Непрерывная установка для поверхностного выращивания микроорганизмов позволяет выращивать микроорганизмы за счет пульсирующей подачи культуральной среды и воздуха.

Вопрос

Оборудование для культивирования микроорганизмов на твердых питательных средах (ТПС) в микробиологической промышленности называется растильными установками.

Способ культивирования микроорганизмов на ТПС к сожалению не получил широкого распространения в биотехнологии.

Следует отметить, что для этого способа присущи ряд преимуществ по сравнению со способом культивирования микроорганизмов на жидких питательных средах:

- скорость биосинтеза ферментов в 5 – 8 раз больше;

- полученная культура имеет относительно небольшую влажность порядка 40 – 50%, тогда как при культивации на ЖПС – 80 – 95 %;

- последнее обстоятельство позволяет экономить энергию на последующих стадиях, т.е. при концентрировании (сгущении) и сушке.

Широкому внедрению этого способа мешает отсутствие надежных механизированных растильных установок.

К ТПС относятся отходы пищевой промышленности, в частности:

- солома, хлопковая и подсолнечная шелуха, кукурузная кочерыжка, отходы переработки картофеля и сахарной свеклы, богасса и т.п.

Все это с помощью микробиологического синтеза может быть переработано в кормовой белок.

Эти установки классифицируются на:

1. Камерные растильные установки с горизонтально расположенными перфорированными кюветами (400х800).

2. Механизированные растильные установки с вертикально расположенными перфорированными кюветами.

3. Механизированные растильные установки типа ВИС–42Д.

4. Ленточно-конвейерные растильные установки типа 4Г–КСК.

5. Пластинчатые агрегаты непрерывного действия с применением растильных вибрационных установок.

6. Растильные установки колонного типа с объемным аэрированием.

7. Растильные установки барабанного типа.

2 вопрос:

Камерными растильными установками комплектовались еще первые ферментные заводы.

Конструкции их копировались с камерных или шкафных сушилок.

Основой растильной установки являлась камера прямоугольного типа, в которой на полках размещались горизонтально перфорированные кюветы с ТПС.

Растильная установка такого типа имела много недостатков:

- прежде всего, низкий уровень механизации;

- большая доля ручного труда по загрузке и выгрузке кювет и отсюда высокая трудоемкость операции;

- невысокая (маленькая) производительность;

- и самое главное, контакт рабочего персонала с растущей культурой микроорганизмов.

Растильные установки с вертикально расположенными перфорированными кюветами отличались некоторой степенью механизации, однако также не были лишены некоторых недостатков:

- малая производительность;

- деформация камер;

- затрудненная выгрузка выращенной культуры и др.

Наиболее совершенными и перспективными являются установки колонного и барабанного типов.

3 вопрос:

Одной из растильных установок барабанного типа является установка фирмы «Валерштайн» (США).

Основу установки составляет горизонтальный цилиндрический барабан диаметром 2,1 м и длиной 5,2 м.

Барабан 1 снабжен:

- люком 2 для загрузки культуры грибов, а также коллектором 3 для подачи воды;

- системой подачи воздуха на аэрацию, состоящей из вентилятора 14, трубопровод подачи 13 и воздушного диффузора 9 обеспечивающий распределение воздуха по всему периметру барабана;

- системой удаления и очистки воздуха состоящей из трубопровода 7 и циклон 8;

- приводом 10 обеспечивающим медленное вращение барабана, состоящим из двухскоростного электродвигателя, редуктора, зубчатой шестерни и венца 4;

- опорными бандажами 5 и роликовыми опорами 12, воспринимающие все нагрузки;

- неподвижно установленной внутри барабана рамой - рыхлителем 6 для распределения, т.е. ворошения и рыхления ТПС.

4 вопрос:

Для барабанного растильного аппарата для выращивания микроорганизмов – продуцентов белка характерны следующие конструктивные свойства:

- Барабан этого растильного аппарата выполнен в виде вращающейся обечайки конусно-цилиндрической формы.

- Конусно-цилиндрический барабан 1 посредством двух полых цапф установлен на раме.

- Барабан снабжен загрузочным люком 5, который обтянут фильтровальной тканью Петрянова.

- Барабан получает вращение от привода (на схеме не показан).

- Через правую цапфу в барабан входит трубопровод 7, который предназначен для поочередной подачи а) пара, б) стерильной воды, в) воздуха и д) посевной культуры.

- Через левую цапфу в барабан входит разветвленная на две ветви труба 11, которая предназначена для вывода: пара, и суспензии выращенной культуры.

- На конце одной из ветвей укреплены металлические штифты 3, предназначенные для сообщения вибрации лопастям 4.

