7 Ферментеры с самовсасывающей мешалкой
Это емкостные аппараты обычно небольшой высоты, имеющие мешалку, работающую как насос по газовой фазе (рис.5).
Рис. 5. а) полая труба; б) самовсасывающая мешалка; в) ферментер с самовсасывающей мешалкой: 1 - привод мешалки; 2 - пустотелый вал; 3 - теплообменник; 4 - мешалка; 5 - ложное днище.
Вращающаяся закрытая турбинная мешалка прокачивает жидкость через себя и скорость движения жидкости максимальна на краю мешалки. Соответственно в этом сечении мешалки самое низкое давление, и создается разность давлений внутри ее и на краю величиной до нескольких метров водяного столба, за счет чего и происходит подсос воздуха через полый вал мешалки. Однако создаваемое разрежение обычно не превышает 0,5 атм , что и определяет предельную высоту аппарата. Малая же высота жидкости в аппарате - это малое время контакта фаз и, соответственно, малый коэффициент утилизации кислорода.
Подобные мешалки обычно используются для аппаратов небольшого объема или относительно небольшой высоты, и применяются в компоновке с диффузорами для улучшения циркуляции среды в аппарате.
Достоинства - интенсивное перемешивание, отсутствие компрессора для подачи воздуха.
Недостатки: нестерильны и неэкономичны (известные по производству БВК многоступенчатые секционированные ферментеры Б-50 и АДР-76 имеют самые высокие энергетические показатели на аэрацию и перемешивание.)
8 Ферментеры с перемешиванием и барботажем
Это наиболее распространенный тип ферментационного оборудования, используемый практически во всех БТ производствах. Объем аппаратов от 50 литров до100 м3. Внутреннее устройство (рис.6) зависит от особенностей протекающих процессов и может отличаться: расположением привода, числом мешалок, числом отражательных перегородок, системой аэрации, конструкцией внутренних и внешних теплообменных устройств. Аппарат также может иметь диффузор.
В
се
эти конструктивные вариации зависят
от объема аппарата, физических свойств
среды и от массо- и теплообменных
характеристик процесса.
Верхнее расположение привода более удобно для обслуживания, нижнее обеспечивает более высокий уровень стерильности. Число ярусов мешалки - от 1 до 6 и зависит от высоты и геометрических пропорций аппарата. Число оборотов мешалки зависит от типа мешалки и обычно не превышает 300 об/мин. Число отражательных перегородок обычно 3-8 и зависит от диаметра аппарата, а их ширина составляет 0,1-0,12 D аппарата. Внутренние теплообменники - обычно трубчатые, самых разных конструкций, а внешние - рубашки разных конструкций.
Рис. 6. Ферментер с перемешиванием и барботажем: 1 - привод; 2 - вал; 3 - рубашка; 4 - змеевик; 5 - отражательная перегородка; 6 - мешалка; 7 - барботер; 8 - нижний привод.
Достоинства - высокая интенсивность массообменного процесса, возможность регулирования параметров (nс, Qг), стерильность процесса, отработанность конструкции.
Недостатки - относительно высокая энергоемкость, сложность мойки и стерилизации из-за множества внутренних устройств.