WWW.KNIGI.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |   ...   | 49 |

«Т. Г. Волова БИОТЕХНОЛОГИЯ Ответственный редактор академик И. И. Гительзон Рекомендовано Министерством общего и профессионального образования Российской Федерации в ...»

-- [ Страница 6 ] --

Ферментеры с подводом энергии к газовой фазе (группа ФГ). Их общий признак – подвод энергии в аппарат через газовую фазу, которая является ее носителем. Ферментеры характеризуются достаточно простой конструкцией (отсутствуют трущиеся, движущиеся узлы), высокой эксплуатационной надежностью, но имеют не очень высокие массообменные характеристики (коэффициент массопередачи кислорода менее 4 кг/м3) (рис. 1.6). Данные аппараты представляют собой вертикальную емкость, снабженную газораспределительным устройством одного из известных типов. Барботажные газораспределительные устройства обычно устанавливаются в нижней части аппарата. Подаваемый сверху через распределительную трубу воздух, пройдя через барботер, насыщает кислородом толщу среды. Коэффициент массопереноса кислорода невысок, 1–2 кг/м3 ч;

барботажно-колонный – в нижней части корпуса такого аппарата устанавливается перфорированная пластина с диаметром отверстий 0.0005 м или сопловой эжектор с диаметром сопла 0.004 м; барботажно-эрлифтный аппарат характеризуется наличием внутри одного или нескольких диффузо Рис. 1.6. Ферментеры с подводом энергии газовой фазой (группа ФГ) (Виестур и др., 1986).

а) барботажный: 1 – корпус, 2 – воздухораспределитель, 3 – карман, 4 коллектор, б) барботажный колонный: 1 – корпус, 2 – рубашка, 3 – воздухораспределитель, в) барботажно-эрлифтный: 1 – корпус, 2 – диффузор-теплообменник, 3 – воздухораспределитлье; г) газлифтный: 1 – корпус,2 – диффузор, 3 – диспергатор, 4 – воздухораспределитель, 5 – теплообменник, д) трубчатый: 1 – пеногаситель, 2 – емкость, 3 – диспергатор, 4 – корпус, 5 – распределительная перегородка, е) с плавающей насадкой: 1 – рубашка, 2 – тарелка, Рис. 1.7. Ферментеры с вводом энергии жидкой фазой (группа ЖФ) (Виестур и др. 1986).

а) – с самовсасывающей мешалкой: 1 – корпус, 2 – мешалка, 3 – циркуляционный контур-теплообменник, б) – эжекционный: 1 – корпус, 2 – насос, 3 – эжектор, в) – струйный с затопленной струей: 1 – эжектор, 2 – теплообменник, 3 – корпус, 4 – насос, 5 – рассекатель, 6 – труба с насадкой, г) – струйный с плавающей ров («стаканов») или нескольких перегородок для принудительного разделения восходящих и нисходящих потоков циркулирующей жидкости;

эти элементы расположены равномерно по сечению аппарата или концентрично; газлифтный колонный ферментер состоит из двух колонн разного диаметра, соединенных между собой; одна представляет собой барботажную колонну с восходящим потоком воздуха, другая – циркуляционная, с нисходящим потоком. Воздух вводится в нижнюю зону аппарата в барботажную колонну; камера, соединяющая колонны в верхней части аппарата, образует большую поверхность контакта фаз; трубчатый аппарат сконструирован по типу теплообменных труб; взаимодействие газа в трубе при высоких скоростях продувки более интенсивное, чем в большом объеме, поэтому массообмен интенсивнее; аппарат с плавающей насадкой позволяет интенсифицировать массообмен за счет увеличения поверхности контакта фаз и турбулизации жидкости при работе с большими скоростями подачи газовой и жидкой фаз. В аппарат введены секционные элементы в виде решеток, оборудованных лопастной насадкой; в центре аппарата находится труба, через которую вводится воздух, а жидкая фаза поступает противотоком сверху. Газ, поступая на лопастную насадку, обычно из полиэтилена, вращает ее; это существенно увеличивает поверхность контакта газовой и жидкой фаз.