Работает данная установка следующим образом:

- ТПС, например пшеничные отруби, загружают через люк в барабан и приводят его во вращение;

- после этого, через паровой вентиль 9 в барабан вводится пар при давлении 0,2 – 0,3 мПа для стерилизации ТПС в течение 60 –70 мин;

- затем ТПС охлаждают за счет теплоотдачи через стенки барабана и ребра охлаждения 2;

- для ускорения охлаждения производят обдув корпуса холодным воздухом с помощью вентилятора, либо орошают барабан снаружи холодной водой;

- после охлаждения ТПС в барабан вводят стерильную воду и суспензию посевной культуры, тем самым, начиная процесс культивирования,

- при этом аэрация растущей культуры производится воздухом, который находится в самом корпусе, что возможно при неполной загрузке барабана из расчета 3 – 5 кг на 1 м³ объема;

- при большей удельной загрузке выращивание можно вести при подаче воздуха извне барабана или на режиме самовентилирования;

- при самовентиляции на люк загрузки навинчивается кольцо, обтянутое тканью Петрянова;

- далее, при вращении барабана подпружиненные лопасти 4 ударяются о штифты 3 и вибрируют, создавая тем самым волновые колебания воздуха;

- в результате происходит подвод свежего воздуха к культуре и отвод газов, выделяющихся в процессе метаболизма микроорганизмов;

- после окончания культивирования в барабан через водяной вентиль 8 вводится стерильная вода из расчета 1:15 для суспендирования культуры микроорганизмов;

- вывод суспензии из растильного барабана производят по трубе 11 проходящей через левую цапфу путем выдавливания стерильным воздухом или паром;

- после полного окончания цикла выращивания микроорганизмов – продуцентов белка, барабан промывают и стерилизуют паром;

- промывные воды выводятся через пробку 10.

5 вопрос:

Непрерывная установка для поверхностного выращивания микроорганизмов позволяет выращивать микроорганизмы за счет пульсирующей подачи культуральной среды и воздуха.

Кроме того, эта установка позволяет получать экстракт из выращенной культуры.

Данная установка состоит из трех частей - трех аппаратов, установленных на общей раме:

- стерилизатора ТПС;

- аппарата для охлаждения и увлажнения ТПС;

и собственно, аппарата для выращивания микроорганизмов

Аппарат для выращивания микроорганизмов выполнен в виде

· вращающегося вокруг горизонтальной оси барабана,

· на внутренней боковой поверхности, которого смонтированы лопасти.

Барабан снабжен:

- устройством для подачи культуральной среды и воздуха, (на схеме показано отдельно);

- а также экстрактором.

Устройство для подачи культуральной среды представляет собой:

· полую цапфу с радиальными прорезями;

· эта цапфа жестко укреплена на барабане и снабжена диаметрально расположенными патрубками и соответственно для культуральной среды и воздуха.

Экстрактор выполнен в виде

· полой трубы, с установленным внутри нее лопастным валом;

· на выходном участке лопастного вала имеется шнековый пресс

Экстрактор снабжен тремя патрубками:

- для ввода растворителя;

- вывода отработанного воздуха;

- и вывода экстракта выращенной культуры.

Работа непрерывной барабанной установки для поверхностного выращивания микроорганизмов происходит следующим образом:

- Твердая питательная среда через загрузочный бункер и шлюзовой дозатор подается в стерилизатор, где стерилизуется при заданных параметрах.

- Простерилизованная питательная среда через шлюзовой дозатор поступает в аппарат, где она охлаждается, увлажняется путем подачи стерильной воды из дозатора и засевается культурой, которая подается из дозатора.

- Засеянная среда через устройство для подачи культуральной среды и воздуха поступает в барабан;

- подача осуществляется в момент совпадения радиальных прорезей с патрубками.

- Пульсирующие волновые колебания передаются воздушному объему барабана и находящимся в нем частицам среды.

- Это способствует интенсификации процесса культивирования, т.е. выращивания.

- Движение культуральной среды в барабане происходит под влиянием перемешивающих лопастей.

- Причем скорость перемещения можно регулировать путем изменения:

· чисел оборотов барабана,

· и угла наклона лопастей.

- Последней лопастью выращенная культура со средой направляется в загрузочное устройство экстрактора.

- Здесь она шнеком перемещается к выходному участку и отжимается прессом.

- Навстречу культуральной среде в экстрактор подают растворитель через патрубок.

- Выход экстракта производят через патрубок.

- Отработавший воздух удаляется – через патрубок с фильтровальной тканью Петрянова.

- При выходе поток воздуха совершает поворот на 180⁰, благодаря чему увлеченные им частицы взвеси попадают в экстракт культуры.

