CÁC THIẾT BỊ LÊN MEN NUÔI CẤY VI SINH VẬT

Phụ thuộc vào các phương pháp ứng dụng để đánh giá hoạt động thiết bị lên men dùng để cấy chìm vi sinh vật và được chia ra một số nhóm theo các dấu hiệu sau:

Theo phương pháp nuôi cấy - các thiết bị hoạt động liên tục và gián đoạn.

Theo độ tiệt trùng - các thiết bị kín và các thiết bị không đòi hỏi độ kín nghiêm ngặt.

Theo kết cấu - các thiết bị lên men có bộ khuếch tán và tuabin, có máy thông gió dạng quay, có bộ đảo trộn cơ học, có vòng tuần hoàn bên ngoài; các thiết bị lên men dạng tháp, có hệ thông gió kiểu phun.

Theo phương pháp cung cấp năng lượng và tổ chức khuấy trộn, thông gió - các thiết bị cung cấp năng lượng cho pha khí, pha lỏng và pha tổng hợp.

Trong công nghiệp vi sinh thực tế hầu như tất cả các quá trình nuôi cấy sản xuất ra các chất hoạt hoá sinh học được tiến hành bằng phương pháp gián đoạn trong các điều kiện tiệt trùng.

CÁC THIẾT BỊ LÊN MEN NUÔI CẤY VI SINH VẬT TRONG ĐIỀU KIỆN TIỆT TRÙNG

Nuôi cấy các vi sinh vật phần lớn được tiến hành trong các điều kiện tiệt trùng. Độ tiệt trùng của quá trình được đảm bảo bằng phương pháp tiệt trùng thiết bị lên men, các đường ống dẫn, cảm biến dụng cụ; nạp môi trường dinh dưỡng tiệt trùng và giống cấy thuần chuẩn vào thiết bị lên men đã được tiệt trùng; không khí tiệt trùng để thông gió canh trường và chất khử bọt tiệt trùng; các dụng cụ cảm biến tiệt trùng trong thiết bị lên men để kiểm tra và điều chỉnh các thông số của quá trình; bảo vệ vật đệm kín trục của bộ chuyển đảo, các đường ống công nghệ và phụ tùng trong quá trình nuôi cấy.

Thiết bị lên men có bộ đảo trộn cơ học dạng sủi bọt

Dạng thiết bị lên men này được sử dụng rộng rãi cho các quá trình tiệt trùng để nuôi cấy vi sinh vật - sản sinh ra các chất hoạt hoá sinh học.

Thiết bị lên men có thể tích 63 m3. Dạng thiết bị lên men này là một xilanh đứng được chế tạo bằng thép X18H10T hay kim loại kép có nắp và đáy hình nón (hình 10.1). Tỷ lệ chiều cao và đường kính bằng 2,6:1. Trên nắp có bộ dẫn động cho cơ cấu chuyển đảo và cho khử bọt bằng cơ học; ống nối để nạp môi trường dinh dưỡng, vật liệu cấy, chất khử bọt, nạp và thải không khí; các cửa quan sát; cửa để đưa vòi rửa; van bảo hiểm và các khớp nối để cắm các dụng cụ kiểm tra.

Khớp xả 16 ở đáy của thiết bị dùng để tháo canh trường. Bên trong có trục 6 xuyên suốt. Các cơ cấu chuyển đảo được gắn chặt trên trục. Cơ cấu chuyển đảo gồm có các tuabin 8 có đường kính 600 1000 mm với các cánh rộng 150  200 mm được định vị ở 2 tầng, còn tuabin hở thứ ba được gắn chặt trên bộ sủi bọt 13 để phân tán các bọt không khí. Bộ sủi bọt có dạng hình thoi được làm bằng những ống đột lỗ. Ở phần trên của bộ sủi bọt có khoảng 2000  3000 lỗ theo kiểu bàn cờ.

