Universitatea de Stat din Belarus
Bioreactoarele (fermentatorii) formează baza producției biotehnologice. Masa aparatelor utilizate, de exemplu, în biotehnologia microbiană, este diferită, iar cerințele de aici sunt în mare parte determinate de considerente economice. În ceea ce privește fermentatorii, se disting următoarele tipuri: cele de laborator cu o capacitate de 0,5-100 l, capacități pilot de 100l-10 m3, capacități industriale de 10-100 m3 și mai mult.
La scalare, cele mai importante caracteristici ale procesului sunt realizate, nu păstrarea principiului de proiectare.
Echipamentele folosite în biotehnologie trebuie să contribuie cu o anumită cantitate de estetică la interiorul departamentului sau departamentului ("mângâiați ochiul"). În timpul funcționării și în afara acesteia, echipamentul trebuie să fie ușor accesibil, conținut și funcțional în anumite limite ale cerințelor de igienă și igienizare.
În cazul înlocuirii pieselor sau pieselor din aparat, lubrifierea și curățarea unităților în timpul întreținerii de rutină etc., contaminanții nu trebuie să intre în bioreactoare, în liniile de curgere a materialelor sau în produsele finale.
Echipamentul tehnic al proceselor biotehnologice convențional recomandabil să se limiteze proiectarea echipamentelor de producție bazate pe cultivarea: 1) de bacterii și fungi, 2) celule și țesuturi vegetale, 3) celule și țesuturi de animale și a organismelor umane. O astfel de unitate este, deoarece bacteriile și ciupercile sunt în mare parte crescute în bioreactoare similare având aproape același tip de tubulatură, care include: (. Pentru hrănirea mediul nutritiv, sămânța, reîncărcare și așa mai departe) fermentator, supapa de mai multe spații sterile, sisteme de reglementare pH 1 °, alimentare ienogasitelya, fluxul de aer de control, motorul de prelevare.
Celulele de plante au peretii celulelor (precum și bacterii și ciuperci) cresc, se reproduc și să crească mult mai mult decât cele mai multe bacterii și ciuperci, și este de a face unele ajustări la proiectarea hardware a proceselor biotehnologice relevante.
Culturile culturale de animale și de oameni care nu au pereți celulari sunt mai vulnerabili și mai exigenți la condițiile existenței lor decât celulele altor eucariote și prokariote. Prin urmare, echipamentul pentru ele poate fi atribuit categoriei de "mișcare lentă", care asigură manipularea blândă a obiectelor biologice.
Fără îndoială că, în unele cazuri este excepții admisibile, de exemplu, când este posibil condițiile de cultură în interiorul unor celule vegetale (suspensie de cultură ginseng) folosind echipament de fermentare, calculat pe cultivarea, de exemplu, bacterii sau fungi.
K. Schügerl, în 1982, a propus divizarea bioreactoarelor în trei grupe principale, în conformitate cu metoda consumului de energie pentru amestecarea și dispersia g de aer steril (gaz):
- în bioreactoare de tip I, energia se consumă pe mecanică
mișcarea dispozitivelor interne;
- în bioreactoarele de tip II se consumă energie pentru muncă
o pompă externă care recirculă lichidul
- în bioreactoarele de tip III, se consumă energie pentru comprimarea și alimentarea cu gaz a fluidului de cultură.
Bioreactoare pentru procese aerobe: cu consum de energie pentru mișcarea mecanică a dispozitivelor interne a - 1, 2, 3; cu consum de energie pentru funcționarea pompei, care asigură recircularea fluidului de cultură б-4; cu consumul de energie pentru compresie și alimentarea fazei gazoase la -5 (gaz-gaz, g-fază lichidă, d-motor).
Un bărbat din cele mai vechi timpuri aplicat empiric organisme drojdie în primitive pentru procesele de proiectare hardware biotehnologice (produse de panificație, vin, etc.). Dezvoltarea industriei antibiotice a avansat mult înaintea problemei creării unui aparat special pentru cultivarea microorganismelor - producători de substanțe biologic active (aminoacizi, antibiotice, polizaharide, vitamine, enzime și alți compuși). Au fost propuse diferite tipuri de bioreactoare pentru microorganisme în creștere, dar toate construcțiile fermentatoare (fermentatoarele) a rămas practic similară în majoritatea parametrilor și mediate, acestea pot fi împărțite în 2 tipuri: fără căptușeală de aer steril (pentru anaerobi) și podvodkoj-l (pentru aerobi) . bioreactoare aerate poate fi cu sau fără agitatoare.
