Aerator do Fermentorów – intensywne napowietrzanie i mieszanie procesów tlenowych
AERATORY DO WODY I PRZEMYSŁU SPOŻYWCZEGO
Aerator do Fermentorów to przemysłowe urządzenie przeznaczone do jednoczesnego napowietrzania i intensywnego mieszania cieczy w fermentorach, bioreaktorach oraz zbiornikach procesowych.
Urządzenie montowane jest w dolnej części zbiornika, dzięki czemu wprowadzany gaz oraz ciecz są rozprowadzane w całej objętości fermentora. Taki sposób pracy pomaga ograniczyć powstawanie stref martwych, lokalnych niedoborów tlenu oraz różnic temperatury i stężenia składników pożywki.
Aerator może być zasilany:
· powietrzem atmosferycznym,
· powietrzem wzbogaconym w tlen,
· czystym tlenem.
Pozwala to dostosować intensywność natleniania do zapotrzebowania mikroorganizmów, charakterystyki pożywki i wymagań prowadzonego procesu technologicznego.
Potrzebujesz dobrać Aerator do Fermentorów?
Prześlij informacje o pojemności i wymiarach zbiornika, rodzaju cieczy, temperaturze procesu oraz wymaganym poziomie tlenu rozpuszczonego. Na tej podstawie przygotujemy wstępny dobór mocy urządzenia i sposobu zasilania gazem.
Co to jest fermentacja w warunkach tlenowych?
W ścisłym znaczeniu biochemicznym fermentacja jest procesem pozyskiwania energii, w którym tlen nie pełni funkcji końcowego akceptora elektronów. W technologii przemysłowej określenie „fermentacja tlenowa” stosuje się jednak szerzej – do kontrolowanej hodowli mikroorganizmów prowadzonej w obecności tlenu.
Fermentacja tlenowa, nazywana również fermentacją aerobową lub tlenowym procesem biotechnologicznym, polega na prowadzeniu wzrostu bakterii, drożdży, grzybów strzępkowych albo innych mikroorganizmów w fermentorze, do którego w sposób ciągły lub okresowy dostarczany jest tlen.
Mikroorganizmy wykorzystują składniki pożywki oraz tlen do:
· wzrostu i namnażania biomasy,
· utrzymywania aktywności metabolicznej,
· przekształcania surowców w określone produkty,
· syntezy enzymów, aminokwasów, kwasów organicznych, antybiotyków, witamin lub innych metabolitów.
W prawidłowo prowadzonym procesie kontroluje się między innymi:
· stężenie tlenu rozpuszczonego,
· temperaturę,
· pH,
· intensywność mieszania,
· skład i dozowanie pożywki,
· stężenie biomasy,
· szybkość odbierania ciepła,
· powstawanie piany,
· odprowadzanie dwutlenku węgla i innych gazowych produktów metabolizmu.
Tlen ma ograniczoną rozpuszczalność w wodzie i cieczach procesowych. Jednocześnie aktywne mikroorganizmy mogą zużywać go bardzo szybko. Z tego powodu wydajność przekazywania tlenu z fazy gazowej do cieczy często staje się jednym z najważniejszych ograniczeń przemysłowej fermentacji tlenowej.
Dlaczego napowietrzanie fermentora jest tak ważne?
W procesach tlenowych nie wystarczy doprowadzić powietrza jedynie do wybranego miejsca zbiornika. Tlen musi zostać skutecznie rozpuszczony w cieczy i rozprowadzony do wszystkich obszarów fermentora.
Niewystarczające napowietrzanie lub słabe mieszanie może powodować:
· lokalne niedobory tlenu,
· zahamowanie wzrostu mikroorganizmów,
· zmianę kierunku przemian metabolicznych,
· obniżenie wydajności produkcji,
· powstawanie niepożądanych produktów ubocznych,
· niejednorodność temperatury i pH,
· osadzanie się biomasy lub składników pożywki,
· wydłużenie czasu procesu,
· pogorszenie powtarzalności kolejnych partii.
Aerator do Fermentorów łączy funkcję wprowadzania gazu z intensywnym mieszaniem cieczy. Pozwala to tworzyć bardziej jednorodne warunki w całej objętości roboczej zbiornika.
Jak działa Aerator do Fermentorów?
Silnik elektryczny znajduje się na zewnątrz fermentora i napędza wirnik umieszczony w części hydraulicznej urządzenia.
Obrót wirnika powoduje powstanie podciśnienia, dzięki któremu powietrze, powietrze wzbogacone w tlen albo czysty tlen zostaje zassane przez przewód doprowadzający gaz.
