Системы перемещивания, примен-е в совр-х ферменторах

Т.к. биореакторы – многопараметровые аппараты, то они могут классифицироваться и по др. критериям: размерам, целевым назначениям (лабораторные, опытно-промышленные или пилотные, промышленные), режиму работы (периодического и непрерывного действия), условиям культивирования (аэробные и анаэробные, мезофильные и термофильные, для поверхностного и глубинного выращивания, для жидких и твердых питательных сред, газофазные).

По способу перемешивания и аэрации биореакторы подразделяются на аппараты с механическим, пневматическим и циркуляционным перемешиванием.

1)Аппараты с механическим перемешиванием (наиболее распространенные конструкции в современной микробиологической промышленности) - имеют механическую мешалку с центр. валом и лопастями (лопатками), число которых обычно равно 6-8.Лопасти могут быть прямыми или изогнутыми, часто их располагают в несколько ярусов, что обеспечивает более эффективное перемешивание больших объемов жидкости. В систему входят также отражательные перегородки- предотвращают возникновение водоворотов и обеспечивают вихревое движение жидкости, равномерно распределяемое но всему объему реактора. Но в ряде случаев они не могут быть применены (культивирование мицелиальных грибов), так как обрастают микроорганизмами (мицелием).

Аэрация (без интенсивного перемешивания) может осуществляться путем барботажа - подачи воздуха снизу через горизонтальную трубку, с отверстиями, применением вибраторов, которые обеспечивают высокую степень асептики, малый расход энергии и относительно слабо травмируют клетки. В некоторых ферменторах используют полые мешалки, в которых воздух поступает в среду культивирования через отверстия в нижнем конце их валов и полые лопатки.

2) Аппараты с пневматическим перемешиванием-мешалка отсутствует и перемешивание жидкости осуществляется пузырьками газа, Зн., скорость массообмена в них намного ниже

Пример: эрлифтный реактор (air lift - подъем воздуха).

Преимущества:

А) более мягкое(плавное) перемешивание содержимого и получили распространение при выращивании клеток животных и растений.

Б) простота конструкции и малые энергозатраты.

Недостаток - "тихо-ходность",

3) Аппараты с циркуляционным перемешиванием - оснащены насосами и эжекторами, создающими направленный ток жидкости по замкнутому контуру (кругу)- простота конструкции и надежность в эксплуатации. Часто заполняются тв. частицами, которые способствуют лучшему перемешиванию содержимого реактора, препятствуют обрастанию стенок при длительном культивировании, а также обеспечивают диспергирование воздуха в жидкости. Нек. микроорганизмы, прикрепляясь к таким насадкам (грибы и актиномицеты), развиваются намного лучше. В последнее время разрабатываются новые способы аэрации- воздух может подаваться через специальные полипропиленовые мембраны.

72)Принципы масштабирования технологических процессов:

Технология производственного процесса отрабатывается поэтапно: в лабораторных, пилотных (опытно-промышленных) и промышленных установках. Чаще встречаются аппараты с объемами ферменторной камеры: 0,5–100 л (лабораторные), 100-5000 л (пилотные) и 5000–1000000

л и более (промышленные). На каждом этапе увеличения масштаба ферментации (процесса) – масштабном переходе (масштабировании биотехнологического процесса) – решаются конкретные задачи отработки (налаживания) производства и его оптимизации.

Лабораторные ферменторы по устройству и форме напоминают промышленные и подразделяются на те же типы. Правда, в лабораторных масштабах наиболее часто применяются аппараты с механическим перемешиванием По принципу теплообмена и стерилизации они делятся

на две категории. К первой относятся лишенные собственных системтеплообмена и стерилизации. Такие аппараты, по сути дела, представляют собой камеры для культивирования, помещаемые в водяные бани и стерилизуемые в автоклавах. Аппараты второй категории снабжены

системами теплообмена и стерилизации, принципиально не отличающимися от таковых промышленных установок.

С помощью лабораторных биореакторов решаются следующие задачи:

1) кинетические – определение скорости роста клеток, эффективность утилизации субстратов и образования целевого продукта; 2) некоторые массообменные – расчет коэффициентов массопередачи, скорость поступления в среду О2 и других газов, скорость

освобождения от газообразных продуктов, образующихся при культивировании продуцентов (в первую очередь СО2);

3) определение коэффициентов реакций, связывающих утилизируемые субстраты и О2 с получаемыми целевым и побочными продуктами.

Пилотные установки используют для поиска (отсюда и название) наиболее целесообразных технологий и в общих чертах моделирование

промышленного процесса. Поэтому на данном этапе стараются применять тот тип аппарата, который предполагается использовать в промышленном масштабе. Иными словами, отрабатываются все аспекты производства, вплоть до штатных вопросов. При масштабных переходах следует

постоянно иметь в виду, что при соблюдении одинаковых условий (среда, тип аппарата, температура и рН, скорость перемешивания) уровень и скорость синтеза целевого продукта могут существенно различаться ситуация, очень четко прослеженная еще в 1940–1950 гг. при организации

крупномасштабных производств антибиотиков. Вследствие сказанного при переходе от лабораторных к пилотным, а

затем от пилотных к промышленным установкам, приходится наряду с объемом изменять и конструкцию, и режимы работы аппаратов. Центральной проблемой при этом является подбор надежных критериев масштабирования, обеспечивающих разработку высокоэффективных и

экономичных технологий промышленного производства целевогопродукта.