Лекция № 10. Ферментаторы для проведения нестерильных процессов культивирования микроорганизмов.

План лекции:

1) Общие сведения о ферментаторах для проведения нестерильных процессов культивирования микроорганизмов.

2) Ферментаторы Лефрансуа с пневматическим и внутренним циркуляционным контуром.

3) Ферментаторы с самовсасывающей мешалкой.

4) Ферментатор «Фогельбуш» с механическим перемешиванием и вращающимися аэраторами.

5) Ферментатор ВНИИбиотехники.

1) 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.

Ферментаторы Лефрансуа с пневматическим и внутренним циркуляционным контуром нашли широкое применение для выращивания дрожжей на сусле, которое является отходом гидролизно-дрожжевого производства.

Их иногда называют ферментаторами эрлифтного типа. Аппараты этого типа имеют емкости 250, 320, 600 и 1300 м³.

Для них характерно:

- наличие пневматического перемешивания,

- наличие т.н. внутреннего циркуляционного контура,

- отсутствие механических средств пеногашения.

Сам эрлифтный ферментатор Лефрансуа представляет собой:

· Стальной сварной корпус 1 с днищем в виде усеченного конуса и конической крышкой с центральным отверстием.

· Корпус имеет высоту порядка 12 – 15 м.

· Внутри аппарата установлены четыре диффузора 7, которые создают четыре самостоятельно циркулирующих потока.

· Через коллектор 2 в центральные трубы каждого диффузора, поступает воздух.

· На конце каждого диффузора имеется конус и кювета 8

· На крышке аппарата установлен распределительный бачок, куда через штуцера 3,4 и 5 поступает бражка, сусло, засевные дрожжи и аммиачная вода.

· Все компоненты смешиваются с воздухом, таким образом, образуется питательную смесь.

· Эта смесь свободным потоком по трубам диаметром 100 мм поступает вниз в кюветы аэрирующего устройства.

· Переливаясь через край кюветы смесь, смешивается с воздухом, выходящим через щели под кюветой.

· Образовавшаяся воздушно-жидкостная эмульсия в виде пены поднимается вверх на высоту до 10 – 12 м по диффузору к отбойнику 6, откуда разрушаясь, стекает вниз.

· Для наружного охлаждения стенок аппарата установлен ороситель в виде коллектора.

В ферментаторе системы Лефрансуа-Марийне также отсутствуют приспособления для ме­ханического перемешивания и пеногашения.

Перемешивание жидкости производится также воздухом по типу эрлифтных насосов. Для этого в нижней части аппарата установлен цент­ральный стакан (диффузор).

Воздух подается через воздуховод, проходящий через центр диффузора.

Ук­репленные на воздуховоде кюветаи конус на диффу­зоре направляют поток жидкости с диспергированным воздухом вверх по диффузору, при этом:

· часть воздуха отделяет­ся от потока жидкости и отводится сверху в атмосферу,

· другая же часть вместе с пеной поступает в низ аппарата через кольцевое пространство, образуемое стенками диффузо­ра.

· При этом пена гасится и сжижается.

Отвод тепла осуществляется:

· путем орошения наруж­ной стенки, а также подачи охлаждающей воды между стенками диффузора.

Недостатком конструкции явля­ется высокий расход воздух, (на 1 кг дрожжей необхо­димо 18—20 м³ воздуха).

Рис. 10.1. Схема цилиндрического эрлифтного ферментатора Лефрансуа

3) Ферментаторы с самовсасывающей мешалкой.

Применяемые воздухораспределительные системы (барботеры и форсунки) требуют значительного расхода воздуха и электроэнергии.

В связи с этим для более экономного расхода воздуха и энергии созданы различные конструкции ферментаторов с механическими циркуляционными системами.

В таких аппаратах вместо аэрации среды большими воздушными струями применяется аэрация воздуха тонкими струйками, Это позволяет:

- во-первых, значительно улучшить процесс аэрации,

- во-вторых, экономить расход воздуха.

Одним из таких ферментаторов является ферментатор Вальдгофа.

Он представляет собой:

- цилиндрический вертикальный аппарат;

- в центре аппарата смонтирован вертикальный цилиндр 3 диаметром 1,2 м и высотой 3,0 м который делит ферментатор на внутреннюю и наружную части;

- одновременно этот цилиндр используется в качестве теплообменника;

- в центре ферментатора также смонтирован полый вал 1 диаметром 200 мм, к верхней части которого подводится воздух;

- вал снабжен электроприводом 2;

- на другом конце вала установлена распределительная коробка, от которой отходят пять загнутых труб образующих сегнерово колесо 4;

- диаметр этих труб составляет 70 мм, а длина 650 мм, частота вращения 300 мин^-1;

- при вращении вала, воздух выходит из открытых торцевых отверстий труб и смешивается с жидкостью находящейся в ферментаторе.

Таким образом, в аппарате создается усиленная циркуляция дрожжевой бражки, причем:

· в центре ферментатора (внутри цилиндра) происходит движение среды сверху вниз,

· а во внешней зоне (между цилиндром и внутренней стенкой ферментатора) снизу вверх.

- Суспензия, находящаяся в этой внешней зоне, снабжается воздухом, поступающим с пеной из вертикального цилиндра.

- В процессе такого смешения воздух с растущей культурой образуют эмульсию. В ферментоторах системы Вальдгофа отсутствует пеногасители.

Рис. 10.2. Ферментатор Вальдгофа