- Отвод тепла осуществляется путем орошения наружной поверхности барабана водой или через рубашку.

6-7 вопрос:

Ферментаторами или культиваторами называют аппараты, предназначенные непосредственно для выращивания микроорганизмов.

Они являются без сомнений, основными аппаратами при микробиологическом синтезе и используются:

· как в многотоннажном (гидролизно-дрожжевом)

· так и в малотоннажном производстве.

Классифицируются они согласно ряду наиболее значимых признаков следующим образом.

1. По способу культивирования

1.1 Для глубинного культивирования на ЖПС.

1.2 Для поверхностного культивирования на ТПС.

2. По структуре цикла культивирования.

2.1 Непрерывного действия.

2.2 Периодического действия.

3. По стерильности.

3.1 Герметичные ферментаторы.

3.2 Не требующие строгой герметичности (или не герметичные ферментаторы)

4. По конструктивным особенностям герметичные аппараты делятся:

4.1 Ферментаторы с диффузором и мешалкой.

4.2 Ферментаторы с вращающимися аэраторами.

4.3 Ферментаторы с механическими мешалками.

4.4 Ферментаторы с наружным циркуляционным контуром.

4.5 Колонные ферментаторы.

4.6 Ферментаторы с эжекционной системой аэрации.

В этих ферментаторах для глубинного культивирования микроорганизмов на жидких питательных средах герметичность необходима для обеспечения стерильности процесса выращивания микроорганизмов.

Стерильность достигается путем:

- стерилизации паром самого аппарата, трубопроводов и датчиков приборов КИПиА;

- подачи в ферментатор питательной стерильной среды и чистой посевной культуры;

- подачи стерильного воздуха для аэрирования растущей культуры;

- подачи стерильного химического пеногасителя;

- поддержки стерильной воздушной или паровой защиты уплотнений валов перемешивающих устройств, технологической арматуры в течение всего процесса выращивания.

8 вопрос:

Ферментатор барботажного типа с механическим перемешиванием является одним из наиболее простых по конструкции и широко распространен в промышленности.

По конструкции представляет собой:

· вертикальный цилиндрический аппарат с эллиптической крышкой и днищем;

· объем корпуса данного ферментатора составляет 63,0 м³.

На крышке аппарата расположены:

- приводы перемешивающих устройств и механического пеногасителя;

- предохранительные устройства;

- а также штуцера для загрузки -

а) питательной среды;

б) посевного материала;

в) пеногасителя;

г) и штуцера подачи воздуха и в дальнейшем его вывода;

Кроме того, на крышке, а также самой обечайке устанавливаются:

д) смотровые люки;

ж) и люки для ввода моющей головки

Внутри аппарата по его центральной оси проходит вал с перемешивающими устройствами, состоящими:

- из одной открытой турбины (т.е. лопастной мешалки) установленной под барботером;

- и двух закрытых турбин диаметром 600 – 1000 мм и лопастями шириной 150 – 200 мм.

В качестве привода перемешивающего устройства используется мотор-редуктор.

Для плавного бесступенчатого регулирования частоты вращения в пределах 110 – 250 мин^-1 используется:

- либо тиристорный преобразователь частоты тока,

либо электродвигатель постоянного тока.

В нижней части аппарата установлен барботер, предназначенный для образования воздушных пузырьков.

Барботер выполнен в виде разборного ромба из перфорированных труб.

В верхней его части в шахматном порядке просверлены 2-3 тысячи мелких отверстий для прохода воздуха.

Аппарат оснащен также наружной водяной охлаждающей рубашкой, состоящей из 6 – 8 ярусов-секций.

Каждая секция состоит из восьми навитых опоясывающих каналов.

Каналы изготовлены из уголкового профиля размером 100х60 мм. Площадь поверхности охлаждения составляет 60 м².

Помимо наружной поверхности охлаждения существует и внутренняя поверхность охлаждения. Она состоит

· из змеевиков (9) диаметром 600 мм с числом витков 23

· при общей высоте 2,4 м

· и площади – 45 м² .

Ферментатор рассчитан для работы

· под избыточным давлением 0,25 МПа

· и стерилизации при t= 130-140^о С ,

· а также для работы под разряжением.

В процессе выращивания микроорганизмов давление внутри держится в пределах 50 кПа .

Высота столба жидкости в аппарате составляет порядка 5-6 м.

9 вопрос:

К ферментаторам с пневматическим перемешиванием среды относятся аппараты внешне похожие на ферментаторы с механическим перемешиванием среды, но в них отсутствует механические перемешивающие устройства.

Аэрирующим устройством является диффузор (9), выполненный в виде цилиндра с раструбом у основания, вмонтированный внутрь ферментатора.

Аэратор (2) т.е. распыливающее устройство, смонтирован по осевой линии аппарата.

Воздух под давлением вводится в аэратор по касательной к окружной розетке:

· с помощью направляющих лопаток,

· за счет чего придается вихревое движение воздушно- жидкостной эмульсии.

Эмульсия непрерывно циркулирует по внутреннему замкнутому контуру:

- вначале, через верхние кромки цилиндра,

- далее через кольцевое пространство между внутренней стенкой аппарата и внешней стороной аэратора,

- а затем вновь поднимается вверх через раструб.

Помимо этой конструкции есть также:

· ферментаторы шаровые с пневматическим перемешиванием (аппарат имеет форму шара)

и ферментаторы с форсуночным подводом воздуха.

10 вопрос:

Достоинством ферментатора ФВО-40-0,6 с интенсивным массообменном является то,

· что в нем достигаются большие линейные скорости движения среды (до 2-3 м/с);

при этом концентрация и температура среды практически одинаковы по всему объему аппарата.

Этот ферментатор отличаются от обычных аппаратов с турбинным перемешиванием тем, что внутри находится полый цилиндр (диффузор).

В центре диффузора находится вал с перемешивающим устройством.

Благодаря этому в аппарате создается внутренний циркуляционный контур.

Внутри корпуса (7) ферментатора расположены:

- перемешивающее устройство (8);

- циркуляционная труба;

- аэратор;

- теплообменная камера (5);

- патрубки для ввода питательной среды, воздуха;

- вывода выращенной культуры (13)

- и отвода отходящих газов (16).

Перемешивающее устройство изготовлено в виде винта. Над винтом и под винтом расположены направляющие лопатки.

Циркуляционная система ферментатора включает:

- эжектор, подключенный к нижней части аппарата,

- насос и трубопроводы.

Циркуляционная труба выполнена в виде трубчатого теплообменника, состоящего:

- из верхнего коллектора, внутри которого расположены в диаметральной плоскости две глухие перегородки

- и нижнего коллектора без перегородок.

Теплообменные трубы, расположенные между коллекторами, сообщаются с ними и соединены между собой перемычками.

Теплообменная камера жестко закреплена в подставке с двумя фланцами и может быть легко извлечена для ремонта.

Механический пеногаситель (4) смонтирован на крышке ферментатора (3).

На этой же крышке смонтирован привод пеногасителя и расположены четыре люка для механической мойки аппарата.

Движение винта осуществляется от электродвигателя через клиноременную передачу с частотой вращения 280 и 350 об/мин.

С целью обеспечения герметичности и стерильности процесса культивирования на валу перемешивающего устройства расположено торцевое уплотнение.

Механическое пеногасящее устройство закреплено на валу привода с помощью полой втулки, через которую отводится отделенный от жидкости газ.

Механическое пеногасящее устройство состоит из блока конических дисков с ребрами.

С целью наблюдения за процессом культивирования микроорганизмов на корпусе расположены шесть смотровых окон.

Аппарат рассчитан для работы под давлением до 0,3 МПа.

Работа аппарата происходит следующим образом:

- вначале аппарат стерилизуют паром;

- затем охлаждают и заполняют питательной средой.

- после этого приводят в действие перемешивающее устройство, которое осуществляет циркуляцию среды по замкнутому контуру;

- стерилизованный воздух, нагнетаемый компрессором, подается непрерывно через аэратор в пространство между корпусом и циркуляционной трубой;

- он (воздух) увлекается потоком жидкости, дробится на мелкие пузырьки и интенсивно перемешивается со средой образуя квазигомогенную смесь;

- вращательное движение среды создается в циркуляционной трубе при помощи лопаток, за счет чего образуется центральный вихрь с повышенным газосодержанием.

11вопрос:

Ферментаторы для проведения нестерильных процессов культивирования микроорганизмов используются в многотоннажном производстве кормовых дрожжей.

По конструктивным признакам эти ферментаторы аналогичны аппаратам, используемым при тонком микробиологическом синтезе.

Однако главное отличие заключается в отсутствии:

- паровой,

- либо воздушной,

- или другой защиты мест,

где может происходить инфицирование внутренней полости ферментатора дикой микрофлорой.

К таким местам относятся, прежде всего:

- вращающиеся валы,

- штуцера, патрубки и т. п.

Иначе говоря,

- для ферментаторов гидролизно-дрожжевого производства

- требования к герметичности процесса гораздо ниже,

чем к ферментаторам используемым при производстве антибиотиков, аминокислот, ферментов и др. продуктов тонкого микробиологического синтеза.

12 вопрос:

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: