Учебно-методический комплекс дисциплины «Биотехнологическое оборудование» (стр. 12 )

Недостатком конструкции явля­ется высокий расход воздух, (на 1 кг дрожжей необхо­димо 18—20 м3 воздуха).

3) Ферментаторы с самовсасывающей мешалкой.

Применяемые воздухораспределительные системы (барботеры и форсунки) требуют значительного расхода воздуха и электроэнергии.

В связи с этим для более экономного расхода воздуха и энергии созданы различные конструкции ферментаторов с механическими циркуляционными системами.

В таких аппаратах вместо аэрации среды большими воздушными струями применяется аэрация воздуха тонкими струйками, Это позволяет:

-  во-первых, значительно улучшить процесс аэрации,

-  во-вторых, экономить расход воздуха.

Одним из таких ферментаторов является ферментатор Вальдгофа (рис. 10.2).

Он представляет собой:

-  цилиндрический вертикальный аппарат;

-  в центре аппарата смонтирован вертикальный цилиндр 3 диаметром 1,2 м и высотой 3,0 м который делит ферментатор на внутреннюю и наружную части;

-  одновременно этот цилиндр используется в качестве теплообменника;

-  в центре ферментатора также смонтирован полый вал 1 диаметром 200 мм, к верхней части которого подводится воздух;

-  вал снабжен электроприводом 2;

-  на другом конце вала установлена распределительная коробка, от которой отходят пять загнутых труб образующих сегнерово колесо 4;

-  диаметр этих труб составляет 70 мм, а длина 650 мм, частота вращения 300 мин-1;

-  при вращении вала, воздух выходит из открытых торцевых отверстий труб и смешивается с жидкостью находящейся в ферментаторе.

Таким образом, в аппарате создается усиленная циркуляция дрожжевой бражки, причем:

·  в центре ферментатора (внутри цилиндра) происходит движение среды сверху вниз,

·  а во внешней зоне (между цилиндром и внутренней стенкой ферментатора) снизу вверх.

-  Суспензия, находящаяся в этой внешней зоне, снабжается воздухом, поступающим с пеной из вертикального цилиндра.

-  В процессе такого смешения воздух с растущей культурой образуют эмульсию. В ферментоторах системы Вальдгофа отсутствует пеногасители.

Рис. 10.2. Ферментатор Вальдгофа

4) Ферментатор «Фогельбуш» с механическим перемешиванием и вращающимися аэраторами (рис. 10.3).

Объем этого ферментатора 250 м3 при диаметре 7,0 м.

Он снабжен двухлопастной пустотелой пропеллерной мешалкой 3, имеющей 10 000 отверстий.

Мешалка посажена на вертикальный вал, который получает вращение от привода 9.

Воздух под давлением поступает вверх в растущую культуру дрожжей при частоте вращения мешалки 27 – 55 об/мин.

Мешалка создает замкнутый циркуляционный контур жидкости. Особенностью этих ферментаторов является то, что воздуха расходуется на 30 – 40 % меньше, чем при обычной барботажной системе.

При аэрировании имеет место сильное пенообразование.

В связи с этим, в конструкции предусмотрена специальная система пеногашения. Она состоит:

-  из лотков для сбора пены

-  и установленных в верхней части механического пеногасителя 1 и газоотделителя;

Отсепарированная из пены жидкость вновь поступает в ферментатор. Для отвода отработавшего воздуха используется вентилятор.

Рис. 10.3. Ферментатор Фогельбуш. 1 – механический пеногаситель; 2 – крышка; 3 – перемешивающее устройство; 4 – корпус; 5 – рубашка; 6 – диффузор; 7 – цилиндр; 8 – барботер; 9 – привод перемешивающего устройства.

С помощью восьми ступенчатого редуктора можно выбирать оптимальный режим аэрации.

5) Ферментатор ВНИИбиотехники (рис. 10.4).

Этот ферментатор состоит:

-  из вертикальной емкости 1;

-  аэратора (в виде установленного на приводном валу турбинного колеса 12 со всасывающим патрубком 13);

-  аэратор сообщен через воздушный коллектор 9 с трубой подачи воздуха 14;

-  турбинное колесо 12 расположено в кольцевой камере 11, образованной воздушным коллектором 9 с днищем емкости 1;

-  кольцевая камера имеет проток для циркуляции культуральной жидкости 10;

ферментатор укомплектован коаксильно установленным теплообменным устройством типа «тепловая труба» с коллектором-конденсатором 4;

Рис. 10.4. Ферментатор ВНИИбиотехники

-  это теплообменное устройство расположено выше предполагаемого уровня культуральной жидкости и размещено в охлаждаемом кожухе 3;

-  участок тепловой трубы, расположенный в культуральной жидкости, выполнен в виде двух цилиндрических обечаек 7 и 6;

-  эти обечайки расположены одна в другой с образование кольцевого зазора 8 для протока хладагента и заглушены по торцам кольцевыми пластинками 5 и 15;

-  в верхней пластине 5 выполнены отверстия 16 для трубок 2 соединяющих участок тепловой трубы, расположенной в культуральной жидкости с коллектором-конденсатором;

-  через трубки 2 в ферментатор подводится питательная среда.

