Учебно-методический комплекс дисциплины «Биотехнологическое оборудование» (стр. 8 )

Все диффузоры установлены последовательно и экстрагирующая жидкость из верхней части предыдущего диффузора перетекает в нижнюю часть последующего и т. д.

3) Одними из основных видов экстракторов являются шнековый вертикальный экстрактор, экстрактор роторного типа и двухшнековый горизонтальный экстрактор непрерывного действия.

Шнековый вертикальный экстрактор ЭТШВ-600 применяется для экстрагирования ферментов, аминокислот и др. веществ из твердых материалов. Экстрактор смонтирован на раме, изготовленной из металлопроката.

Внутри рамы установлены три колонны:

-  загрузочно-спускная;

-  поперечно-горизонтальная;

-  и подъемно-разгрузочная.

Внутри каждой из колонн расположены перфорированные шнеки. Каждый шнек имеет свой индивидуальный привод.

Привод позволяет плавно регулировать частоту вращения шнеков от 0,25 до 2 об/мин. Это позволяет оптимизировать режим экстракции.

Загрузочно-спускное устройство состоит из соединенных между собой цилиндрических обечаек внутренним диаметром 600 мм.

Длина экстракционной зоны составляет 10 м, а общая высота – 12 м.

Экстрактор роторного типа предназначен для непрерывного экстрагирования ферментов из культур грибов и бактерий.

Для данного экстрактора характерны следующие свойства:

-  экстрактор состоит из корпуса выполненного в виде неподвижного герметичного вертикального цилиндра;

-  внутри корпуса установлен вращающийся относительно вертикальной оси ротор, разделенный радиальными перегородками на 16 – 20 отсеков;

-  каждый отсек имеет ситовое днище глубиной 0,23 – 0,26 м, на днище которого через дозатор подается измельченная культура гриба;

-  при медленном вращении отсеки последовательно проходят четыре участка;

-  на первом участке происходит обработка культуры водой; после этого водная вытяжка с помощью вакуум-насоса через фильтр подается в отдельно установленный первый приемник;

-  из первого приемника водная вытяжка насосом направляется во второй сектор, где производится экстрагирование свежей культуры гриба;

-  далее она отфильтровывается во второй приемник;

-  эти же операции повторяются в третьем и четвертом секторах.

Двухшнековый горизонтальный экстрактор непрерывного действия представляет собой наклонный желоб, внутри которого расположены два шнека с теплообменными рубашками и системой насосов.

Над экстрактором установлен дозатор для подачи продукта в нижнюю часть желоба.

С другого конца экстрактора дозирующим насосом через теплообменник в верхний конец желоба подают растворитель.

Экстракт через самоочищающийся фильтр выгружается в нижнем конце желоба.

Процесс экстрагирования осуществляется двухступенчато и противоточно. Такой способ контакта твердой и жидкой фаз обеспечивает наиболее эффективную экстракцию. Продолжительность экстрагирования регулируется скоростью вращения шнека получающего вращение от привода.

4) Прессы, используемые в биотехнологии, делятся на две группы:

-  механические прессы периодического действия;

-  и прессы непрерывного действия.

Рис. 6.3. Схема пресса Т1-ВПО-10 1 - электродвигатель; 2 - редуктор; 3 - транспортирующий шнек; 4 - прессующий шнек; 5 - цилиндр; 6 - регулировочный конус; 7 - гидрорегулятор.

Большее распространение получили прессы второй группы. Их используют:

-  для отжима свекловичной мезги;

-  биошрота;

-  солодовых ростков и т. д.

Для пресса Т1-ВПО-10 характерны следующие свойства:

-  Рабочий орган пресса состоит, из двух шнековых валов,

-  Рабочая камера пресса выполнена в виде перфорированного цилиндра.

-  Шнековые валы получают вращение от привода, состоящего из электродвигателя 1 и редуктора 2.

-  Оба шнековых вала расположены на одной оси и вращаются в двух взаимно противоположных направлениях.

-  Первый шнек называется транспортирующим. Он расположен частично под бункером и в перфорированном цилиндре.

-  Второй шнек расположен на одной оси с первым и называется прессующим.

-  Для того чтобы мезга двигалась в одном направлении, на одном шнеке имеется правая нарезка, а на другом левая.

-  Прессующий шнек закреплен на валу, диаметр которого увеличивается по мере приближения к выходу.

-  Цилиндр покрыт перфорацией, т. е. мелким отверстиями диаметром до 2 мм. Общая площадь всех отверстий составляет порядка 5 – 8 % от всей площади цилиндра.

-  Для того чтобы мезга двигалась в осевом направлении, вдоль цилиндра прорезаны продольные пазы.

-  На выходе шнекового вала установлен регулировочный конус. Степень прессования мезги зависит от величины кольцевого зазора между конусом и цилиндром.

-  Осевые нагрузки воспринимаются кронштейном, к которому прикреплен т. н. гидравлический регулятор.

-  Фильтрат (жидкая фаза) отжатый из мезги через отверстия в цилиндре выводится в сборную емкость.

