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琼脂糖凝胶作为制备蛋白A免疫吸附柱的载体,其工业规模的活化反应过程一直以来是制约血液净化材料批量化生产的关键问题之一。在琼脂糖凝胶活化反应过程中,搅拌式反应器(Stirred Tank Reactor,STR)的优化设计与放大技术是工业过程开发的一个重要环节。目前虽然已有许多针对搅拌式反应器的实验和理论研究,但相关的理论及设计方法仍不完善。近年来,采用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)的方法研究搅拌式反应器内的流动和混合特性,已显示出卓越的优势,引领着流体搅拌混合技术的发展。本文首先利用FLUENT软件,采用标准κ-ε湍流模型、多重参考系(Multi-ReferenceFrame,MRF)稳态流动方法,模拟了搅拌式反应器内单相流体的流动场,并与文献实验数据进行了比较,验证了CFD方法的可行性;进而模拟了琼脂糖凝胶单相体系溶液的流动场,通过对不同搅拌桨型式下,流型、速度场及剪切力场的研究,发现采用45°四折叶涡轮桨PBTD45循环流量大、剪切作用小,其综合性能要优于六直叶圆盘涡轮桨DT。对于琼脂糖凝胶活化反应,推荐采用PBTD45搅拌桨。本文对搅拌式反应器内加入固相催化剂的琼脂糖活化反应过程进行了固-液两相悬浮特性的数值模拟。分别对圆盘涡轮桨DT、下压式桨PBTD45、上扬式桨PBTU45的固相悬浮性能进行了比较,发现PBTD45悬浮性能最优,其次为DT、PBTU45;采用CFD方法预测了三种搅拌桨的完全离底悬浮临界转速分别为948rpm、570rpm、1152rpm,并与Zwietering经验关联式进行了比较,最大相对误差为13.4%。CFD模拟得到20L搅拌式反应器内,琼脂糖凝胶催化活化反应最优操作条件为:采用PBTD45搅拌桨,N=570rpm,D=0.10m。本文应用人工神经网络(Artificial neural networks,ANN)技术,以MATLAB软件为平台,自行编制程序,建立了3层BP网络结构的琼脂糖凝胶活化反应—ANN神经网络预测模型,对摇床和搅拌两种实验条件下的活化密度进行了预测,平均相对误差(AARD)小于6%。本文最后对制备血液净化材料用生物反应器进行了放大技术研究,对放大后的搅拌式反应器进行了模拟与优化,为生物反应器的优化设计与放大提供了理论指导与设计依据。