21 Билет

Уровень 1

1. Ответьте на следующие вопросы:

1.1. Как происходит выделение конечного продукта в малотоннажном произ¬водстве, каких температур требуют данные продукты и в каком виде они вы¬пускаются, и какие виды сушилок используются?

Малотоннажные производства или тонкий микробиологический синтез относятся ко второй подгруппе.

Цель малотоннажных производств:

- получение либо бактериальных препаратов;

- либо веществ сложной органической структуры, большинство из которых обладает биологической активностью

Сюда относятся:

• медицинские и кормовые антибиотики,

• ферменты, бактериальные удобрения, и стимуляторы роста,

• кровезаменители тепа полиглюкина, вакцины, гормональные препараты и т.п.

В малотоннажном производстве также используется глубинное выращивание микроорганизмов.

Культивирование при малотоннажном производстве происходит в условиях близких к оптимальным для развития вульгарной микрофлоры (рН 6,2 – 7,2 и температура 25 – 35 0С).

Следовательно, посторонние микроорганизмы могут;

- либо полностью подавить рост полезного продуцента;

- либо резко снизить выход нужного продукта метаболизма микроорганизмов.

В связи с этим к оборудованию, используемому в малотоннажном производстве,

• предъявляются повышенные требования к стерильности и герметичности, как аппаратов,

• так и технологических процессов протекающих в них.

Выделение конечного продукта из культуральных жидкостей в малотоннажном производстве происходит более сложным путем.

Помимо сепарации и фильтрования приходится использовать такие процессы как:

- осаждение; - экстракция; - выпарка; - ионный обмен и др.

Продукты тонкого микробиологического синтеза, как правило, термически нестойки.

Это требует

– невысоких температур

– и быстрого проведения процессов выделения после культивирования.

Готовый продукт выпускается, как правило, в сухом виде и фасуется в герметичную тару.

Наиболее распространенными видами сушки продуктов тонкого микробиологического синтеза является:

- распылительная; - тепловая вакуумная сушка; - сушка в кипящем слое; - и сублимационная.

Хранение готового продукта производится

– либо при пониженных температурах,

– либо в условиях исключающих контакт продукта с окружающей средой.

В принципиальном плане и при многотоннажном производстве и при тонком микробиологическом синтезе используется родственное, по сути, оборудование.

1.2. По каким 5-ти признакам классифицируется используемое в биотехноло¬гии оборудование?

Используемое в биотехнологии оборудование, классифицируется на соответствующие группы по ряду основных признаков. К таким признакам относятся.

I. Характер воздействия на обрабатываемый материал, либо сырье или продукт.

II. Структура рабочего цикла машины или аппарата.

III. Степень механизации и автоматизации.

IV. Принцип сочетания в технологическом потоке.

V. Функциональное (производственное) назначение.

I. По характеру воздействия на обрабатываемый продукт оборудование делится на три группы:

а) оборудование, в котором на материал оказывается механическое воздействие без изменения свойств самого материала (т.е. изменяется только форма и размеры продукта, например при измельчении, дроблении или резании);

б) оборудование, в котором на материал оказывается физико-химические, биохимические и тепловые воздействия в результате чего изменяются большинство свойств сырья и даже агрегатное состояние (т.е. изменяется вязкость, плотность, структура и т.д. например, при выпарке, концентрации, экстракции, сушке и т.п.);

в) оборудование, в котором на материал оказываются все виды воздействия.

II. По структуре рабочего цикла оборудование делится на две группы:

а) оборудование периодического действия;

б) оборудование непрерывного действия.

III. По степени механизации и автоматизации оборудование делится на три группы:

а) простые рабочие машины и аппараты (т.е. оборудование, в котором выполняется одна технологическая операция, например дробилка, мешалка, сепаратор и т.п. выполняют, несмотря на свою в некоторых случаях конструктивную сложность только одну технологическую операцию):

б) машины полуавтоматы (т.е. оборудование, в котором имеется несколько рабочих органов выполняющих несколько технологических операции и в котором требуется участие рабочего для выполнения некоторых контрольных функций).

в) машины автоматы (т.е. оборудование, в котором также имеется несколько рабочих органов выполняющих несколько технологических операции в автоматическом режиме и в котором не требуется участие рабочего).

IV. По принципу сочетания в потоке

а) отдельные машины и аппараты;

б) агрегаты или комплексы;

в) комбинированные и автоматизированные виды оборудования (это прежде всего поточно-механизированные линии)

Машины и аппараты отличаются друг от друга по структурной форме. Машина, как правило, состоит из трех частей:

 рабочего органа установленного внутри рабочей камеры;

 передаточного механизма, передающего движение рабочему органу;

 и источника движения, т.е. двигателя.

Таким образом, в машине обработка сырья происходит в результате преобразования в движение механической работы двигателя.

В аппарате обработка сырья происходит под влиянием движущей силы или разности потенциала процесса.

