Через определённые промежутки времени пластины автоматически пово-

рачиваются на 90° и затем возвращаются в исходное положение. Последова-

тельный поворот пластин на соседних полках обеспечивает постепенное пере-

мещение материала сверху вниз камеры.

За счёт перегородок 3 камера разделена, кроме того, на III секции таким образом, что в I-й верхней секции содержится шесть полок, во II-й – восемь,

в III-й – шесть. При этом I и III секции соединены с вентиляторами, нагреваю-

щими воздух из атмосферы через фильтры бактериальной очистки и калорифер.

Вторая – средняя секция, соединена с вытяжным вентилятором, который вы-

брасывает отработанный воздух после очистки с помощью циклонов и фильт-

ров бактериальной очистки.

Свежий воздух засасывается на высоте 5…6 м над коньком камеры, очи-

щается и смешивается в воздуховоде с водяным паром до требуемых парамет-

ров (32…33 ° С – I секция, 27…29 ° С – III секция при относительной влажности

96…98%). За счёт соответствующего расхода воздуха во II секции поддержива-

ется температура 27…29 ° С.

Исходная среда загружается на первую верхнюю полку в герметичных условиях с равномерным распределением материала на полке. Среда последо-

вательно проваливается с полки на полку, аэрируется при обдуве воздухом. Го-

товый продукт падает с нижней полки в приёмный бункер, откуда поступает на дробление и сушку. Производительность – 300 кг/сутки.

Шахтная растильная установка имеет удельную производительность, в 4– 5 раз бó льшую, чем камерная, и является универсальной установкой, поскольку может быть использована и для сушки. Вследствие непрерывного режима рабо-

ты и высокой степени автоматизации установка характеризуется высокими тех-

нико-экономическими показателями.

3.1.3. РАСТИЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ ДЛЯ ДИНАМИЧЕСКОГО ВЫРАЩИВАНИЯ

Вибрационные растильные установки. Вибрационные растильные уста-

новки относятся к установкам динамического метода выращивания. В соответ-

ствии с указанным методом процесс выращивания протекает в режиме посто-

янного перемешивания фаз и обновления поверхности их взаимодействия.

61

В вибрационной установке культуральная среда перемещается по грузо-

несущему органу в режиме интенсивных колебаний частиц с частотой 10… 17,5 Гц. В виброслое частицы, находясь во взвешенном состоянии, активно пе-

ремешиваются. Среда в этом состоянии характеризуется высокими коэффици-

ентами переноса как между частицами и сплошной фазой, так и между части-

цами и поверхностью канала, а также высокими значениями эффективной по-

верхности межфазного контакта. Эти признаки обеспечивают благоприятные условия для выращивания микроорганизмов на высокодисперсном субстрате.

Вследствие высоких коэффициентов теплообмена со стенками камеры и развитой поверхности контакта частиц с газовой фазой представляется возмож-

ным использовать для отвода тепла воду, подавая её в рубашку и трубы, сокра-

тить расход воздуха на аэрацию в 40 раз, с 20 000 до 500 м3 на 1 т культуры.

Вибрационная установка может работать в режиме как горизонтального,

так и вертикального вибротранспорта.

Растильная установка с винтовым виброконвейером производительно-

стью 3,5 т/сутки (рис. 3.6) состоит из загрузочного бункера, горизонтального вибростерилизатора, трёх последовательно соединённых винтовых виброкон-

вейеров – растильных камер и винтового виброконвейера-вибросушилки.

Субстрат поступает непрерывно из бункера в вибростерилизатор и на вы-

ходе из него смешивается с посевной культурой. Ферментативная среда из сте-

рилизатора поступает в нижний приёмный виток первого винтового виброкон-

вейера, в котором осуществляется первая стадия культивирования – стадия

Рис. 3.6. Установка растильная на базе винтовых виброконвейеров:

1 – бункер загрузочный; 2 – вибростерилизатор; 3, 4 – виброконвейер винтовой –

растильная сушилка; 5 – виброконвейер винтовой – сушилка

62

проращивания. Во втором конвейере, который отличается от первого наличием рубашки водяного охлаждения, проводится стадия роста микроорганизмов.

В связи с этим в конвейер подаётся кондиционированный воздух. Третий кон-

вейер служит для осуществления третьей стадии культивирования и по конст-

рукции аналогичен первому виброконвейеру.

