Учебно-методический комплекс дисциплины «Биотехнологическое оборудование» (стр. 7 )

Недостатки – изменение конфигурации фильтрующих каналов в процессе эксплуатации.

Спеченные зернистые материалы имеют:

-  контролируемую структуру,

-  химическую инертность,

-  легко поддаются любым методам стерилизации,

-  относительно дешевы и просты в изготовлении.

Фильтры для предварительной очистки воздуха используются для очистки воздуха от грубой пыли.

По конструкции представляют собой ячейковые фильтры, заполненные различными фильтрующими материалами.

3) Очистка воздуха от микроорганизмов производится на фильтрах биологической очистки, которые называют глубинными фильтрами.

Существует ряд конструкции этих фильтров. Один из таких фильтров называется емкостной глубинный фильтр.

Он представляет собой цилиндрическую обечайку 1, внутри которой установлены перфорированные решетки 2.

Верхняя решетка винтом 3 поджимает все остальные решетки.

На этих решетках укладывается слой фильтрующего материала 4 в виде стекловолокнистых и волокнистых материалов из супертонких и ультратонких базальтовых волокон.

Корпус фильтра снаружи снабжен паровой рубашкой 5. Плотность укладки стекловолокнистых материалов составляет от 100 до 500 кг/м3. Эффективность очистки воздуха составляет до 99, 999 %.

Кроме данных фильтров используются и другие конструкции, например, кассетный фильтр (рис. 6.2).

Кассетный фильтр состоит из двух фланцев, между которыми на двух шпильках зажаты 18 фильтрующих перегородок-кассет.

Следующая конструкция – т. н. совмещенный фильтр. Он представляет собой по конструкции:

-  стальной корпус в виде цилиндра со сферическим или плоским днищем и разъемной крышкой;

-  внутри цилиндра расположены цилиндрические сетки;

-  между этими сетками укладывается фильтрующий материал;

-  причем вначале укладывается слой стекловолокна, а снаружи слой чесаного хлопка;

Рис. 6.2. Схема глубинного емкостного фильтра.

-  цилиндрический корпус снабжен паровой рубашкой;

-  при диаметре фильтра в 500 мм в него загружают 0,5 кг стекловолокна и 10 кг хлопка;

-  стекловата служит как фильтр предварительной очистки, а хлопок – как фильтр тонкой очистки;

-  таким образом, в одном аппарате осуществляется двухступенчатая очистка воздуха;

-  после окончания очистки фильтр стерилизуется паром в течение 2-х часов.

Существуют также фильтры с тканью Петрянова, фильтры с применением фторопластовых материалов.

4) Парные автоматизированные фильтрующие комплексы работают в основном на основе фильтрующих металлокерамических элементов полученных методом порошковой металлургии.

Эти материалы являются относительно новыми для стерилизующего фильтрования.

В отличии от волокнистых и нетканных материалов спеченные зернистые материалы:

-  имеют неизменную структуру,

-  химически инертны,

-  без затруднений поддаются любым методам стерилизации,

-  отличаются высокой прочностью,

-  относительно дешевы и просты в изготовлении.

Фильтрующие металлокерамические элементы используются как для грубой, так и тонкой биологической очистки воздуха. Кроме того, их можно использовать для очистки отработанного воздуха удаляемого из других аппаратов.

Зернистая структура металлокерамических элементов обуславливает периодическое сужение и расширение сквозных пористых каналов. В результате при движении воздуха скорость движения его то возрастает, то убывает.

При движении воздуха через материал фильтра в нем с ультразвуковой частотой или близкой к ней по величине возникают последовательные расширения и сжатия, т. е. происходит самовозбуждение ультразвуковых колебаний.

Для изготовления фильтрующего элемента выбирают наиболее мелкозернистый порошок с таким расчетом, чтобы при достаточной протяженности фильтрующей стенки число расширений и сжатий потока воздуха превысило 16000 с-1.

Отличительной особенностью парных автоматических фильтрующих комплексов является гарантированная микробиологическая надежность очистки и полная автоматизация их работы.

Применение в промышленности этих комплексов позволит:

-  снизить эксплутационные расходы,

-  повысить ресурс оборудования,

-  и самое главное, решить вопрос о защите окружающей среды от микробиологического загрязнения.

Принципиальное устройство парных автоматизированных комплексов следующее:

-  основу парного комплекса составляют два фильтра для воздуха 1 (правый и левый);

-  каждый из фильтров имеет цилиндрический вертикальный корпус (нередко с паровой рубашкой);

-  внутри корпуса фильтра на трубной решетке размещены фильтрующие патроны, укомплектованные металлоэлементами;

-  комплекс оснащен также паровым фильтром; и установлен на раме, изготовленной из металлопроката;

-  рама оснащена лестницей расположенной сбоку (на схеме не показана) и площадкой обслуживания с ограждением, расположенной в верхней части рамы;

-  кроме того, в состав комплекса входят трубопроводы для воздуха и пара, воздушные клиновые задвижки с электроприводом, паровые вентиля и воздушный ресивер расположенный между фильтрами.

Вопросы для самоконтроля:

1. Для чего используются многоступенчатые фильтрующие комплексы?

2. Что входит в состав многоступенчатого фильтрующего комплекса?

3. Как работает многоступенчатый фильтрующий комплекс?

4. На какие группы делятся пористые материалы?

5. Что используется в качестве волокнистых материалов?

6. В чем достоинства и недостатки фильтров изготовленных из материалов первой группы?

7. Что называют глубинными фильтрами?

8. Что представляет собой емкостной глубинный фильтр?

9. Для чего используются парные автоматизированные фильтрующие комплексы?

10. Что является отличительной особенностью парных автоматических фильтрующих комплексов?

11. В чем принципиальное устройство парных автоматизированных комплексов?

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 № 7. Оборудование для экстрагирования, отжима, фильтрования и флотации.

План лекции:

1)  Экстракция. Классификация экстракторов.

2)  Диффузионные батареи.

3)  Экстракторы.

4)  Прессы.

5)  Оборудование для фильтрации жидких неоднородных систем.

6)  Флотаторы.

1) Экстракцией или диффузией называется процесс извлечения одного или нескольких компонентов из сложного по составу вещества.

Например, в быту, при заваривании чая некоторые компоненты из заварки переходят в напиток.

Или, например, с помощью какого-то органического растворителя (ацетона) можно извлечь жир из костной ткани.

В биотехнологии экстрагирование используется для извлечения:

1.  Ферментов из культур грибов.

2.  Моносахаридов из твердой фазы после гидролиза полисахаридов.

3.  Микробного жира из биомассы дрожжей и т. п.

Процесс экстрагирования характеризуется законом Фика:

G = k·F·Δ·τ/δ (1)

G – количество перешедшего вещества, кг;

k – коэффициент диффузии;

F – площадь диффузии, м2;

Δ – изменение концентрации по толщине слоя;

τ – время диффузии или экстракции;

δ – толщина слоя.

По структуре рабочего цикла бывают:

А) Экстракторы периодического действия.

Б) Экстракторы непрерывного действия.

Экстракторы периодического действия используются в основном в малотоннажном производстве.

В многотоннажном производстве используются экстракторы непрерывного действия.

По конструкции они различаются следующим образом:

1.  Диффузионные батареи.

2.  Колонные экстракторы горизонтального и вертикального типов.

3.  Экстракторы роторного типа.

Экстракторы непрерывного типа.

2) Диффузионные батареи применяются для извлечения ферментов из культур грибов.

Батарея состоит из 8 – 10 диффузоров смонтированных на одной площадке.

Все диффузоры унифицированы и имеют форму вертикального цилиндра с откидной герметически закрывающейся крышкой и коническим днищем.

В нижней конической части диффузоров имеется 4 штуцера для подачи:

-  воды на экстракцию;

-  пара для стерилизации аппарата;

-  спуска промывных вод;

-  и выпуска биошрота.

Рис. 7.1. Схема диффузионной батареи. 1 – диффузоры; 2 – трубы для перетока диффузионной вытяжки; 3 – шнек для подачи культуры гриба; 4 – трубопровод для подачи воды; 5 – трубопровод для приема диффузионной вытяжки; 6 – спускной штуцер; 7 – сборник вытяжки; 8 – шнек для выгрузки биошрота.

В верхней цилиндрической части диффузоров с боку расположены штуцера для выхода диффузионной вытяжки. Нижние штуцера оснащены трехходовыми кранами. Это позволяет направлять вытяжку: - либо в следующий диффузор; - либо в отводную трубу 5.

Все краны и вентили установлены таким образом, что любой диффузор можно отключить от батареи, не нарушая режима ее работы.

На крышке диффузоров установлен воздушный кран, который одновременно служит пробоотборником при передаче вытяжки из одного диффузора в другой.

Внутри верхней цилиндрической части диффузоров на расстоянии 150 – 200 мм от переливного штуцера располагается двойная сетка с ребрами жесткости.

Нижняя сетка имеет отверстия-ячейки размерами от 10 до 15 мм, а верхняя от 0,25 до 0,5 мм.

После загрузки культуры в диффузор сетки устанавливаются по периметру цилиндрической части аппарата.