Особенности конструирования и работы ферментационного оборудования

Стерилизация ферментера и сохранение асептики.

Важнейшим условием успешного протекания любого биотехнологи- ческого процесса является поддержание стерильности среды в ферментере и во всей ферментационной установке в целом.

Всю совокупность операций по подготовке оборудования и коммуникаций с целью создания в них асептических условий можно разделить на два важнейших процесса: стерилизация внутренних полостей и герметизация всех элементов и узлов. Первый процесс проводится в подготовительный период перед запуском оборудования (в ходе процесса ферментации осуществляются лишь профилактические мероприятия по стерилизации отдельных узлов вспомогательного оборудования). Второй процесс осуществляется и при подготовке, и при эксплуатации оборудования.

Наиболее распространенный метод стерилизации аппаратов и трубо- проводов - тепловая обработка перегретым выше 100⁰С насыщенным водяным паром. Этот метод надежнее, экономичнее и удобнее в производственных условиях, чем обработка химическими средствами.

При стерилизации важнейшим условием ее эффективности является возможность создания во всех точках внутренних полостей необходимой температуры и поддержания ее в течение заданного времени. В производственных условиях выполнение этого требования связано со значительными трудностями ввиду наличия в ферментере многочисленных тупиковых полостей, областей и зон в которые затруднен доступ пара (“слабые точки”). Наиболее трудно стерилизуемыми местами в аппаратах являются участки расположения теплообменников, барботеров, штуцера (места ввода трубопроводов, датчиков КИП), загрузочные люки, а в разводках трубопроводов - тупиковые места, которые образуются на ответвлениях и в местах присоединения к аппаратам.

Расчетным путем показано, что для достижения равной степени стери-лизации в перечисленных «слабых» точках и в основном обьеме аппарата продолжительность выдержки различается примерно в 100 раз, если принять температуру пара в них 100 С.

Наличие большого количества “слабых точек” обусловлено тем, что конструкционные решения большинства узлов промышленного ферментера часто заимствуются из химической технологии и поэтому они не соответствуют требованиям стерилизации.

Наиболее действенной мерой повышения эффективности стерилизации оборудования и коммуникаций является разработка оборудования с наименьшим числом таких «слабых» точек или принудительная подача пара в эти зоны через дополнительные термические затворы, специально встроенные в те участки ферментера, где наблюдается максимальная концентрация таких«слабых» точек. Так же такими термическими затворами должны быть снабжены и все трубопроводные линии аппаратов.

Химические методы стерилизации, несмотря на свою эффективность, применяются редко. Это связано с тем, что после окончания стерилизации необходимо удалить стерилизующий агент, а это достаточно трудно сделать и может привести к повторной контаминации. Наиболее удобно использование газообразных или легколетучих веществ (этиленоксид, β-пропиолактон), которые легко удалить продувая систему стерильным воздухом.

Второй процесс определяющий конструктивные особенности аппара-туры, - ее герметизация. Она решает две задачи - защиту внутреннего объема от посторонней микрофлоры и защиту окружающей среды от продуктов биосинтеза.

Проблема обеспечения герметичности обусловлена рядом причин: пара- метры проведения разных стадий технологического процесса резко различаются (например термическая стерилизация (100⁰С и выше) и культивирование (25-45⁰С), сильная вибрация при работе перемешивающих устройств, перепад температуры в различных зонах установки, все это приводит к возникновению трещин и щелей в конструкциях и узлах аппаратуры.

Большинство случаев дегерметизации приходится на запорную арматуру, в которой наиболее опасные места - уплотнение седло-клапан и уплотнение штока, на фланцевые соединения, уплотнение валов и мешалок и места ввода датчиков КИП.

Одним из важных направлений повышения эффективности герметизации является переход на сварные соединения вместо фланцевых (соединение отдельных узлов за счет болтов), на сильфонные или мембранные вентили вместо обычных, на создание торцевых уплотнений для валов перемешивающих устройств с контролируемой герметичностью.

Для снижения риска попадания извне посторонней микрофлоры внутри ферментера создают небольшое избыточное давление.

В зависимости от требований предъявляемых к чистоте продукции (лекарственные, пищевые продукты) проводят работы по дезинфекции рабочих мест и целых производственных участков, очистке воздуха рабочих зон.