Ферментеры с вводом энергии жидкой фазы (группа фж)

Ферментеры с вводом энергии жидкой фазой (группа ФЖ) наиболее сложны по конструкции и энергоемки, но обеспечивают наиболее высокие по сравнению с группой ферментеров ГФ значения коэффициента массопередачи кислорода, свыше 6 кг/м³ч. В данных аппаратах ввод энергии осуществляется жидкой фазой, обычно самовсасывающими мешалками или насосами. В последнем варианте жидкость вводится в аппарат через специальное устройство (сопло, эжектор, диспергатор). Данные аппараты также можно подразделит на ряд типов:

- Ферментеры с самовсасывающими мешалками не требуют специальных воздуходувных машин, так как поступление в них воздуха происходит в результате разрежения в воздушной камере мешалки, соединенной с воздуховодом и с жидкостью, отбрасываемой лопатками мешалки;

- В эжекционных ферментерах возможна рециркуляция газовой фазы, что экономит субстрат, однако требуется наличие специальных насосов для перекачки газосодержащей культуральной среды. Применение эжекционного ввода газовых субстратов в ферментер может интенсифицировать массообмен на порядок;

- Струйные ферментеры (с затопленной или падающей струей) оборудуются мощными насосами, которые забирают культуральную жидкость из нижней части аппарата и через напорный трубопровод подводят поток к аэрирующему устройству (по типу шахтного перепада или напорно-струйные). Струя жидкости под давлением свободно падает сверху и пронизывает аэрируемую жидкость до дна аппарата. Происходят интенсивные турбулизация и перемешивание жидкости. Внизу жидкость вновь засасывается насосом и снова подается вверх аппарата, то есть возникает замкнутый контур циркуляции. Недостатком данных аппаратов являются потери энергии при перекачке жидкости, трудности проектирования в связи с отсутствием надежных методик расчета конструкций и режимов работы струйных и эжекционных устройств.

Ферментеры с подводом энергии с газовой и жидкой фазами (группа ФЖГ)

Основными их конструкционными элементами являются перемешивающие устройства всех известных типов, а также наличие в совокупности насосов и перемешивающих устройств. Это могут быть аппараты с группой самовсасывающих мешалок и насосом для перекачивания культуральной жидкости и другие сочетания перемешивающих и аэрирующих устройств. Коэффициент массопереноса кислорода в таких ферментерах может в принципе иметь любые из известных значения.

Перечисленные типы аппаратов возникли в основном в течение «эры» антибиотиков и белка одноклеточных и применяются, главным образом, в технической микробиологии. Прогресс в области получения клеточных и рекомбинантных культур выдвигает специальные требования к биореакторам. При этом на первый план выдвигаются такие показатели, как стабильность биологических агентов, повышенные требования к асептике, лимитация срезовых условий при перемешивании и др. Однако, многие из таких конструкций пока еще носят экспериментальный характер.

 

ВОПРОСЫ ДЛЯ ПРОВЕРКИ

1. Что такое биотехнология. Основные отличия биотехнологии от растениеводства и животноводства. Привести примеры простых биотехнологических процессов;

2. Краткое описание основных стадий биотехнологического производства. На примере биотехнологического производства выделить основные стадии и описать процессы, проводимые на этих стадиях;

3. Краткое описание элементов биотехнологического производства. Привести примеры биологических объектов, субстратов на различных биотехнологических производствах;

4. Аппараты для аэробной и анаэробной ферментации и их различия. Принципиальная схема метановой установки, ферментера поверхностного жидкофазного и твердофазного культивирования;

5. Глубинная аэробная ферментация. Основные особенности процесса и аппаратурного оформления. Привести примеры процессов глубинной ферментации;

6. Ферментеры группы ФГ. Виды ферментеров и основные особенности конструкции;

7. Ферментеры групп ФЖ и ФЖГ. Виды ферментеров и основные особенности конструкции;