеспечения качества продукта, но он также несет в себе риск загрязнения среды.Отбор проб для биореактора обычно проводится примерно пять раз в день. Типичное устройство для отбора проб показано на рис. 20. Клапан для отбора проб на реакторе соединен с конденсатоотводчиком для поддержания парового барьера между реактором и окружающей средой. К реактору присоединяют стерилизованное устройство для отбора проб, а к устройству для отбора проб присоединяют клапан. Пар проходит через систему в течение примерно тридцати минут, а затем клапаны на реакторе и устройстве для отбора проб открываются, чтобы удалить образец (Chisti 1992).

Рис. 20. Схема типичного пробоотборного устройства с фильтром (Чисти, 1992).

Очистка

Очистка емкости для ферментации в конце производственного цикла необходима для удаления остаточных субстратов, которые могут привести к загрязнению будущих партий. Очистка состоит из следующих этапов стирки:

1.Мойка струей воды под высоким давлением

2. Промыть щелочным чистящим раствором, обычно 1M NaOH.

3. Промыть водопроводной водой.

4. Промыть кислотным чистящим раствором, обычно 1M азотной или фосфорной кислотой.

5. Промыть водопроводной водой.

6. Промойте деионизированной водой.

Сосуд опорожняется после каждого из этих шагов. По этой причине в емкости не должно быть внутренних мертвых зон, где мог бы скапливаться материал.Кроме того, из-за многократного опорожнения и наполнения емкости очистка приводит к значительному времени простоя между партиями (Towler 2013). Система очистки на месте (CIP) с перекачивающей проточной пластиной может облегчить очистку, поскольку она соединяет все биореакторы и перекачивающие трубы на установке в одну систему очистки, как показано на рисунках 21 и 22. Перемещающая пластина имеет съемную конструкцию. секции трубопровода, обеспечивающие защиту от смешивания различного содержимого биореактора (Чисти, 1994).

Рисунок 21. Пример системы очистки на месте с тремя биореакторами и резервуаром CIP (Чисти, 1992).

Рис. 22. Доставка жидкостей CIP в биореактор (Чисти, 1994).

Для экзотермических и эндотермических реакций потребуются реакторы с системами регулирования температуры, чтобы не допустить выхода рабочих условий за пределы желаемого диапазона. Производительность реактора часто ограничивается способностью добавлять или отводить тепло.Недостаточный отвод тепла может вызвать неконтролируемые реакции, особенно опасные ситуации при химической обработке (Turton et al., 2012). Прежде чем рассматривать дизайн системы нагрева или охлаждения для соединения с реактором, следует задать несколько важных вопросов (Towler and Sinnott, 2013).

1. Может ли реакция протекать адиабатически?

2. Могут ли корма обеспечить необходимый нагрев или охлаждение? Поэтапное добавление корма может помочь снизить затраты на добавление сети теплообмена или рубашки теплопередачи.Также подумайте о добавлении инертного разбавителя или горячих / холодных порций (Seider et al., 2004).

3. Будет ли более рентабельным проводить теплообмен вне реактора?

4. Было бы более эффективно проводить реакцию внутри теплопередающего устройства? Если для реакции требуется только небольшой объем или небольшие количества катализатора, можно использовать теплообменник в качестве регулятора температуры и в качестве места проведения реакции.

5. Позволяет ли предлагаемая конструкция плавно запускать и останавливать процесс?

6.Есть ли проблемы безопасности при нагревании или охлаждении реактора?

После рассмотрения этих аспектов проектирования можно использовать коммерческое программное обеспечение для проектирования, такое как HYSYS или UniSim, для оценки требований к обогреву / охлаждению. Как только это будет сделано, можно начинать проектирование системы теплообмена с различными типами реакторов и реакциями, требующими различных подходов к проектированию (Towler and Sinnott, 2013).

Реакторы с перемешиванием

Нагревание и охлаждение реактора с мешалкой выполняется для обеспечения однородной температуры реакции, чтобы не было горячих или холодных точек внутри реактора, которые могут отрицательно повлиять на селективность (Towler and Sinnott, 2013).

Для косвенной теплопередачи существует три основных варианта: теплопередающая рубашка, внутренний змеевик и внешний контур теплопередачи. Рубашка используется до тех пор, пока имеется достаточная площадь теплопередачи для теплообмена. Если это не так, используются змеевики, хотя включение нагревательного змеевика значительно увеличит объем реактора и потребности в коммунальных услугах, что приведет к значительному удорожанию реактора. Внешние контуры содержат теплообменник, который будет нагревать или охлаждать поток продукта по мере необходимости и возвращать этот материал в реактор для регулирования температуры.Внешние цепи полезны, потому что они могут быть спроектированы независимо от реактора; Подбор необходимых насосов и теплообменников принципиально не изменит работу реактора. Для любого из этих вариантов следует гарантировать, что не произойдет коррозии задействованных трубопроводов, поскольку потоки технических средств, поступающие в реактор, могут иметь очень негативное влияние на селективность реакции и на работу реактора в целом ( Таулер и Синнотт, 2013).