F
În ultimii ani au fost testate bioreactoare cu membrană, bioreactoare cu fibre goale și altele.
La calcularea și construirea bioreactoarelor este necesar să se țină cont de timpul diverselor procese biologice la reprezentanții diferitelor grupe de organisme.
Unele caracteristici tehnice ale bioreactorului industrial în comparație cu pilotul și laboratorul sunt prezentate în tabel:
Dimensiunile fermenților sunt determinate de raportul dintre diametrul exterior și înălțimea, care de obicei variază de la 1: 2 la 1: 6. Aproape universal și mai frecvent utilizate sunt fermentatorii pentru procesele anaerobe și aerobe. Aceste fermentatoare, la rândul lor, sunt clasificate prin metoda introducerii în aparat a energiei pentru amestecarea cu faza gazoasă (FG), faza lichidă (VF), gaze și faze lichide (FGH).
Descrierea designului aparatului
FG cu fază gaz de intrare a energiei
Simplitatea reprogramării constructive și a fiabilității ridicate datorită lipsei de piese și componente în mișcare
Bublanul. cu bule de aer-lift. Coloană (coloană), duza
VF cu energie introdusă în fază lichidă
În mod tipic, energia va fi transferată în faza lichidă printr-un agitator sau o pompă de auto-amorsare
Ejecție. cu o buclă de circulație, cu un agitator de aspirație
Principalul element constructiv este un dispozitiv de amestecare care asigură o rată ridicată de dizolvare a oxigenului și un grad ridicat de dispersie a gazului. În același timp, energia fazei gazoase este derivată în mod obișnuit
Bubbling cu agitare mecanică
Folosind clasificările menționate mai sus, este posibil să se dezvolte metode unificate pentru calcule inginerești ale principalelor elemente structurale și ale condițiilor de funcționare ale fermentatoarelor.
Fermenterii din aceste trei grupuri au un număr mare de elemente comune. Diferența este în construcția dispozitivelor de aerare și de amestecare. Un exemplu de proiectare constructivă a unui fermentator din grupul FG poate fi un dispozitiv cu o instalație de aerisire cu o capacitate de 63 m3. Mașina nu are agitare mecanică, deci este mai ușor să mențineți condițiile aseptice. Aerul pentru aerarea mediului va fi alimentat printr-o țeavă situată vertical în fermentator. Aeratorul, proiectul căruia asigură mișcarea cu turbionare a aerului evacuat, este situat în partea inferioară a difuzorului și saturează mediul nutritiv cu aer. Amestecul gaz-lichid se ridică de-a lungul difuzorului și se amestecă prin marginile sale superioare. În aceeași zonă, o parte din aer părăsește aparatul și un mediu mai dens coboară în jos în spațiul inelar dintre corpul fermentatorului și difuzor. Astfel mediul circulă în mod repetat în fermentator. Pentru a elimina căldura biologică, în interiorul fermentatorului este instalată o bobină, iar unitatea este echipată cu o carcasă secțională. Dezavantajul acestor dispozitive este intensitatea scăzută a transferului de masă în oxigen. Sunt cunoscuți fermenți de acest tip în volume de 25, 49, 63 și 200 m3.
Fermentator cu aerisire: 1 - conexiune de scurgere, 2 - aerator, 3 - bobină, 4 - conexiune pentru încărcare. 5 - hatch, 6 - corpul aparatului, 7 - difuzor, 8 - cămașă, 9 - țeava de presiune.
Enzimele cu agitatoare auto-primare au fost utilizate pe scară largă în producția de proteine furajere (Figura 91). Acestea sunt fermentatori din grupul FZ. Pentru a dezvolta o cultură de drojdie pură s-au creat fermentoare cu o capacitate de 0,32, 3,2 și 50 m3. Fermentatorul este un aparat cilindric vertical echipat cu dispozitive de circulare, schimbătoare de căldură și aerare. Ca dispozitive de circulație, se utilizează sisteme de difuzoare de direcție, care diferențiază fluxurile ascendente și descendente. Dispozitivele de schimb de căldură sunt realizate sub formă de tuburi instalate în grila de tuburi a difuzoarelor.
