- •Аппаратурное оформление процесса ферментации
- •3 Барботажные ферментеры
- •4 Эрлифтные ферментеры
- •4 Эрлифтные аппараты с внешней циркуляцией
- •5 Струйные ферментеры
- •6 Колонные ферментеры
- •7 Ферментеры с самовсасывающей мешалкой
- •8 Ферментеры с перемешиванием и барботажем
- •10 Теплообменные устройства
- •11 Перемешивание в процессе ферментации
- •Механическое перемешивание
- •Механическое перемешивание
- •13 Эффективность работы мешалок
- •Микро- и макросмешение
- •14 Условие полного отражения
- •15 Мощность механического перемешивания
- •Мощность пневматического перемешивания
- •9 Конструкции барботеров
- •17 Размер газовых пузырей при барботаже
- •18 Скорость всплытия газового пузыря
- •Газосодержание жидкости
- •18 Массообмен при ферментации
- •20 Массоперенос из газовой фазы в жидкую
- •21 Тепловой баланс ферментации
Аппаратурное оформление процесса ферментации
Ферментацией принято называть процесс глубинного культивирования микроорганизмов, а аппараты для глубинного культивирования называются ферментерами. Ферментеры подразделяются по своему технологическому назначению на посевные ферментеры и собственно ферментеры, которые отличаются назначением и размерами. Посевные ферментеры меньше по объему и предназначены для выращивания посевного материала для основной ферментации. Процессы, протекающие в тех и иных аппаратах, схожи и не имеют принципиальных отличий.
Большинство процессов культивирования микроорганизмов протекает при температуре около 30 ОС (от 25 до 37 ОС), при давлении близком к атмосферному (обычно не более 6 атм.), при постоянной аэрации содержимого аппарата воздухом (кислородом) для аэробных микроорганизмов, при интенсивном перемешивании среды и в стерильных условиях, если это необходимо. Процессы культивирования сопровождаются выделением большого количества тепла и требуют соответствующего теплосъема.
Состав среды для культивирования микроорганизмов может различаться, но обязательно включает питательные органические соединения (углеводы или углеводороды) и необходимые микро- и макроэлементы. Состав среды в совокупности с видом микроорганизмов определяют физические свойства среды.
2. Соответственно для культивирования разных микроорганизмов и для разных субстратов существует множество разнообразных конструкций ферментеров, которые можно классифицировать по следующим признакам:
- по принципу действия: периодического, непрерывного и полунепрерывного;
- по структуре потока: ИВ, ИП и промежуточного типа;
- по условиям стерильности: стерильные, нестерильные, асептические;
- по способу ввода энергии в аппарат: в жидкую фазу, в газовую фазу, со смешанным вводом энергии;
- по конструктивным признакам: барботажные, эрлифтные, с перемешиванием и барботажем, с самовсасывающей мешалкой, струйные, колонные и т.п.
3 Барботажные ферментеры
Представляют собой емкостные аппараты, обычно вертикального исполнения (рис.1) с нижним газораспределительным устройством (барботером). Перемешивание среды в аппарате осуществляется барботирующим воздухом.
Могут иметь как наружные, так и внутренние теплообменные устройства, систему пеногашения.
Основные достоинства - простота конструкции, возможность создания стерильных условий и удобство мойки аппарата. Недостатки - малая скорость всплытия газовой фазы, невозможность проведения интенсивных массообменных процессов, плохая управляемость процессом.
Используются в крупнотоннажных производствах лекарственных препаратов, кормовых (ГДЗ) и хлебопекарных дрожжей, объем до 1300м3.
4 Эрлифтные ферментеры
Конструктивно отличаются от барботажных наличием внутри аппарата одной или нескольких труб-диффузоров. Под диффузором устанавливается газораспределитель так, что всплывающие пузыри газовой фазы движутся внутри трубы (рис.2а). Внутри трубы создается восходящий двухфазный (газожидкостной) поток, а вне ее - обратное движение жидкой фазы. Таким образом, в аппарате возникает циркуляция среды, обеспечивающая хорошее перемешивание содержимого.
ХВ -холодная вода;
G - газовая фаза.
Скорость всплытия пузырей возрастает до 0,3-0,6 м/с за счет попутного движения жидкой среды в трубе и соответственно возрастает пропускная способность аппарата по газовой фазе. Больший подвод кислорода на единицу объема среды позволяет вести более интенсивные массообменные процессы.