Перемешивание в ферментерах

Численные значения параметров аг (/=1... 6) зависят от конкретных гидродинамических и массообменных условий в колонном ферментере. На значение параметра й1 влияет структура газового потока. При отсутствии продольного перемешивания, идеальном вытеснении по газу О1 = 0. Величина объемного коэффициента кьа (параметр аг) зависит от скорости жидкостного и газового потоков дао и в колонне. Параметр аз. характеризуется струк- [c.160]

В пром-сти Д. к. получают в спец. массообменных аппаратах (ферментерах), куда непрерывно подают предварительно подготовленные питат. среду (1-3%-ную эмульсию парафинов либо 1-5%-ный р-р сахара юш спирта) и засевную культуру дрожжей. Выращивание Д.к. проводят, непрерывно продувая воздух (источник кислорода), при 32-38 С, pH 3,5-4.5 и при перемешивании биомассы. Т-ра регулируется подачей охлаждающей воды в теплообменные устр-ва ферментера, pH-добавкой в биомассу аммиачной воды (аммиачный азот-осн. источник азотного питания [c.121]

Ферментацию проводят в спец. реакторах (ферментерах), снабженных устройствами для перемешивания среды и подачи стерильного воздуха. Управление процессом может осуществляться с помощью ЭВМ. Наиб, удобно ферментацию осуществлять непрерывным способом-при постоянной подаче питат. среды и выводе продуктов М.с. Так производят, напр., кормовые дрожжи. Однако большинство метаболитов получают периодич. способом-с выводом продукта в конце процесса. [c.82]

В последние 15 лет для выращивания продуцентов ферментов чаще используют более экономный — глубинный метод культивирования (рис. 4.1). В промышленных условиях для этих целей применяют ферментеры из нержавеющей стали, снабженные приспособлениями для перемешивания и подачи в жидкую питательную среду стерильного воздуха. Сначала ферментер заполняют питательной средой, автоклавируют, а затем засевают чистой культурой, подаваемой из специального генератора. Для предотвращения инфекции в ферментере поддерживают повышенное давле- [c.76]

При сравнении разных типов ферментеров было показано, что синтез вторичных метаболитов в суспензионной культуре был наибольшим при подаче воздуха снизу. При выращивании клеток в малых объемах (в колбах) нормальная аэрация достигается при постоянном перемешивании суспензии. [c.164]

Эрлифтные биореакторы, вообще говоря, более эффективны, чем барботажные колонны, особенно в случае суспензий микроорганизмов с большой плотностью или вязкостью. Перемешивание в них более эффективно и проблема слипания пузырьков не столь велика. В особенно больших эрлифтных ферментерах, таких как ферментер на 1 500 ООО л фирмы I I (Англия), сконструированный для получения белков одноклеточных микроорганизмов, ддя прохождения клетками полного цикла в реакторе требуется весьма значительное время. Чтобы обеспечить их субстратами на все время их перемещения с током жидкости, субстраты вводились но всей длине реактора сразу во многих точках. [c.359]

Для крупномасштабного культивирования рекомбинантных микроорганизмов в промыщленных биореакторах (>1000 л) недостаточно просто экстраполировать условия роста в лабораторных ферментерах (0,1—1,0 л). При конструировании промышленных биореакторов необходимо учитывать такие параметры, как температура, pH, скорость и характер перемешивания, потребность аэробных организмов в кислороде, количество питательных веществ. [c.367]

В среду добавляют кукурузный экстракт (30-70 г/л), содержащий молочную и пантотеновую кислоты, усиливающие рост бактерий. Пантотеновую кислоту, стимулирующую также синтез витамина, рекомендуют вносить s сред> дополнительно. Бактерии культивируют при 30°С, поддерживая pH на уровне 6,5 - 7,0 путем введения (NH4)0H. Ферментацию производят в ферментерах на 500 л, содержащих 340 л среды, инокулированных 7 л посевного материала. В первые 80 ч культура растет под небольшим давлением и при слабом перемешивании (без аэрации), в следующие 88 ч включают аэрацию (2 м ч) и перемешивание. Возможны некоторые вариации в культивировании. Витамин В,, сохраняется в клетках бактерий, поэтому проводят его экстракцию 1) выделение витамина из клеток и превращение его в цианкобаламин, 2) выделение неочищенного продукта ( 80% чистоты), который можно использовать в животноводстве.З) дальнейшую очистку до уровня 91 - 98% ( для медицинских целей) [9]. [c.48]