Fermentator cu mixer continuu cu autoamorsare: 1 - corp, 2 - difuzor, 3 - mixer cu autoamorsare. 4 - schimbător de căldură, 5 - filtru.
industria pentru producerea de antibiotice, vitamine și alte substanțe biologic active (a se vedea figura 88). Designul său asigură sterilitatea fermentației pentru o lungă perioadă de timp (câteva zile) în condiții optime pentru creșterea și activitatea de viață a producătorului. Fermenterii de acest tip sunt fabricați la 1,25; 2,0; 2.5; 3.2; 4.0; 5,0; 6.3; 10.0; 16.0; 20,0; 32.0; 50.0; 63,0; 100,0 și 160,0 m3. Așa cum se poate vedea din figură, acesta este un aparat vertical cilindric cu fundul sferic, echipat cu dispozitive de aerare, amestecare și transfer termic. Aerul pentru aerare intră în fermentator printr-un barbotor plasat sub nivelul inferior al mixerului. Din punctul de vedere al eficacității dispersiei aerului, designul de barbotare nu joacă un rol important în prezența unui agitator, cu toate acestea, din punct de vedere al funcționării, cel mai convenabil este barbotorul pătrat, care a fost cel mai utilizat. Orificiile din barbotor sunt îndreptate în jos, pentru a evita obturarea cu bio-obiecte. Suprafața totală a deschiderilor trebuie să fie cu 25% mai mare decât aria secțiunii transversale a conductei care furnizează aer. Bubblerul în dimensiunile sale ar trebui să corespundă diametrului mixerului, astfel încât aerul care iese din acesta să cadă în zona de acțiune a acestuia.
Eficiența fermentatorului este determinată în primul rând de intensitatea necesară de amestecare. Dispozitivele de amestecare servesc la menținerea unui câmp de temperatură uniform în întregul aparat, la aprovizionarea în timp util a alimentelor cu celule și la îndepărtarea produselor metabolice din acestea, precum și la intensificarea transferului de masă de oxigen. Pentru a crea condițiile de "reflexie totală" în fermentator, pentru a evita formarea unui circuit rotativ, care reduce brusc intensitatea amestecării, în aparat sunt instalate șicanele (barele de protecție). Lățimea lor este (0,1-0,12) dM. Se recomandă, de obicei, instalarea a 4 ecrane, care se retrag din pereții fermentatorului.
Un element important în construirea fermentatorului sunt dispozitivele de schimb termic. Utilizarea extrem de bio-obiecte tulpini medii nutritive, consumul de energie specific ridicat concentrate pentru agitare - toți acești factori afectează materialul crește eliberarea de căldură, și radiator în fermentator setați dispozitivul de schimb de căldură extern și intern. fermentatoare industriale, de regulă, au o cămașă în secțiune și în interiorul unității - patru bobine.
Dezvoltatorii de echipamente din țara noastră și din străinătate îmbunătățesc în mod constant design-urile bioreactoarelor. De exemplu, compania New Brunswick Scientific Co. Inc (USA) au sugerat următoarele tipuri de fermentatoare: Bio-flo III - pentru lot și cultivarea continuă a celulelor microbiene, animale și vegetale, combinate cu microprocesor și calculatorul personal; Micros I - pentru cultivarea microorganismelor (combinat cu un microprocesor) și capacitatea fermentatoare industriale de la 40 la 4000 litri sau mai mult (în combinație cu microprocesoare). Compania multinațională daneză Gist-brocades în 1987, a proiectat și construit cea mai mare fermentator industrial pentru producerea de penicilină (200 m3).
Centrul sapropel este serios în legătură cu ideea folosirii bioreactoarelor pentru prelucrarea sapropelului amestecat cu îngrășăminte și excremente de pui pentru a produce îngrășăminte organice de înaltă calitate și biogaz.
Susținem orice inițiativă în acest domeniu și ne străduim să oferim cea mai mare asistență informațională posibilă începătorilor acestei noi ramuri de echipamente de producție pentru prelucrarea sapropelului.
Centrul Sapropel
Ph.D. geotehnolog, ISU
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: