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近几年来随着国内生物制品行业的迅猛发展,动物细胞培养悬浮培养用生物反应器在生物制品特别是在动物疫苗行业开始大规模的普及,而国内大多数生物反应器设计只是一味模仿而缺乏理论支持。一个良好的生物反应器应具备严密的结构,良好而高效混合传质性能。而生物反应器的规模越大,混合传质就越困难。对于大型生物反应器而言,传统的生物反应器放大方法与实际情况有着较大的出入。因此,本文基于ANSYS FLUENT17.0流体分析软件对3000L级别动物细胞全悬浮培养用生物反应器直接进行结构方面的模拟仿真优化。本文分析的3000L动物细胞悬浮培养用生物反应器为三层搅拌器结构。首先,在一定的转速下,比较分析两种类型的搅拌器结构所产生的流场优劣,选定混合效果更佳的搅拌器结构。接着优化搅拌器层数后,设计三层搅拌桨叶的不同安装角度的组合方案,对每一层搅拌桨安装角度作为一个整体,逐一对每个方案进行计算机流体模拟分析,选出最佳的搅拌桨叶安装角度方案。挡板对流体混合效果起着很重要的作用,因此对反应器的挡板数量,挡板宽度进行计算机流体模拟分析,选出最优的挡板安装数量和宽度。此外还对搅拌桨叶安装宽度也进行了模拟优化设计。经过模拟仿真后的生物反应器结构为:高径比1.7,三层搅拌器,选择福尔公司设计的搅拌桨叶,桨叶安装角度为底层搅拌桨叶-45°,中部搅拌桨叶-45°,上层搅拌桨叶-37.5°,逆时针旋转,安装4块挡板且均布,挡板宽度80mm,长度2250mm,搅拌器桨叶宽度75mm宽度最佳。经过优化设计后的3000L动物细胞悬浮培养用生物反应器,与国内某供应商提供的同规模的生物反应器在细胞培养密度及病毒生产效率方面进行了生产实践上的对比。在同样生产条件下,前者的细胞密度倍增了 38.1倍,比生长速率峰值为0.076h-1,后者的细胞密度倍增了 29.4倍,比生长速率峰值为0.06h-1。前者的病毒常量与单位细胞病毒生产效率都要高于后者,前者HA峰值比后者高2.5个单位。