Наблюдение за основными процессами жизнедеятельности микроорганизмов осуществляется контрольно-измерительной аппаратурой (КИП), позволяющей регулировать скорость перемешивания культуральной среды, поддерживать на заданном уровне внутри ферментера pH среды, количество пропускаемого воздуха, давление внутри ферментера и другие параметры. [c.78]

Определение коэффициентов обмена мекду ячейками B ,, Du > D представляет одну из задач теории перемешивания многофазных сред. Решение (12) позволяет получить значения плотности популяции в любой точке ферментера, в том числе и на выходе. Анализ этих уравнений позволит определить оптимальные условия работы ферментера. [c.64]

Ферментация в ферментерах. Можно использовать любые ферментеры (иного типа, чем колбы Эрленмейера), от самых маленьких плоскодонных стеклянных моделей до гигантских промышленных установок. Поскольку ферментер создает лучшие условия для осуществления микробной реакции, то его применение может потребовать дополнительного подбора условий, позволяющих воспроизвести результаты, полученные при ферментации в колбах Эрленмейера. Это связано частично с механическими различиями. этих двух систем ферментация в перемешиваемых объемах может протекать лучше (с точки зрения выхода, природы получающегося продукта, специфичности реакции и т,д.) или хуже по сравнению с тем же процессом во встряхиваемой колбе. Химик, у которого возникнет необходимость перейти от работы в колбах к ферментеру, должен тщательно проконсультироваться с микробиологом во избежание неоправданных затрат. Дело в том, что даже простейшие ферментеры достаточно дороги, а замена колбы ферментером неизбежно повлечет за собой ряд новых проблем (таких, как скорость перемешивания, скорость аэрации, стерилизация воздуха, контроль пены и т. д.), обсуждение которых выходит за рамки настоящей книги. [c.215]

Процесс биосинтеза при использовании углеводородов нефти связан с определенными трудностями. Так, нерастворимость углеводородов в воде и их малая плотность требуют тонкого диспергирования и равномерного распределения парафина по всему рабочему объему аппарата. Окисление жидких углеводородов нефти микроорганизмами, ввиду их нерастворимости, происходит лишь при непосредственном контакте с клетками. Поэтому важное значение имеет увеличение пограничной поверхности парафина, что и достигается его диспергированием при перемешивании. В аппаратах без эффективной циркуляции капельки углеводорода, будучи легче воды, вместе с адсорбированными клетками микроорганизмов постепенно перемещаются вверх, в результате чего емкость ферментера используется непроизводительно. [c.86]

При интенсивном перемешивании в ферментере эта сложная система более или менее однородна, но в покое она сразу же начинает расслаиваться. Сначала из нее выделяются дрожжи — они оседают, либо всплывают, либо то и другое одновременно. Часть дрожжевых клеток увлекается поднимающимися вверх пузырьками газа, которые образуют пену, и всплывающими капельками углеводорода. На расслаивание дрожжевой суспензии влияют технология процесса выращивания, состояние биомассы, состав субстрата, концентрация биомассы и субстрата и т. д. [c.88]

К нерешенным биоинженерным проблемам относятся большой расход энергии на перемешивание вязких сред, недостаток, кислорода из-за неидеального перемешивания и необходимость постоянной обработки культуральной среды, включающей удаление клеток и использование больших количеств растворителей для осаждения. В связи с низкой концентрацией продукта (часто ниже 5%, вес/объем) требуются большие ферментеры (50—200 м ). Для оценки реологических характеристик культуральных сред проводят исследования на опытных установках Полученные данные используют для изменения конструкции-ферментеров и мешалок с целью увеличения их эффективности при работе с псевдо пластичны ми культуральными средами. [c.221]

Глубинному — в больших закрытых ферментерах при энергичном перемешивании и продувании воздуха. К этому методу отно- [c.129]

Глубинный метод выращивания микробов был развит и впервые широко применен в промышленности для получения пенициллина и других антибиотиков. В лабораторных условиях глубинные культуры растут обычно во встряхиваемых склянках или в специально аэрируемых пробирках или склянках, где в жидкость при помощи различных устройств вводится кислород. В производственных условиях применяют ферментеры, имеющие приспособления для энергичного встряхивания (перемешивания) [c.130]

В ферментере часто поддерживают некоторое избыточное давление, чтобы воспрепятствовать проникновению внутрь загрязненного воздуха в некоторых случаях поддерживают повышенное давление определенного газа. По истечении заданного времени содержимое ферментера сливают и затем подвергают соответствующей обработке. Затем аппарат очищают и процесс начинают сначала. Закрытые ферментеры особенно удобны в тех случаях, когда выращиваются анаэробные микроорганизмы и нужна защита от воздуха. При выращивании аэробных микробов содержимое ферментеров непрерывно перемешивается специальными мешалками, постоянно аэрируется пропусканием под давлением стерильного воздуха, образующего множество мельчайших пузырьков. Воздух доставляет кислород и, проходя через аппарат, удаляет аммиак и углекислоту. Очень важно подобрать и поддерживать на требуемом уровне характерные для проводимого процесса pH, окислительно-восстановительный потенциал, интенсивность перемешивания и соотношение между растворенным кислородом и другими компонентами среды. От правильного [c.131]

Приведенные методы имеют свои преимущества и недостатки. Рассмотрим некоторые из них. Прежде всего следует отметить различие в количестве необходимых рабочих объемов и площадей в производстве при глубинном методе используются компактные закрытые ферментеры, а при поверхностном — нужно много места для кювет, на которых ведется процесс. При глубинном методе в отличие от поверхностного требуется минимум ручного труда, но в то же время при поверхностном методе низка потребность в энергии, а при глубинном—требуется значительная энергия для воздушных компрессоров и перемешивания. При поверхностном методе требуются воздуходувки низкого давления, а при глубинном — высокого. Весьма важно, что поверхностное выращивание не требует особенно точного производственного контроля опасность загрязнения здесь невелика. При работе же глубинным методом необходим весьма тщательный контроль загрязнение здесь — частая и серьезная проблема. Можно еще отметить, что выделение ферментных белков нри глубинном методе легче при поверхностном же методе почти всегда имеются дополнительные, осложняющие процесс операции водного экстрагирования фермента из отрубной смеси. [c.132]

После засева среды в ферментере посевной культурой начинается выращивание в нем производственной культуры гриба. Оно ведется 48—52 ч при перемешивании и аэрации. Подаваемый [c.183]

Большинство современных биореакторов представляют собой ферментеры для периодического культивирования с перемешиванием. Однако проблема иммобилизации клеток тесно связана с непрерывным культивированием. Кроме того, в ферментерах с перемешиванием частицы с иммобилизованными клетками часто разрушаются. Поэтому необходимо создавать другие типы реакторов для использования иммобилизованных клеток. Несмотря на большое число статей, посвященных методам иммобилизации клеток, практически отсутствует подробное рассмотрение реакторов с иммобилизованными клетками. [c.174]

Блэк с сотр. [343] предложили ферментер с циркуляцией слоя носителя (рис. 5.3,ж), в котором усиливается перемешивание частиц носителя с практически нейтральной плавучестью, например ЧНБ из пенополиуретана. Движение частиц возникает при подаче воздуха и/или циркулирующего газа через распределитель. Обнаружено, что оптимальное перемешивание достигается при подаче газа только через сегмент распределителя. Реактор с циркуляцией слоя носителя был успешно применен при производстве спирта с помощью непрерывного культивирования дрожжей. [c.180]

