Перемешивание среде

Биореактор. Аппараты для проведения процессов культивирования микроорганизмов — биореакторы — можно рассматривать как технические системы, предназначенные для преобразования необходимых материальных и энергетических потоков в процессе роста и размножения клеток. Биохимические реакторы представляют собой основное технологическое оборудование, элементы схемы производства в целом, а эффективность их функционирования определяет в основном технико-экономические показатели биотехнологической системы. Многообразие форм конструктивного оформления биореакторов определяется технологическими и микробиологическими требованиями осуществляемого процесса ферментации. Так, схема на рис. 1.4 иллюстрирует различные процессы микробиологического синтеза, осуществляемые в промышленных биореакторах, а также основные условия их проведения. В биореакторе необходимо поддержание заданной температуры культивирования 1, давления Р, pH среды, окислительно-восстановительного потенциала еН, уровня растворенного кислорода Со времени ферментации т и концентрации лимитирующего субстрата 5. Для обеспечения заданных физико-химических параметров протекания процесса в биореакторе должны быть выдержаны необходимые условия тепло- и массообмена, аэрации среды и режима гидродинамического перемешивания. Рассмотренные на схеме процессы осуществляются в результате глубинного культивирования микроорганизмов в условиях аэрации и перемешивания среды. Известны также биореакторы для осуществления процесса путем поверхностного культивирования клеток с использованием микробиологических пленок и флокул, а также биореакторы для процессов с иммобилизованными на носителях ферментами [22]. [c.12]

Основное содержание справочника составляют таблицы коррозионной стойкости. В первой графе таблиц приводится наименование материала, процентный состав его (по массе) и марка отечественного материала, близкого к нему по составу (указывается в скобках). Если материал выпускается промышленностью, то указывается только его марка, а состав определяется соответствующими ГОСТами. Условия предварительной термической или механической обработки материалов, если они известны, указываются в примечании или рядом с маркой материала. Материалы располагаются в следующем порядке. Вначале идут металлические материалы, которые начинаются с железа и железных сплавов как наиболее широко применяющиеся в практике. Затем следуют в алфавитном порядке наиболее распространенные металлы и сплавы алюминий и его сплавы, магний и его сплавы, медь и ее сплавы, никель и никелевые сплавы, титан и титановые сплавы. После этого в алфавитном порядке размещаются другие металлы и их сплавы. В последней части таблиц приводится химическая стойкость неметаллических материалов (по алфавиту). Скорость коррозии металлов и сплавов характеризуется потерей массы ( , г/м .ч) или глубинным показателем коррозии (/г , мм/год). Длительность коррозионных испытаний приводится в примечаниях или в отдельном столбце таблицы. Продолжительность испытания оказывает влияние на скорость коррозии (в частности, на среднюю скорость коррозии). Как правило, при более длительных испытаниях средняя скорость коррозии становится меньше. Большое влияние на скорость коррозии могут оказать перемешивание среды и примеси. В таблицах, по возможности, отмечены эти особенности. [c.4]

Способ непрерывно-проточного культивирования микроорганизмов более совершенен. Суть его заключается в том, что микробная популяция развивается в проточной питательной среде. Непрерывный способ имеет две разновидности гомогенно-непрерывный и градиентно-непрерывный. В первом случае выращивание ведут в одном ферментаторе при тщательном перемешивании среды и аэрации обеспечивается одинаковое состояние культуры во всем объеме жидкости. В ферментатор при этом непрерывно поступает свежая [c.162]

Трубчатые проточные реакторы, в отличие от кубовых, не имеют перемешивающих устройств, в них перемешивание среды сведено к минимуму. Приближенной теоретической моделью такого аппарата является реактор идеального вытеснения, в котором среда движется с постоянной скоростью подобно поршню. Отсутствие перемешивания и поступательное (порщневое) течение среды определяют одинаковое время пребывания различных частиц или элементарных объемов реакционной смеси в таком аппарате. Концентрации веществ, участвующих в реакции, плавно изменяются по длине аппарата, и это изменение обусловлено только реакцией. В таком аппарате не происходит разбавления поступающих в него исходных веществ продуктами реакции. В связи с этим при одинаковых начальных и конечных концентрациях средние концентрации реагирующих веществ и скорость реакции больше, а время реакции и необходимый объем реактора меньше, чем в условиях идеального смешения. [c.244]

Рассмотрим далее некоторые теоретические и экспериментальные данные по моделированию процесса ферментации в биореакторе с учетом промежуточного состояния смешения, т. е. частичной сегрегации среды. Будем считать, что поток, проходящий биореактор, находится последовательно или в зоне, соответствующей идеальному перемешиванию среды, при этом по уровню смешения он может быть либо в сегрегированном состоянии, либо в состоянии максимальной смешанности. Физическую картину, соответствующую данной модели, можно представить исходя из экспериментальных данных по оценке вязкости дрожжевой суспензии в биореакторе при различных скоростях сдвига (рис. 3.19). [c.150]