Выращенная культура поступает в четвёртый винтовой виброконвейер,

который аналогичен по устройству второму конвейеру и выполняет функцию сушилки. В связи с этим в его рубашки подаётся вода с температурой 70 ° С,

а в витки – воздух с температурой 70…80 ° С.

Скорость движения ферментативной среды в лотках конвейеров состав-

ляет 2…3 мм/с. Диаметр, сечение лотка и число витков определяют исходя из производительности установки и необходимого времени пребывания среды в растильных камерах. Недостатками вибрационной установки являются повы-

шенный износ вибрирующих узлов конструкции и наличие источников шума.

Растильные установки колонного типа. В растильных установках колон-

ного типа реализуется динамический метод выращивания микроорганизмов при сквозном (объёмном) аэрировании разрыхляемой среды. При этом, как правило,

слой ферментативной среды достигает толщины 300…500 мм и более. В таком гидродинамическом режиме взаимодействия интенсифицируются процессы те-

пломассообмена, а, как следствие, и биохимические реакции при высоких объ-

ёмных значениях скорости культивирования микроорганизмов. Колонные ап-

параты могут работать как непрерывно, так и периодически.

Установка для непрерывного выращивания культур грибов состоит из ти-

повых технологических узлов подготовки питательной среды, посевного мате-

риала, подготовки культуральной среды и растительного аппарата колонного типа.

Растильный аппарат (рис. 3.7) установки непрерывного выращивания грибных культур предоставляет собой секционированную колонну, состоящую из царг со сферической крышкой и коническим днищем. Внутри колонны осе-

симметрично установлен шнек с полыми валом и витками шнека. Шнек выпол-

нен прерывистым, и в промежутке между витками установлены контрпальцы для измельчения и разрыхления среды. На верхней царге перед первыми витка-

ми шнека установлена контрплита для обеспечения подпора подаваемого в аппарат материала.

63

Таким образом, аппарат обеспечивает перемешивание, разрыхление и из-

мельчение среды по всему её объёму в процессе выращивания культуры, что создаёт благоприятные условия для интенсивного роста микроорганизмов.

Растильные аппараты барабанного типа. Барабанные растильные уста-

новки, как и колонные, реализуют динамический метод выращивания культур на поверхности твёрдого субстрата. Они могут быть как непрерывно действующи-

ми, так и периодическими. Использование барабанных растильных установок позволяет организовать процесс культивирования в весьма специфических гид-

родинамических условиях, благоприятных для выращивания микроорганизмов.

Такие условия образуются вследствие вращения рабочей камеры и циклического перемешивания материала в режиме его гравитационного течения.

Аппарат для выращивания продуцентов белка может служить примером аппарата периодического действия.

Аппарат состоит (рис. 3.8) из горизонтального вращающегося барабана,

который имеет полые опорные цапфы, загрузочный люк и радиальные подъём-

ные лопасти. Лопасти закреплены в барабане на пружинах. В одну из цапф вве-

дена труба, через которую поочерёдно вводятся пар, стерильная вода, посевная культура, воздух.

Рис. 3.8. Аппарат растильный барабанный:

1 – труба для вывода пара и культуры; 2 – цапфа полая; 3 – лопасть; 4 – штифт ударный;

5 – корпус; 6 – люк; 7 – труба для подачи воды; 8 – пружина

65

Питательную среду, например отруби, загружают через люк, и барабан приводят во вращение. Затем среду стерилизуют в течение 60…70 мин путём подачи пара давлением 0,2…0,3 мПа через трубу в полой цапфе. По этой же трубе после охлаждения среды через стенку корпуса барабана загружают сте-

рильную воду и посевную культуру. Охлаждение среды осуществляется путём орошения поверхности барабана водой.

Аэрирование среды в барабане проводят либо воздухом, находящимся в барабане, либо путём самовентилирования рабочего объёма или принудитель-

ной подачи воздуха. Аэрирование без подвода свежего воздуха осуществляется при малой нагрузке (3…5 кг/м3). Самовентилирование рабочего объёма осуще-

ствляют через люк, который открывают и обтягивают тканью Петрянова.

При вращении барабана подпружиненные лопасти ударяются о штифты,

закреплённые на изогнутом конце трубы, и вследствие вибрации создают коле-

бательные перемещения воздуха в барабане. Это позволяет интенсифицировать процесс, протекающий в аппарате.

