2.5. Принцип масштабирования технологических процессов

Технология производственного процесса всегда отрабатывается поэтапно. Принцип масштабирования – поэтапное увеличение объема аппаратов. Сначала его моделируют в лабораторных биореакторах, затем в пилотных и только после этого в промышленных установках.

Лабораторные биореакторы (объем – 0,5-100 л) по форме, системам аэрации и перемешивания напоминают промышленные. В них используется механическое перемешивание с барботажем.

По типу теплообмена могут быть двух категорий:

1. Лишенные собственных систем теплообмена и стерилизации. При этом установку помещают в водяную баню с постоянной температурой, а стерилизацию проводят в автоклаве;

2. Принцип устройства полностью соответствует промышленным биореакторам.

Лабораторные ферментаторы применяют для решения следующих задач:

1. кинетических – скорость роста клеток, утилизация субстратов и образование целевого продукта;

2. массообменных – рассчитывают коэффициент массопередачи, скорость поступления в среду кислорода и других газов, скорость освобождения среды от газообразных продуктов жизнедеятельности;

3. стехиометрических – связь потребленных субстратов и кислорода с получаемыми целевыми и побочными продуктами.

Пилотные биореакторы (пионерские, поисковые, указывающие путь) (объем – 100 л - 5 м³) дублируют промышленные установки. В них изучают макрокинетику потоков жидкости, газа и теплоты. Такие установки позволяют решать вопрос о том, пойдет ли процесс в промышленном масштабе.

Промышленные биореакторы (объем – 5-1000 м³). В них осуществляется синтез кинетических и стехиометрических характеристик. Причем многие параметры не соответствуют лабораторным и пилотным установкам. Для них важным критерием является масштабирование. Как правило, оптимальные условия в ферментаторах изменяются при каждом десятикратном увеличении объема установки.

Вопросы для самоконтроля

1. Принцип твердофазной ферментации.

2. Типы процессов при твердофазной ферментации.

3. Преимущества и недостатки твердофазных процессов.

4. Принцип жидкофазной ферментации.

5. Принцип газофазной ферментации.

6. Периодический способ культивирования.

7. Продленный периодический процесс.

8. Многоциклические процессы культивирования, типы.

9. Полунепрерывные системы культивирования.

10. Непрерывный способ культивирования.

11. Гомогенные системы идеального смешения

12. Хемостатное культивирование.

13. Турбидостатное культивирование.

14. Системы культивирования полного вытеснения

15. Системы твердожидкостного типа.

16. Принцип масштабирования технологических процессов.

17. Лабораторные биореакторы.

18. Классификация лабораторных биореакторов по типу теплообмена.

19. Значение лабораторных ферментаторов.

20. Пилотные биореакторы.

21. Промышленные биореакторы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Основная

1. Биотехнология: учебное пособие для вузов, в 8 кн., под ред. Егорова Н.С., Самуилова В.Д. – М., 1987.

2. Бирюков, В.В. Основы промышленной биотехнологии / В.В. Бирюков. – М.: КолосС, 2004. – 296 с. – ISBN 5-9532-0231-8 («КолосС»); ISBN 5-98109-008-1 (АНО «Химия»)

3. Блинов, В.А. Общая биотехнология: курс лекций. В 2-х частях. Ч. 1 / В.А. Блинов. – Саратов, 2003.

4. Елинов, Н.П. Основы биотехнологии / Н.П. Елинов. – СПб.: Наука, 1995. – ISBN 5-02-026027-4

5. Клунова, С.М. Биотехнология: учебник / С.М. Клунова, Т.А. Егорова, Е.А. Живухина. – М.: Академия, 2010. – 256 с. – ISBN 978-5-7695-6697-4