Схема работает следующим образом. В зависимости от температуры жидкости в ферментере меняется сопротивление термометра и это изменение непрерывно фиксируется на диаграмме вторичного прибора. Температура регулируется с помощью задающей стрелки электронного моста, которая управляет автоматическим регулятором. Если температура ниже 28°, клапан исполнительного механизма закрыт. Если температура превышает 28°, срабатывает пневматический регулятор, который открывает клапан, и вода поступает в рубашку аппарата для его охлаждения. При понижении температуры до 28° клапан закрывается и подача воды прекращается. Чтобы избежать неравномерного охлаждения, схема смонтирована таким образом, что при подаче воды в рубашку аппарата происходит перемешивание среды в аппарате. [c.78]

Процесс подщелачивания происходит следующим образом (см. рис. 26) при закислении среды в аппарате до pH 6,2 замыкается нижний контакт ЭПД, включается мешалка для перемешивания среды в аппарате, открывается клапан на входе воздуха 5 в щелочной бачок и закрывается клапан на выходе воздуха 3 из бачка. Таким образом, над щелочью, находящейся в бачке, создается давление воздуха. После перемешивания среды в аппарате и создания давления над щелочью в щелочном бачке открывается клапан 2 и щелочь из бачка 4 идет в ферментер /. Выдав определенную дозу (в зависимости от настройки реле времени), клапан возвращается в исходное положение, подача щелочи прекращается, а мешалка перемешивает эту щелочь со средой. Затем реле времени 7 снова подает дозу щелочи, и так до тех пор, пока pH не достигнет нужного значения. При pH 6,8 нижний контакт ЭПД будет разомкнут, а верхний контакт замкнется. Реле времени не будет выдавать сигналы, остановится мешалка, и снимается давление с щелочного бачка. Весь процесс подщелачивания начнется снова, когда pH снизится до 6,2. Давление в аппарате поддерживается в заданных пределах. Контактный манометр 6 при повышении давления открывает клапан.на сбросе давления из ферментера. [c.86]

На основании анализа уравнения сорбции кислорода (4.27) можно сделать вывод, что регулирование содержания в культуральной жидкости растворенного кислорода можно осуществить п-) двум основным направлениям изменением соотношения концентрации газов (в первую очередь парциального давления азота и кислорода) в смеси, подаваемой на аэрацию, и изменением величины объемного коэффициента массопередачи кислорода, достигаемым варьированием гидродинамической обстановки в ферментере (изменением интенсивности перемешивания культуральной жидкости). Оба этих принципа могут быть совмещены в едином комбинированном приеме. В целом же можно считать, что аэрация и перемешивание являются в настоящее время основным каналом управления и регулирования процесса микробиологического синтеза. [c.283]

Следует отметить, что вопросы аэрации в химической технологии широко не рассматриваются и являются специфическими задачами именно технологии микробиологического синтеза, которые возникли в 40-х годах при организации производства антибиотиков. Существует тесная связь газового массообмена и гидродинамической обстановки в ферментере. Таким образом, проблема перемешивания и аэрации практически всегда решается совместно и, как правило, служит основой, на которой проводят масштабный перенос процесса культивирования. Но простое решение проблемы интенсификации газового массообмена за счет повышения степени турбулизации культуральной жидкости во многих случаях имеет предел, обусловленный механической прочностью клеток культивируемых микроорганизмов, а также возможностью нарушения структуры их оболочек. Последнее может привести к резкому изменению свойств микроорганизмов, а также продуктов их метаболизма. Разрабатываются различные методы масштабирования процесса аэрации и перемешивания при культивировании аэробных микроорганизмов. Однако трудно отдать предпочтение какому-либо одному из предлагаемых подходов. [c.329]