После завершения процесса культивирования в аппарат вводят стериль-

ную воду и выводят культуру в виде суспензии с Ж:Т = 15:1 путём выдавлива-

ния её паром или стерильным воздухом.

Известны и другие барабанные растильные установки, которые отлича-

ются от рассмотренной устройством узлов ввода стерильной воды, воздуха, во-

рошителей среды.

3.2. ФЕРМЕНТАТОРЫ ДЛЯ ГЛУБИННОГО КУЛЬТИВИРОВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ НА ЖИДКИХ ПИТАТЕЛЬНЫХ СРЕДАХ

Глубинное культивирование является наиболее тонким и сложным про-

цессом микробиологических производств. Скорость этого процесса существен-

но зависит от многих факторов, среди которых следует выделить в первую оче-

редь температуру, рН среды, концентрацию газообразного и жидкого субстра-

тов, гидродинамическую обстановку в рабочем объёме, возраст микроорганиз-

мов и др.

Классификационные признаки и классификация ферментаторов рассмот-

рены в начале раздела «Ферментаторы». В этом же подразделе следует отме-

66

тить, что в микробиологической промышленности процессы культивирования продуцентов биоактивных веществ проводятся, в основном, периодическим способом в стерильных условиях, за исключением культивирования дрожжей для получения БВК на парафинах, гидролизатах и сульфитных щёлоках.

Это связано с тем, что процесс культивирования протекает длительное время, и для выполнения высоких требований по стерильности целесообразна его организация в периодическом режиме.

Стерильность процесса обеспечивается путём стерилизации ферментато-

ра, трубопроводов, датчиков, среды, подачи чистой культуры, стерильного воз-

духа, стерильного химического пеногасителя и т.д., а также путём тщательной герметизации рабочего объёма. Герметизация рабочего объёма по месту выхода вала мешалки часто обеспечивается в ферментаторах за счёт установки торце-

вого уплотнения типа ТТ, которое рассчитано на работу при давлении пример-

но от 3 до 300 кПа и температуре от 30 до 250 ° С, частоте вращения 500 мин–1 .

Наработка на отказ составляет более 2000 ч при ресурсе 8000 ч.

Уплотнение ТТ (рис. 3.9) имеет термический затвор, создаваемый нагре-

тым маслом, которое, кроме того, смазывает поверхности трения уплотнения.

Нагрев масла осуществляется через паровую рубашку. Кроме того, уплотнение снабжено устройством для улавливания утечек. Уплотнение имеет подвижное кольцо, закреплённое на втулке, которой передаётся вращение от вала. К под-

вижному кольцу с помощью пружин прижимаются с двух сторон неподвижные кольца. В корпус заливают авиационное масло, уровень которого определяют визуально по указателю. Корпус имеет рубашку, обогреваемую паром.

Рис. 3.9. Схема торцевого уплотнения типа ТТ:

1 – кольцо неподвижное; 2 – кольцо подвижное; 3 – пружина; 4 – рубашка паровая;

5 – уловитель утечек

67

3.2.1. ФЕРМЕНТАТОРЫ С МЕХАНИЧЕСКИМ ПЕРЕМЕШИВАНИЕМ БАРБОТАЖНОГО ТИПА

Существует несколько модификаций аппаратов с механическим переме-

шиванием и барботажем, которые отличаются друг от друга объёмом, видом перемешивающего устройства, местом установки его привода (верхним или нижним), видом уплотнения, теплообменными устройствами и др. Наиболее известными конструкциями аппаратов этого типа являются аппараты объёмом

63 и 100 м3 конструкции ФРГ, ферментаторы ГИПРОмедпрома и фирмы «Нор-

дон» (Франция).

В качестве примера рассмотрим аппарат объёмом 63 м3. Аппарат (рис. 3.10)

имеет цилиндрическую форму и выполнен сварным либо из нержавеющей ста-

ли, либо из биметалла с эллиптическими крышкой и днищем. Внутри аппарата установлен вал с трёхъярусной мешалкой, два верхних яруса которой выполне-

ны закрытыми, а нижний открытым. При этом третья открытая турбина распо-

Рис. 3.10. Ферментатор с мешалкой и барботёром:

1 – корпус; 2 – рубашка; 3 – мешалка закрытая; 4 – мешалка открытая; 5 – барботёр;

6 – штуцер спуска; 7 – змеевик; 8 – люк; 9 – мотор-редуктор; 10 – сифон

68