Выбор основного и вспомогательного оборудования

Ферментеры, или биореакторы, представляют собой камеры, в которых в жидкой или на твердой среде выращивают микроорганизмы. Процесс, происходящий в ферментере, называется ферментацией. Термин ферментация первоначально применялся только к анаэробным процессам, однако сейчас он используется более широко и включает все процессы, как аэробные, так и анаэробные. На рис. 12.16 изображен типичный ферментер. Это довольно сложное техническое сооружение, поэтому необходимо потратить некоторое время для изучения его устройства. Не забывайте также о проблемах, возникающих при расширении масштабов производства, которые были перечислены в предыдущем разделе. Содержимое ферментеров во время работы, как правило, тем или иным способом перемешивается. Например, при производстве белка одноклеточных прутина компанией IC1 перемешивание достигается с помощью воздуха, подаваемого с высокой скоростью со дна сосуда[48].

Для культивирования используется ферментер с пневматическим перемешиванием и аэрированием среды. Конструктивно такой ферментер внешне аналогичен ферментеру с механическим перемешиванием, но в нем отсутствуют механические перемешивающие устройства. Аэрирующим устройством является диффузор, выполняемый в виде цилиндра с раструбом у основания, вмонтированный внутри ферментера. Аэратор смонтирован по осевой линии аппарата.

Рисунок 8. Конструкция ферментера

Воздух под давлением с помощью направляющих лопаток вводится в аэратор по касательной к окружной розетке, за счет чего придается вихревое движение воздушно – жидкостной эмульсии. Эмульсия непрерывно циркулирует по внутреннему замкнутому контуру через верхние кромки цилиндра, кольцевое пространство между внутренней стенкой аппарата и внешней стенкой аппарата, а затем вновь поднимается вверх через раструб. Вследствие создаваемого внутреннего циркуляционного контура происходит интенсивное перемешивание и аэрирование. С целью более эффективно отвоза физиологического типа помимо секционной многоярусной рубашки предусмотрена дополнительная поверхность охлаждения диффузора.

Данная конструкция ферментера рассчитана для работы под избыточным давлением.

Для стерилизации питательной среды используется змеевиковый теплообменник, внутрь которого подается питательная среда, во внешнюю трубу – пар.

Змеевиковый теплообменник представляет собой трубу, свернутую по определенному профилю. Чаще всего - это форма спирали (рис. 9); иногда в спираль сворачиваются 2 - 3 трубки, по которым параллельно проходит обычно горячий теплоноситель. Второй теплоноситель (чаще - нагреваемый) заполняет емкость, в которой и находится змеевик. Теплоноситель II может нагреваться либо в режиме непрерывного протока через аппарат, либо периодически. В таком погружном теплообменнике может устанавливаться перемешивающее устройство, повышающее интенсивность теплоотдачи от наружной поверхности трубки к внешнему теплоносителю. В отсутствие принудительного перемешивания наружная теплоотдача соответствует малоинтенсивной естественной гравитационной конвекции [49].

Рисунок 9. Змеевиковый теплообменник

Для охлаждения - теплообменник типа «труба в трубе». Устройство, которого заключается в том, что по внутренней трубе подается питательная среда, во внешнюю трубу хладагент – вода.

Теплообменники типа «труба в трубе». Теплообменный элемент такого аппарата показан на рисунке 10. Отдельные элементы соединены между собой патрубками и калачами, образуя цельный аппарат необходимого размера. Эти теплообменники находят себе применение при небольших расходах теплоносителей и при высоких давлениях.

Отделение биомассы от КЖ происходит в сепараторе, который представляет собой барабан, внутри которого находится конические тарелки.

Сепаратор — аппарат, производящий разделение продукта на фракции с разными характеристиками (рис. 11).

В процессе работы любого сепаратора не происходит изменения химического состава разделяемых веществ. Качества, отличающие продукты сепарации, не обязательно должны совпадать с признаками, по которым разделяют смесь в сепараторах. В работе сепаратора принимает участие множество отдельных мелких частиц, среди которых встречаются частицы с промежуточными свойствами по отношению к необходимым признакам. Из исходной смеси после промышленных сепараций не могут получиться абсолютно чистые фракции разделяемых компонентов, только продукты с преобладающим их содержанием [50].

Рисунок 10. Теплообменник труба в трубе

Рисунок 11. Сепаратор