2.3. Струйные ферментаторы

Принцип работы таких аппаратов основан на том, что струя жидкости, вытекающая из насадка, увлекает за собой газ. При падении струи на зеркало жидкости и проникновении ее вглубь газ дробится на мелкие пузыри, образуя в зоне контакта газожидкостную смесь с развитой межфазной поверхностью .

Многополочный ферментатор. В качестве примера рас­смотрим многосекционный аппарат с горизонтальными перего­родками (рис. 2.28).

Рис. 2.28. Многосекционный струйный ферментатор; а — свежий воздух; б — отработанный воздух

Он представляет собой колонну, разде­ленную горизонтальными перегородками 1 и 2 на отдельные секции. В перегородках 1 установлены насадки 5, а в перегородках 2 — диффузоры 4. На каждой из перегородок 1 удерживается слой газожидкостной смеси высотой h. Жидкость из нижней сек­ции после пеногасителя 8 подается насосом 7 в верхнюю секцию. На трубопроводе подачи жидкости установлен теплообменник 5. Дополнительные теплообменные устройства в виде змеевиков 6 могут быть размещены в слоях жидкости каждой секции.

Газ всасывается в пространства между перегородками 1 и 2 через штуцеры из общего коллектора 9. Такой же коллектор установлен и для отвода газа, не поглощенного жидкостью. Ферментатор может работать на воздухе, непосредственно заса­сываемом из атмосферы, если не требуется его предварительная стерилизация. При необходимости стерилизации газа он должен подаваться в коллектор 9 под избыточным давлением, опреде­ляемым гидравлическим сопротивлением трубопроводов. Более эффективно струйные аппараты могут работать на чистых газах, расход которых для ведения ферментации требуется значительно меньший, чем воздуха.

Ферментатор с шахтным аэратором.

Принципиальная схема такого аппарата показана на рис. 2.29. Он состоит из емкости 1, циркуляционного насоса 2, теплообменных элементов 3 и 4 и аэрационного шахтного устрой­ства 6 для пленочно-струйного истечения жидкости. Шахтное уст­ройство является основным элементом аппарата, определяющим условия аэрирования жидкости. Принцип его работы сводится к следующему. Жидкость, увлекаемая насосом 2 из емкости 1, после теплообменника 3 подается в распределительную коробку 5 и, обтекая верхнюю закругленную кромку трубы 7, поступает в нее в виде кольцевого потока достаточно большой толщины. Сте­кая вниз по трубе 5 с нарастающей скоростью, жидкость увлекает за собой газ. Эффективному захвату газа способ­ствуют два фактора: шероховатость поверхности раздела фаз и касательное напряжение на границе раздела газ — жидкость. По мере стекания жидкости она так насыщается газом, что в ниж­нем сечении трубы 6 образуется газожидкостная смесь. При па­дении ее с большой скоростью на поверхность жидкости, нахо­дящейся в емкости 7, происходит дополнительный захват газа,

Рис. 2.29. Ферментатор с шахтным аератором

и в верхней части емкости 1 образуется газожидкостная система, размеры пузырьков в которой составляют менее 3 мм.

Основным узлом ферментатора, обеспечивающим ввод воздуха в культуральную среду, является аэрирующее шахтное устройство.