Hình 10.1. Thiết bị lên men với bộđảo trộn cơ học dạng sủi bọt cósức chứa 63 m3:

1- Động cơ; 2- Hộp giảm tốc; 3- Khớp nối; 4- Ổ bi; 5- Vòng bít kín; 6- Trục; 7- Thành thiết bị ; 8- Máy khuấy trộn tuabin; 9- Bộ trao đổi nhiệt kiểu ống xoắn; 10- Khớp nối; 11- Ống nạp không khí; 12- Máy trộn kiểu cánh quạt; 13- Bộ sủi bọt; 14- Máy khuấy dạng vít; 15- Ổ đỡ; 16- Khớp để tháo; 17- Áo; 18- Khớp nạp liệu; 19- Khớp nạp không khí

Động cơ - bộ truyền động làm quay trục 6 và các cơ cấu đảo trộn 8, 12, 14. Sử dụng bộ giảm tốc và bộ dẫn động có dòng điện không đổi để điều chỉnh vô cấp số vòng quay trong giới hạn 110  200 vòng/ phút.

Thiết bị lên men được trang bị áo 17, gồm từ 6  8 ô. Mỗi ô có 8 rãnh được chế tạo bằng thép góc có kích thước 12060 mm. Diện tích làm việc của áo 60 m2. Bề mặt làm việc bên trong 45 m2 gồm ống xoắn 9 có đường kính 600 mm với số vít 23 khi tổng chiều cao của ruột xoắn 2,4 m.

Thiết bị lên men được tính toán để hoạt động dưới áp suất dư 0,25 MPa và để tiệt trùng ở nhiệt độ 130 oC - 1400C, cũng như để hoạt động dưới chân không. Trong quá trình nuôi cấy vi sinh vật, áp suất bên trong thiết bị 50 kPa; tiêu hao không khí tiệt trùng đến 1 m3/ (m3/phút). Chiều cao cột chất lỏng trong thiết bị 5 - 6 m khi chiều cao của thiết bị hơn 8 m.

Để tiện lợi cho việc thao tác và tránh những sai lầm cần dán vào thiết bị sơ đồ chỉ dẫn thao tác (hình 10.2).

Để đảm bảo tiệt trùng trong suốt quá trình (giữ được hơi), các trục của cơ cấu chuyển đảo phải có vòng bít kín. Các vòng bít kín được tính toán để hoạt động ở áp suất 0,28 MPa và áp suất dư không nhỏ hơn 2,7 kPa, nhiệt độ 30 - 2500C và số vòng quay của trục đến 500 vòng/ phút. Nhờ các vòng đệm này mà ngăn ngừa được sự rò rỉ môi trường hay sự xâm nhập không khí vào khoang thiết bị ở vị trí nhô ra của trục.

Vòng bít kín khi tiếp xúc với môi trường làm việc được chế tạo bằng thép X18H10T và X17H13M2T, cũng như bằng titan BT-10. Thời gian hoạt động ổn định của các vòng này không nhỏ hơn 2000 h khi tuổi thọ 8000 h. Độ đảo hướng kính cho phép của trục trong vùng đệm kín không lớn hơn 0,25 mm, độ đảo chiều trục của trục không lớn hơn 0,250.

Để sản xuất lớn các chất hoạt hoá sinh học bằng tổng hợp vi sinh, việc ứng dụng các thiết bị lên men có thể tích 63 m3 là không kinh tế.

Thiết bị lên men có thể tích 100 m3 được sản xuất ở Đức. Loại này thuộc thiết bị xilanh có bộ dẫn động ở dưới cho cơ cấu đảo trộn. Cơ cấu đảo trộn với hai số vòng quay của trục - 120 và 180 vòng/ phút. Theo dấu hiệu về kết cấu nó gần giống với thiết bị lên men có thể tích 63 m3. Bảo vệ vòng bít kín của trục bằng cửa van dầu, được tiệt trùng ở nhiệt độ đến 1400C. Ngoài ra còn có bít kín dự phòng để mở một cách tự động khi trục ngừng hoạt động, nhằm bảo vệ vòng bít kín chính của trục và cho phép thay đổi vòng bít kín chính trong quá trình nuôi cấy để không phá huỷ độ tiệt trùng của canh trường.