Następnie gaz i ciecz są intensywnie mieszane w kanałach aeratora. Powstająca mieszanina gazowo-cieczowa jest wyrzucana promieniowo do zbiornika z dużą energią.
Strumienie wypływające z urządzenia:
· rozprowadzają tlen w fermentorze,
· wprawiają ciecz w ruch,
· utrzymują składniki pożywki i biomasę w zawieszeniu,
· wyrównują temperaturę i stężenia,
· ograniczają powstawanie stref o niedostatecznej wymianie masy.
Umieszczenie urządzenia przy dnie zbiornika umożliwia wykorzystanie praktycznie całej głębokości cieczy do kontaktu gazu z medium procesowym.
Rozwiązanie oparte na technologii Aeratora Radialnego Zatapialnego
Aerator do Fermentorów wykorzystuje sprawdzoną zasadę działania Aeratora Radialnego Zatapialnego, ale jego konstrukcja została przystosowana do pracy w fermentorach i zbiornikach przemysłowych.
Najważniejszą różnicą jest umieszczenie silnika elektrycznego na zewnątrz zbiornika. W fermentorze znajduje się część hydrauliczna odpowiedzialna za zasysanie gazu, mieszanie go z cieczą i promieniowe rozprowadzanie mieszaniny.
Takie rozwiązanie ułatwia dostęp do silnika i ogranicza liczbę elementów napędu mających bezpośredni kontakt z cieczą procesową.
Praktyczne zastosowania fermentacji tlenowej w przemyśle
Fermentacja w warunkach tlenowych jest wykorzystywana wszędzie tam, gdzie mikroorganizmy potrzebują tlenu do intensywnego wzrostu, produkcji biomasy albo wytwarzania określonych metabolitów.
Produkcja drożdży i biomasy mikroorganizmów
Napowietrzanie jest szczególnie istotne podczas namnażania drożdży oraz produkcji biomasy mikroorganizmów. Dostępność tlenu wpływa na tempo wzrostu komórek i ilość uzyskiwanej biomasy.
Procesy te znajdują zastosowanie między innymi przy produkcji:
· drożdży piekarniczych,
· kultur starterowych,
· mikroorganizmów wykorzystywanych w przemyśle spożywczym,
· biomasy przeznaczonej do dalszego przetwarzania,
· wybranych preparatów mikrobiologicznych,
· składników pasz i dodatków żywieniowych.
Produkcja kwasów organicznych
Kontrolowane procesy tlenowe mogą być wykorzystywane do mikrobiologicznej produkcji kwasów organicznych.
Jednym z najbardziej znanych przykładów jest produkcja kwasu cytrynowego przy użyciu grzybów strzępkowych. Odpowiednie natlenienie pożywki ma wpływ na aktywność mikroorganizmów, wydajność przemiany substratu i stabilność procesu.
Innym przykładem jest produkcja kwasu octowego przez bakterie kwasu octowego, które do utleniania alkoholu wymagają dostępu do tlenu.
Produkcja enzymów przemysłowych
Wiele enzymów stosowanych w przemyśle jest otrzymywanych poprzez tlenową hodowlę bakterii lub grzybów.
Dotyczy to między innymi enzymów wykorzystywanych w:
· przemyśle spożywczym,
· produkcji detergentów,
· przetwórstwie skrobi,
· mleczarstwie,
· piekarnictwie,
· produkcji soków,
· przemyśle paszowym,
· przemyśle tekstylnym,
· biotechnologii i farmacji.
W zależności od procesu mikroorganizmy mogą produkować między innymi proteazy, amylazy, lipazy, celulazy oraz inne enzymy technologiczne.
Produkcja antybiotyków i substancji farmaceutycznych
Wiele przemysłowych procesów wytwarzania antybiotyków oraz ich prekursorów prowadzonych jest z wykorzystaniem mikroorganizmów tlenowych.
Stabilne dostarczanie tlenu może być szczególnie ważne na etapach intensywnego wzrostu biomasy oraz produkcji metabolitów wtórnych. Nawet krótkotrwałe niedotlenienie może w niektórych procesach wpływać na produktywność hodowli.
Aerator do Fermentorów może być rozpatrywany jako element systemu napowietrzania procesów farmaceutycznych po potwierdzeniu zgodności materiałowej, higienicznej i technologicznej dla konkretnej instalacji.
Produkcja aminokwasów i witamin
Fermentacja mikrobiologiczna jest szeroko wykorzystywana do produkcji aminokwasów stosowanych w żywności, paszach, farmacji i kosmetyce.
W procesach przemysłowych wytwarzane mogą być między innymi:
· lizyna,
· kwas glutaminowy,
· treonina,
· tryptofan,
· fenyloalanina,
· inne aminokwasy i ich pochodne.
Tlenowe hodowle mikroorganizmów wykorzystuje się również przy produkcji wybranych witamin i związków bioaktywnych.
Produkcja biopolimerów, biosurfaktantów i dodatków technologicznych
Tlenowe procesy biotechnologiczne mogą służyć do wytwarzania:
· biopolimerów,
· zagęstników pochodzenia mikrobiologicznego,
· biosurfaktantów,
· pigmentów,
· substancji zapachowych,
· prekursorów chemicznych,
· specjalistycznych dodatków do żywności, kosmetyków i produktów technicznych.
Tlenowe oczyszczanie ścieków i biodegradacja związków organicznych
Podobna technologia napowietrzania i mieszania może być stosowana w przemysłowych bioreaktorach tlenowych przeznaczonych do rozkładu zanieczyszczeń organicznych.
Nie jest to fermentacja w ścisłym znaczeniu biochemicznym, ale proces również wymaga skutecznego dostarczania tlenu oraz utrzymywania biomasy w kontakcie z zanieczyszczeniami.
Rozwiązania tego rodzaju mogą być wykorzystywane przy:
· oczyszczaniu ścieków o wysokim ładunku organicznym,
· biologicznej redukcji ChZT i BZT,
· stabilizacji tlenowej,
· biodegradacji wybranych związków przemysłowych,
· prowadzeniu procesów w zbiornikach buforowych i bioreaktorach technologicznych.
Najważniejsze zalety Aeratora do Fermentorów
Jednoczesne napowietrzanie i mieszanie
Jedno urządzenie odpowiada zarówno za wprowadzanie gazu, jak i wywoływanie cyrkulacji cieczy. Może to ograniczyć potrzebę stosowania oddzielnego systemu dyfuzorów oraz dodatkowego mieszadła.
Wysoki transfer tlenu
Intensywne mieszanie gazu z cieczą w kanałach urządzenia zwiększa powierzchnię kontaktu obu faz i wspomaga przekazywanie tlenu do medium procesowego.
Ograniczenie stref martwych
Montaż przy dnie oraz promieniowe rozprowadzanie strumienia pomagają objąć cyrkulacją całą objętość fermentora.
Możliwość wykorzystania powietrza lub tlenu
Urządzenie może pracować z powietrzem atmosferycznym, powietrzem wzbogaconym w tlen albo czystym tlenem. Umożliwia to zwiększenie zdolności natleniania w procesach o wysokim zapotrzebowaniu na tlen.
Silnik umieszczony poza zbiornikiem
Zewnętrzne położenie silnika ułatwia jego kontrolę oraz dostęp serwisowy bez konieczności umieszczania całego zespołu napędowego w cieczy procesowej.
Część hydrauliczna wykonana ze stali AISI 316
Elementy hydrauliczne mające kontakt z medium wykonane są ze stali nierdzewnej AISI 316. Rozwiązanie może być stosowane w instalacjach wody czystej oraz w wybranych procesach przemysłu spożywczego i farmaceutycznego. Każdorazowo należy potwierdzić zgodność materiałów, uszczelnień i wykonania urządzenia z wymaganiami konkretnego procesu.
Niski poziom hałasu
Przy prawidłowej instalacji i pracy w warunkach określonych przez producenta deklarowany poziom ciśnienia akustycznego nie przekracza 70 dB(A).
Budowa Aeratora do Fermentorów
Podstawowe elementy urządzenia obejmują:
· część hydrauliczną aeratora,
· płytę przyłączeniową zbiornika,
· wspornik przyłączeniowy,
· silnik elektryczny znajdujący się na zewnątrz fermentora,
· przyłącze doprowadzające powietrze lub tlen,
· uszczelnienie mechaniczne,
· uszczelkę odpowiednią do rodzaju medium i wymagań procesu.
Urządzenie instalowane jest w przygotowanym przyłączu w dnie fermentora. Materiał uszczelki powinien być odporny na temperaturę, skład chemiczny cieczy oraz stosowane procedury mycia.
Dostępne moce i orientacyjne parametry
Moc silnika | Wysokość H | Przyłącze | Orientacyjna masa |
4 kW | 330 mm | DN 80 / Ø 88,9 mm | ok. 180 kg |
11 kW | 505 mm | DN 80 / Ø 88,9 mm | ok. 235 kg |
18,5 kW | 590 mm | DN 80 / Ø 88,9 mm | ok. 275 kg |
Podane wymiary i masy mają charakter orientacyjny. Rzeczywista masa zależy między innymi od zastosowanego silnika, a wykonanie urządzenia może zostać dostosowane do konkretnego projektu.
