71132

Ферментеры

Лекция

Производство и промышленные технологии

В зависимости от условий проведения осуществляемых процессов ферментеры делят на следующие группы: На практике ферментеры одной и той же конструкции могут быть использованы для разных процессов. К этой группе относятся ферментеры с различной конструкцией барботеров а также эрлифтные и барботажноэрлифтные.

Русский

2014-11-02

995 KB

21 чел.

Лекция 8 ( 9 (8))

Ферментеры

- Основные типы и принципы классификации;

- Ферментёры глубинного культивирования в нестерильных и стерильных условиях

               Основные типы и принципы классификации

Количество вариантов конструктивного оформления и принципов работы ферментеров постоянно растет.

Общей тенденцией является стремление увеличить объем единичного аппарата (до 1000 м3 и более). Поэтому имеет место отсутствие универсальности конструктивных решений и усложнение массообменных и теплообменных проблем – неидеальность перемешивания, неравномерность распределения вносимой энергии со всеми последствиями.

Особенности конструкций для разного типа м.о.:

Культивирование дрожжей и других быстро растущих м.о.

Для этих процессов требуется эффективная массопередача кислорода, одновременно жидкость слабо пенится, а посторонняя микрофлора не наносит ущерба.

Здесь получили развитие сравнительно простые, часто негерметичные и недорогие аппараты с воздушным перемешиванием путем создания циркуляционных контуров для массопереноса О2 в сочетании с барботажем.

В процессе культивирования грибов и актиномицетов в глубине жидкости образуются скопления и колонии больших размеров. Это затрудняет массопередачу от жидкости к клеткам. При этом значительно повышается вязкость жидкости. Для таких процессов применяются герметичные стерилизуемые реакторы из дорогих легированных сталей и с многоярусными мешалками. Используются также аппараты комбинированного типа с пневматическим и механическим перемешиванием.

В зависимости от условий проведения осуществляемых процессов ферментеры делят на следующие группы:

1. аэробные и анаэробные,

2. периодические и непрерывные, полунепрерывные,

3. асептические и нестерильные, стерильные,

4. с целевым продуктом в клетках и вне клеток,

5. для культивирования поверхностного и для глубинного,

6. для глубинного культивирования на растворимых и на нерастворимых субстратах,

7. проточные с гидродинамическими условиями, близкими к идеальному перемешиванию или к идеальному вытеснению.

На практике ферментеры одной и той же конструкции могут быть использованы для разных процессов.

Существует также классификация по принципу ввода энергии в аппарат:

1) с газовой фазой,

2) с жидкой фазой,

3) с газовой и жидкой фазой (комбинированные).

У ферментеров 1-й группы газовая фаза является носителем энергии. Эти аппараты просты и надежны, так как не имеют движущихся узлов и деталей.

К этой группе относятся ферментеры с различной конструкцией барботеров, а также эрлифтные и барботажно-эрлифтные. Выделяются колонные ферментеры, секционированные по высоте тарельчатыми устройствами.

В аппаратах второй группы энергия передается жидкой фазе самовсасывающей мешалкой или насосом. В последнем случае жидкость вводится через сопло, эжектор, диспергатор.

Главным достоинством самовсасывающих мешалок является отсутствие специальных воздуходувок. Воздух поступает за счет разрежения в воздушной камере мешалки, которая одной стороной соединяется с атмосферой, а другой – с жидкостью отбрасываемой лопатками мешалки. Широко применяются в производстве кормового белка. Недостаток – в трудности создания асептических условий, оптимизации и управления процессами самовсасывания.

Достоинством эжекции является возможность рецикла газовой фазы, что особенно ценно, когда это – природный газ или кислород. Недостаток – необходимость специальных насосов.

Струйные ферментеры обладают достоинством рецикла газовой фазы и простотой устройства. Недостаток – нужны специальные насосы.

Ферментеры третьей группы имеют перемешивающие устройство, которое обеспечивает хорошее снабжение кислородом, диспергирование газа, нерастворимых субстратов и гомогенизацию среды. В этой группе энергия может подаваться жидкой фазой перемешивающим устройством и одновременно насосом или только насосом.

У ферментеров с перемешивающим устройством и барботажем имеется вал с установленной на нем мешалкой (мешалками). Под нижней мешалкой у дна находится газораспределитель, вращающийся или неподвижный.

Внутри аппарата имеются циркуляционные станины и теплообменники. Могут быть выносные теплообменники.

Ферментеры комбинированные имеют циркуляционный контур и аэрацию. Для них характерны осевая мешалка или насос. Воздух подается обычным способом, воздуходувкой.

В любом случае ферментер для конкретного процесса должен удовлетворять следующим требованиям:

- подвод к каждой клетке в достаточном количестве всех питательных веществ;

- отвод от каждой клетки продуктов метаболизма;

- термостатирование микробной суспензии в каждой точке;

- поддержание оптимальных рабочих параметров в каждой точке объема;

- требуемый уровень аэрирования, перемешивания;

- высокий уровень автоматизации, техники безопасности и условий труда операторов.

Ферментёры глубинного культивирования в нестерильных и стерильных условиях

1. Оборудование для культивирования в нестерильных условиях.

1.1. Оборудование для выращивания чистых культур отличаются небольшим объемом – не более, чем 50 м3: 0,2 м3, 0,32 м3, 3,2 м3. Нестерильные условия предполагают отсутствие тщательных уплотнений обвязки.

Ферментор периодического действия выполнен в виде вертикального цилиндрического  корпуса с циркуляционным, теплообменным и аэрирующим устройством в виде самовсасывающей мешалки.

Для циркуляции установлен направляющий диффузор, разграничивающий восходящие и нисходящие потоки. Теплообменные трубки установлены в трубных решетках диффузора, расположенного в напорной зоне самовсасывающей мешалки. Воздух очищается на фильтре.

1.2. Оборудование для выращивания товарных дрожжей.

Наиболее распространены аппараты типа ВДА, а также предназначенные для спиртового брожения аппараты АДР, системы Лефрансуа, Б-50 и зарубежные. Все они практически одинаковы и отличаются конструкцией систем аэрации и охлаждения, а также высотой столба жидкости. Вертикальные цилиндрические резервуары из нержавеющей стали с эллиптической крышкой и плоским днищем, снабженные системой аэрации, охлаждающим устройством и моющим механизмом. На крышке – смотровое стекло, люк, труба для отвода воздуха и патрубки для подвода питательной среды, пеногасителя, серной кислоты, аммиачной воды, пара, газа и др.

Ферментаторы ВДА имеют вместимость 30 и 100 м3, доставляются в разобранном виде. Это – сварные цилиндрические резервуары, смонтированные на специальном постаменте с уклоном 1:100 в сторону отвода коммуникаций. Охлаждающая рубашка состоит из десяти секций. Установлен на балках и стойках. Снабжен гидрозатвором для перекачивания суспензии дрожжей под давлением, коробами системы аэрации, соплами для мойки коробов, коллекторами для подвода воды в секции охлаждения и отвода из секции на крышке – устройство для промывки (труба с заслонкой, поршень с гидравлическим приводом, шланг).

Регулируется подача воздуха, имеется смотровое стекло.

Пояса охлаждения соединены параллельно, сварены из двух уголков и приварены к корпусу. Штуцеры для воды подсоединены к коллекторам.

1.3. Ферментаторы для спиртового брожения.

Используются в гидролизном производстве. Стальные цилиндрические сосуды с коническим днищем и крышкой.

Внутри – выгребное устройство для выгребки шлама.

На крышке и в нижней части аппарата – люки. Имеется переточный штуцер для последовательного соединения аппаратов. Внутри аппарат покрыт кислотостойким материалом. Имеются гидравлический предохранительный клапан, уровнемер, пробоотборник и КИПы.

В аппарат непрерывно поступает питательная среда с дрожжами, непрерывно протекает брожение, выделяются СО2 и теплота. Газовые пузырьки поднимаются вверх, увлекая дрожжевые клетки. Там пузырьки лопаются, а дрожжи оседают на дно. Так происходит естественное перемешивание. Ослабленные и мертвые клетки, дрожжи, лигнин соскребаются со дна к центру конуса и удаляются из аппарата.

2. Оборудование для глубинного культивирования

в стерильных условиях

2.1. Оборудование для выращивания посевной культуры (инокуляторы).

Серийно изготавливаются в нашей стране Сумским НПО. Аэрация – через барботер с отверстиями диаметром 2 мм. Для перемешивания – двухъярусная мешалка с лопастями для разгрузки – труба для передавливания.

Техническая характеристика инокуляторов конструкции

Гидромедпрома.

Наименование

Dt, м

F, м2

Температура, К

n мешалки, мин-1

Электродвигатель

Р, кВт

Частота вращ-я, мин-1

Инокулятор V=0,025 м3

Ферментатор-инокулятор V=0,63 м3

Ферментаторы, объемом, м3

2

3,2

5,0

10,0

0,273

0,9

1,2

1,4

1,6

2,0

0,045

2,5

6,9

-

-

-

416

403

413

416

416

416

350

270

270

180

180

180

-

1,7

7

10

10

10

-

1500

1500

1500

1500

1530

2.2. Оборудования для выращивания производственных культур

В промышленности наиболее распространены ферментаторы с механическим перемешиванием и барботажем.

Ферментатор конструкции Гипромедпрома представляет собой цилиндрический вертикальный аппарат от 1 до 63 м3. Частота вращения привода перемешивающего устройства в наиболее крупном – от 60 до 140 мин-1.

Для отвода теплоты служит многоярусная рубашка с F=55 м2 и внутренние змеевики с площадью поверхности 39 м2. Рассчитан на давление 0,29 МПа и температуру стерилизации 413 К.

На валу диаметром 200 мм и длиной 8500 мм установлены два комплекта мешалок турбинного типа (открытые и закрытые).

Конструкция барботера разборная, в нем 2000 отверстий диаметром 3 мм, сужающихся книзу. Для устранения застойных зон в ферментаторе имеется четыре отбойника на расстоянии от стенок 50 мм. Dt=3300 мм. Высота с электродвигателем 12015 мм.

                                   

                           


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

7775. Воспитание в Киевской Руси 31 KB
  Воспитание в Киевской Руси Хотелось бы пока остановиться на двух великих произведениях Древней Руси: летопись Повесть временных лет и Поучение Владимира Мономаха. Повесть временных лет определяет место славян и, в частности, русского народа, среди н...
7776. Воспитание в первобытном обществе. Педагогика древних славян 33.5 KB
  Воспитание в первобытном обществе. Педагогика древних славян Воспитание как особый вид  человеческой деятельности появилось в первобытном обществе около  40 - 35  тысяч лет назад. К этому периоду на Земле появляется разумный человек современног...
7777. Воспитание в период раннего феодализма 27.5 KB
  Воспитание в период раннего феодализма. В феодальном обществе господствующими сословиями были светские феодалы и духовенство, владевшие всей землей и эксплуатировавшие подвластных им крестьян. Идеологическим оплотом господствующих групп феодального ...
7778. Гуманистическая теория Песталоцци 36 KB
  Гуманистическая теория Песталоцци Это был народник в лучшем значении слова. Последовательнее всего Песталоцци изложил свои педагогические взгляды в книге: Как Гертруда учит своих детей. Метод обучения по Песталоцци был близок методу Жакото и был н...
7779. Локк Дж. Педагогические взгляды 32 KB
  Дж. Локк Педагогические взгляды Свои педагогические взгляды Локк изложил в книге Мысли о воспитании (1693). Из всех людей, с которыми мы встречаемся, девять десятых являются тем, что они есть - добрыми или злыми, полезными или нет - благо...
7780. Фридрих Адольф Вильгельм Дистервег 31.5 KB
  Дистервег Фридрих Адольф Вильгельм Дистервег - немецкий педагог, прогрессивный либеральный политик. Выступал за секуляризацию школ. Педагогические идеи: Воспитание Дистервег выступал против сословных и национальных ограничений в области образования,...
7781. Древний Рим. Педагогические взгляды Квинтилиана 33.5 KB
  Древний Рим. Педагогические взгляды Квинтилиана. Ведущую роль в формировании личности юного римлянина играло домашнее воспитание. Дети получали религиозное воспитание. При этом отец выполнял функции жреца. Девочки и девушки находились под неусыпным ...
7782. Педагогические взгляды Древней Греции 36.5 KB
  Педагогические взгляды Древней Греции. Выделяют следующие периоды развития воспитания и образования в Древней Греции: Критомекенский период (4 тыс. до н.э. - 12 век до н.э) - считалось, что судьба человека предрешена богами Олимпа. Предп...
7783. Жизнь и педагогическая деятельность Константина Дмитриевича Ушинского 30 KB
  Жизнь и педагогическая деятельность Константина Дмитриевича Ушинского Константин Дмитриевич Ушинский (1824-1870) родился в Туле, в семье мелкопоместного дворянина, и провел свое детство и отрочество в имении...