Trên trục lắp ba máy khuấy đảo kiểu tuabin dạng mở với đường kính từ 820 đến 1100 mm. Thiết bị lên men có bề mặt trao đổi nhiệt ở bên trong và bên ngoài để thải nhiệt.

1- Hơi vào; 2- Không khí tiệt trùng vào; 3- Không khí tiệt trùng hay hơi vào vùng bít kín; 4- Thoát hơi hay không khí tiệt trùng tới bộ sủi bọt; 5- Hơi hay không khí tiệt trùng vào thiết bị ở phần trên; 6- Thải hơi hay không khí tiệt trùng tới bộ lấy mẫu thử nghiệm; 7- Thải hơi hay không khí tiệt trùng; 8- Cơ cấu ống nhánh có van điều chỉnh bằng khí động học; 9- Nạp hơi hay không khí tiệt trùng vào thiết bị ở phần dưới; 10- Tháo nước ngưng; 11- Áp kế; 12- Van; 13- Ống tháo; 14- Van khoá; 15- Van lấy mẫu; 16- Nạp hơi hay không khí tiệt trùng khi lấy mẫu; 17- Đoạn ống để nối áp kế kiểm tra; 18, 25- Các áp kế; 19- Van để nạp vật liệu cấy; 20- Nạp canh trường; 21, 23- Nạp dung dịch chuẩn; 22- Thải hơi hay không khí từ vùng bít kín; 24- Ống nhánh để nạp dung dịch chuẩn; 26- Cung cấp khí thải từ thiết bị; 27- Cung cấp nước; 28- Van rót; 29- Van để rót nước từ áo; 30- Van để nạp nước lạnh; 31- Ống nhánh để nạp nước lạnh; 32- Lược; 33- Áp kế; 34- Van an toàn; 35- Cảm biến nhiệt độ; 36, 37- Các dụng cụ thứ cấp để đo nhiệt độ và độ pH; 38- Cảm biến pH met; 39- Thiết bị lên men; 40- Cơ cấu để làm sạch không khí

Đặc tính kỹ thuật của thiết bị lên men được sản xuất ở Đài Loan:

BỘ LÊN MEN ĐỂ BÀNHãng sản xuất: Firstek Scientific - Đài LoanModel: FB-3Các thông số của bồn lên men - Đường kính (cm): f 14.0
 - Cao (cm): 26
 - Thể tích làm việc của bồn lên men (L): 2
 - Tổng thể tích của bồn lên men (L): 3
Các loại đầu dò và cổng nối trên bồn lên men1/ Đầu dò pH
2/ Đầu dò DO
3/ Cổng thêm Acid
4/ Cổng thêm Base
5/ Cổng thêm chất chống tạo bọt
6/ Đầu dò phát hiện mức độ bọt
7/ Bộ lấy mẫu
8/ Bộ xả khí ngưng
9/ Cổng cấy
10/ Cổng phụ
Hệ thống điều khiển bộ lên men1/ Bộ điều khiển  pH       + Đầu dò pH
      + Khoảng đo: 0~ 14.00 pH
      + Độ chính xác: +/- 0.01
      + Bộ điều khiển PID
2/ Bộ điều khiển nhiệt độ      + Đầu dò nhiệt độ (Pt 100W)
      + phạm vi: làm mát nước từ 5⁰C~60⁰C
      + Bộ điều khiển PID
3/ Bộ điều khiển DO      + Phạm vi kiểm soát: 0~200.0%
      + Độ chính xác: +/- 0.1
      + Bộ điều khiển PI
4/ Bộ chống tạo bọt5/ Bộ 04 bơm cho thêm Acid, Base, chất chống tạo bọt, môi trường.

BỘ LÊN MEN ĐỂ BÀNHãng sản xuất: Firstek Scientific - Đài LoanModel: FB-6Các thông số của bồn lên men - Đường kính (cm): f 16.0
 - Cao (cm): 33
 - Thể tích làm việc của bồn lên men (L): 5
 - Tổng thể tích của bồn lên men (L): 6.6
Các loại đầu dò và cổng nối1/ Đầu dò pH
2/ Đầu dò DO
3/ Cổng thêm Acid
4/ Cổng thêm Base
5/ Cổng thêm chất chống tạo bọt
6/ Đầu dò phát hiện mức độ bọt
7/ Bộ lấy mẫu
8/ Bộ xả khí ngưng
9/ Cổng cấy
10/ Cổng phụ
Hệ thống điều khiển bộ lên men1/ Bộ điều khiển  pH       + Đầu dò pH
      + Khoảng đo: 0~ 14.00 pH
      + Độ chính xác: +/- 0.01
      + Bộ điều khiển PID
2/ Bộ điều khiển nhiệt độ      + Đầu dò nhiệt độ (Pt 100W)
      + phạm vi: làm mát nước từ 5⁰C~60⁰C
      + Bộ điều khiển PID
3/ Bộ điều khiển DO      + Phạm vi kiểm soát: 0~200.0%
      + Độ chính xác: +/- 0.1
      + Bộ điều khiển PI
4/ Bộ chống tạo bọt5/ Bộ 04 bơm  thêm Acid, Base, chất chống tạo bọt, môi trường.

Sản phẩm bao gồm các model:

1/ Model: FB-3: 

- Đường kính (cm): f14.0

- Cao (cm): 26

- Vật liệu làm bồn: bằn gthủy tinh 2 lớp dày 3mm

- Thể tích làm việc của bồn lên men: 2 lít

- Tổng thể tích của bồn lên men: 3 lít

2/ Model: FB-6

- Đường kính (cm): f16.0

- Cao (cm): 33

- Vật liệu làm bồn: bằn gthủy tinh 2 lớp dày 3mm

- Thể tích làm việc của bồn lên men (L): 5

- Tổng thể tích của bồn lên men (L): 6.6

3/ Model: FB-10

- Đường kính (cm): f19.0

- Cao (cm): 39

- Vật liệu làm bồn: bằn gthủy tinh 2 lớp dày 3mm

- Thể tích làm việc của bồn lên men (L): 8

- Tổng thể tích của bồn lên men (L): 10

4/ Model: FB-3S

- Đường kính (cm): f13.4

- Cao (cm): 26

- Vật liệu làm bồn: bằn gthủy tinh 2 lớp dày 3mm

- Thể tích làm việc của bồn lên men (L): 2.5

- Tổng thể tích của bồn lên men (L): 3.3

5/ Model: FB-6S

- Đường kính (cm): f15.9

- Cao (cm): 32.8

- Vật liệu làm bồn: bằn gthủy tinh 2 lớp dày 3mm

- Thể tích làm việc của bồn lên men (L): 5

- Tổng thể tích của bồn lên men (L): 6.6

6/ Model: FB-10S

- Đường kính (cm): f18.8

- Cao (cm): 37

- Thể tích làm việc của bồn lên men (L): 8

- Tổng thể tích của bồn lên men (L): 10

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ LÊN MEN CÓ BỘ ĐẢO TRỘN CƠ HỌC VÀ BỘ LÀM SỦI BỌT

Khi tính toán cần xác định các chỉ số cơ bản về kết cấu và năng lượng của thiết bị với thể tích chung đã cho.

Bước đầu cần phải xác lập khối lượng thể tích , độ nhớt động học , hệ số dẫn nhiệt , áp suất làm việc trong thiết bị khi tiệt trùng bằng hơi nước, nhiệt dung C. Theo nghiên cứu của nước ngoài, khối lượng thể tích của các môi trường dinh dưỡng ở trong giới hạn  = 1060  1070 kg/ m3; độ nhớt động học - trong giới hạn  = 0,001  0,00155 PaS, nhiệt dung C = 4186 J/(kgK), hệ số dẫn nhiệt  = 0,6 W/ (mK).

Để tiệt trùng môi trường dinh dưỡng bên trong thiết bị, cần phải tạo ra áp suất làm việc không nhỏ hơn 0,2 MPa. Hệ số chứa đầy môi trường dinh dưỡng của thiết bị phụ thuộc vào thành phần của môi trường và vào dạng vi sinh vật nuôi cấy k = 0,5  0,65.

Tính toán kết cấu của thiết bị lên men

Thể tích làm việc của thiết bị V1 (m3) được tính theo công thức:

V1 = V.k

Để sản xuất axit amin, các chất kháng sinh chăn nuôi và các chế phẩm enzim, đường kính bên trong DB = 2000  3000 mm.

Các kích thước còn lại của thiết bị (chiều cao của phần elip he; chiều cao gấp mép h, bề mặt bên trong Fb; sức chứa của đáy Vd và chiều dày của tường đáy S được lấy như sau:

hc = 0,25DB ; h  2S;

Thể tích chưa hoạt động của thiết bị Vr tính theo công thức:

Vr = Vx + 2Vd

Thể tích của phần xilanh:

Vx = Vr  2Vd

Chiều cao phần xilanh của thiết bị:

H

x

=

V

r

−

2V

d

F

trong đó : F - diện tích tiết diện của thiết bị theo đường kính trong:

F

=

0,

785

D

2

B

Chiều cao chung của thiết bị: 

H

e

=

H

x

+

2



h

e

+

h



Tính toán bộ khuấy trộn của thiết bị lên men

Khi nuôi cấy vi sinh vật trong môi trường dinh dưỡng lỏng bằng phương pháp chìm, do tạo sinh khối nên độ nhớt của chất lỏng canh trường tăng lên, cho nên sự khuấy trộn và thổi khí môi trường bị xấu đi. Nhằm tăng cường sự khuấy trộn huyền phù cho phép sử dụng bộ khuấy trộn dạng tuabin. Đường kính bộ khuấy trộn dạng tuabin dk (m) được tính theo công thức:

dk = (0,3  0,33)DB

trong đó: DB- đường kính bên trong của thiết bị lên men.

Tra bảng theo giá trị dk để chọn bộ khuấy trộn tối ưu (hệ khuấy trộn có hiệu suất cao). Các dạng cơ cấu khuấy trộn cho chất lỏng có độ nhớt khác nhau được nêu trong bảng 10.4.

Bảng 10.4. Tốc độ biên tối ưu của các cơ cấu khuấy trộn phụ thuộc vào độ nhớt của môi trường được khuấy trộn

Cơ cấu khuấy trộn	Độ nhớt của môi trườngPa.s	Vận tốc biên tối ưu của bộ khuấy trộn, m/s
Cánh, neo, giáDạng tuabinChong chóng	0,001  44  88  150,001  55 1515  250,001  2	3,0  2,02,5 1,51,5  1,07  4,24,3  3,43,4  2,34,8  16

Số vòng quay của bộ khuấy trộn (vòng/phút) :

n

1

=

ω

πd

k

Theo giá trị nhận được của số vòng quay, chọn tốc độ thực tế của nó. Chọn bộ truyền động trong bảng tra cứu theo giá trị đã được nhận của số vòng quay.

Công suất tiêu thụ (kW) khi máy khuấy hoạt động để khuấy trộn canh trường không đề cập đến sự ảnh hưởng của các cơ cấu phụ:

N

M

=

K

N

ρ

c

n

3

d

5

k

trong đó: KN - chuẩn công suất, phụ thuộc vào cường độ đảo trộn và được đặc trưng bởi chuẩn ly tâm Reynolds (Re);

c - tỷ trọng môi trường;

n - số máy khuấy trộn;

dk - đường kính máy, m.