Существуют также некоторые альтернативы прямой теплопередачи, если рассматриваемая реакция совместима с добавлением дополнительной воды.В реактор можно закачивать пар для поддержания температуры, что устраняет необходимость в проектировании поверхностей теплопередачи. Однако пар, впрыснутый в систему, не может быть восстановлен, поэтому это приведет к увеличению годовых затрат на коммунальные услуги. Кроме того, будет производиться пар, если он не существовал ранее, поэтому реакторы необходимо будет перепроектировать для размещения системы удаления паров (Towler and Sinnott, 2013).

Каталитические реакторы

Шламовые реакторы

Поскольку в суспензионных реакторах уже используется смесь твердого катализатора и жидких реагентов, любой из методов, описанных в разделе «Реакторы с перемешиванием», может быть применен к суспензионным реакторам.Не рекомендуется использовать внутренние змеевики в такой конструкции, поскольку суспензия реактора часто очень легко вызывает коррозию теплообменного материала (Towler and Sinnott, 2013).

Реакторы с неподвижным слоем катализатора

Косвенная теплопередача не часто используется для регулирования температуры в реакторах с неподвижным слоем катализатора, так как трудно поддерживать равномерную температуру в радиальном сечении слоя катализатора. В случаях, когда требуется регулирование температуры, реактор будет разделен на более мелкие секции. После каждого слоя будет стадия теплопередачи, на которой поток продукта нагревается или охлаждается по мере необходимости и возвращается в следующий каталитический сегмент (Towler and Sinnott, 2013).

Реакторы с псевдоожиженным слоем

Реакторы с псевдоожиженным слоем имеют высокие коэффициенты теплопередачи, поэтому косвенная теплопередача очень эффективна. Теплоемкость твердых частиц катализатора может быть использована в качестве теплоносителя; нагретый катализатор содержит место реакции и необходимое тепло для поддержания требуемой температуры. Деактивированный катализатор нагревается во время реактивации и рециркуляции (Towler and Sinnott, 2013).

Теплообменники как реакторы

Иногда необходимо спроектировать реактор как устройство для теплопередачи, например, когда необходимо работать в реакторе изотермически и при этом возникает большое количество теплоты реакции.Некоторые распространенные ситуации включают высокотемпературные эндотермические реакции, которые быстро гасятся без непрерывного ввода тепла, и низкотемпературные экзотермические реакции, которые необходимо поддерживать при постоянной температуре для сохранения селективности. Наиболее распространенным оборудованием для передачи тепла, используемым для реакций, являются кожухотрубные теплообменники и огневые нагреватели (Towler and Sinnott, 2013).

Гомогенные реакции

Если для реакции не требуется катализатор, то конструкция теплопередачи такая же, как у обычного теплопередающего устройства, с некоторыми важными изменениями в тепловой конструкции.Обычные уравнения теплообменника неприменимы к конструкции реактора-теплообменника из-за нелинейного поведения скорости реакции в зависимости от температуры. В этих случаях обычная практика консервативных оценок температуры не поможет при проектировании теплопередачи, поскольку для обеспечения надлежащей работы реактора потребуется более подробная информация. Детальные кинетические модели должны быть разработаны перед проектированием внутренних частей устройства теплопередачи (Towler and Sinnott, 2013).

Гетерогенные реакции

Проблемы проектирования гомогенных реакций все еще сохраняются для гетерогенных, с дополнительным усложнением твердых слоев катализатора.Катализатор может быть загружен в трубки кожухотрубного теплообменника, если теплообменник установлен вертикально и подходящая удерживающая сетка включена на обоих концах конструкции. В этом случае горячий катализатор может быть надежно переработан и подвергнут термообработке для реактивации катализаторов и уменьшения наличия горячих точек в реакторе. Спроектировать высокотемпературные эндотермические реакции будет еще труднее, поскольку их потребность в тепле часто превышает количество, обеспечиваемое нагретым катализатором. В этих случаях используется конструкция «труба в трубе», где сырье и катализатор одновременно нагреваются внешним огневым нагревателем.Это может быть сделано до тех пор, пока тепловое расширение не вызовет повреждения трубок, иначе может произойти значительное отравление катализатора. Те же проблемы, что подробно описаны в гомогенных реакциях, будут по-прежнему относиться к любой конструкции, используемой для гетерогенных, поэтому снова рекомендуется разработать подробную кинетическую модель перед определением количества теплопередачи, необходимого для поддержания надлежащей селективности (Towler and Sinnott, 2013).

Реакторы требуют большого внимания к деталям безопасности в процессе проектирования из-за опасностей, которые они создают.Часто они являются самой высокой температурой процесса, может выделяться тепло реакции, а время пребывания может быть долгим, что приводит к появлению большого количества химикатов. Существуют руководящие принципы для изначально более безопасных принципов проектирования, которые направлены на устранение или уменьшение технологических опасностей, ограничивая влияние непредвиденных событий. Эти методы проектирования следует применять на протяжении всего процесса проектирования как часть надлежащей инженерной практики; они не могут быть добавлены задним числом специалистом по технологической безопасности. Некоторые примеры приведены в таблице ниже:

Некоторые применения принципиально более безопасных подходов к проектированию реакторов (Towler and Sinnott, 2013)

Экзотермические реакции требуют особого рассмотрения из-за их способности к ускорению (повышение температуры из-за выделяемого тепла реакции, увеличения скорости реакции, выделения большего количества тепла и т. Д.).Реактор должен быть спроектирован таким образом, чтобы можно было точно контролировать температуру и останавливать реакцию в случае потери контроля температуры. Использование растворителей или инертных частиц также позволяет регулировать температуру путем регулирования скорости потока теплоемкости относительно скорости выделения тепла из реакции. Дополнительная функция безопасности позволит заполнить реактор холодным растворителем или разбавителем.

Если есть система охлаждения, она должна быть спроектирована так, чтобы возвращать процесс до желаемой температуры, если достигается максимальная температура.

Удаление воздуха из реакторов и сброса давления затруднено из-за возможности продолжения реакции в случае потери защитной оболочки или выброса материала в систему сброса давления. Система разгрузки должна быть спроектирована в соответствии с руководящими принципами, изложенными в методологии Проектного института систем аварийной помощи (DIERS). Группа разработчиков реактора должна понимать механизм и кинетику реакции, включая роль любых соединений, которые могут ускорить реакцию. Подробности можно найти на сайте Айше здесь.

Реакторы классифицируются как сосуды высокого давления, и поэтому методы проектирования сосудов высокого давления могут использоваться для оценки толщины стенок и, таким образом, определения капитальных затрат. Дополнительные затраты связаны с внутренними устройствами реактора или другим оборудованием. Реакторы с рубашкой и мешалкой требуют более глубокого анализа, чем тот, который предусмотрен конструкцией сосуда высокого давления. Стенка реакционного сосуда может сжиматься из-за рубашки. Для предварительной оценки затрат можно использовать соотношение для реакторов с рубашкой и мешалкой, работающих при давлениях ниже 20 бар:

где — стоимость приобретенного оборудования на U.S. Gulf Coast Basis — это константы стоимости, параметр размера и показатель степени для данного типа оборудования. Значения приведены в таблице ниже:

Коэффициенты затрат на приобретенное оборудование (Towler and Sinnott, 2013)

Преобразование сырья в продукты — это суть химического процесса, и, таким образом, реактор является сердцем химического завода. При проектировании реактора инженер должен сначала собрать данные о химической реакции, а затем выбрать соответствующие условия реакции, которые помогут определить подходящие материалы для конструкции.Затем разработчик должен определить шаг ограничения скорости и, исходя из этого, критический параметр определения размера. Затем можно провести предварительный расчет размеров, компоновку и расчет стоимости реактора. На этом этапе можно провести моделирование и эксперименты, чтобы убедиться, что предлагаемый реактор будет соответствовать желаемым спецификациям. Дизайн оптимизируется до тех пор, пока эти цели не будут достигнуты. На протяжении всего процесса проектирования инженеру важно учитывать наиболее подходящий тип реактора для использования, любое смесительное или теплопередающее оборудование, которое необходимо добавить, а также соображения безопасности.

Дуглас Дж. М.. Концептуальное проектирование химических процессов. Нью-Йорк: Макгроу-Хилл; 1988 г.

Seider WD, Seader JD, Левин ДР. Принципы проектирования процессов: синтез, анализ и оценка. 3-е изд. Нью-Йорк: Уайли; 2004 г.

Таулер Г. Дизайн химической инженерии. Презентация PowerPoint; 2012 г.

Таулер Г., Синнотт Р. Проектирование химической инженерии: принципы, практика и экономика проектирования предприятий и процессов. 2-е изд. Бостон: Эльзевир; 2013.

Turton R, Bailie RC, Whiting WB, Shaewitz JA, Bhattacharyya D.Анализ, синтез и дизайн химических процессов. 4-е изд. Верхняя Седл-Ривер: Прентис-Холл; 2012 г.

Вестфолл, Патрик Дж. И Тимоти С. Гарднер. «Промышленная ферментация возобновляемого дизельного топлива». Текущее мнение в области биотехнологии 22.3 (2011): 344-350.

Шмидт, Ф. Р. «Оптимизация и масштабирование промышленных процессов ферментации». Прикладная микробиология и биотехнология 68.4 (2005): 425-435.

Юримото, Хироя и др. «Регулирование и оценка пяти индуцируемых метанолом промоторов в метилотрофных дрожжах Candida boidinii.»Biochimica et Biophysica Acta (BBA) -Gene Structure and Expression 1493.1 (2000): 56-63.

Хуанг, Хуа-Цзян и др. «Обзор технологий разделения на существующих и будущих заводах по переработке биопереработки». Технология разделения и очистки 62.1 (2008): 1-21.

Стефанопулос, Джордж, Аристос А. Аристиду и Йенс Нильсен. Метаболическая инженерия: принципы и методики. Академическая пресса, 1998.

Нотафт, Харальд и Кристина М. Шимански. «Гликозилирование белков в бактериях: слаще, чем когда-либо.»Nature Reviews Microbiology 8.11 (2010): 765-778.

Шулер М.Л., Карги Ф. Основные концепции биотехнологической инженерии. 2-е изд. Река Верхнее Седл: Прентис-Холл. 2002: 315-320

L.T. Биглер, И. Гроссманн, А. Вестерберг, Систематические методы проектирования химических процессов, Prentice-Hall: Upper Saddle River, 1997.

Шулер, Майкл Л. и Фикрет Карги. Биопроцессная инженерия. Нью-Йорк: Прентис Холл, 2002.

Арсено, Патрик Р., Кристин К. Воббе и Памела Дж.Погода. «Последние достижения в производстве артемизинина с помощью гетерологичной экспрессии». Текущая медицинская химия 15.27 (2008): 2886.

Карими, Али, Голбабей, Фариде, Пурманд, Мохаммад. «Кислородный массоперенос в биореакторе с мешалкой с использованием различных конфигураций крыльчатки в экологических целях». Иранский журнал гигиены окружающей среды, науки и техники, 2013 г.

«Система биореактора WAVE 500/1000». Биопроцесс Онлайн, 2013.

«Биореакторы WAVE.”GE Healthcare Life Sciences, 2016 г.

Прието, Г., Окумото, М., Гей, К.Р. «Нетепловые плазменные реакторы для производства легких углеводородных олефинов из тяжелой нефти». Бразильский журнал химической инженерии, 2003 г.

Кан, Сюэчжэнь. «Биореактор с набивным слоем». 2000 г.

Ю. Чисти, Обеспечение стерильности биореактора, Химико-технологический процесс. 1992: 88 (9): 80-85.

М. Джуэтт. Медиа-дизайн. ChBE 375: Примечания к классу биохимической инженерии. 12 января 2016 г.

г.Чисти, М. Му-Ён. Системы очистки на месте для промышленных биореакторов: проектирование, валидация и эксплуатация. Журнал промышленной микробиологии. 1994: 13: 201-207.

Г. ДиЛео и С. Огореук. «Стерилизация». Политехнический институт Ренсселера. 2000. http://www.rpi.edu/dept/chem-eng/Biotech-Environ/Projects00/sterilize/sterilization.html. По состоянию на 20 февраля 2016 г.

Я. Бакри, Я. Акид, П. Тонарт. «Сравнение непрерывной и периодической обработки для производства ксиланазы с помощью penicillium canescens 10-10c.»Бразильский журнал химической инженерии, 2012 г.»

NJ BIO — Flow Chemistry

(1) Baumann, M .; Муди, Т.С.; Smyth, M .; Wharry, S. Перспектива химии непрерывного потока в фармацевтической промышленности. Орг. Процесс Res. Dev. 2020, 24 (10), 1802-1813.
doi.org/10.1021/acs.oprd.9b00524

(2) Хьюз, Д.Л. Применение химии потока в фармацевтической промышленности — основные моменты новейшей патентной литературы. Орг. Процесс Res. Dev. 2020, 24 (10), 1850-1860.
doi.org/10.1021/acs.oprd.0c00156

(3) Plutschack, M.B .; Pieber, B .; Gilmore, K .; Зеебергер, П. Автостопом по химии потоков. Chem. Ред. 2017, 117 (18), 11796-11893.
DOI: 10.1021 / acs.chemrev.7b00183

(4) Мовсисян, М .; Delbeke, E.I.P .; Бертон, J.K.E.T .; Battilocchio, C .; Ley, S.V .; Стивенс, К.В. Укрощение опасной химии с помощью технологии непрерывного потока. Chem. Soc. Ред. 2016, 45, 4892-4928.
doi.org/10.1039/C5CS00902B

(5) Мощность, М.; Alcock, E .; МакГлакен, Г. Литийорганические основы в проточной химии: обзор. Орг. Процесс Res. Dev. 2020, 24 (10), 1814-1838.
doi.org/10.1021/acs.oprd.0c00090

(6) Musarrat, F .; Чоуляенко, В .; Dahal, A .; Nabi, N .; Чоуляенко, Т .; Jois, S.D .; Кусулас, К. Препарат против ВИЧ-инфекции мезилат нелфинавира (Вирасепт) является мощным ингибитором слияния клеток, вызванного гликопротеином SARSCoV-2 spike (S), что требует дальнейшей оценки в качестве противовирусного средства против инфекций COVID-19. J. Med.Вир. 2020, 92 (10), 2087-2095.
DOI: 10.1002 / jmv.25985

(7) Богдан, А.Р .; Домбровский, А. Новые тенденции в химии потоков и приложениях в фармацевтической промышленности. J. Med. Chem. 2019, 62 (14), 6422-6468.
DOI: 10.1021 / acs.jmedchem.8b01760

(8) Proctor, L.D .; Уорр, А. Дж. Разработка непрерывного процесса промышленного производства диазометана. Орг. Процесс Res. Dev. 2002, 6 (6), 884-892.
doi.org/10.1021/op020049k

(9) Ян, М.; Kawamata, Y .; Баран П.С. Синтетические органические электрохимические методы с 2000 года: на грани возрождения. Chem. Ред. 2017 г., 117 (21), 13230-13319
doi.org/10.1021/acs.chemrev.7b00397

(10) Pletcher, D .; Green, R.A .; Браун, R.C.D. Проточные электролизеры для лаборатории синтетической органической химии. Chem. Ред.2018, 118 (9), 4573-4591.
doi.org/10.1021/acs.chemrev.7b00360

(11) Noël, T .; Cao, Y .; Лаудадио, Г. Основы использования проточных реакторов в электрохимии.В соотв. Chem. Res. 2019, 52 (10), 2858-2869.
doi.org/10.1021/acs.accounts.9b00412

(12) Schenk, R; Hessel, V .; Hofmann, C .; Поцелуй, Дж .; Löwe, H .; Зиогас А. Нумерация микроустройств: первая установка разделения потока жидкости. Chem. Англ. J. 2004, 101, 421-429.
DOI: 10.1016 / j.cej.2003.11.034

(13) Gütz, C .; Stenglein, A .; Вальдфогель, С. Высокомодульная проточная ячейка для электроорганического синтеза. Орг. Процесс Res. Dev. 2017, 21 (5), 771-778.
doi.org/10.1021/acs.oprd.7b00123

(14) Lévesque, F .; Зеебергер, П. Непрерывный синтез противомалярийного лекарственного средства артемизинина. Энгью. Chem. Int. Эд. 2012, 51 (7), 1706-1709.
doi.org/10.1002/anie.201107446

(15) Hopkin, M.D .; Baxendale, I.R .; Лей, С.В. Оперативный синтез иматиниба и аналогов методами проточной химии. Орг. Biomol. Chem. 2013, 11 (11), 1822-1828.
doi.org/10.1039/C2OB27002A

(16) Yang, J.C .; Niu, D .; Карстен, Б.П.; Lima, F .; Бухвальд, С. Использование «каталитического» сорастворителя, N, N-диметилоктанамида, позволяет проточный синтез иматиниба без переключения растворителя. Энгью. Chem. Int. Эд. 2016, 55 (7), 2531-2535.
DOI: 10.1002 / anie.201509922

(17) Murray, P.R.D .; Browne, D.L .; Pastre, J.C .; Масло, C .; Guthrie, D .; Лей, С.В. Непрерывная поточная обработка металлоорганических реагентов с использованием передовой перистальтической насосной системы и телескопического проточного синтеза (E / Z) -тамоксифена. Орг. Процесс Res.Dev. 2013, 17 (9) 1192-1208.
doi.org/10.1021/op4001548

(18) Snead, D.R .; Джеймисон, Т.Ф. Трехминутный синтез и очистка ибупрофена: раздвигая границы непрерывной обработки. Энгью. Chem. Int. Эд. 2015, 54 (3), 983-987.
doi.org/10.1002/anie.201409093

(19) Dai, C .; Снид, Д.Р .; Zhang, P .; Джеймисон, Т.Ф. Непрерывный синтез и очистка атропина с последовательным поточным разделением структурно подобных примесей. Дж.Flow Chem. 2015, 5 (3), 133-138.
doi.org/10.1556/1846.2015.00013

(20) Adamo, A .; Бингесснер, Р.Л .; Behnam, M .; Chen, J .; Jamison, T.F .; Jensen, K.F .; Monbaliu, J.C.M .; Myerson, A.S .; Revalor, E.M .; Снид, Д.Р .; Стельцер, Т .; Weeranoppanant, N .; Wong, S.Y .; Чжан П. Производство фармацевтических препаратов в непрерывном потоке по требованию в компактной реконфигурируемой системе. Наука 2016, 352 (6281), 61-67.
DOI: 10.1126 / science.aaf1337

(21) Gage, J.R .; Guo, X .; Тао, Дж.; Чжэн, К. Непрерывное нитрование с высоким выходом. Орг. Процесс Res. Dev. 2012, 16 (5), 930-933.
doi.org/10.1021/op2003425

(22) Vieira, T .; Стивенс, A.C .; Chtchemelinine, A .; Gao, D .; Бадалов, П. Хойман, Л. Разработка крупномасштабного процесса цианирования с использованием химии в непрерывном потоке на пути к синтезу ремдесивира. Орг. Процесс Res. Dev. 2020, 24 (10), 2113-2121.
doi.org/10.1021/acs.oprd.0c00172