Вопросы для самоконтроля:

1. Где используются ферментаторы для проведения нестерильных процессов культивирования микроорганизмов?

2. Каковы конструктивные признаки ферментаторов для проведения нестерильных процессов культивирования микроорганизмов?

3. Где используются ферментаторы Лефрансуа с пневматическим и внутренним циркуляционным контуром?

4. Что представляет собой ферментатор Лефрансуа с пневматическим и внутренним циркуляционным контуром?

5. Для чего служат ферментаторы с самовсасывающей мешалкой?

6. Что представляет собой ферментатор Вальдгофа?

7. Какова характеристика и конструкция ферментатора «Фогельбуш» с механическим перемешиванием и вращающимися аэраторами?

8. Из чего состоит ферментатор ВНИИбиотехники?

Рекомендуемая литература

1. , , Оборудование микробиологических производств М.; Агропромиздат, 1987. - 398 с.

2. , , Машины и аппараты микробиологических производств. Минск, Высшая школа, 1982. - 288 с.

3. , , Жаксыбаев оборудование. Учебное пособие. – Семипалатинск, 2006. – 296 с.

Лекция № 11. Оборудование для разделения жидких неоднородных систем в центробежном поле.

План лекции:

1)  Оборудование для центрифугирования суспензий.

2)  Вертикальные фильтрующие и осадительные центрифуги периодического действия.

3)  Осадительные центрифуги с ручной и непрерывной выгрузкой осадка.

4)  Классификация сепараторов.

5)  Сепараторы для выделения бактерий.

1) К оборудованию для центрифугирования суспензий относятся:

-  центрифуги; - и тарельчатые сепараторы.

Центрифуги применяются в биотехнологии для отделения:

·  балластных частиц из растворов биологически активных веществ;

·  биомассы от культуральной жидкости,

·  водно-спиртовых растворов от осажденного этанолом, ацетоном или другими органическими растворителями активного препарата;

·  выделения биологически активного комплекса (при его вываливании) из растворов;

·  разделения смесей жидкостей, эмульсий и суспензий.

При центробежном разделении размер частиц выделившихся из жидкости может быть различными (от 25 мм до 0,5 мкм).

Центрифугирование жидких неоднородных систем производится в принципе двумя основными способами:

·  центробежным фильтрованием - (через пористую перфорированную стенку ротора);

·  центробежным разделением или осаждением или (отстаиванием) на сплошную стенку ротора.

В первом случае центрифуги называются фильтрующими.

Во втором случае центрифуги называются осадительными.

В фильтрующих центрифугах происходит фильтрование жидкости:

·  либо через фильтровальную ткань;

·  либо через металлическую сетку с одновременным отложением частиц твердой фазы.

При этом:

·  жидкая фаза проходит через сито, а затем через отверстия в роторе выбрасывается в кожух центрифуги;

·  твердый осадок выгружается

-  либо во время остановки ротора

-  либо без остановки ротора во время вращения.

1. По принципу осаждения либо разделения;

А) фильтрующие Б) осадительные.

2. По структуре рабочего цикла

А) периодического Б) непрерывного действия.

3. По конструктивному признаку

А) горизонтальные,

Б) наклонные

В) вертикальные.

Причем, вертикальные разделяются на:

-  Центрифуги подвесные. - (Для них характерен верхний привод и вал, подвешенный на упругой верхней шарнирной опоре).

-  Центрифуги маятниковые I типа. – (Для них характерен вертикальный вал, опоры которого помещены в общий жесткий корпус, подвешенный на трех колоннах, а ротор закреплен на верхнем конце вала).

-  Центрифуги маятниковые II типа. - (Для них характерен вертикально подвешенный трубчатый ротор).

4. По способу выгрузки осадка:

А) Центрифуги с ручной выгрузкой осадка

Б) Центрифуги с механизированной выгрузкой осадка.

Существует четыре основных способа механизированной выгрузки осадка:

-  гравитационный,

-  с помощью соскребающего ножа, (среза ножом);

-  пульсирующий поршневой способ,

-  и помощью шнеков.

5. По фактору разделения (отношение центробежного и гравитационного ускорений Fr = ω·R/g):

А) Нормальные центрифуги с фактором разделения менее 3500.

Б) Сверхцентрифуги с фактором разделения более 3500.

2) Вертикальные фильтрующие и осадительные центрифуги периодического действия:

·  с верхней выгрузкой

·  и эластичными опорами относятся к одной из старейших систем центрифуг.

Они применяются для обезжиривания мелких фракций.