Самовсасывающие турбинные мешалки

В ферментаторах для дополнительного подвода и диспергирования газа могут использоваться самовсасывающие турбинные мешалки

[4, 9]. Отличительная особенность этой мешалки (рисунок 2.5) заключается в том, что внутри ее корпуса 3 с прямыми лопастями 4 закреплен кольцевой конический газораспределитель 1 с патрубком 2 для подвода газа. Патрубок с помощью уплотняющего устройства соединяется с неподвижной воздухозаборной трубой, выведенной из аппарата наружу.

При вращении мешалки лопатки создают поток жидкости в направлении к стенкам аппарата. При этом в зоне между лопатками
и валом возникает область пониженного давления. В результате воздух из атмосферы засасывается через воздухоподводящий патрубок во внутреннюю полость мешалки и попадает в ферментационную жидкость, где диспергируется, проходя через зону вращения лопаток. За счет эжекции потоком жидкости, выходящей из кольцевой щели турбины, создается небольшой вакуум. Это ограничивает глубину погружения мешалки, которая обычно не превышает . Малая величина вакуума не позволяет устанавливать на трубопроводе подвода воздуха фильтрующие элементы, что может отражаться на стерильности процесса ферментации.

Самовсасывающие мешалки как устройства для ввода газа в жидкость имеют невысокий энергетический КПД. Однако хорошее дробление газа, обеспечивающее большую площадь поверхности контакта фаз, ставит эти мешалки по удельным энергозатратам (на единицу массы поглощенного кислорода) на один уровень с высокоактивными диспергирующими устройствами.

Эксплуатация ферментаторов с комбинированным

Подводом энергии

Аппараты этого типа работают в периодическом режиме. Перед загрузкой питательной среды аппарат стерилизуется острым паром при температуре до 130 °С. Стерилизацию проводят после тщательной промывки всей внутренней поверхности ферментатора и его узлов, находящихся внутри аппарата. После стерилизации в ферментатор по штуцерам, расположенным в верхней крышке, подается стерильная питательная среда и производится засев чистой культуры. При подаче в ферментатор стерильного воздуха через барботер после включения привода происходит перемешивание и газонасыщение среды. В процессе биосинтеза выделяется большое количество тепла, которое отводится рубашкой и с помощью змеевиков, установленных внутри аппарата [6].

На отечественных предприятиях для процессов биосинтеза, протекающих в асептических условиях, используют в основном ферментаторы объемом до 100 м³. Перспективными аппаратами для работы в асептических условиях на заводах большой мощности являются аппараты емкостью до 500 м³. Ферментаторы объемом до 100 м³ предусмотрены для культивирования микроорганизмов в асептических условиях и широко используются на заводах микробиологической промышленности [9].

Также аппараты этого типа находят широкое применение для производства кормовых и пищевых дрожжей из различных источников сырья. В настоящее время созданы высокоинтенсивные ферментаторы такого типа объемом более 1000 м³ производительностью до 100 т кормовых дрожжей в сутки, получаемых из углеводородов нефти. Данные конструкции ферментаторов применяются для культивирования специальных штаммов дрожжей на питательных средах, содержащих жидкие парафины.

Идея использования механического способа диспергирования газа в аппаратах больших объемов привела к созданию ферментаторов с многовальным перемешивающим устройством. Имеются ферментаторы объемом до 2000 м³, выполненные в виде емкости с плоскими днищем и крышкой. Диспергирование газа в них должно осуществляться несколькими перемешивающими устройствами с многоярусным расположением открытых турбинных мешалок при подаче газа раздельно под каждое устройство.

Разработка подобных аппаратов привлекательна возможностью создания в них большой поверхности массопереноса вещества из газа

в жидкость, однако отрицательным фактором их эксплуатации являются высокие затраты энергии на перемешивание.

Основным достоинством эксплуатации аппаратов с комбинированным подводом энергии является возможность создания развитой межфазной поверхности газ-жидкость за счет интенсивного дробления газовых пузырей и равномерного их распределения в объеме жидкости. Такие аппараты имеют хорошие массообменные характеристики, и в них можно сравнительно легко варьировать режим перемешивания
и массообмена.