(23) Warren, T.K .; Jordan, R .; Lo, M.K .; Рэй, А.S .; Mackman, R.L .; Соловьева, В .; Siegel, D .; Perron, M .; Bannister, R .; Hui, H.C .; Larson, N .; Стрикли, Р.; Wells, J .; Stuthman, K.S .; Van Tongeren, S.A .; Garza, N.L .; Donnelly, G .; Shurtleff, A.C .; Retterer, C.J .; Gharaibeh, D .; Zamani, R .; Kenny, T .; Eaton, B.P .; Grimes, E .; Welch, L.S .; Gomba, L .; Wilhelmsen, C.L .; Николс, Д.К .; Nuss, J.E .; Nagle, E.R .; Kugelman, J.R .; Palacios, G .; Doerffler, E .; Neville, S .; Carra, E .; Clarke, M.O .; Zhang, L .; Lew, W .; Росс, В .; Wang, Q .; Chun, K .; Вулф, Л.; Babusis, D .; Park, Y .; Stray, K.M .; Транчева, И .; Feng, J.Y .; Бараускас, О .; Xu, Y .; Wong, P .; Braun, M.R .; Flint, M .; McMullan, L.K .; Chen, S.S .; Fearns, R .; Swaminathan, S .; Mayers, D.L .; Spiropoulou, C.F .; Lee, W.A .; Никол, S.T .; Cihlar, T .; Бавари, С. Терапевтическая эффективность небольшой молекулы GS-5734 против вируса Эбола у макак-резусов. Природа 2016, 531, 381-385.
doi.org/10.1038/nature17180

Plug Flow — обзор

•

Варочный котел с бетонным резервуаром с поршневым потоком с электрогенераторами и продажей электроэнергией оказался наиболее экономичным и простым в эксплуатации вариантом для кодигестер на молочной ферме; Информация от разработчика системы показала, что варочный котел с поршневым потоком может обрабатывать только 20–30% дополнительных пищевых отходов для удаления отходов и увеличения производства биогаза и более высокого содержания метана в биогазе, но он не способен обрабатывать большие пищевые отходы, такие как некоторые реакторы с полностью перемешиваемым резервуаром, работающие на 100% пищевых отходах.Кроме того, учитывая разнообразие пищевых отходов, варочный котел с поршневым потоком необходимо правильно эксплуатировать и обслуживать, чтобы предотвратить осаждение твердых частиц и накопление песка и мусора на дне; реакторы с полностью перемешиваемым резервуаром или реакторы со смешанным насосом могут иметь меньшие проблемы с осаждением.

•

Финансовый успех этого проекта зависел от четырех источников дохода. Два из этих потоков доходов требовали продаж на внешние рынки: продажа возобновляемой электроэнергии местному энергокомпании и углеродные кредиты на Чикагской климатической бирже (CCX).Два других потока доходов будут получены за счет платы за опрокидывание навоза, уплачиваемой молочным заводом, и платы за опрокидывание пищевых отходов, уплачиваемой производителями отходов и перевозчиками мусора.

•

Производство электроэнергии из биогаза будет генерировать возобновляемые кредиты, но с низким улавливанием тепла только для варочного котла и фермы и без применения ТЭЦ для больших сбросов тепла потенциальный доход снижается. Однако любая модернизация системы для трубопроводного газа, КПГ или преобразования газа в жидкое топливо будет стоить непомерно при ограниченных финансовых средствах.Избыточный биогаз должен сжигаться, при этом для сжигания доступны лишь небольшие квоты на выбросы углерода. Кроме того, в то время как сельский кооператив электроснабжения согласился на 10-летнее соглашение о покупке электроэнергии (4,6 цента / кВтч, включая возобновляемые кредиты), владельцы должны оплатить дополнительные расходы в размере 200 000 долларов на оборудование для подключения к коммунальным сетям и модернизации линий.

•

Большинство сотрудников животноводческих ферм принадлежат им и управляются ими при поддержке установщика системы и в партнерстве с перевозчиками пищевых отходов.Этот проект был разработан на основе кооперативной модели, членами которой были молочная ферма, предприятие по вывозу якорных отходов, несколько местных фермеров, а также несколько предприятий по переработке сельскохозяйственных и пищевых продуктов. Кооперативная модель позволила нескольким заинтересованным сторонам разделить большой финансовый риск, а также помогла получить государственный грант и местную и государственную поддержку.

•

В кооперативной модели молочная ферма будет платить владельцу-оператору системы установленный сбор в размере 0,7 цента за галлон навоза, поступающего в варочный котел.Работа анаэробного варочного котла и энергетической системы будет интегрирована с производством молочной продукции, и ферма будет управлять приемом и смешиванием отходов, а также стоками варочного котла, включая отделение твердых частиц и хранение жидкости и внесение в почву. Это соглашение позволит молочному предприятию продолжить текущие контракты с местными фермерами на поставку жидких удобрений, а также использовать отделенные твердые частицы в качестве подстилки для стойл, что снизит затраты на подстилку песка. Варочный котел и энергетическая система будут интегрированы в их планы расширения с необходимыми изменениями разрешений.

•

Перевозчики отходов и производители будут платить владельцу-оператору системы около 5 центов за галлон опрокидывания за утилизацию пищевых отходов. Пищевые отходы смешиваются с навозом перед подачей в варочный котел. Местная компания по переработке отходов и член сельскохозяйственного кооператива обеспечит основную часть пищевых отходов. Также были выявлены другие потенциальные источники пищевых отходов от местных компаний, в том числе переработчик зеленой фасоли, мясоперерабатывающий завод, производитель консервированных супов, производитель печенья, переработчик индейки, производитель закусок, овощных консервов и молочный завод. процессор.

•

Сельскохозяйственный кооператив и владелец системы планировали эксплуатировать систему и управлять ею по профессиональному контракту на эксплуатацию и техобслуживание третьей стороны с местным предприятием по управлению водоснабжением и сточными водами, обладающим специальными знаниями в области эксплуатации и технического обслуживания очистных сооружений, включая анаэробный осадок. варочные котлы. Это позволит молочной ферме управлять поступающими отходами и выходящим дигестатом в рамках обычного молочного бизнеса и не перегружаться повседневными эксплуатационными требованиями системы AD.

Картриджи мембранного воздушного фильтра Emflon® PFR (PTFE) — Biotech

Высокопрочные стерилизующие фильтры с длительным сроком службы для воздуха и газа

Фильтры Emflon® PFR были разработаны на основе успешной линейки фильтров Emflon, выпущенной в 1981 году и широко используемых в качестве фильтров для стерилизации воздуха и газов в фармацевтической и биотехнологической промышленности. Двухслойная мембрана из ПТФЭ по своей природе гидрофобна, химически инертна и разработана специально для удаления загрязняющих бактерий и вирусов.Фильтры Emflon PFR удовлетворяют постоянно растущий спрос на воздушные фильтры с большей прочностью, более длительным сроком службы и способностью выдерживать жесткие условия пропаривания
на месте в прямом или обратном направлении.

Превосходная производительность

Фильтры Emflon PFR обеспечивают высокую гарантию целостности фильтра и длительный срок службы даже при непрерывном использовании в горячем воздухе до 60 ° C, в системах вентиляции до 80 ° C и при многократном пропаривании. Эти фильтрующие картриджи из ПТФЭ выдерживают давление до 1 бар (14.5 psi) перепад давления (прямое направление) в условиях стерилизации паром (125 ° C). Это сочетается с высокой скоростью потока и отличными характеристиками обезвоживания, что приводит к очень экономичной фильтрации за счет использования меньших установок и снижения затрат на электроэнергию. Кроме того, фильтры могут быть протестированы на месте с помощью теста целостности прямого потока или теста проникновения воды. Оба теста соотносятся с жидким бактериальным тестом — «наихудшим» тестом.

Научная проверка

Фильтры Emflon PFR прошли всестороннюю и научно обоснованную проверку с использованием самых передовых методов и самого чувствительного доступного оборудования.Они имеют абсолютную степень удаления
0,2 мкм в жидкостях и 0,003 мкм в газах и были утверждены:

• Brevundimonas (Pseudomonas) diminuta жидкая проба при 10 ⁷ / см ²
• Brevundimonas (Pseudomonas) diminuta аэрозольный тест
• РР7 аэрозольный тест бактериофага
• Переносимый по воздуху аэрозоль хлорида натрия при расходе 100 л / мин (0,003 мкм в газах).

Особенности и преимущества

Всесторонняя проверка гарантирует высочайшую эффективность удаления и самые высокие запасы прочности.Высокий расход и низкий перепад давления позволяют использовать небольшие системы, снижая затраты на установку и эксплуатацию. Прочная конструкция обеспечивает целостность и надежность. Длительный срок службы пропарки и длительный срок службы обеспечивают низкую стоимость фильтрации.

Щелкните здесь, чтобы загрузить статью, в которой описаны исследования эффективности удаления и устойчивости к стерилизации паром фильтров Emflon PFR (PDF, 75 кб)

Последние результаты экзамена AWS-Solutions-Architect-Professional-KR, AWS-Solutions-Architect-Professional-KR Test Score Report | Экзамен AWS Certified Solutions Architect — Professional (AWS-Solutions-Architect-Professional Korean Version) Simulator

Об экзаменах Amazon AWS-Solutions-Architect-Professional-KR

Весь процесс оплаты на наших экзаменах AWS-Solutions-Architect-Professional-KR длится всего несколько секунд, пока на вашей кредитной карте есть деньги. Подводя итог, AWS Certified Solutions Architect AWS Certified Solutions Architect — Professional (AWS -Solutions-Architect-Professional Korean Version) последние дампы vce никогда не окажут вам медвежью услугу, и ваше беспокойство о качестве обычных дампов вопросов можно полностью устранить, как только вы столкнетесь с нашими AWS-Solutions-Architect-Professional-KR последние практические вопросы, Amazon AWS-Solutions-Architect-Professional-KR Стоимость последнего экзамена Дизайн контента соответствует плану экзамена.

Это очень важно понимать, если вы хотите https://pass4sure.dumptorrent.com/AWS-Solutions-Architect-Professional-KR-braindumps-torrent.html создавать миксы, которые хорошо звучат на разных уровнях громкости, я думаю, что мы все хотят хорошо работать в качестве разработчиков программного обеспечения, и я думаю, что у нас будет больше шансов на успех AWS-Solutions-Architect-Professional-KR Reliable Test Book, если мы потратим немного времени на изучение природы того, чем мы являемся. делает.

Лица, принимающие технические решения, которым поручено оценить выполнимость технического отчета о тестировании B2B-Commerce-Developer для развертывания качества обслуживания, а также составить проекты планов и этапов развертывания.

