Классификация оборудования микробиологических производств

В микробиологической промышленности применяются разнооб­разные виды оборудования, которые классифицируются по следую­щим признакам:

характеру воздействия на обрабатываемый материал;

структуре рабочего цикла;

степени механизации и автоматизации;

принципу сочетания в производственном потоке;

функциональному признаку.

Кроме перечисленных признаков каждый вид оборудования может иметь специфические признаки, которые будут рассмотрены в соответствующих главах.

По характеру воздействия на материал различают оборудова­ние, в котором материал подвергается механическому воздействию (свойства материала не изменяются, а изменяется его форма и раз­меры), и оборудование, в котором материал подвергается физико-химическим, биохимическим, тепловым и другим воздействиям (физические, химические свойства и агрегатное состояние мате­риала меняются). Иногда в одном виде оборудования совмещаются механические, физико-химические, тепловые и другие процессы.

По структуре рабочего цикла оборудование делится на непре­рывное и периодического действия.

По степени автоматизации и механизации оборудование бывает неавтоматическое, полуавтоматическое и автоматическое. По мере развития микробиологической промышленности оборудование по­следовательно заменяется на полуавтоматическое и автоматиче­ское.

По принципу сочетания в потоке оборудование классифици­руется на отдельные аппараты, агрегаты, или комплексы, комби­нированные и автоматические системы. При выполнении органами установки различных процессов и операций, связанных определен­ной последовательностью, такой вид оборудования называется агрегатом. При установке агрегатов процесс интенсифицируется, экономятся рабочая сила, производственные площади, сокращаются потери, снижаются потребление энергии и эксплуатационные рас­ходы. Однако более совершенными являются комбинированные виды оборудования, выполняющие определенный законченный цикл операций и процессов.

По функциональному признаку технологическое оборудование микробиологической промышленности делят на группы, объеди­няющие принципиально одинаковые по характеру воздействия на материал и конструктивному решению аппараты. В частности, технологическое оборудование микробиологической промышлен­ности можно объединить в следующие группы:

1. Для хранения сыпучих материалов.

2. Для хранения жидких материалов.

3. Для измельчения различных видов сырья.

4. Для экстракции из сырья веществ, являющихся необходи­мыми компонентами питательных сред.

5. Для экстракции из культуры ферментов.

6. Для растворения твердых веществ в жидкости (реакторы).

7. Для фильтрации (грубое отделение твердых включений от жидкой части).

8. Для стерилизации жидких сред.

9. Для стерилизации сыпучих сред.

10. Для стерилизации воды.

11. Для приготовления посевного материала на твердых средах.

12. Для приготовления посевного материала на жидких пита­тельных средах поверхностным способом.

13. Для приготовления посевного материала на жидких пита­тельных средах глубинным способом.

б

14. Для культивирования микроорганизмов на твердых пита­тельных средах.

15. Для культивирования микроорганизмов на жидких пита­тельных средах.

16. Для отделения биомассы от культуральной жидкости.

17. Для осветления культуральной жидкости.

18. Для стерильной фильтрации культуральной жидкости.

19. Для концентрирования биологически активных веществ ме­тодом флотации.

20. Для концентрирования растворов, содержащих биологиче­ски активные вещества методом ультрафильтрацни.

21. Для концентрирования растворов, содержащих биологиче­ски активные вещества методом вакуум-выпаривания.

22. Для плазмолиза.

23. Для сушки растворов, содержащих биологически активные вещества распылением.

24. Для сушки паст и осадков, содержащих биологически ак­тивные вещества.

25. Для осаждения ферментов из растворов органическими раст­ворителями и нейтральными солями.

26. Для отделения осадков биологически активных веществ из их растворов.

27. Для концентрирования биологически активных веществ пу­тем сорбции и десорбции их на ионообменных смолах.

28. Для кристаллизации биологически активных веществ.

В табл. 1.1 показано использование этих видов оборудования в производстве различных биологически активных веществ.

ФОРМИРОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ СТРУКТУР ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЛИНИЙ

Всевозрастающая потребность отраслей народного хозяйства в продуктах микробиологического синтеза обусловливает разра­ботку новых принципов подхода к проектированию технологиче­ских линий микробиологических производств. Особенностями та­кого подхода являются выяснение на этапе проектирования воз­можно большого числа альтернативных вариантов схем линий, возможных типов оборудования и формирование наиболее опти­мальных из числа рассматриваемых схем технологических линий. Очевидно, что разработка технологических линий в первую очередь должна осуществляться с учетом функционально-целевого назна­чения системы, особенностей продукта производства и совокупности ограничений, налагаемых спецификой объекта на структуру и функции системы.

Следует отметить, что при проектировании и разработке техно­логических схем даже с учетом подобных ограничений на типы ис­пользуемого оборудования, виды сырья и способы реализации тех­нологического процесса, а также с учетом требований, предъяв­ляемых к качеству продукта, эффективности разрабатываемой

схемы, экономии затрачиваемых на производственный процесс ре­сурсов и др., возможно получение большого числа вариантов струк­тур технологических схем, что создает определенные трудности для разработчиков. Поэтому такая задача может быть решена на основе так называемого лексикографического морфологического метода.

Этот метод создания новой технологической схемы производства и оптимизации ее структуры заключается в рассматривании раз­личных аспектов системы, т. е. проведении морфологического ана­лиза структуры технологической схемы производства. Морфоло­гия системы представляет собой множество возможных вариантов ее структур.

Математическое описание задачи формирования различных ва­риантов системы со сложной структурой подробно рассматривается в специальной литературе и является самостоятельной проблемой. Приведем лишь ее краткий качественный анализ.

С математической точки зрения задача сводится к формирова­нию различных морфологических вариантов системы, каждому структурному блоку которой присваивается определенная степень важности.

Такая оценка осуществляется коллективом экспертов, каждый из которых проводит ранжировку критериев технологического процесса (таких, например, как производительность, удельное по­требление энергии, технологическая надежность, удельные капвло­жения и т. д.) по степени важности. При этом в зависимости от це­лей разработки линии (максимальная производительность, каче­ство продукта и т. п.) требования, предъявляемые к отдельным ста­диям технологического процесса, будут иметь и разную важность.

В результате введения такой системы оценок каждая возможная реализация всех технологических процессов описывается опреде­ленным методом критериев различного ранга. При этом для всей технологической линии совокупность таких наборов представляет собой уже достаточно сложную матрицу рангов критериев. В ре­зультате анализа таких матриц определяются коллективные ранги способов реализации технологических схем, которые используются в качестве исходной информации для машинного выбора оптималь­ного варианта технологической линии.

Таким образом, лексикографический морфологический метод, используемый для формирования предпочтительных вариантов тех­нологических линий производства различных биологически актив­ных веществ, позволяет оптимально организовать структуру ли­нии, а следовательно, добиться максимальной эффективности про­изводства и выбрать наиболее оптимальный вариант системы из большого числа возможных вариантов.