-  По экспериментальным данным, влажность отжатой свекловичной мезги составляет 70 – 75 %.

5) Фильтры - это аппараты, в которых разделение происходит путем пропуска жидкостей через перегородки в виде:

-  тканых материалов; - металлической сетки; - картона;

-  пористой керамики; - зернистого слоя песка и т. д.

По структуре рабочего цикла эти аппараты делятся:

-  на фильтры периодического действия;

-  и фильтры непрерывного действия.

К фильтрам периодического действия относятся:

А) Фильтры, работающие под давлением столба жидкости, а именно,

-  гравитационные с зернистым слоем; - листовые; - мешочные

-  и фильтрационные чаны.

Б) Вакуум-фильтры (нутч-фильтры).

К фильтрам непрерывного действия относятся:

А) Фильтры, работающие под вакуумом, а именно,

-  барабанные; - дисковые; - и ленточные.

Б) Фильтры, работающие под давлением, а именно,

-  барабанные.

Принципиальная схема работы любого фильтра очень проста. Неоднородная жидкость (суспензия) подается на пористую перегородку.

В результате:

-  жидкая фаза проходит через перегородку

-  твердая же фаза задерживается на перегородке в виде уплотненного слоя осадка.

В биотехнологии фильтрационные аппараты используются:

-  для отделения биомассы от культуральной жидкости;

-  осветления растворов, содержащих биологически активные вещества (БАВ);

-  для стерилизационного фильтрования;

-  для отделения осажденных из растворов БАВ.

Наиболее эффективными для биотехнологии являются т. н.:

·  барабанные фильтр-прессы

·  и ленточные фильтры непрерывного действия.

Основным рабочим органом барабанного фильтр-пресса является горизонтально установленный вращающийся барабан. Барабан разделен на несколько секций. Секции за один оборот барабана проходят четыре зоны. Секции барабана покрыты листовым материалом, на которые натянута фильтровальная ткань – бельтинг. Частота вращения барабана может плавно меняться от 0,13 до 3,0 об/мин. Барабан вращается в специальных цапфах установленных на подшипниках.

Под барабаном установлен поддон с переливным желобом и качающейся мешалкой.

Основное отличие ленточного вакуум-фильтра заключается в том, что он обладает активной горизонтальной фильтрующей поверхностью, на которой может образовываться осадок высотой до 120 мм.

При этом тяжелые твердые частицы осадка оседают ближе к фильтрующей ткани, а более легкие – вверху слоя и не закупоривают поры фильтрующей ткани.

Ленточный вакуум-фильтр состоит:

-  из горизонтального стола с приводными и натяжными барабанами с бесконечной рифленой резинотканевой ленты;

-  привода вакуумных камер;

-  устройства для промывания ленты, подсушки и съема осадка;

-  и приемного бункера для осадка.

Лента фильтра выполнена из тканевых прокладок с резиновыми прослойками и с обеих сторон обложена резиной.

На ее поверхности имеются поперечные и продольные углубления.

При перемещении ленты с натяжного барабана на горизонтальную плоскость стола борта ленты отгибаются в виде желоба.

Для этого горизонтальная плоскость стола снабжена соответствующими направляющими.

6) Флотация используется в основном в многотоннажном дрожжевом производстве для концентрирования дрожжей, а также для очистки сточных вод.

Флотацией называется процесс выделения мелких твердых частиц входящих в состав суспензий, основанный на их способности прилипать к пузырькам воздуха и подниматься вверх, т. е. всплывать, концентрируясь в виде пены.

При всплытии воздушных пузырьков образуется смешанный пенный слой, состоящий из содержащих дрожжи пузырьков воздуха и небольшого количества культуральной жидкости.

В нижней части флотатора остается обедненная культуральная жидкость. В верхней части – концентрация дрожжей в 4 – 6 раз больше чем в исходной культуральной жидкости.

Использование флотаторов в биотехнологии позволяет:

-  сократить количество сепараторов;

-  значительно снизить общие энергетические затраты на производство;

-  и обеспечить непрерывность технологического процесса.

Коэффициентом флотации называется отношение концентрации биомассы в суспензии выходящей из флотатора к концентрации биомассы в исходной суспензии.

К = сВ/си

В производственных условиях коэффициент флотации равен обычно 4 – 6. Увеличение его свидетельствует о снижении производительности аппарата.

Дрожжевые флотаторы классифицируются:

А) По способу насыщения воздухом.

Б) По конструкции аппарата.

По способу насыщения дрожжевые флотаторы делятся на три группы:

-  аппараты, в которых исходная культуральная жидкость перед флотацией насыщается воздухом под избыточным давлением около 0,7 МПа до образования пузырьков диаметром 0,01 – 0,1 мм;

-  аппараты, в которые с помощью вспомогательных устройств подается диспергированный воздух диаметром до 1,0 мм;

-  к третьей же группе относятся т. н. электрофлотаторы в которых на электродах помещенных в культуральной жидкости образуется кислород и водород в виде мелких пузырьков диаметром до 0,05 мм.