Обладнання для культивування мікроорганізмів на твердих поживних середовищах

– апарт для вирощування мікроорганізмів пластинчатого типу.

1.6.1 Апарат для вирощування мікроорганізмів конструкції ВНИИбіотехніки.

                На основі теоретичних положень та великої кількості експериментів, проведених в ВНИИбіотехніці, розроблені новий метод та установка для культивування мікроорганізмів на твердих поживних середовищах.

 

Мал. 4. Апарат для вирощування мікроорганізмів в шарі

середовища  висотою 300мм

 

Колонний  апарат для вирощування мікроорганізмів (мал. 4) являє собою вертикальний корпус 15, розділений на шість секцій з радіально встановленими на валу 13 лопатками із сопла 6 для підводу повітря та перфорованими пластинами 16, що закріплені на обертових осях 2. Апарат має охолоджуючий змійовик 5, колектор для підводу стерильного повітря 4 та колектор для відводу відпрацьованого газу 7. У верхній частині ємкості є завантажувальний люк 14, а в нижній частині – люк для вивантаження культури, яка виросла 1. Середня частина ємкості, де відбувається активний ріст мікроорганізмів з виділенням тепла, оснащена охолоджувальною сорочкою 17. Обертання валу 13 здійснюється від приводу через шестерню 12.

Засіяне стерильне середовище завантажується через люк 14 у попередньо простерилізований апарат. Лопатками 6, встановленими на валу по висоті апарату, середовище рівномірно розподіляється по площі перфорованих пластин 16 першої секції апарата.

По закінченню першої фази процесу (через 6 годин) перфоровані  пластини, на яких знаходиться середовище, переводяться у вертикальне положення. Середовище скидається у другу секцію та лопатками розподіляється рівним шаром на поверхні перфорованих пластин. У першу секцію, що звільнилася, завантажується нова порція середовища. Через 6 годин  з другої секції скидається у третю, а з першої – в другу. Перша  секція знову заповнюється. Таким  чином заповнюються всі шість  секцій апарату. Через 36 годин після  завантаження середовища в першу  секцію культуру з нижнього відділення вивантажують та направляють на подальшу переробку. Процес іде безперервно.

В ході культивування  в апарат подають повітря, необхідне  для дихання мікроорганізмів. Відведення біологічного тепла, що виділяється  культурою, здійснюється водою, яка  подається у змійовики 5 та сорочку 17. Підвід тепла у верхню секцію до свіжо-завантаженого середовища здійснюється шляхом продування через шар теплого повітря, нагрітого у нижній секції. При необхідності через вал 13 та лопатки 6 в апарат подають стерильне повітря для турбулізації потоку. Апарат стерилізують під тиском 0,3 МПа протягом 1,5-2 годин.

При вирощуванні  культур у закритому герметичному апараті та аерації через перфоровані  пластинки потік газу в середовищі обумовлений перепадом тиску та пористою структурою поживного середовища. Рух газу в цьому випадку відбувається не на поверхні шару середовища, а поширюється по всьому об’ємі, в результаті чого утворюється режим об’ємної аерації, здатний забезпечити конвекційний та дифузійний тепло- та масообмін по всій висоті культури, що росте.

Застосування  методу об’ємної аерації поживного  середовища дозволяє в 10 та більше разів  збільшити висоту шару культури, що росте, та створює умови для застосування апаратури, яка використовується при  глибинному культивуванні. Збільшення висоти шару середовища з 25-40 до  
300-500 мм є одним з напрямків підвищення продуктивності технологічного обладнання. В процесі вирощування регулюючими параметрами є температура, вологість середовища та повітря, частота обертання мішалки, вміст СО₂ та О₂ у газовій фазі.[1]

1.6.2 Апарт для вирощування мікроорганізмів пластинчатого типу.

 

          Даний апарат (мал. 5) являє собою циліндричну посудину 4, розділену перфорованими пластинами 8 на секції 6, 9, 10. Перфоровані пластини закріплені на поворотних осях 7. У кожній секції є перемішуючий пристрій, закріплений на приводному підлогою валу 3. Перемішуючий пристрій виконано у вигляді укріплених на направляючих 15 систем ножів 14 і 13, встановлених у горизонтальних і вертикальних площинах. Горизонтально розташовані нижні ножі 14 виконані порожніми і мають отвори, а верхні горизонтально розташовані ножі укріплені на направляючих з можливістю регулювання по висоті, для чого на направляючих є пази. Ножі кріпляться болтами. Вертикально розташовані ножі 13 встановлені на направляючих осях 12 вільно з метою їх повороту до зіткнення зі стінкою апарату.

          У нижній конічної частині ємності встановлено ворушитель 11 у вигляді лопатевої мішалки, укріпленої на горизонтальному валу. Ємність забезпечена теплообмінними сорочками 1, люками 5 для завантаження засіяного живильного середовища і виведення готового продукту.

           Засіяне стерильне живильне середовище подають у верхню (першу)    секцію апарату через люк 5 і включають привод перемішуючого пристрою. При цьому середовище рівномірно перемішується і розподіляється за площею перфорованих пластин 8. При обертанні перемішуючого пристроя вертикально розташованні ножі під впливом опору середовища віджимаються до стінки апарату і знімають прилипле до них середовище.    По закінченню першої фази культивування зростаюча культура поворотом пластин 8 скидається в другу секцію і розподіляється перемішуючим пристроєм на поверхні перфорованих

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Мал. 5. Апарат для вирощування мікроорганізмів: а - загальний вигляд;                     б - перемішуючий пристрій; в - вертикальний розріз.

 

пластин. Таким же чином заповнюються інші секції апарату. Через 36-48 годин після початку роботи апарату готову культуру через конічну частину ємності ворушителем 12 вивантажують з апарату.

          У процесі вирощування в апарат через штуцер 2 під кожну секцію подається повітря для відводу тепла і підведення кисню. У кожній секції періодично здійснюється перемішування зростаючої культури, причому інтенсивність перемішування вибирають оптимальну для даної стадії росту.

          Можливість змінювати висоту розташування верхнього горизонтального ножа робить конструкцію апарату гнучкою і дозволяє збільшувати його продуктивність в порівнянні з апаратами інших типів.[7]

1.7 Ростильні установки барабанного типу

– апарат для вирощування мікроорганізмів – продуцентів білку;

• безперервна установка для поверхневого вирощування мікроорганізмів;

–   механізована растильна установка фірми «Валерштейн» (США).

1.7.1 Механізована растильна установка фірми «Валерштейн» (США).

          Установка являє собою горизонтальний апарат барабанного типу діаметром 2100 і довжиною 5200 мм. На його поверхності розташовані опорні бандажі, видома шестерня і люки для завантаження і вивантаження (мал. 6).

Опорні бандажі 5 встановлені на ковзанки фундаменту. Видома шестерня

 

1 – корпус; 2 – люк; 3 – колектор; 4 – зубчате колесо; 5 – бандаж; 6 – розпушувач; 7 – циклон; 8 – виведення повітря; 9 – повітряний дифузор; 10 – привод; 11 – штуцер; 12 – опора; 13 – введення повітря;    14 – вентилятор.

Мал. 6. Установка для вирощування культур грибів барабанного типу фірми «Валерштейн» (США).

приводиться в рух від приводу, що складається з двохступінчастого редуктора і двохшвидкісного електродвигуна потужністю 15 кВт з частотою обертання вала 900-1800 хв^-1.

              В еліптичних днищах розташовані герметичні вводи повітря і води. Повітря у кількості 2000 м³/год подається вентилятором 14 через дифузор 9, що забезпечує розподіл потоку по периметру барабана. Система аерації замкнута трубопроводом 8 і циклоном 7 для очищення повітря та відділення пилу. Всередині корпуса 1 розташована рама для розподілу середовища.

               У стерильний барабан завантажують засіяну стерильне поживне середовище в кількості 2000 кг, посівний матеріал і при частоті обертання 1 хв^-1 та аеріровання повітрям з високою відносно вологістю і заданої регулюємої температурою вирощують культуру.

          Обертання барабана сприяє перемішуванню середовища, що покращує тепло- та масообмін, завдяки чому товщина слою середовища може бути 200 мм.[8]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Умови безпечної експлуатації обладнанння

В мікробіологічній промисловості при організації  будь-якого виробництва повинні  враховуватися всі елементи праці  на всіх виробничих операціях і залежно  від того, як об'єктивно вони будуть враховані, залежатимуть умови праці  тих, що працюють.

Підприємства  мікробіологічної промисловості є  виробництвами хімічного і мікробіологічного  профілю. На цих підприємствах при  виробництві БАР (вітамінів, амінокислот, білкових і ферментних препаратів, кормових дріжджів і ін.) широко використовуються кислоти, луги, різні солі, мікроорганізми, які можуть викликати у тих, що працюють алергічні реакції і  ряд інших захворювань. Окрім  цього деякі цільові продукти і допоміжні речовини, що використовуються у виробництві пожежо- і вибухонебезпечні.

Тому  питанням охорони праці в мікробіологічній промисловості приділяється особлива увага.

Загальні положення охорони праці. Вони включають завдання виявлення і вивчення виробничого травматизму, розробки заходів щодо поліпшення умов праці і санітарно-оздоровчих заходів, що забезпечують запобігання травматизму, професійних захворювань, аварій, пожеж і вибухів на підприємствах.

Велика  увага приділяється підвищенню якості навчання і інструктажа по техніці безпеки робочих із застосуванням сучасних засобів навчання, забезпеченню тих, що працюють ефективними засобами індивідуального захисту з урахуванням специфіки виробничих процесів, відповідальності як робочих, так і інженерно-технічних і керівних працівників за дотримання нормативних документів в області охорони праці і пожежної безпеки.

В повітрі, що видаляється з апаратів для вирощування посівного матеріалу (інокулятори), виробничого культивування мікроорганізмів (ферментатори) і ін. міститься значна кількість мікроорганізмів і шкідливих речовин, тому перед викидом в атмосферу його необхідно очищати, так на виході повітря потрібно встановлювати фільтри, які повинні не давати потрапляти у навколишнє середовище хімічні речовини та бактерії, які використовуються у виділяються під час процесу культивування. Також установки треба герметизувати, щоб не випустити у навколишнє середовище мікроорганізмів, які вирощуються.

 

Висновок

У процесі написання курсового проекту було досліджено особливості  обладнання, яке широко застосовуються для культивування мікроорганізмів на твердих поживних середовищах, а саме, обладнання, призначене для використання в технологічних процесах мікробіологічної галузі промисловості.

Є досить велика кількість різних за конструкцією апаратів, які призначені для культивування. За допомогою цього обладнання набагато швидше відбувається процес культивування та у великих кількостях. Тому він є невід’ємними елементами біотехнологічного процесу виробництва.

Перші ферментні  заводи в нашій країні були обладнані  камерними ростильними установками з горизонтально розміщеними перфорованими кюветами. На деяких підприємствах ці установки ще досі застосовуються. Їх недоліками є велика затрата праці на виконання операцій, низький рівень механізації технологічних процесів та неминучість контакту робочого персоналу з культурою мікроорганізму, що вирощується.

З перелічених  конструкцій в промисловості  використовуються механізовані ростильні установки з вертикально розміщеними кюветами типу  
4Г-КСК, а також установки колонного та барабанного типів. Для великотоннажного виробництва перспективними є установки колонного та барабанного типів.

Конструкція  кожного культиватора має свої особливості, що зумовлює певну сферу її використання, і  здійснення класифікації  за певними якісними і кількісними характеристиками, що дає змогу вибрати на виробництві найбільш економічно вигідну, з метою найменшої витрати матеріальних ресурсів.  Тому для кожного  конкретного випадку культивування важливо навчитися вибирати оптимальну схему проведення процесу і найбільш придатну конструкцію апарату з тим, щоб забезпечити максимальну відтворюваність установки при фіксованих витратах енергії та металу або мінімальні витрати – при визначеній продуктивності.

 

Список  використаної літератури

1. Калунянц К. А., Голгер Л. И., Балашов В. Е. Оборудование микробиологических производств, Москва, 1987 г.;
2. К. П. Гапонов. Процессы и аппараты микробиологических производств. – М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. – 240 с.;
3. В.М. Кантере. Теоретические основы технологии микробиологических производств. – М.: Агропромиздат, 1990. –271 с.;
4. Мікульонок І.О. Механічні, гідромеханічні й масообмінні процеси та обладнання хімічної технології: Навч. Посіб. -2-ге вид., переробл. і допов. –К.:ІВЦ «Політехніка»,2002. -304с.:іл.;
5. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии: Учебник для вузов. В 2-х частях. -М.:Химия, 1995;
6. Плановский А.Н., Николаев П.И. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии.- М.: Химия, 1987.- 490 с.;
7. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии.- М.: Химия, 1973.- 752 с.;
8. Гальперин Н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. Ч. 1, 2.- М.: Химия,1981.-811 с.;
9. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков В.Н. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии.- Л.: Химия, 1987. – 576 с.