Оборудование для культивирования

Лекция 10

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ

1. Конструктивное оформление фильтров

Эффективна работа системы очистки и стерилизации складывается из ряда факторов, к которым относится и правильный выбор фильтрующего материала, в зависимости от степени очистки, для которой он предназначен.

Конструкция фильтра должна обязательно соответствовать виду фильтрующего материала.

Для пористых материалов, а также материалов из картона и бумаги широко применяются фильтры патронного типа с гофрированным фильтрующим материалом или пористыми патронами.

Для фильтрующих материалов в виде матов, пластин могут быть использованы различные конструкции фильтров кассетного типа. В фильтрах такого типа можно быстро заменить фильтрующие элементы, так как они поступают на заводы, где их эксплуатируют, в готовом собранном виде.

К фильтрам предъявляются следующие требования:

- высокая эффективность улавливания микроорганизмов,

- минимальное сопротивление,

- достаточная емкость и механическая прочность,

- максимальная доступность материалов,

- удобство эксплуатации, возможность стерилизации острым паром,

- минимальные габариты при максимальной производительности.

2. Конструкции ферментеров

Конструктивно аппарат для культивирования обычно оформлен как химический реактор, разработанный для иных процессов.

Несоответствие между процессом и конструкцией является одной из причин низкой энергетической эффективности ферментатора, слабого использования кислорода воздуха, неустойчивости процесса и стимулирует поиск более адекватных конструкций.

Рисунок 1 - Схема устройства биореактора с механическим перемешиванием

Конструкции биореакторов различны. Рабочий объем биореактора обычно не превышает 0,7 общего объема. Свободное пространство над поверхностью среды используется как буферное, где накапливается пена и т. о. предотвращается потеря культуральной жидкости.

Биореакторы изготавливают из высоколегированных марок сталей. Внутренняя поверхность биореактора для глубинного культивирования микроорганизмов должна быть отполирована. Они должны быть достаточно простыми в обслуживании. Должны регулироваться отдельные физико-химические параметры культивирования:

- температура, рН, Eh (окислительно-восстановительный потенциал), рО2, скорость вращения мешалки, давление, расход воздуха на аэрацию, пенообразование.

Нужная гидродинамическая обстановка в биореакторе (процессы теплообмена, массообмена) поддерживается с помощью специальной конструкции перемешивающих устройств, диспергаторов газа (барботеров) и отражающих перегородок (отбойников).

В лабораторных и пилотных установках корпус биореакторов изготавливают из термостойкого стекла, а крышку из нержавеющей стали с вводом через нее перемешивающего устройства, патрубков и датчиков.

Рисунок 2 - Схема ферментера для глубинного культивирования аэробных микроорганизмов:

После слива культуральной жидкости ферментатор промывают водой с помощью специальной моечной машинки, прогревают острым паром до температуры 100°С и охлаждают до 30–40°С. Используя люк-лаз, производят внутренний технический осмотр аппарата: проверяют состояние соединительных муфт вала, мешалок, барботера, датчиков КИП и устраняют обнаруженные дефекты. Затем ферментатор герметизируют и создают воздушное давление в аппарате 0,15–0,20 МПа. Аппарат считают герметичным, если в течение 45–60 минут давление падает не более, чем на 0,005 МПа. При наличии утечки с помощью мыльного раствора проверяют на герметичность все фланцевые соединения, сварные швы и сальниковые уплотнения запорной арматуры. Если аппарат и прилегающие коммуникации герметичны, производят их стерилизацию. Ферментатор нагревают путем подачи острого пара через все входные и выходные коммуникации до 100–104°С при открытом выходе на линии отработанного воздуха, затем закрывают вентиль на выходе воздуха и продолжают нагрев до температуры 130–135°С, при которой производят выдержку в течение 1–2 ч. Одновременно с ферментатором стерилизуют фильтр тонкой очистки воздуха и пеногаситель в бачке.