Не существует и единых принципов типового осуществления определенного режима аэрации и перемешивания в ферментере. До настоящего времени обсуждаются различные приемы расчета этих процессов и патентуются различные способы, а также конструкции перемешивающих и аэрирующих устройств [183]. Такое положение связано, по всей вероятности, и с тем, что исторически процессы технологии разрабатывались каждый раз применительно к конкретному микроорганизму, и с тем разнообразием свойств микроорганизмов, с которым приходится встречаться при анализе технологии микробиологического синтеза в целом, и с недостаточностью фундаментальных представлений в [c.329]

К аппаратам с гидродинамическим перемешиванием среды относятся аппараты с принудительным циркуляционным перемешиванием за счет энергии жидкостного потока, создаваемого насосом или винтовым перемешивающим устройством. Интересна конструкция секционированного струйного ферментера (рис. 4.11) В основном корпусе колонны одна над другой расположены секции, соединенные между собой одной или несколькими сливными трубами. Жидкость высокоироизводительнымн насосами подается в верхнюю секцию колонны, из которой по системе труб стекает вниз, прн этом струя жидкости захватывает воздух, поступающий через газовводную трубу. Засасываемый извне воздух вместе со стекающей жидкостью поступает в нижнюю секцию. Корпус колонны 1 может быть изготовлен из железобетона. Секции (резер- [c.204]

Фирма Ликвихимнка для производства дрожжей предполагала использовать крупнотоннажный ферментер с циркуляционным перемешиванием, разработанный японской компанией Канегафучи объемом 1300 м , (рис. 4.12). Диаметр основной колонны 6,2 м, высота аппарата 30 м. Аппарат имеет основную колонну, в нижнюю часть которой начиняется компримированный воздух под давлением 3,8- 10 Па в количестве 36 тыс. норм. м /ч. Циркуляция среды обеспечивается винтовым перемешивающим устройством, направляющим газонасыщенную среду через встроенный в циркуляционный контур трубчатый теплообменник. Комбинированный принцип ввода энергии и перемешивания среды в этом аппарате позволяет эффективно турбулизпровать среду и диспергировать в ней газовую фазу. Средняя скорость сорбции кислорода в аппарате 4—6 кг О2/(ш ч) при коэффициенте массопередачи кислорода 450 ч . Производительность бнореактора при выработке дрожжей из н-парафинов — 36 т/сут нри удельных энергозатратах 2,5 кВт ч/кг биомассы. [c.205]

Гидродинамическая структура жидкостного потока в колонном биореакторе может соответствовать идеальному перемешиванию при наличии контура циркуляции, или приближаться к идеальному вытеснению при прямоточном взаимодействии барботируемого газа и питательной среды, что позволяет применять эти аппараты для широкого класса процессов культивирования аэробных микроорганизмов [20]. Необходимая величина скорости сорбции кислорода, с учетом потребления кислорода микроорганизмами, достигается в основном расходом газовой фазы и относительной скоростью движения газового и жидкостного потоков. В работах [5, 12, 20] рассмотрены примеры использования секционированных колонных бнореакторов в процессах микробиологического синтеза. В многоступенчатом колонном биореакторе, состоящем из секций, разделенных перфорированными тарелками, подача субстрата осуществляется на нижнюю тарелку, а вывод суспензии микроорганизмов — сверху. Дополнительно к турбулизацин жидкости барботируемым газом в ряде аппаратов применяется механическое пере.мешнванпе за счет лопастных мешалок, находящихся в каждой секции колонны и помещенных на центральной оси. Движение жидкости и газа в ферментере обычно противоточное. За счет дополнительного механического перемешивания каждая секция колонны работает как ячейка полного смешения. [c.206]

