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

15 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

9209. Обмен веществ и превращение энергии в клетке. Питание клетки. Автотрофы, гетеротрофы. Фотосинтез. Хемосинтез 38.5 KB
  Обмен веществ и превращение энергии в клетке. Питание клетки. Автотрофы, гетеротрофы. Фотосинтез. Хемосинтез. Тип урока - изучение нового материала. Цели: Познакомить учащихся с типами питания живых организмов. Рассмотреть процесс ...
9210. Обмен веществ и превращение энергии в клетке. Ген и его роль в биосинтезе белков Генетический код ДНК. Реакции матричного синтеза 1.88 MB
  Обмен веществ и превращение энергии в клетке. Ген и его роль в биосинтезе белков Генетический код ДНК. Реакции матричного синтеза. Тип урока - изучение нового материала. Цели: Сформировать знания о генетическом коде и его свойствах....
9211. Деление клетки. Формы размножения организмов. Жизненный цикл клетки. Митоз 571 KB
  Деление клетки. Формы размножения организмов. Жизненный цикл клетки. Митоз. Тип урока - изучение нового материала. Цели: Изучить процесс деления клетки путём митоза. Показать основные этапы жизненного цикла клетки Рассмотреть...
9212. Деление клетки. Мейоз 472.24 KB
  Деление клетки. Мейоз Тип урока - изучение нового материала. Цели: Познакомить учащихся с процессом мейоза. Показать биологическое значение мейоза. План урока. Орг. момент - 5 мин. Объяснение нового материала...
9213. Общая биология как наука, методы исследования связи с другими науками, её достижения 54.5 KB
  Общая биология как наука, методы исследования связи с другими науками, её достижения. Цели: показать актуальность биологических знаний, выявить значение общей биологии ее место в системе биологических знаний познакомить учащихся с...
9214. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ НА ОСНОВЕ ЦИФРОВЫХ КОМПАРАТОРОВ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯМИ ПОСТОЯННОГО ТОКА 615.45 KB
  Проектируемое устройство предназначено для управления двигателем постоянного тока. Измерительное устройство на компараторах применяется редко, но они настолько быстры и просты, что находят своё применение в устройствах для автомобильной техники с напряжением 12вольт.
9215. Моделирование адаптивного компенсатора помех 990 KB
  Моделирование адаптивного компенсатора помех Цель работы практическое освоение методов цифрового моделирования адаптивных систем на примере адаптивного компенсатора помех (АКП). Домашнее задание Вычислить вектор взаимной корреляции, корр...
9216. Моделирование коррелированных случайных процессов 755 KB
  Моделирование коррелированных случайных процессов Цель работы практическое освоение методов цифрового моделирования стационарных нормальных случайных процессов с заданными корреляционными свойствами. Домашнее задание Выбрать частоту диск...
9217. Моделирование случайных последовательностей 497 KB
  Моделирование случайных последовательностей Цель работы приобретение практических навыков моделированию случайных последовательностей с заданным распределением вероятностей. Домашнее задание Разработать линейный конгруэнтный датчик псевд...