Мотроненко В.В.

Національний технічний університет України «КПІ»

Класифікація пневматичних ферментерів

Для отримання біомаси та метаболітів біологічними агентами (БА) необхідне створення таких умов зовнішнього оточення, що забезпечують максимальну експлуатацію їх біологічного потенціалу. Найбільш поширеним обладнанням для культивування БА в штучно створених умовах є ферментери.

Перемішування в аеробних процесах реалізується одним з трьох способів введення енергії в культуральну рідину: стисненим газом (пневматичне перемішування); за допомогою енергії рідинної фази; при використанні механічних пристроїв обертового або іншого типу руху.

Ферментери з пневматичним перемішуванням можна класифікувати за відношенням висоти апарата до його діаметра – . Це ферментери змішування, де , і колонні ферментери – . В свою чергу, за наявністю контактних пристроїв, колонні ферментери діляться на: газліфтні (ерліфтні), тарілчасті, з плаваючою насадкою та трубчасті. Розгорнута схема класифікації представлена на рисунку 1.

Рисунок 1 – Схема класифікації ферментерів з пневматичним перемішуванням.

Ферментери змішування – це апарати, в яких відбувається процес зрівнювання концентрацій компонентів рідких сумішей або процес гомогенізації у випадку змішування твердих та рідких речовин шляхом грубого диспергування газу газорозподілювачем – барботером. Істотним недоліком таких ферментерів є невисока інтенсивність масообміну.

Інтенсивність масопередачі кисню можна збільшити за допомогою використання контактних пристроїв, що сприяє збільшенню кратності контакту між рідкою і газовою фазами, що у свою чергу впливає на інтенсивність масообміну на цьому фазовому переході. Також інтенсифікувати масообмін можна шляхом збільшення рушійної сили масообміну, що досягається підвищенням висоти стовпа середовища в апараті. Контактні пристрої в свою чергу можуть представлятися різноманіттям конструкцій, залежно від їх призначення. Це можуть бути тарілки, перегородки, циркуляційні труби, насадки, мішалки та інші пристрої. В якості контактних пристроїв найчастіше застосовуються затоплені контактні пристрої, які виконані з організованим переливом.

Тарілчасті ферментери – це апарати, секціоновані за висотою різними типами тарілок для організації спрямованого руху фаз і їх багатократної взаємодії. За принципом руху фаз через секції розрізняють тарілки з організованим переливом і провального типу. Тарілки з організованим переливом діляться на прямоточні та перехресні. Прямоточні - це ковпачкові, клапанні, ситчасті і ковпачково-ситчасті тарілки. В якості тарілок провального типу (безпереливні) використовуються дірчасті, решітчасті, трубчаті та щілинні.

Відмінною особливістю тарілчастих колонних ферментерів є можливість організації оптимальних потоків газу і рідини як за напрямком, так і за об’ємом. До переваг таких апаратів відносяться низькі капіталовкладення, простота та механічна надійність конструкції. До недоліків - малоінтенсивний масообмін, невисока кратність циркуляції, невеликий коефіцієнт заповнення апарата, більша металоємність.