Ферментеры с вводом энергии жидкой фазой (группа ФЖ) наиболее сложны по конструкции и энергоемки, но обеспечивают наиболее высокие по сравнению с группой ферментеров ГФ значения коэффициента массопередачи кислорода, свыше 6 кг/м3 ч. В данных аппаратах ввод энергии осуществляется жидкой фазой, обычно самовсасывающими мешалками или насосами; в последнем варианте жидкость вводится в аппарат через специальное устройство (сопло, эжектор, диспергатор). Данные аппараты также можно подразделит на ряд типов (рис. 1.7): ферментеры с самовсасывающими мешалками не требуют специальных воздуходувных машин, так как поступление в них воздуха происходит в результате разрежения в воздушной камере мешалки, соединенной с воздуховодом и с жидкостью, отбрасываемой лопатками мешалки; в эжекционных ферментерах возможна рециркуляция газовой фазы, что экономит субстрат, однако требуется наличие специальных насосов для перекачки газосодержащей культуральной среды. Применение эжекционного ввода газовых субстратов в ферментер может интенсифицировать массообмен на порядок;

струйные ферментеры (с затопленной или падающей струей) оборудуются мощными насосами, которые забирают культуральную жидкость из нижней части аппарата и через напорный трубопровод подводят поток к аэрирующему устройству (по типу шахтного перепада или напорно-струйные).

Струя жидкости под давлением свободно падает сверху и пронизывает аэрируемую жидкость до дна аппарата. Происходят интенсивные турбулизация и перемешивание жидкости. Внизу жидкость вновь засасывается насосом и снова подается вверх аппарата, то есть возникает замкнутый контур циркуляции. Недостатком данных аппаратов являются потери энергии при перекачке жидкости, трудности проектирования в связи с отсутствием надежных методик расчета конструкций и режимов работы струйных и эжекционных устройств.

Третья группа аппаратов – с подводом энергии газовой и жидкой фазами (группа ФЖГ). Основными их конструкционными элементами являются перемешивающие устройства всех известных типов, а также наличие в совокупности насосов и перемешивающих устройств. Это могут быть аппараты с группой самовсасывающих мешалок и насосом для перекачивания культуральной жидкости и другие сочетания перемешивающих и аэрирующих устройств. Коэффициент массопереноса кислорода в таких ферментерах может в принципе иметь любые из известных значения.



Перечисленные типы аппаратов возникли в основном в течение «эры»

антибиотиков и белка одноклеточных и применяются, главным образом, в технической микробиологии.

Прогресс в области получения клеточных и рекомбинантных культур выдвигает специальные требования к биореакторам. При этом на первый план выдвигаются такие показатели, как стабильность биологических агентов, повышенные требования к асептике, лимитация срезовых условий при перемешивании и др. Однако, многие из таких конструкций пока еще носят экспериментальный характер.

Продукты. Ассортимент продуктов, получаемых в биотехнологических процессах, чрезвычайно широк. По разнообразию и объемам производства на первом месте стоят продукты, получаемые в процессах, основанных на жизнедеятельности микроорганизмов. Эти продукты подразделяются на три основные группы:

1 группа – биомасса, которая является целевым продуктом (белок одноклеточных) или используется в качестве биологического агента (биометаногенез, бактериальное выщелачивание металлов);

2 группа – первичные метаболиты – это низкомолекулярные соединения, необходимые для роста микроорганизмов в качестве строительных блоков макромолекул, коферментов (аминокислоты, витамины, органические кислоты);

3 группа – вторичные метаболиты (идиолиты) – это соединения, не требующиеся для роста микроорганизмов и не связанные с их ростом (антибиотики, алкалоиды, гормоны роста и токсины).

Среди продуктов микробиологического синтеза – огромное количество различных биологически активных соединений, в том числе белковых и лекарственных веществ, ферментов, а также энергоносители (биогаз, спирты) и минеральные ресурсы (металлы), средства для борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур (биоинсектициды) и биоудобрения (табл. 1.1, 1.2). В связи с развитием новейших методов биотехнологии (инженерной энзимологии, клеточной и генной инженерии) спектр целевых продуктов непрерывно дополняется. Среди них все большее место занимают средства диагностики и лечения (гибридомы, моноклональные антитела, вакцины и сыворотки, гормоны, модифицированные антибиотики).

1.5. КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССОВ

В биотехнологии при выборе метода получения конкретного целевого продукта обязательно должна производиться технико-экономическая оценка альтернативов получения подобных продуктов традиционными методами. По сравнению с известными биотехнологические процессы должны быть более технологичными, экономичными и экологичными либо вообще должны исключать альтернативы. Оценка альтернативности вариантов только через себестоимость продукта – односторонняя. Оценкой эффективности биотехнологии, помимо качества получаемого продукта, может служить сопоставление экспериментального и теоретического выхода продукта, рассчитанные по материально-энергетическому балансу процесса. При этом затраты и стоимость сырья в крупномасштабных биотехнологических процессах, как правило, являются определяющими, поэтому материально-энергетическая оценка в данном случае очень существенна. И, напротив, при использовании процессов на основе высокопродуктивных рекомбинантных штаммов-продуцентов основная доля затрат относится не к сырью, а к созданию продуцента и его поддержанию, а также разработке специальных условий его культивирования, то есть в данном случае экономика сырьевых и энергоресурсов играют второстепенную роль.

В любом биотехнологическом процессе ключевую роль играет биологический агент, его природа и физиолого-технологические свойства. Для роста любого биообъекта нужен исходный жизнеспособный посевной материал, источники энергии и углерода, питательные вещества для синтеза биомассы, отсутствие действия ингибиторов роста, соответствующие физико-химические условия ферментации (рН, температура, аэрация и др.).

Одним из основных показателей, характеризующих адекватность условий ферментации, служит скорость роста продуцента. Скорость роста (увеличение биомассы) организмов с бинарным делением в хорошо перемешиваемой среде в периодической культуре будет пропорционально концентрации микробной биомассы:

где dX/dt – скорость роста, Х – биомасса, – коэффициент пропорциональности, («удельная скорость роста»); параметр аналогичен сложным процентам (например, если удельная скорость роста равна 0.1 ч–1, – значит увеличение биомассы равно 10 % в час). Если величина постоянна, как это бывает в установившемся режиме культивирования, то интегрирование представленного уравнения дает:

где Х0 – биомасса в начальный период времени t.

График зависимости lnX от времени будет иметь вид прямой линии с наклоном. Удельная скорость роста является одним из основных параметров, характеризующих физиологическое состояние продуцента; ряд других параметров может быть выражен через этот показатель.

Продуктивность процесса характеризуется количеством продукта, получаемого на единицу объема биореактора в единицу времени. Продуктивность процесса зависит от многих факторов: активности продуцента, значений коэффициента выхода продукта из потребленного субстрата, количества активной биомассы в ферментере:

где qs – скорость потребления субстрата (метаболический коэффициент), Yp/s- выход продукта (экономический коэффициент), X – концентрация биомассы, P – продукт, S – субстрат.

Влиять на величину продуктивности можно путем изменения различных ее составляющих, но в каждом конкретном случае это приходится рассматривать отдельно. Так, при повышении величины Х могут возникнуть ограничения по массообменным характеристикам аппарата и лимитирующие состояния; влиять на величину метаболического коэффициента культуры возможно только при условии глубокого знания взаимосвязей между физиолого-биохимическими характеристиками продуцента и условиями среды.

Выход продукта (Y) (экономический коэффициент) определяется как количество продукта, получаемого из данного количества субстрата:

где S и So – конечная и исходная концентрация субстрата.



Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |   ...   | 49 |
 



Похожие работы:

«В. В. Демьянов, Е. А. Савельева ГЕОСТАТИСТИКА теория и практика Под редакцией профессора, доктора физико-математических наук Р. В. Арутюняна Москва Наука 2010 УДК 91:519.8 ББК 26.8в6 Г35 Рецензенты: доктор технических наук Б. И. Яцало, доктор физико-математических наук В. М. Головизнин Геостатистика: теория и практика / В. В. Демьянов, Е. А. Савельева ; под ред. Р. В. Арутюняна; Ин-т проблем безопасного развития атомной энергетики РАН. — М. : Наука, 2010. — 327 с. — ISBN 978-5-02-037478-2 (в...»

«4.1. гОсударственнЫе кОмплекснЫе ЦелевЫе науЧнО-техниЧеские прОграммЫ В 2011 г. в Республике Беларусь началась реализация нового цикла государственных комплексных целевых научно-технических программ (ГКЦНТП), формируемых в целях научного и научно-технического обеспечения реализации приоритетов социально-экономического развития Республики Беларусь и повышения эффективности использования в народном хозяйстве результатов научных исследований и научно-технических разработок (см. таблицу). Согласно...»

«РУКОВОДИТЕЛЬ ФЕДЕРАЛЬНОГО МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКОГО АГЕНТСТВА МЗСР РФ Валентин Викторович Уйба На пороге нового тысячелетия атомная энергетика страны всту­пила в эпоху­ кру­пных перемен, этап преобразований, связанных с дальнейшим интенсивным развитием отрасли. Одним из важнейших у­словий фу­нкционирования объектов атомной энергетики является здоровье работников атомных электростанций. В связи с этим придается огромное значение развитию промышленного здравоохранения, так как оно является одной из...»