Re

1

=

ρ

c

nd

2

k

μ

c

trong đó: c - độ nhớt động học của môi trường.

Công suất tính toán cho trục máy trộn, kW:

N

P

=

k

1

k

2



∑

k

+

1



N

M

trong đó: k1 - hệ số chứa đầy canh trường của thiết bị;

k2 - hệ số có tính đến sự tăng công suất do tăng sức cản của môi trường trong quá trình phát triển của môi trường (k2 = 1,1);

k - hệ số tính đến sự tăng công suất tiêu thụ để vượt thắng sức cản gây ra do các cơ cấu phụ :

k

1

=

H

1

D

B

trong đó: H1- chiều cao của lớp chất lỏng được khuấy trộn (đối với các máy khuấy trộn dạng tuabin, H1 = 0,75 Ht.b).

Vì vào chu kỳ phát triển của một số chủng tạo ra bọt, để tránh sự toé bọt, lấy H1= 0,65 Ht.b.

Khi tính công suất làm việc của bộ khuấy đảo cần phải tính đến năng suất thắng sức cản do các cơ cấu phụ gây nên.

Để thực hiện điều kiện đó cần phải đưa vào hệ số k:

∑

k

= kn + kM + kTP + kT

trong đó: kn - hệ số cản của vách ngăn phản xạ;

kM - hệ số cản của bộ khung trộn phụ;

kTP - hệ số cản của ống để nạp không khí;

kT - hệ số cản của ống lót trục để cắm nhiệt kế.

Trị số kn, kM, kTP và kT phụ thuộc vào dạng máy khuấy được nêu trong bảng 10.5

Bảng 10.5. Trị số các hệ số k xét tới sự tăng công suất của máy khuấy do tồn tại trong thiết bị các cơ cấu phụ

Cơ cấu phụ
Dạng cơ cấu khuấy trộn
Cánh	Neo và giá	Tuabin	Chongchóng
Bốn vách ngăn phản xạ có bề dày B = 0,08DB, được phân bổ ở tường thiết bịMột cánh phụ nằm ngang bằng cánh của cơ cấu chuyển đảo chính (theo kích thước)Ống cho dung dịch quá ápỐng bọc lót để cắm nhiệt kế hay dụng cụ đo mức kiểu phaoHai ống đứng, được lắp cách nhau một góc hơn 900Ruột xoắn cuộn phải được lắp dọc tường theo tường xilanh thiết bịỐng xoắn được lắp ở đáy thiết bị, khi đường kính của ống 0,033  0,54 mCác chi tiết để gia cố các ống khuếch tán	10,350,20,10,32,02,5 3,0-	--0,20,10,3---	1,5-0,20,10,3---	0,5-0,10,050,15--0,05

Công suất để thắng ma sát trong vòng chắn dầu của trục:

N

c

=

2

nd

2

B

S

c

P



e

0,1

h

c

S

c

−

1



trong đó: n và dB - số vòng quay, vòng/phút và đường kính của trục, m;

Sc - chiều dày miếng đệm vòng chắn dầu của trục;

P - áp suất làm việc của không khí trong thiết bị trên mức lỏng, Pa;

hc - chiều cao miếng đệm vòng chắn dầu, m: (hc = 6Sc).

Để xác định Nc có thể lấy P = 0,1 MPa.

Xác định đường kính trục dẫn của máy khuấy theo công thức gần đúng, xuất phát từ độ bền chịu xoắn của trục:

d

B

=

1,7

⋅

3

√

M

x

τ

'

CP

+

C

M

trong đó: Mx - mômen xoắn trên trục máy khuấy, N m;

τ

'

CP

- ứng suất tiếp cho phép đối với vật liệu trục chịu xoắn;

CM - hiệu chỉnh rò rỉ, xói mòn vật liệu, m.

Mô men xoắn trên trục máy khuấy:

M

x

=

0,

163

N

P

n

trong đó: NP - công suất tính cho trục;

n - hệ số an toàn.

Để đảm bảo độ bền cần phải nhân đại lượng nhận được theo tính toán dB với hệ số 1,25 và nhận được 

d

'

B

.

Để xác định đường kính đoạn trục nằm cao hơn tuabin nhỏ ở phía dưới 

d

' '

B

 cần nhân đại lượng

d

'

B

 với hệ số 1,07. Để xác định đường kính của trục nằm cao hơn tuabin nhỏ ở phía trên

d

' ' '

B

 khi lưu lượng qua vòng chắn dầu cần nhân trị số

d

'

B

 với hệ số 1,14.

Trục được chế tạo bằng thép CT45. Giới hạn bền của thép CT45 là b = 610 MN/m2 (xấp xỉ 62 kG/ mm2), hệ số an toàn nB = 2,6. Ứng suất cho phép được xác định theo tỷ số giữa độ bền giới hạn và hệ số an toàn, ta có :

[

σ

]

=

σ

b

n

B

Ứng suất tiếp cho phép: 

[

τ

]

=

0,6

[

σ

]

.

Ứng suất cho phép đối với các trục của các cơ cấu khuấy trộn :

[

τ

'

]

=

0,5

[

τ

]

.

Bề dày của miếng đệm vòng chắn dầu (mm):

S

c

=

0,

044

√

d

' '

B

trong đó: 

d

' '

B

- đường kính của trục, m.

Sau đó xác định lực nén lên miếng đệm:

P

'

C

=

π



d

' '

B

+

S

c



⋅

S

c

P

⋅

e

0,4

h

c

S

c

trong đó: P - Áp suất cho phép trong thiết bị khi tiệt trùng, Pa.

Công suất được thiết lập cuối cùng NTL (kW) của động cơ dẫn động cho máy khuấy trộn được tính theo công thức:

N

TL

=

1,

15

N

P

+

N

C

η

 - hiệu suất truyền động của bộ truyền.

Sau đó theo trị số NTL chọn dẫn động đứng, dạng động cơ, công suất của nó và số vòng quay.

Cân bằng nhiệt cho các thiết bị lên men

Trong quá trình hoạt động của vi sinh vật trong thiết bị, một lượng nhiệt được thoát ra. Sự phát triển giống bị chậm lại khi tăng nhiệt độ canh trường, còn sau đó có khả năng vi sinh vật bị chết. Để ngăn ngừa hiện tượng đó các thiết bị lên men cần phải trang bị các cơ cấu thải nhiệt (ống xoắn, áo, các ống nhiệt).

Lượng nhiệt thải ra từ canh trường và tiêu hao nước làm lạnh được xác định từ cân bằng nhiệt.

Thu nhiệt	Tiêu hao nhiệt
Với môi trường dinh dưỡng: Q1 = GnCntnNhiệt sinh học được giải phóng khi phát triển canh trường: Q2 = qpVới nước làm lạnh: Q3 = GBCBt1BVới không khí thổi; Q4 = Li1	Với canh trường thành phẩm: QS = GkCktkVới nước làm lạnh: Q6 = GBCBt2BVới không khí thổi: Q7 = Li2Tổn thất nhiệt vào môi trường xung quanh Q8 = 3600 Fat

trong đó: Gn , GB và Gk - khối lượng môi trường dinh dưỡng, nước làm lạnh và canh trường thành phẩm, kg;

Cn , CB , và Ck - nhiệt dung riêng của môi trường dinh dưỡng, nước làm lạnh và canh trường thành phẩm, kJ/(kgK);

tn , tk , t1B và t2B - nhiệt độ của môi trường dinh dưỡng, canh trường thành phẩm, nước làm lạnh đầu và cuối, K;

q - lượng nhiệt trung bình được giải phóng khi mức tăng sinh khối của chủng vi sinh vật, kJ/kg;

p - mức tăng sinh khối sinh vật, kg/h;

L - lượng không khí được thổi, kg/h;

i1và i2 - entanpi của không khí mới và không khí thải, kJ/kg;

Fa - diện tích bề mặt của thiết bị lên men, m2;

 - hệ số thải nhiệt từ bề mặt thiết bị vào môi trường xung quanh kW/(m2K);

t - hiệu trung bình nhiệt độ của canh trường phát triển và không khí xung quanh thiết bị, K.

Phương trình cân bằng nhiệt độ của thiết bị lên men có dạng:

G

B

C

B



t

2B

−

t

1B



=

Q

1

+

Q

2

−

Q

5

−

Q

8

−

L



i

2

−

i

1



Đặt 

Q

1

+

Q

2

−

Q

5

−

Q

8

−

L



i

2

−

i

1



=

Q

, khi đó tiêu hao nước làm lạnh (kg/h):

G

B

=

Q

C

B



t

2B

−

t

1B



Diện tích bề mặt truyền nhiệt của thiết bị lên men, (m2):

F

=

Q

3600

KΔt

trong đó: K - hệ số truyền nhiệt, W/(m2K);

t - hiệu trung bình nhiệt độ của canh trường phát triển và nước làm lạnh, 0C:

K

=

1

1

α

1

+

δ

λ

+

1

α

2

Đại lượng thải nhiệt 2 đối với nước được xác định phụ thuộc vào chuẩn Re. Xác định được đại lượng thải nhiệt từ tường tới môi trường phát triển 1 sẽ bị phức tạp do sự tồn tại trong môi trường một lượng lớn không khí phân tán ra thành những bọt nhỏ và làm giảm điều kiện thải nhiệt. Cho nên với sai số xác định, có thể sử dụng phương trình thực nghiệm để xác định thải nhiệt từ bề mặt của ống đến các dung dịch đường và rỉ đường theo tỷ trọng và độ nhớt khi đối lưu tự nhiên:

α

1

=

2850

⋅

3

√



t

CT

−

t

T



μ

trong đó: tCT và tT - nhiệt độ của canh trường phát triển và nhiệt độ của tường áo, 0C;

 - độ nhớt động học của môi trường, PaS.

Độ nhớt dung dịch rỉ đường loãng có thể tính theo công thức:

μ

=



1,2

+

0,

046

B

−

0,

0014

Bt



⋅

10

−

3

trong đó: B - nồng độ của dung dịch, %,

t - nhiệt độ của dung dịch, 0C.

Trên cơ sở của các số liệu thực nghiệm đối với thiết bị lên men có áo lạnh, có tính đến sự nhiễm bẩn tường có thể lấy k = 3000 W/(m2K). Tiêu hao không khí để thổi canh trường phát triển ở trong giới hạn 60  120 m3/ (hm3).

Mọi chi tiết vui lòng liên hệ:                   

Ms. Thảo 

Email: sales9@lamviet.com

Skype: Le Ut Thao

Ngoài ra công ty chúng tôi còn phân phối các sản phẩm độc quyền sau:

-  ANKOM – Mỹ: Thiết bị phân tích béo, xơ tự động

-  OPTIKA – Italy: Kính hiển vi

-  GENEVAC – Anh: Thiết bị cô đặc chân không

-  CHUNGFU – Đài Loan (YAKOS65): Tủ chứa hóa chất chống cháy nổ cho phòng thí nghiệm

-  MEGAZYME – Ireland: các loại test kits theo phương pháp sinh học

-  OVAN – Tây Ban Nha: thiết bị gia nhiệt và khuấy trộn

-  DIGISYSTEM – Đài Loan: tủ ấm, tủ sấy, máy li tâm, máy lắc…

-  LAM VIET SCI: Nhận gia công tư vấn lắp đặt các loại tủ hút khí độc, tủ cấy vi sinh, tủ an toàn sinh học cấp 2, tủ đựng hóa chất, pass box, bàn thí nghiệm chuyên dụng…

Khách hàng có nhu cầu rất mong được liên hệ:

Ms. Thảo