2 Ферментаторы

В микробиологической, пищевой и медицинской промышлен­ности в последние годы появилось большое количество различных ферментаторов, предназначенных для аэробного выращивания биомассы и получения ее метаболитов. Исследуются и разрабаты­ваются новые конструкции этих аппаратов. Так, за последние два десятилетия выдано более трехсот патентов на ферментаторы, различающиеся гидродинамическими условиями аэрации и пере­мешивания рабочей среды. Подобная ситуация объясняется не столько нуждами производства, сколько приоритетными интере­сами широкого круга исследователей, устремившихся в разви­вающуюся отрасль промышленности. Не ставя перед собой задачи детального анализа всех конструктивных разновидностей существующей и вновь разрабатываемой ферментационной аппаратуры, мы рассмотрим только принципиальные гидродинамические особенности ее работы.

Основным параметром, характеризующим эффективность аэробных процессов, является поверхность контакта газа с жид­костью, поэтому способ ее формирования, вероятно, и должен быть положен в основу классификации ферментаторов.

В зависимости от способа образования этой поверхности газожидкостные ферментаторы можно подразделить на три основ­ные группы: эрлифтные, с механическим диспергированием газа и струйные.

В эрлифтных ферментаторах поверхность контакта фаз образуется при введении газа через газораспределительные устройства в слой циркулирующей жидкости. В ферментаторах, с механическим диспергированием газа вводимый в аппарат газ перемешивается с жидкостью специальными устройствами. В струйных ферментаторах газ эжектируется струями жидкости, распределяемой по сечению аппарата системой насадков.

Выбор аппарата той или иной группы зависит от ряда факто­ров. Ферментаторы с эрлифтным перемешиванием целесообразно применять, если требуется большой рабочий объем аппарата, а в качестве газовой фазы используется воздух, 80 % комприми-рованного азота в котором (инертный газ) несут в себе достаточно кинетической энергии для обеспечения необходимых условий массообмена и пневмоперемешивания культуральной среды. Эти ферментаторы обладают высокой эксплуатационной надежностью, так как не имеют внутренних подвижных элементов конструкции, требующих специальных узлов герметизации (сальников, торцо­вых уплотнений и т. п.). В них удобно размещать теплообменные устройства с достаточно большой площадью поверхностей, не нарушая условий циркуляции жидкости.

Ферментаторы с механическим диспергированием газа целе­сообразно применять при номинальном объеме аппарата V_н 100 м³. Они эффективны при работе на чистом газе (без инертных примесей), расход которого, определяемый материаль­ным балансом процесса ферментации, как правило, невелик. При этом достаточно высокая интенсивность переноса вещества из газа достигается за счет развитой межфазной поверхности. Аппараты малых объемов могут работать при повышенном дав­лении, если обеспечена надежность герметизации вала перемеши­вающего устройства (например, за счет установки привода с экранированным ротором асинхронного электродвигателя).