Ферментор из нержавеющей сталиПринцип в основном вращается вокруг механического перемешивания, вентиляции подачи кислорода, контроля окружающей среды трех основных направлений, посредством взаимодействия физических и химических средств для микроорганизмов, чтобы обеспечить подходящую среду роста и метаболизма, чтобы достичь эффективного синтеза целевых продуктов. Ниже излагаются конкретные принципы и моменты:
Принцип механического перемешивания с газожидкостной смесью
Смешивание весла:
Ферментировочный резервуар оснащен входящей механической системой перемешивания, которая рассеивает воздух в крошечные пузырьки путем вращения перемешивающего весла, чтобы равномерно распределить его в ферментере. Конструкция перемешивающего весла (например, плоское крыльчатка, наклонное колесо) может создавать различные характеристики поля потока, например, плоское крыльчатка подходит для системы высокой вязкости, в то время как наклонное крыльчатка усиливает осевое смешивание.
Пузырьки измельчаются при передаче кислорода:
Вращение перемешивающего весла создает центробежную силу, так что пузырьки образуют интенсивный смешанный поток вокруг крыльчатки. Пузырьки измельчаются в меньшие размеры, что значительно увеличивает площадь контакта с газом и жидкостью, тем самым увеличивая скорость растворения кислорода и эффективность передачи массы. Например, при брожении пива дрожжи нуждаются в достаточном количестве кислорода для дыхания, а перемешивание весла обеспечивает уровень растворенного кислорода для удовлетворения спроса путем измельчения пузырьков.
Циклический поток образуется:
Газодвигающийся ферментер выбрасывает высокоскоростные пузырьки через воздушные форсунки, образуя циркуляцию с использованием разности плотности жидкости между вентиляционной стороной и неуправляемой стороной. Этот метод внутреннего цикла без механического перемешивания обеспечивает полное смешивание жидкости с газом и подходит для микроорганизмов, чувствительных к сдвигу.
Принципы вентиляции, подачи кислорода и стерильного контроля
Асептическая подача воздуха:
Газовая ферментация (например, производство антибиотиков) требует непрерывного поступления большого количества стерильного воздуха. Воздух поступает в ферментер через систему глубокой вентиляции, которая показывает расход через расходомер стеклянного ротора и контролирует давление манометром. Система оснащена высокоэффективными стерилизационными фильтрами из нержавеющей стали (точность фильтрации 0,01 мкм), которые обеспечивают стерильность воздуха и предотвращают гетерогенное загрязнение.
Оптимизация эффективности доставки кислорода:
Совместный контроль вентиляции и скорости перемешивания имеет решающее значение. Например, можно оптимизировать коэффициент переноса кислорода (KLA), регулируя объем вентиляции (максимум 1.5 VVM) и скорость перемешивания (50 - 600 rpm), поддерживая уровень растворенного кислорода (DO) в целевом диапазоне (например, 0 - 100% или 0 - 200%). Некоторые ферментеры также оснащены контроллером потока массы, который обеспечивает автоматическое регулирование потока воздуха.
Контроль давления и безопасность:
Внутреннее давление в резервуаре образуется в сочетании с входящим газом и газом, образующимся в результате ферментации. Давление резервуара регулируется путем регулирования открытия выхлопного клапана, а в верхнем выпускном отверстии установлен указательный манометр, показывающий значение давления. Предусматривается установка входного преобразователя давления и автоматического регулирующего клапана для достижения точного управления давлением резервуара (например, 0,05 МПа) для обеспечения безопасности процесса ферментации.
Экологический контроль и принципы регулирования микробного метаболизма
Контроль температуры:
Ферментировочный резервуар оснащен оболочкой или змеевиковым теплообменником, который регулирует температуру ферментативного раствора путем подачи в холодную или горячую воду. Датчики температуры контролируют температуру в режиме реального времени и передают сигнал в систему управления. При отклонении температуры от заданного значения (например, 40 - 45°C ферментации лактобактерий) система автоматически регулирует расход теплообменной среды, поддерживая температуру в заданном диапазоне.
Регулирование pH:
Микробиологическая метаболическая активность может привести к изменению pH ферментатора. Ферментеры оснащены датчиками pH и устройствами для добавления кислот и щелочей, которые контролируют и регулируют уровень pH в реальном времени. Например, на разных этапах ферментации антибиотиков требуется разное значение pH, и когда pH отклоняется от заданного диапазона, система управления автоматически запускает кислотно - щелочной насос, добавляя соответствующее количество кислоты или щелочи, чтобы вернуть pH к заданному значению.
Управление растворенным кислородом (DO):
Уровень растворенного кислорода напрямую влияет на метаболизм микроорганизмов. Ферментеры проверяют растворение кислорода в режиме онлайн с помощью электродов DO и управляются со скоростью вращения и вентиляцией. Например, когда значение DO ниже установленного порога, система автоматически увеличивает скорость перемешивания или объем вентиляции, обеспечивая подачу растворенного кислорода.
Управление добавками:
В процессе ферментации необходимы дополнительные питательные вещества для поддержания роста микроорганизмов. Ферментеры оснащены многоканальными ползучими насосами для достижения пропорционального потока времени плюс добавка. Количество добавок может накапливаться и регистрироваться для обеспечения точного снабжения питательными веществами.
IV.Ферментор из нержавеющей сталиТипичный принцип применения сцены
Кислородная ферментация:
Например, производство антибиотиков и аминокислот должно удовлетворять потребности микроорганизмов в кислороде путем механического перемешивания и вентиляции. Воздушные ферментеры используют циркуляцию пузырьков для достижения эффективной передачи кислорода и подходят для массового производства.
Анаэробное брожение:
Например, производство спирта, растворителя, структура ферментера относительно проста, не требует сложной системы вентиляции. Предотвращение поступления кислорода с помощью конструкции уплотнения обеспечивает анаэробную среду.
Высокотемпературное кислородное брожение:
Например, обработка навоза животных и птиц, использование высокотемпературной биобактериальной технологии, механическое перемешивание и вентиляция кислорода для содействия разложению органических веществ. Ферментеры оснащены дезодорирующим оборудованием для обработки выбросов выхлопных газов в соответствии со стандартами.