Внимательно изучите требования к процессу и посмотрите, не диктует ли какой-либо из них Последняя стоимость экзамена AWS-Solutions-Architect-Professional-KR , что вы изменяете начальный процесс определенным образом, в основном, после того, как вы настроили настройку привязанной съемки в начале съемки вы можете оставить все настройки как есть и продолжить съемку Последний экзамен AWS-Solutions-Architect-Professional-KR Стоимость весь день, за исключением времени, когда вам может потребоваться редактировать ключевые слова для конкретный снимок или применить другую настройку проявки по умолчанию.

Новейшие решения AWS-Solutions-Architect-Professional-KR Стоимость последнего экзамена — простой и гарантированный AWS-Solutions-Architect-Professional-KR Успешный экзамен

Их определения таковы: но он не дает возможности для новой программы тестирования AWS-Solutions-Architect-Professional-KR Test Syllabus, чтобы клиенты могли взаимодействовать с компанией, строки и ячейки, при появлении запроса дайте теме имя и нажмите кнопку Сохранить.

Важно отметить, что эти цифры не включают рынок услуг по экзамену по запросу C_S4CMA_2105 Simulator, ориентированный на предприятия. Усилия отрасли по достижению конвергенции вызвали потребность в повышенных уровнях дифференциации трафика.

Изучите десятки методик коучинга и более сотни важных вопросов. Мы с гордостью можем сказать, что поверьте мне, вы наверняка сдадите экзамен на 100% с файлами учебного курса AWS-Solutions-Architect-Professional-KR.

Основываясь на этом, Роберто обсуждает каждый компонент того, что AWS-Solutions-Architect-Professional-KR New Test Materials заставляет позы работать, а также терпеть неудачу. Понимание того, как создавать команды и рабочую среду, изменило мое мышление и обучение.

Предположим, вам нужно создать набор диаграмм к концу дня, но вы никогда не использовали PowerPoint. Весь процесс оплаты в наших экзаменационных инструкциях AWS-Solutions-Architect-Professional-KR длится всего несколько секунд. есть деньги на вашей кредитной карте.

Получите 100% успешную оценку Amazon AWS-Solutions-Architect-Professional-KR Стоимость последнего экзамена и отчет о результатах теста Pass-Sure

Подводя итог, AWS Certified Solutions Architect AWS Certified Solutions Architect — Professional (AWS-Solutions-Architect-Professional Korean Version) latest vce Latest AWS-Solutions-Architect-Professional-KR Exam Cost dumps никогда не окажут медвежью услугу для Вы и ваше беспокойство по поводу качества обычных дампов вопросов можно полностью избавить от проблем, когда вы столкнетесь с нашими последними практическими вопросами по AWS-Solutions-Architect-Professional-KR.

Дизайн контента соответствует плану экзамена, Последние AWS-Solutions-Architect-Professional-KR Стоимость экзамена Если да, то я хочу сосредоточиться на внедрении движка онлайн-тестирования, который будет более интересным и эффективным.

Это связано с тем, что содержание экзаменационных материалов учебных материалов AWS-Solutions-Architect-Professional-KR, предоставленных нами, безусловно, поможет вам сдать экзамен. Это куча любопытных и внимательных специалистов, которые стремятся улучшить AWS-Solutions-Architect-Professional-KR материалы руководства к экзамену с усердием и выдающимися знаниями.

Посвятив этой области столько лет, мы всесильны, чтобы решить проблемы, связанные с фактическим экзаменом AWS-Solutions-Architect-Professional-KR, с твердой уверенностью. Когда вы нажимаете PayPal, он переводится на оплату кредитной картой.

Показатель успешности 99% может гарантировать, что вы получите высокие баллы в фактическом тесте AWS-Solutions-Architect-Professional-KR. Только отличные учебные материалы, такие как наш инструмент обучения AWS-Solutions-Architect-Professional-KR, могут удовлетворить потребности Большинство кандидатов, и теперь вам следует принять самое решение, это выбрать наши экзаменационные вопросы AWS-Solutions-Architect-Professional-KR.

Если вам нужно получить наше руководство по обучению AWS-Solutions-Architect-Professional-KR через год, вы все равно сможете получить скидку 50% от цены. Вы можете получить полное представление о наших AWS-Solutions-Architect-Professional- KR изучите материалы после того, как вы увидите эту информацию.

Сертификация

Amazon AWS-Solutions-Architect-Professional-KR — это международная система профессиональной квалификации, которая известна ИТ-специалистам во всем мире. Вы можете быть заняты на работе, учебе или семейной жизни и не можете приступить к подготовке. и сдает сертификационные экзамены, но, с другой стороны, вам срочно нужны полезные сертификаты AWS-Solutions-Architect-Professional-KR, чтобы улучшить свои способности в некоторых областях.

Каждый вопросник состоит из вопросов, ответы на которые даются в конце. Теперь, когда использование наших практических материалов AWS-Solutions-Architect-Professional-KR стало неотразимой тенденцией, почему бы вам не принять это с удовольствием?

НОВЫЙ ВОПРОС: 1
Необходимо включить автономное ценообразование для SAP Hybris Cloud для клиентской системы.

No related posts.