CC BY
45
Г.Е. Кокиева
канд. техн. наук, доцент, кафедра информатики и вычислительной техники,
Бурятский филиал ФГОБУ ВПО «Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики», г. Улан-Удэ
РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ МАСШТАБИРОВАНИЯ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ФЕРМЕНТАТОРА
Аннотация. Объектом исследований служили рабочие органы ферментатора. В результате исследования получены следующие показатели зависимости: зависимость роста биомассы от времени культивирования, зависимость увеличения размеров клеток от продолжительности культивирования, производительность ферментатора в зависимости от радиуса мешалки, от числа оборотов мешалки и в зависимости от расстояния между мешалками.
Ключевые слова: ферментатор, рабочие органы ферментатора, экспериментальная зависимость.
G.E. Kokieva, Buryat branch Siberian State Univtrsity of Telecommynications and informatics
DEVELOPMENT OF METHODOLOGY FOR THE EXPERIMENTAL STUDY OF THE BASIC PARAMETERS
OF SCALE FERMENTER
Abstract. Object of researches the working organs of fermenter served as, dependences of height of biomass on time of cultivation, dependence of jumboizing of cages are got from duration of cultivation, productivity of fermenter depending on the radius of mixer, from the number of turns of mixer, productivity of fermenter depending on distance between mixers.
Keywords: fermenter, working organs of fermenter, experimental dependence.
В настоящее время от способа глубинного культивирования зависит конструктивная особенность ферментатора. Их на данное время существует большое разнообразие. Они имеют как преимущества, так и недостатки - такие, как сложность конструкции, применение химических реагентов, выступающих в роли пеногасителей и т.д. В связи с вышеизложенным, предлагается новая конструкция ферментатора как перемешивающего устройства.
Данное устройство состоит из трех ярусов мешалок: верхней, центральной и нижней. Данное исполнение позволяет исключить в существующих аппаратах такое устройство, как пеногаситель, и совместить его функции с перемешиванием в ферментаторе, что упрощает и облегчает конструкцию аппарата. Сквозные волнообразной формы отверстия в лопатках Т-образной формы предназначены не только для выхода продуктов метаболизма, но и для равномерного равноудаления частичек пены, путём пропускания через волнообразные прорези.
Действие по борьбе с пенообразованием происходит следующим образом. При вращении вала начинает вращаться и сама мешалка. По всей поверхности диска в радиальном направлении расположены лопатки Т-образной формы с прорезями волнообразной формы. При вращении перемешивающего устройства Т-образной формы, лопатки с волнообразными прорезями не только разбивают пену, но и равномерно распределяют внешнюю оболочку пенных пузырьков, обеспечивая её максимальное гашение.
Центральная мешалка представляет собой прямоугольную пластину, боковые стороны которой имеют продольные прорези для прохода частиц культуральной жидкости. Такое выполнение центральной мешалки способствует более интенсивному распределению частичек по всему объему аппарата с высоким газосодержанием и степенью диспергации.
Нижняя мешалка выполнена в виде крестовины пропеллеровидной формы концами. Выполнение такой формы нижнего перемешивающего устройства позволяет не только предотвратить оседание частиц на дно аппарата, но и обеспечивает интенсивное перемешивание по всему объёму аппарата. В результате интенсивного перемешивания, частицы продук-
та легко поднимаются со дна в зону интенсивного перемешивания по всему объёму аппарата.
Выполнение вертикального вала полым, на котором поярусно размещены три ряда мешалок (доработка к патенту [2]) позволяет увеличить вместимость аппарата на 15-20%, так как в связи с разработкой убирается громоздкая аэрирующая система [3].
В зависимости от способа глубинного культивирования получены следующие результаты.
На рисунке 1 представлена зависимость роста биомассы от продолжительности культивирования. Из графика видно, что наибольшее накопление биомассы происходит через 10 часов с начала процесса. Далее отмечается небольшой прирост биомассы, а затем происходит остановка через 14-16 часов. Замеры проб проводились через каждые два часа, результат просматривали на микроскопе.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 Продолжительность культивирования, час
Рисунок 1 - Зависимость роста биомассы от продолжительности культивирования
На рисунке 2 приведена зависимость увеличения размеров роста клеток от продолжительности культивирования.
123456739
Продолжительность культивирования, час
Рисунок 2 - Зависимость увеличения размеров роста клеток от продолжительности культивирования
Перед началом опытов дрожжевая клетка имела диаметр 0,1 мкм. Через два часа она возрастала на 0,25 мкм, а своего максимального размера (0,5 мкм) она достигла через 14-16 часов культиви-
рования. В процессе культивирования клетки находились в активном состоянии, хорошо почковались, мертвые клетки встречались редко. Биомассу живых клеток определяли по камере Горяева.
На рисунке 3 приведена зависимость удельной скорости роста микроорганизмов в зависимости от поглощения глюкозы на ферментаторе новой конструкции.
Рисунок 3 - Зависимость удельной скорости роста микроорганизмов в зависимости от поглощения глюкозы на ферментаторе новой конструкции
На рисунке 4 приведена зависимость удельной скорости роста микробных клеток от концентрации насыщающего субстрата и концентрации биомассы (предлагаемый).
Рисунок 4 - Зависимость удельной скорости роста микробных клеток от концентрации биомассы (предлагаемый)
Из графиков видно, что наибольшая концентрация кислорода наблюдается в момент ввода, а затем она убывает. Растущие микроорганизмы именно в начальный период, когда концентрация питательных веществ наиболее высокая, усиленно потребляют кислород.
С целью вывода критериальной зависимости определения производительности ферментатора от определяющих параметров были проведены серии опытов. Постановку опытов и их обработку производили существующими методами математической статистики [1]. Экспериментально выявлено, что от увеличения диаметра и скорости вращения мешалок производительность ферментатора не увеличивается. Оптимальный радиус (диаметр) мешалок (рис. 5) и частота вращения мешалок (рис. 6), в зависимости от которых производительность
максимальна, находится в интервале: 0,2...0,3- с1/ 0,35...0,5 и до 500п<3 400...500П.
Рисунок 5 - Зависимость удельной скорости роста микроорганизмов от насыщения кислородом
Рисунок 6 - Зависимость удельной скорости роста микроорганизмов
от радиуса мешалок
Рисунок 7 - Зависимость производительности от расстояния между мешалками
От расстояния между мешалками производительность не меняется (рис. 7). Расстояние между ярусами мешалок особого влияния на производительность ферментатора также не оказывает.
По результатам эксперимента выявлено, что:
- расход воздуха на аэрацию составил 2...8 л/ мин;
- рост биомассы кормовых дрожжей через 14-16 часов культивирования составил 60.65 мг/л;
- размер кормовых дрожжей составил 0,3.0,5 мкм;
- биомасса дрожжевых клеток не токсична, обеспечивает прирост массы до 11-14% и может быть использована в качестве ингредиента в комбикормах;
- оптимальный диаметр мешалки, при котором производительность максимальна, находится в интервале 100.120 мм;
- от увеличения диаметра мешалки и частоты вращения мешалки производительность мешалки не увеличивается.
Список литературы:
1. Вторичные материальные ресурсы пищевой промышленности: справочник. М.: Экономика, 1984..
2. Кокиева Г.Е. Аппарат для культивирования микроорганизмов. Патент РФ № 47888 // Бюллетень изобретений. 2005. № 25.
3. Кокиева Г.Е. Аппарат для культивирования микроорганизмов. патент РФ № 58534.
