Классификация способов ферментации и ферментеров - Аэробные и анаэробные биореакторы

Ферментация - это совокупность процессов, результатом которых является культуральная жидкость [6].

Ферментация (культивирование) может протекать как в аэробных, так и в анаэробных условиях (рис. 1).

классификация процессов ферментации

Рисунок 1 - Классификация процессов ферментации

Аэробное культивирование применяют в тех случаях, когда в процессе задействованы аэробные микроорганизмы-продуценты. Аэрацию смеси осуществляют подачей воздуха или других газов через газоподводящие трубки, форсунки и т. д.

Анаэробные процессы протекают в герметичных емкостях либо посредством продувания культивируемой среды инертными газами. Конструкция ферментера при анаэробной ферментации проще, чем при аэробной [4].

Анаэробный ферментер - anaerobic digester, anaerobic reactor - биореактор, предназначенный для оптимизации анаэробной ферментации; широко используется для обработки отходов с высоким содержанием твердых веществ, например навоза, городских стоков и др.

Аэробный ферментер - aerobic reactor - биореактор, обеспеченный системой аэрации для культуры аэробных организмов.

классификация ферментеров

Рисунок 2 - Классификация ферментеров

Для каждого вида процесса ферментации разработаны различные конструкции ферментеров (рис. 2).

Так, например, разработаны аппараты аэробной поверхностной ферментации, которые широко применяются для производства органических кислот. Поверхностная жидкофазная ферментация протекает в бродильных вентилируемых камерах с размещенными на стеллажах кюветами. В таких же камерах, но с размещенными на стеллажах лотками, в которые насыпают сыпучую твердую среду слоем 10...15 мм, проводят твердофазную ферментацию. С целью лучшей аэрации среды днище лотков выполнено перфорированным [6].

C целью интенсификации массо - и энергообмена клеток со средой разработаны аппараты аэробной глубинной ферментации. Но эти аппараты имеют более сложную конструкцию. С точки зрения конструктивных особенностей ферментеры различаются способами подвода энергии и аэрации среды [6]:

Ферментеры с подводом энергии к газовой фазе;

Ферментеры с подводом энергии к жидкой фазе;

Ферментеры с комбинированным подводом энергии (рис. 2).

В ферментерах с подводом энергии к газовой фазе аэрация и перемешивание субстрата происходит сжатым воздухом.

К таким аппаратам относятся:

Барботажные ферментеры. Подача воздуха в них осуществляется через барботажные устройства, которые расположены в нижней части аппарата;

Аппараты с диффузором. Смешивание субстрата с воздухом, который поступает по распределительным трубам, в данных ферментерах происходит в нижней части аппарата посредством внутреннего цилиндр-диффузора;

Трубчатые ферментеры. Под действием потока воздуха жидкость циркулирует по реактору и сепаратору;

Ферментеры с форсуночным распределением воздуха. Воздух в таких ферментерах подается через форсунки, расположенные в нижней части аппаратов;

Ферментеры колонного типа выполнены в виде цилиндрической колонны, которая разделена горизонтальными перегородками на несколько секций. В таких устройствах воздух барботирует через слой жидкости каждой тарелки, за счет движения жидкости через кольцевую щель обеспечивается противоточное движение двух фаз - газовой и жидкой.

К ферментерам с подводом энергии к жидкой фазе относятся:

Аппараты с самовсасывающей турбиной состоят из цилиндрического диффузора и мешалки с полыми лопастями и валом. При вращении мешалки создается разрежение, которое приводит к подъему жидкости в кольцевом зазоре между диффузором и стенками аппарата с последующим ее возвращением в диффузор;

Ферментер с турбоэжекторными перемешивающими устройствами. Эти устройства разделены вертикальными перегородками на несколько секций. В каждой секции имеется эжектор и диффузор. Перемещение жидкости из одной секции в другую происходит через окна в перегородках.

Ферментеры с комбинированным подводом энергии представляют собой цилиндрический сосуд, внутри которого расположена механическая мешалка и барботер. В аппаратах этого типа подвод энергии к газовой фазе осуществлен для аэрации, а к жидкой фазе - для перемешивания. Перемешивание в данных ферментерах осуществляется тремя способами.

Аппараты с механическим перемешиванием снабжены механической мешалкой. Аэрация осуществляется путем барботажа. С целью разбрызгивания воздуха рядом с барботером установлен механический вибратор.

Аппараты с пневматическим перемешиванием. Перемешивание и аэрацию усиливают с помощью вращающихся дисков с отверстиями или придонных пропеллеров. Такие аппараты могут быть также дополнены диффузором.

В аппаратах с циркуляционным перемешиванием жидкость циркулирует по замкнутому контуру. Движение субстрату придает насос или другое аналогичное устройство. Ферментеры выполнены в виде цилиндра.

Похожие статьи




Классификация способов ферментации и ферментеров - Аэробные и анаэробные биореакторы

Предыдущая | Следующая