« СОДЕРЖАНИЕ Предисловие редактора русского перевода 7 Глава 1. Болезнь побуждает к действию 8 Глава 2. Простата: диагностика и лечение 25 Глава 3. Научный взгляд на реальное состояние нашего организма. Тест ОБП 35 Глава 4. Программа очистки организма из 9 пунктов 45 Глава 5. Очистка организма с помощью предельного голодания 58 Глава 6. Питание — главный фактор здоровья простаты 70 Глава 7. Очистка и укрепление ключевых органов посредством гомеопатии 97 Глава 8. Здоровый рот — здоровая...»

«Йогические традиции майсорского дворца Аштанга - виньяса - йога мастера Паттабхи Джойса Малла - Пурана сборник Сборник. Перев с англ. — К.: JANUS BOOKS, София, Ltd., 199У. — 320 с. ISBN 5-220-00166-3 Сборник посвящен одной из самых эффективных систем Хатха-Йоги Аштанга-виньясайоге, хранителем традиции которой в настоящее время является Шри Паттабхи Джойс. Аштанга-вивьяса-йога — ветвь традиции Шри Кришнамачарьи. Другая наиболее широко известная сегодня на Западе ветвь этой традиции — йога Б. К....»

«Микола Чаварг, 1999 ISBN 9667242781 СОДЕРЖАНИЕ От автора Предисловие 1. К вопросу о понятии потенциальной кривой 2. Наглядные модели атомов 3. Атом с пространственно-фиксированными положениями электронов. 33 4. Наглядные модели фотона и электрона 4.1 Наглядная модель фотона 4.2. Наглядная модель электрона 5. Движение...»

«ИСТОРИЯ ОТМОРОЖЕННЫХ В КОНТЕКСТЕ ГЛОБАЛЬНОГО ПОТЕПЛЕНИЯ Москва Издательство НЦ ЭНАС 2007 УДК 551.5 ББК 26.237 Н63 Практически все исторические и естественнонаучные данные, приведенные в книге, представлены Лабораторией глобальных проблем энергетики и ее руководителем - доктором технических наук профессором Владимиром Клименко. Издание подготовлено при содействии фонда некоммерческих программ Династия. Никонов А.П. Н63 История отмороженных в контексте глобального потепления/А.П. Никонов. - М.:...»

«Соколова Надежда Юрьевна, ИНИОН РАН, и.о. ученого секретаря. В качестве эпиграфа к послесловию (и работе семинара вообще) рискну привести высказывание известного историка и философа науки Томаса Куна: Увеличение конкурирующих вариантов, готовность опробовать что-либо ещё, выражение явного недовольства, обращение за помощью к философии и обсуждение фундаментальных положений – всё это симптомы перехода от нормального исследования к экстраординарному1. Т. Кун представлял развитие науки как...»

«ТОДОР ДИЧЕВ, врач, доктор философских наук, академик НИКОЛА НИКОЛОВ, писатель и востоковед ЗЛОВЕЩИЙ ЗАГОВОР Несчастным и обречённым, но любимым нами славянам эту книгу посвящаем! СОДЕРЖАНИЕ • Вместо предисловия • Слово к читателям • 1-й раздел Тайная, могучая и зловещая власть банкиров Мистические и идеологические, политические и финансовые корни илюминизма, хасидизма и сионизма Победа масонства и сионизма в России Организованный геноцид и психоцид гоев Иудеи России и европейских стран -...»

«2 СОДЕРЖАНИЕ КНИГА 1 СОСТАВ ПРОЕКТНОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ ВВЕДЕНИЕ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРЕДПРИЯТИИ. 2. ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРЕДПРИЯТИЯ. 2.1. ОБЩЕСТВЕННОЕ ПИТАНИЕ. МЕДИЦИНСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ 2.2. ПОТРЕБЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ВИДОВ ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ ПРИ 2.3. ЭКСПЛУАТАЦИИ ОБЪЕКТА (В ГОДОВОМ ИСЧИСЛЕНИИ) ОСНОВНЫЕ ПРОЕКТНЫЕ РЕШЕНИЯ ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ 3. ПЕРЕВООРУЖЕНИЮ ПРЕДПРИЯТИЯ. ПОТРЕБНОСТЬ В СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛАХ ПРОЕКТИРУЕМОГО ПРОИЗВОДСТВА. 14 3.1. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИЗДЕЛИЙ ПРОГРАММЫ...»






 
© 2013 www.knigi.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.