Jak dobrać Aerator do Fermentorów?
Dobór urządzenia powinien uwzględniać zarówno geometrię zbiornika, jak i wymagania biologiczne prowadzonego procesu.
Do wykonania doboru potrzebne są przede wszystkim:
· pojemność robocza fermentora,
· średnica, wysokość i kształt zbiornika,
· minimalny i maksymalny poziom cieczy,
· rodzaj prowadzonego procesu,
· rodzaj mikroorganizmów,
· wymagane stężenie tlenu rozpuszczonego,
· zapotrzebowanie procesu na tlen,
· gęstość i lepkość cieczy,
· zawartość suchej masy i zawiesin,
· temperatura procesu,
· tendencja medium do pienienia,
· rodzaj dostępnego gazu,
· wymagania dotyczące materiałów i higieny,
· sposób sterowania intensywnością napowietrzania.
W procesach o zmiennym zapotrzebowaniu na tlen warto rozważyć regulację pracy urządzenia na podstawie pomiaru tlenu rozpuszczonego.
Warunki stosowania
Aerator do Fermentorów nie powinien pracować:
· bez cieczy,
· w cieczach o temperaturze przekraczającej 40°C, o ile nie uzgodniono innego wykonania,
· przy głębokości większej niż przyjęta podczas doboru,
· w cieczach łatwopalnych,
· w strefach zagrożonych wybuchem bez odpowiednio zaprojektowanego wykonania.
Przed wyborem urządzenia należy przeanalizować wymagania procesu, warunki instalacji oraz właściwości medium.
Aerator do Fermentorów dopasowany do procesu
Każdy proces fermentacji tlenowej może charakteryzować się innym zapotrzebowaniem na tlen, inną lepkością cieczy, stężeniem biomasy i podatnością mikroorganizmów na siły ścinające.
Dlatego Aerator do Fermentorów dobieramy na podstawie rzeczywistych parametrów instalacji, a nie wyłącznie pojemności zbiornika.
Skontaktuj się z nami, jeżeli:
· budujesz nowy fermentor lub bioreaktor,
· modernizujesz istniejący system napowietrzania,
· występują problemy z niedoborem tlenu,
· w zbiorniku powstają strefy martwe,
· proces wymaga zasilania powietrzem wzbogaconym lub czystym tlenem,
· obecny system nie zapewnia odpowiedniego mieszania,
· planujesz zwiększenie wydajności produkcji.
Prześlij parametry fermentora i prowadzonego procesu.Przygotujemy wstępny dobór Aeratora do Fermentorów oraz zalecenia dotyczące montażu i zasilania gazem. |
Najczęściej zadawane pytania
Czy Aerator do Fermentorów jednocześnie miesza i napowietrza ciecz?
Tak. Wirnik zasysa gaz, miesza go z cieczą, a następnie promieniowo rozprowadza mieszaninę w zbiorniku. Powstający przepływ odpowiada zarówno za transfer tlenu, jak i cyrkulację zawartości fermentora.
Czy urządzenie może być zasilane czystym tlenem?
Tak. W zależności od wymagań procesu możliwe jest wykorzystanie powietrza atmosferycznego, powietrza wzbogaconego w tlen lub czystego tlenu. Instalacja tlenowa musi być odpowiednio zaprojektowana pod względem materiałowym i bezpieczeństwa.
Czy Aerator do Fermentorów nadaje się do przemysłu spożywczego?
Część hydrauliczna urządzenia wykonana jest ze stali nierdzewnej AISI 316, a silnik znajduje się poza zbiornikiem. Możliwość zastosowania w konkretnym procesie spożywczym należy jednak potwierdzić na podstawie wymagań higienicznych, rodzaju medium, sposobu mycia i wymaganych certyfikatów.
Czy urządzenie eliminuje strefy martwe?
Montaż przy dnie oraz promieniowe rozprowadzanie strumienia znacząco ograniczają ryzyko powstawania stref o słabej cyrkulacji. Ostateczny efekt zależy jednak od kształtu zbiornika, jego wyposażenia, lepkości cieczy i prawidłowego doboru mocy.
Czy fermentacja może być tlenowa?
W ścisłym znaczeniu biochemicznym fermentacja jest procesem niewykorzystującym tlenu jako końcowego akceptora elektronów. W praktyce przemysłowej określenie „fermentacja tlenowa” jest powszechnie używane w odniesieniu do kontrolowanej hodowli mikroorganizmów prowadzonej w fermentorze przy ciągłym dostarczaniu tlenu.