2. Призначення та галузь використання виробу, що розробляється

Ферментаційні процеси проводять в апаратах, які називаються ферментери (біореактори).

В залежності від застосовуваних методів оцінки роботи ферментери для глибинного культивування мікроорганізмів поділяються на ряд груп за наступними ознаками :

• за призначенням – для нарощування біомаси та для безпосереднього культивування для накопичення необхідного метаболіту;

• за способом культивування – апарати неперервної та періодичної дії;

• за стерильністю – герметичні та ті, що не потребують суворої стерильності;

• за конструктивними ознаками – ферментери з дифузором та турбіною, з рухомими аераторами, з механічними мішалками, із зовнішнім циркуляційним контуром, колоні ферментери, з ежекційною системою аерації;

• за способом підведення енергії - апарати з підведенням енергії газовою фазою (барботажні, ерліфтні), рідкою фазою (ежекційні, струйні) та комбіновані (комбіновані);

  • за способом організації перемішування та аерації - без перемішування та без аерації (анаеробні процеси); без перемішування і з аерацією; з перемішування та аерацією (аеробні процеси).

Ферментер являє собою герметичну ємність з кришкою і днищем відповідної форми. Об’єм апаратів може варіювати від 0,01 до 100 м³, висота апарату перевищує його діаметр в 2 – 2,5 рази. Найкращий матеріал для виготовлення біореакторів – нержавіюча сталь.

У сучасній літературі описані сотні ферментерів, що відрізняються за конструкцією, принципом роботи і розміром. Численність методів культивування, надзвичайне різноманіття використовуваних біологічних

агентів призвели до величезного розмаїття конструктивних рішень, які залежать від ряду факторів: типу продуцента і середовища, технології та масштабів виробництва, а також цільового продукту та інших.

При проектуванні обладнання необхідно виконувати:

1. принцип досконалості і універсальності

2. принцип підбору матеріалів, особливо робочої зони – інертність матеріалу, корозійна стійкість матеріалу.

3. Експлуатаційна надійність технологічного обладнання

4. Доступність окремих елементів та вузлів для технічного обслуговування

5. Створення можливостей миття, очищення апаратів, проведення стерилізації робочих об’єктів та вузлів, що контактують з середовищем

6. Забезпечення конструктивними елементами, які дозволяють контролювати проведення процесу (відбори проб, вимір температури, тиску, рН, рівня рідини, вмісту кисню)

7. Наявність елементів сигналізації в разі виходу параметрів процесу за нормовані величини.

При виборі конструкції ферментеру необхідно створити найкращі умови для тепло- і масообміну: найкращі умови для біологічного агенту, транспорту речовин, відведення продуктів життєдіяльності та створення теплового режиму роботи, який забезпечить постійну температуру в усіх точках. По способу перемішування й аерації ферментери підрозділяються на апарати з механічним, пневматичним і циркуляційним перемішуванням. Апарати з механічним перемішуванням – найпоширеніша конструкція в сучасній мікробіологічній промисловості. Вони мають механічну мішалку, що складається із центрального вала й лопатей різної форми. Мішалка – рухомий робочий орган механічного перемішуючого пристрою, який здійснює безпосередню дію на рідке середовище. В систему перемішування входять також відбивні перегородки – вузькі металеві пластини, прикріплені до внутрішніх стінок реактора. Ці перегородки запобігають виникненню виру навколо обертової мішалки, переводячи круговий рух рідини у вихровий, рівномірно розподілений по всьому об’єму. Перспективи подальшого застосування апаратів з механічним перемішуванням пов’язані з високою швидкістю масопередачі кисню й значною економією потужності.

Конструктивним елементом, безпосередньо призначеним для приведення рідини в рух, є мішалка. Як показує практика, більшість завдань перемішування може бути успішно вирішене шляхом використання обмеженого числа конструкцій мішалок. При цьому існують найбільш характерні області застосування й діапазони геометричних співвідношень окремих типів мішалок.

У даному курсовому проекті розраховується і проектується ферментер, що має перемішуючий пристрій. Перемішування рідини може бути в більшості випадків здійснено лопатевими, якірними, рамними, турбінними або трьохлопатевими мішалками.

Для культивування був обраний вертикальний апарат з еліптичними кришкою і днищем, та турбінною шестилопатевою мішалкою для забепечення однорідного розподілу поживних компонентів в культуральній рідині. Конструкція ферментеру призначена для біосинтезу пропіонової кислоти.

Апарат такої конструкції можна використовувати для вирощування, за потребою, широкого спектру мікроорганізмів (включаючи умовно патогенні) та грибів, як аеробних, так і анаеробних. Номінальний об’єм ферментера, що розробляється складає 100 м³.

Технологічний процес, що протікає в обраному ферментері, складається з наступних операцій:

1. підготовка ферментера і перевірка його на герметичність;

2. стерилізація ферментера;

3. завантаження поживним середовищем і культурою;

4. процес культивування.