В представленных ферментерах обеспечивается интенсивное перемешивание жидкости, и процесс описывается моделью идеального смешения. Соответственно, методы химической технологии (расчет и конструирование химических реакторов и других аппаратов, принципы синтеза ХТС, балансовые расчеты и т.д.) используются и при создании биохимических производств, но, конечно, с учетом специфики протекающих процессов. В заключении отметим, что на выбор схемы и аппаратурного решения в малотоннажных производствах (витаминов, специальных биопрепаратов) наиболее сильно будет сказываться рецептурная составляюшая процессов (например, условия подачи компонентов, стерильность условий и др.). [c.432]

Для продуцентов антибиотиков имеет значение не только интенсивность аэрации, но и степень перемешивания среды (Былинкина, Бирюков, 1974). Влияние уменьшения количества подаваемого в ферментер воздуха сопровождается снижением антибиотической активности продуцента нистатина, например, только при недостаточном перемешивании — при 250 оборотах мешалки в 1 мин (Лопатнев и др., 1973). Показано (Лопатнев и др., 1975), что для протекания биосинтеза нистатина на оптимальном уровне гидродинамический режим работы ферментера должен обеспечивать поддержание среднего значения коэффициента массопередачи не ниже 1,5— 2,5 МИН в зависимости от состава исходной питательной среды. [c.160]

В работе в качестве микроорганизма, окисляющего углеводород, использовали дрожжи andida tropi alis, культивируемые на питательной среде Ридер, которая представляет собой водный раствор неорганических солей и является источником азота, фосфора, серы и других элементов, необходимых для построения биомассы. В качестве источника углерода и энергии использовали парафиновые углеводороды нефти нормального строения С]2—G22 в количестве 1,0 объемн. %. Процесс проводили в лабораторных ферментерах с перемешиванием и аэрацией при 37° С и pH 4,5—5,0, оптимальных для жизнедеятельности микроорганизмов данного вида. [c.310]

Для образования большого количества полимера требуется легкодоступный и дешевый источник углерода. Ферментация позволяет культивировать организм-продуцент в строго определенных условиях среды, контролируя, таким образом, процесс биосинтеза и влияя на тип продукта и его свойства. Специфи- чески изменяя условия роста, можно менять молекулярную массу и структуру образующегося полимера, В ряде случаев максимальная скорость синтеза полисахарида достигается в логарифмической стадии роста, в других — в поздней логарифмической или в начале стационарной. Обычно углеводными субстратами служат глюкоза и сахароза, хотя полисахариды могут образовываться и при росте микроорганизмов на н-алка-,яах( С12-61), керосине, метаноле, метане, этаноле, глицероле и этиленгликоле. Недостатком проведения процесса в ферментерах является то, что среда часто становится очень вязкой, поэтому культура быстро начинает испытывать недостаток кислорода мы все еще не умеем рассчитывать соотношение между скоростью перемешивания неньютоновских жидкостей и подачей кислорода. Необходимо также контролировать быстрые изменения pH среды. И все же упомянутый метод позволяет быстро синтезировать полимер для того, чтобы определить его физические свойства, а также дает возможность оптимизировать состав среды, главным образом в отношении эффективно- сти различных углеводных субстратов. Часто в качестве лимитирующего фактора применяют азот (соотношение углерод азот — 10 1), хотя можно использовать и другие (серу, магний, калий и фосфор). Природа лимитирующего фактора способна определять свойства полисахарида, например его вяз- костные характеристики и степень ацилирования. Так, многие оолисахариды, синтезируемые грибами, фосфорилированы. При недостатке фосфора степень фосфорилирования может уменьшаться или становиться равной нулю в этих условиях может даже измениться соотношение моносахаридов в конечном по- [c.219]

Интенсивного перемешивания и аэрации достигают при использовании газа для обеспечения циркуляции содержимого ферментера через наружную или внутреннюю трубу, причем в конструкции отсутствуют вращающиеся части. Такие эрлифтные ферментеры просты по конструкции и в управлении, потребляют мало энергии, а потому особенно удобны для ведения крупномасштабных процессов. Гидродинамические характеристики и показатели массопереноса таких реакторов изучались Бленком [348] и Шугерлом [349]. Этот тип биореактора [c.179]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология