6. Ферментаторы и биореакторы

Ферментаторы с механическим перемешиванием барбохажного типа широ­ко применяются для стерильных процессов выращивания микроорганизмов - проду­центов биологически активных веществ. Ферментатор (рис. 20.14) такого типа

представляет собой вертикальный аппа­рат цилиндрической формы, изготов­ленный из стали Х18Н10Т или биметалла с эллиптическими крышкой и днищем. Отношение высоты к диамет­ру равно 2,6 : 1. На крышке аппарата расположен привод перемешивающего устройства, состоящий из электродвига­теля 1, редуктора 2, муфты 3, подшип­ника 4 и сальника 5. Здесь же установлены штуцеры для загрузки пи­тательной среды и посевного материала 18, подачи и вывода воздуха 19, смотро­вые окна, люки для погружения мою­щей механической головки; предох­ранительный клапан.

Для выгрузки культуры в днище ап­парата предусмотрен спускной штуцер 16. Внутри корпуса 7 проходит вал 6 с закрепленными на нем перемешиваю­щими устройствами, состоящими из за­крытых турбин 8. Барботер 13 соединен с трубой 11 для подвода воздуха и вы­полнен в виде разборного ромба из пер­форированных труб. В верхней его части расположены в шахматном поряд­ке 2000...3000 отверстий. Вал б и пере­мешивающие устройства 8, 12, 14 с муфтами 10 и 15 приводятся во вращение от мотор-редуктора 2.

Ферментатор оборудован рубашкой 17, состоящей из 6...8 ярусов-секций. Каждая секция состоит из 8 навитых опоясывающих каналов, выполненных из уголкового профиля. Площадь по­ верхности охлаждения рубашки 60 м², внутренняя поверхность которой состоит из змеевиков 9 диаметром 600 мм и общей высотой 2,4 м.

Ферментатор рассчитан для работы под избыточным давлением 0,25 МПа и сте­рилизации при 130... 140 °С, а также для работы под разрежением. В процессе выра­щивания микроорганизмов давление внутри ферментатора в пределах 50 кПа; расход стерильного воздуха до 1 м³/(м³-мин). Высота столба жидкости в аппарате 5...6 м при высоте аппарата более 8 м.

Для обеспечения стерильности процесса предусмотрены торцевые уплотнения вала перемешивающего устройства с паровой защитой. Торцевые уплотнения рас­считаны для работы при давлении до 0,28 МПа и остаточном давлении не ниже 2,7 кПа, температуре 30.. .250 °С и частоте вращения вала до 500 мин"¹. С помощью тор­цевых уплотнений удается практически полностью предотвратить утечку среды или попадание воздуха в полость аппарата в месте вывода вала.

Торцевые уплотнения, соприкасающиеся с рабочей средой, изготовляются из стали Х18Ш0Т и Х17Н13М2Т, а также из титана ВТ-10. Длительность безотказной работы торцевого уплотнения не менее 2000 ч при ресурсе работы 8000 ч. Допусти­мое радиальное биение вала в зоне торцевого уплотнения не более 0,25 мм, угловое биение вала не более 0,25°.

О борудование для процесса ректификации спирта

П утем простой дистилляции жидкостных смесей с незначительно выгнутой кривой равновесия возможна лишь минимальная концентрация одного из компонентов (рис. Х.48). Относительный веществен­ный состав исходной смеси возрастает от х₀ в перегонном кубе до у₀ в паровой сме­си (пересечение вертикальной линии до х₀ с кривой равновесия).

Для достижения достаточного разде­ления следовало бы паровую смесь у₀ конденсировать (х_{), а потом снова дис­тиллировать. Тогда получим пар с соста­вом у_{. Повторная конденсация дает жид­кость с идентичным составом х₂.

Если и такого обогащения недоста­точно, можно попытаться произвести еще одно выпаривание с последующей конденсацией пара. И это придется повто­рять до тех пор, пока не будет достигнута требуемая концентрация (красная сту­пенчатая линия на рис. Х.48).

Но подобная многоступенчатая перегонка потребовала бы наличия дорогосто­ящего оборудования и немалых энергетических затрат, поэтому в таком виде она почти не практикуется.

Гораздо более удобен и выгоден во всех отношениях способ разделения жид­костных смесей, известный под названием «ректификация», или «противоточная дистилляция».

При ректификации обогащение и соответственно разделение смеси жидкостей осуществляется на основе массообмена между нею и проходящей в противотоке паровой смесъю.

Условием разделения смеси путем ректификации является, как и в случае пе­регонки, присутствие в этой смеси отдельных жидкостей с разными температура­ми кипения.