Как отмечалось выше, реактор вытеснения представляет собой реактор непрерывного действия, в котором не предусматривается перемешивание среды в каких-либо точках по направлению потока. Отсюда следует, что наиболее подходяшей аппроксимацией при расчете пара.метров реактора является модель идеального вытеснения (которую также называют моделью с поршневым режимом). [c.47]

В процессе перемешивания среда может насыщаться приносимыми струей примесями, и наоборот. Если среда содержит примеси, а в аппарат поступает более чистая струя, то среда будет постепенно освобождаться от этих примесей. [c.327]

Кондиционирование частиц. Конденсирующиеся пары должны равномерно распределяться между частицами, выступающими в роли ядер, с тем, чтобы пары были использованы с наибольшей эффективностью. Это может быть достигнуто тщательным перемешиванием среды до начала конденсации по возможности путем адиабатического расширения паров и газов. Другим способом является впрыск струи паров в аэрозольную среду при давлении окружающей среды в расчете на гашение паров аэрозолем для усиления конденсации. [c.416]

Кроме коагулянтов к осветляемой жидкости добавляют также небольшие количества (0,4—2% массы твердой фазы) флокулянтов, способствующих слипанию агрегативно неустойчивых твердых частиц. Для той же цели отстаивание зачастую проводят при слабом механическом перемешивании среды. [c.182]

При идеальном перемешивании среды, как это хорошо известно [1], распределение времени пребывания частиц в аппарате является показательным = При переходе к безразмерному времени, имеем ф(т)=е- . Для того чтобы найти моменты функции ф, перейдем в пространство изображений ф (р) = [c.288]

Коррозия в емкостях по сбору сточной воды протекает при свободном доступе кислорода в сточную воду. Однако при наличии на воде слоя плавающей нефти проникновение кислорода в сточную воду может быть затруднено, если слой нефти при перемешивании среды сохраняет свою целостность и непроницаемость для воздуха. В противном случае в связи с высокой растворимостью кислорода в нефти этот слой может стать поставщиком кислорода в сточную воду и значительно увеличит скорость коррозии. При свободном доступе кислорода в сточную воду, например в фильтрах, скорость коррозии в девонской воде достигает 0,6 мм/год, а в сероводородсодержащей угленосной воде — [c.169]

Аэрируемый реактор с перемешиванием среды [c.89]

Таким образом, следующий этап разработки математической модели связан с осуществлением формализации II ступени иерархии во взаимосвязи с кинетической моделью. На этом этапе устанавливаются соотношения, определяющие условия перемешивания среды в реакторе, степень сегрегации в системе. При этом учитывается, что в общем случае в системе находятся как агрегаты [c.110]

Биореакторы с механическим перемешиванием среды [c.137]

Уравнения модели применимы для аппаратов лабораторного масштаба с интенсивным перемешиванием среды в кинетической области протекания процесса. По известным кинетическим характеристикам можно оценить такие показатели как среднее время ферментации I, необходимую скорость протока среды V при заданном объеме аппарата, концентрации биомассы X и субстрата 5, продуктивность аппарата О, выход биомассы У. [c.137]

Более полно временную или пространственную неоднородность перемешивания среды в биореакторе описывают модели промежуточного уровня смешения или частичной сегрегации. Разработано два основных подхода к моделированию состояния частичной сегрегации. [c.149]

Секционированные колонные биореакторы. Применение секционированных по высоте колонных биореакторов для процессов биотехнологии связано с целым рядом преимуществ этих аппаратов возможностью организации заданной структуры газожидкостных потоков возможностью осуществления многостадийного процесса культивирования микроорганизмов высокой интенсивностью перемешивания среды п транспорта кислорода к клеткам. Известно [c.160]

Определенные требования на выбор варианта аппаратурного оформления процесса культивирования микроорганизмов накладывает величина объема выпуска продукции. При создании крупно-тоннажных биореакторов большого объема (до 1000 м и более) могут оказаться неприемлемыми технические решения, эффективные для небольших по объему аппаратов. Так, трудности в разработке мощных приводов для механических перемешивающих устройств обусловливают переход к промышленным биореакторам с распределенным вводом энергии с использованием нескольких приводов, что в свою очередь затрудняет решение вопросов стерильности, механической надежности и т. д. Характерной особенностью конструкций биореакторов является выбранный принцип перемешивания среды, определяющий способ ввода энергии, а в ряде случаев и эффективность массообменных процессов в аппарате. [c.196]

Постановку задачи и пример разработки алгоритма оптимального управления рассмотрим для процесса производства аминокислот, в котором скорость роста бактерий управляется количеством питания. Скорость роста бактерий и скорость потребления лимитирующего субстрата описываются соотношениями (5.7) и (5.8). Для полупериодических условий функционирования при идеальном перемешивании среды уравнения материального баланса имеют вид [7] [c.261]

Перемешивание сред в герметичных реакторах осуществляют струя.ми реагентов, истекающими из соил двух иульскамер, неподвижно закрепленных на крышке реактора. Всасывание и выброс реагентов из сопл иульскамер происходит за счет разрежения или избыточного давления, создаваемых генераторами низкочастотных колебаний — роторным двухкамерным пульсатором. [c.30]

Теплота этого процесса не может быть измерена в калориметре непо-средственпо, так как скорость образования Си504-5Но0 мала. Практически теплоты образования кристаллогидратов определяют ио разности теплот растворе П1я безводной соли и кристаллогидрата в большом количестве воды. При образовании устойчивого кристаллогидрата теплоту гидратации можно определить по одному калориметрическому опыту. При интенсивном перемешивании среды скорость растворения описывается уравнением [c.140]

Фирмой Niro Atomizer (Дания) еще в 1970 г. была построена в г. Уфе установка по производству микросфе-рического алюмосиликатного катализатора (MA K) методом распылительной сушки (рис. 3.3). Сухой воздух перед подачей в сушильную камеру нагревали в вертикальной печи прямым смешением, в камере сгорания и направляли в верхнюю часть сушильной камеры по центральному специальному трубопроводу. Сырье в сушильную камеру подавали через дисковый распылитель, который защищали специальным покрытием от истирания. На частички, падающие в камеру, воздействовали горячим воздухом. После отделения частиц в циклонах газы очищали в скрубберах. Основные показатели процесса консистенция сырья — жидкая, гомогенная при перемешивании среда с содержанием 6,5-7% сухого вещества удельный вес сырья — 1,05 г/см pH сырья — Ъ,5-А,1 температура сырья — 15-20°С температура газов на входе в сушилку — 650°С, на выходе из сушилки — 160°С. [c.149]

Рис. XVlb9. Статические смесители фирмы Sulzer для перемешивания сред с возможным отложением осадка, изготовленные из полипропилена

Как показывают многие авторы [1,2,3,4,8], мощный излучатель не только приводит в колебательное движение прилегающие к нему частицы относительно их положения равновесия, но и вызьгвает постоянное их смещение, постоянный поток, который носи название акустического течения (или звукового ветра). Оно всегда имеет вихревой характер, его скорость возрастает с увеличением интенсивности звука, но обычно не превосходит величины колебательной скорости частиц в звуковой волне. Эффект акустического течения представляет суп1ественный интерес, поскольку он проявляется в виде сильных течений, приводящих к перемешиванию среды, а, как известно, перемешивание в значительной мере ускоряет многие химико-технологические процессы. [c.7]

В течение всего опыта в биореактор вносили фенол порциями по 0,5-5,0 г/л. Процесс окисления осуществляли при не очень интенсивном перемешивании среды в биореакторе, так что потребление фенола можно было легко определить по падению текущей концентрации растеоренного кислорода в ферментационной среде, а возрастание р02 свидетельствовало об исчерпании фенола и необходимости внесения его новых порций. Одновременно в первые от начала опыта 1000 ч вносили Н2О2 в виде 50%-го [c.236]

На более низких уровнях иерархии могут быть использованы в качестве критериев показатели отдельных сторон процесса, например показатели процесса биосинтеза, такие, как коэффициент дыхания клеток— дых = а °7ао —удельный расход элемента питания на единицу образованного в процессе биосинтеза продукта— М = аУ dXldt), или с учетом стоимости элементов питания — а ps dX dt) степень утилизации субстрата — ф = = (5о—S)/Sq. Показателями процесса аэрации и перемешивания среды являются газосодержание фг коэффициент массопередачи кислорода KlO., удельные энергозатраты на аэрацию Nrl Klu )-, удельная, вкладываемая на перемешивание мощность V, масштаб турбулентных пульсаций X = и др. Эффективно использование комплексных показателей, охватывающих различные стороны процесса. Так, учитывая, что в биохимическом реакторе передача компонентов питательной среды к клеткам осуществляется посредством их транспорта из газовой фазы через жидкую либо непосредственно из жидкой фазы, для оценки эффективности данных процессов можно использовать в качестве критериев следующие показатели [11] Г—показатель, характеризующий процессы перехода из газовой фазы в жидкую L — показатель, характеризующий процессы передачи в жидкой фазе [c.28]

При проведении процессов культивирования микроорганизмов в биореакторах с интенсивной аэрацией и перемешиванием среды, обеспечивающих высокую скорость сорбции кислорода, концентрация его в культуральной жидкости может превышать критическую для данной культуры ( i,> Скрит). В ЭТИХ УСЛОВИЯХ удельная скорость роста микроорганизмов не будет зависеть от концентрации кислорода в среде, и кинетика роста определится соотношением р,= л(5). Используя в качестве кинетического соотношения модель Моно—Иерусалимского, получим следующую систему уравнений [c.141]

Для ироцессов ферментации на малорастворимых субстратах (н-иарафины, дистилляты нефти) размер дисперсных капель к зависит от интенсивности перемешивания среды по зонам биореактора [12]. Для оценки среднего устойчивого диаметра капель можно, например, использовать данные работы [21] [c.146]

На рис. 4.7 приведены схематические изображения бнореакто-ров, реализующих рассмотренные выше различные принципы ввода энергии и перемешивания среды. В представленных схемах основные функциональные элементы включены в реакционный объем аппарата. Согласно другому направлению создания биоре- [c.197]

Широко распространен класс биореакторов с пневматическим перемешиванием среды. Так, в аппарате Лефрансуа—Марийе объемом 320 м , разработанном во Франции в 1960 г., перемешивание и аэрация среды обеспечиваются за счет направленной подачи аэрирующего газа (воздуха) в нижнюю часть аппарата. Концен-трично аэрационной трубе расположен центральный диффузор. Питательная среда по трубе поступает в зону распределения воздушного потока, где смешивается с массой жидкости, поднимающейся вверх через диффузор с газовыми пузырями. Интенсивность газожидкостного взаимодействия данного аппарата невелика. Расчетная величина скорости сорбции кислорода не превышает 1,0—1,3 кг Ог/м ч. Однако к преимуществу аппарата следует отнести простоту и надежность конструкции, малые эксплуатационные расходы. [c.198]

Более эффективное перемешивание среды осуществляется в дрожжерастильном аппарате с эрлифтно-рассредоточеннон системой аэрации. Аппарат объемом 600 м имеет 12 вертикальных эрлифтных труб диаметром 300 мм с установленными наверху отражателями потока [2]. Аппарат широко применяется для выращивания кормовых дрожжей на спиртовых заводах. Удельная скорость сорбции кислорода в нем достигает 1,6—1,8 кг Оо/м -ч, однако перемешивание среды в таком большом объеме неравномерное, и в отдельных застойных зонах происходит бактериальное инфицирование дрожжевых клеток, что снижает эффективность процесса. [c.198]

Вообще говоря, в морской воде в качестве окислителя могут выступать ионы НзО или молекулы воды и растворенный кислород. Исследованию катодных процессов в хлоридсодержащих средах были посвящены работы Г. В. Акимова, Н. Д. Томашева, Г. Б. Кларк, И. Л. Розенфельда. Как показали исследования, коррозия магния и его сплавов протекает в основном за счет водородной деполяризации алюминий и его сплавы, коррозионностойкие и конструкционные стали, никель и никелевые сплавы, медь, медные сплавы подвергаются коррозии с кислородной деполяризацией. Растворимость кислорода в морской воде ограничена. При протекании коррозии с кислородной деполяризацией очень часто скорость катодного процесса определяется диффузией кислорода и поверхноети металла. В таких условиях перемешивание среды или перемещение поверхности металла относительно среды является важным фактором, который может оказать существенное влияние на характер коррозии. При перемешивании скорость катодного процесса будет уве-личиваться и металл из пассивного состояния может переходить в пробойное состояние (см. рис. 18). [c.43]

В этом отношении более эффективными являются биореакторы с механическим перемешиванием среды. Разработано большое число конструкций аппаратов с механическими мешалками различного типа. Аэрация среды в аппарате обеспечивается за счет нагнетания воздуха и его диспергирования мешалкой. Для организации лучшей циркуляции среды мешалку размещают в диффузоре. Объем апиарата с одним перемешивающим устройством определяется мощностью привода и условиями равномерного рас-нределения диссипируемой энергии и достигает до 300 м , а скорость сорбции кислорода до 10—12 кг 02/(мЗ- ч) [12]. [c.202]

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]

На рис. 6.8 показаны схема дозвуковой свободной струи в безграничном пространстве и поле скоростей для нескольких ее сечений. В выходном сечении рабочего сопла струк имеет равномерное поле скоростей. При течении через пространство, заполненное средой с теми же физическими свойствами, что и у струи, в результате турбулентного перемешивания сред происходит увеличение струей частиц жидкости или газа из этого пространства. Частицы рабочей струн, вытекак>щей из сопла, вместе с частицами увлеченной (инжектируе.мой) среды образуют турбулентный пограничный слой, толщина которого растет в направлении течения. [c.151]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология