Материал: В.И.Чуешов, Л.А.Мандрыка, А.А. Сичкарь Оборудование и основы проектирования химико-фармацевтических производств

f,

Рис. 2.50 Ферментатор с винтовой мешалкой в циркуляционном контуре:

а- суспензия биомассы; 6 и

г- газ; в- азот.

экранирующей гильзой 8. В аппаратах с небольшим объемом теплообменным элементом является рубашка 6. В аппаратах с большим объемом в качестве дополнительного теплообменного элемента служит циркуляцион­ ный стакан, который выполняется из кольцеобразно расположенных труб 5, которые соединены между собой пластинами перемычками и объединены вверху и внизу кольцевыми коллекторами 2. Аппарат наиболее эффективно работает в условиях полного заполнения его объема газожидкостной смесью, поэтому выход иепоглощенного. газа и жидкости осуществляется через верхний штуцер, который соединен с сепаратором газожидкостной смеси l.

конструктивно отличается от предыдущего тем, что открытая турбинная шестилопастная ме­ шалка 3 и первичный газораспределитель (бар­ ботер) 4 размещены под циркуляционным ста­ каном 2. Вдоль стенок сосуда установлено две отражательные перегородки 1, которые гасят

g

чи жидкости заключен в теплообменную оболочку 5. В каждой секции в слое жидкости могут быть установлены дополнительные теплообменные устройства змеевикового типа 6. Газ всасывается в пространство между перегородками I и 2 через штуцеры из общего коллектора 9. Такой же коллектор установлен для отвода газа, не поглощенного жидкостью.

Ферментатор с шахтным аэратором (рис. 2.53) состоит из емко-

'/г

ная смесь с развитой межфазной поверхностью.

Многосекционный струйный ферментатор (рис. 2.52) представля­ ет аппарат колонного типа, разделенный горизонтальными перегородками 1 и 2 на отдельные секции. В перегородках t установлены насадки 3, а в перегородках 2 - диффузоры 4. На каждой из перегородок l удерживается слой газожидкостной смеси высотой h. Ж1:1дкость из нижней секции после пеногасителя 8 насосом 7 подается в верх юю сек ию. Трубопровод пода-

Рнс 2 53. Ферментатор с шахтным аэратором

сти l, циркуляционного насоса 2, теплообменных элементов ? и 4 и аэра­ ционного шахтного устройства 6 для пленочно-струйного истечения жид­ кости. Шахтное устройство является основным элементом аппарата, кото­ рое определяет условия аэрирования жидкости. Оно работает следующим образом: жидкость из емкости I насосом 2 подается в теплообменник 3, далее в распределцтельную коробку 5, и, обтекая верхнюю закругленную кромку трубы 7, поступает в нее в виде кольцевого потока. Жидкость, сте­ кая с нарастающей скоростью вниз по трубе 5, увлекает за собою газ. По

мере стек.: 11ия жидкости она так насыщается газом, что в нижнем сечении трубы 6 обр,нуется газожидкостная смесь. При падении ее с большой ско­ ростью на поверхность жидкости в емкости 1, происходит дополнитель­ ный захват газа и в верхней части емкости I образуется газожидкостная система с размером пузырьков менее 3 мм. Конструктивным достоинством ферментатора является -его компанование из отдельных элементов (ем­ кость, насос, холодильник, аэратор), что облегчает обслуживание и ремонт

верхней части 11ентральноrо стакана 4 размещен механический пеногаси­ теЛ1, 1. Га·южидкостная сме·сь из ферментатора через патрубок 8 вводится во флота I ор. l lo мере ее движения по кольцевому пространству происхо­ дит рассноение. Жидкость, обедненная по биомассе, перетекает последова­ тельно через секции 11-V, где она дополнительно вспенивается воздухом, вводимым через барботеры. Осветленная жидкость выводится через шту­ цер 6. Пена, обогащенная биомассой, переваливается на конический лоток 2 и стекает по нему в центральный стакан 4. Здесь происходит ее разруше­ ние механическим пеногасителем 1, кроме того, сюда же из бачка 9 пода­ ется химический пеногаситель. Разрушенная пена выводится из аппарата через штуцер 7. Основным недостатком данного флотатора является то, что при подаче газа в последние секции с целью доизвлечения биомассы, образующаяся в них пена выносит в центральнь;й стакан дополнительное количество жидкости, которое разбавляет сгущенную суспензию.

--п на

орожl(а

Рис.2.55. Схема установки напорной флотации

85

Э:1ектро,J,лотатор1,1. Процесс извлечения взвешенных частиu из жидкост11 газовыми пузырьками, которые образуются при электролизе, на­

зывают электрофлотацией. В сравнении е другими видами флотации этот вид имеет следующие nринuипиальные особенности и отличительные при­ знаки, которые одновременно являются ее преимуществами. При электро­

лизе получаются очень. тонко дисnергированные газы. Так во флотаторах механического типа размер газовых пузырьков 0,8-0,9 мм, в струйных флотаторах - 2 мм, в вакуумных и напорных флотаторах 0,1-0,5 мм, а в электроф.1отаторах менее 100 мкм. Кроме того пузырьки электролизных газов однородны по размерам и сохраняют постоянные размеры в течение времени пребывания в жидкости. Конструктивно электрофлотаторы (рис. 2.56) выполняются в виде прямоугольной емкости с флотокамерой 3, в ко­ торую '!ерез карман 4 поступает осветляемая суспензия. Тверд1,1е частиuы

графита, которая укладывается на дно камеры 3. Катод изготавливается в виде сетки из коррозионностойкой стальной проволоки диаметром менее 0,3 мм. Расстояние между катодом и анодом составляет 6-8 мм. Электро­ флотаци )Нные блоки устанавливаются под углом 30° к горизонтальной плоскости. Недостатками электрофлотаторов является: выделение отложе­ ний солей на электродах, что приводит к прекращению процесса.флота­ ции; невысокая производительность.

Концентрирование биомассы во флотаторах позволяет доводить со.:1ержан11е клеточной массы в суспензии до 600 кr/м3 , что составляет 15% абсо_1ютно сухих веществ. Чтобы из такой суспензии получить товар­ ный продукт с содержанием в,1аrи 10%, необходимо на 1 т биомассы уда­ лить до 5 т влаги. Чтобы снизить энергозатраты на сушку концентратов для их сгущения применяют выпарные аппараты. Процесс упаривания биологических суспензий, которые содержат живые или плазмолизован­ ные клетки имеет ряд специфических особенностей, поэтому в микробио­ логической промышленности используются аппараты, пригодные для об­ работки термолабильных продуктов. В микробиологических производст­ вах применяются преимущественно аппараты двух типов с вынесенной зо­ ной кипения: с естественной и принудительной циркуляцией.

86

Ашшрти с естес11ше1111ой циркуляцией (рис. 2.57) состоит из !'реющей камер1,1 4, которая· вьmолнена в виде кожухотрубчатоrо теплооб­ менника, сепаратора 2 и циркуляционной трубы 3. В сепарационной каме­ ре размещен циклон - каnлеуловитель 1. Раствор, поступающий на упари­ вание, подается в верхнюю часть циркуляционной трубы, где предвари­ тельно подогревается, смешиваясь с основным потоком циркулирующей жидкости. По мере продвижения жидкости по трубам камеры 4 она нагре­ вается до температуры кипения и вскипает. На высоте 1/3 трубы ое\разует­ ся парожидкостная смесь, которая поднимается вверх со скоростью 1,5 м/с. В верхней части камеры 4 имеется отбойный лист, который направляет поднимающуюся парожид1<остную смесь в сепаратор 2, где происходит ее разделение на два потока: вторичный пар и упаре!'JНЫЙ раствор, стекающий в циркуляционную трубу. Плотность этого раствора выше плотности nа­ рожидкостной смеси в кипятильных трубах камеры 4. Это способствует возникновению интенсивной естественной циркуляции жидкости.

Размещение греющей камеры вне корпуса сепаратора позволяет повысить интенсивность выпаривания не только за счет хорошей циркуля­ ции жидкосJи, но и за счет увеличения длины кипятильных труб до 7 м. Чистка труб в греющей камере проводится без отключения ее от сепарато­ ра. Недостатком этих аппаратов является применение только для упарива­ ния растворов с невысокими вязкостями.

Аппараты с принудительной циркуляцией (рис. 2.58). Чтобы предотвратить отложение солей на греющих поверхностях, особенно при упаривании концентрированных продуктов, необходимо обеспечить ско­ рость циркуляции жидкости 2-2,5 м/с. Это больше тех скоростей, которые

..

..

высокопитательного белка (кормовые дрожжи, аминокислоты, некоторые ферментные препараты); 2) продукты, требующие сохранения жизнеспо­ собности после высушивания или высокой активности до их прю1 енения (антибиотики, бактерии, ферменты и др.). На начальном этапе развития микробиологической промышленности широко использовались полочные барабанные и ленточные сушилки, которые были заимствованы из хими ческой технологии.

В настоящее время для сушки продуктов микробиологического си теза применяют: сублимационные сушилки (контактный и радиацион­ ньщ подвод тепла); сушилки вихревые, распылительные, с кипящим слоем (конвективный подвод тепла); сушилки на основе роторных пленочных испарителей (контактный подвод тепла).

89