Под движущей силой процессов понимается разность:

 давлений – для гидродинамических;

 температур – для тепловых;

 плотностей – для процессов разделения жидких неоднородных сред;

 концентраций – для массообменных;

 сил – для механических процессов (измельчения, дробления и резания).

Аппарат по своей структурной форме может состоять:

 из рабочей камеры

 и рабочих органов.

Двигательный и передаточный механизмы могут

• либо вообще отсутствовать,

• либо выполнять какие-то вспомогательные функции.

Например, в распылительной сушилке основной процесс сушки происходит под влиянием разности температур горячего воздуха и жидкого сырого продукта. Распыливание же жидкости происходит с помощью быстровращающегося диска, который приводится во вращение от двигателя и передаточного механизма.

V. И, наконец, по производственному назначению оборудование делится на большое количество групп, а именно:

 для проведения вспомогательных и подъемно-транспортных операций по доставке, хранению, дозированию сырья и материалов;

 для стерилизации питательных сред и воздуха;

 для экстрагирования, отжима, фильтрования и флотации;

 для культивирования (т.е. выращивания) микроорганизмов на твердых питательных средах;

 для культивирования микроорганизмов на жидких питательных средах;

 для разделения жидкой и твердой фаз из неоднородных систем (т.е. центрифуги и сепараторы);

 для концентрирования и очистки растворов биологически активных веществ (т.е. вакуум-выпарные установки);

 для мембранного разделения растворов биологически активных веществ(т.е. ультрафильтрационные установки);

 для сушки продуктов микробиологического производства;

 для измельчения, стандартизации, гранулирования и микрокапсулирования продуктов микробиологических производств.

Уровень 2

Как определяется производительность или пропускная способность машин периодического действия при обработке продуктов в объеме?

Производительность машин ПД при обработке продукта в объеме.

Для этих машин характерно наличие

– рабочей камеры, в которой производится обработка продукта.

Примером такой машины является мешалка, в которой имеется рабочая емкость - дежа.

1) Если произвести замену скорости в формуле 1:

= Н/ м/с, либо м/мин (1), то получим

М0= f• Н/ = V/ м3/с (2)

Произведение

• площади (м2)

• на линейный размер (м) есть объем (м3).

Поэтому, объемная производительность машин ПД равна отношению объема рабочей камеры машины ко времени ее работы.

Это также очень важная формула.

Она нашла широкое применение в расчетах оборудования.

Ее также можно дополнить такими важными параметрами как:

- плотность (насыпная масса) продукта, кг/м3;

- коэффициент заполнения рабочей камеры, 1,0;

= 1 + 2 + 3 – время работы машины, с либо мин;

а также, временными коэффициентами 3600 либо 60.

2) Тогда можно получить еще две зависимости

М0 = 3600 V• • / = 3600 G/ , кг/час (3)

Еще один важный момент.

Как для машин ПД, так и для машин НД используется ещё одна модификация формул

М0 = V/ = f• Н•n• = 0,25 • •H•n• м3/с (4)

Она характерна для машин, в которых имеется цилиндрическая рабочая камера, внутри которой:

- или возвратно-поступательно, (например, поршневой или мембранный насос);

- или вращательно перемещается какой-то рабочий орган (например, шнековый пресс, шнековый экстрактор и т.д.).

Эта замена имеет место, поскольку n – число оборотов или число двойных ходов - является величиной обратной времени.

n = 1/ , мин-1, либо с-1 (5)

Н, D - высота и диаметр рабочей камеры, м; - коэффициент заполнения.

Уровень 3

Как устроен и как работает шнековый экстрактор ЭТШВ-600 для экстрагирования ферментов и аминокислот?

Применяется для экстрагирования ферментов, аминокислот и др. веществ из твердых материалов. Экстрактор смонтирован на раме 1 изготовленной из металлопроката.

Внутри рамы установлены три колонны:

- загрузочно-спускная - 2;

- поперечно-горизонтальная - 3;

- и подъемно-разгрузочная - 4.

- Внутри каждой из колонн расположены перфорированные шнеки. Каждый шнек имеет свой индивидуальный привод.

Привод позволяет плавно регулировать частоту вращения шнеков от 0,25 до 2 об/мин. Это позволяет оптимизировать режим экстракции.

Загрузочно-спускное устройство состоит из соединенных между собой цилиндрических обечаек внутренним диаметром 600 мм.

Длина экстракционной зоны составляет 10 м, а общая высота – 12 м.

Работа на этой установке производится следующим образом:

- твердая фаза культуры грибов подается шнековым питателем в верхнюю часть загрузочно-спускной колонны;

- далее она перемещается перфорированным шнеком и через переходный горизонтальный участок поступает в подъемную колонну;

- экстрагент (растворитель) противотоком подается через распределительное устройство в параллельную подъемно-опускную колонну;

- вода поднимается в загрузочно-спускную колонну, непрерывно насыщается и после прохождения через фильтр расположенный в верхней части подъемной колонны выводится из экстрактора.