Обладнання для культивування мікроорганізмів на твердих поживних середовищах

НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Інститут екологічної безпеки

Кафедра біотехнології

КУРСОВА РОБОТА

(ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА)

з дисципліни «Методи аналізу біотехнологічних виробництв»

Тема: Обладнання для культивування мікроорганізмів на твердих поживних середовищах

Виконала:

Студентка 202 групи ІЕБ

Куйбіда М.А.

Київ 2012

Реферат

Пояснювальна записка до курсової роботи

Об'єкт дослідження - обладнання для культивування мікроорганізмів на твердих поживних середовищах

Мета роботи дослідити та вивчити конструкцію обладнання для культивування мікроорганізмів на твердих поживних середовищах, яке використовується на підприємствах у біотехнологічній промисловості .

Метод дослідження - літературний пошук по темі, аналіз матеріалу, систематичний підхід до роботи, схеми конструкцій апаратів.

КАМЕРНІ РОСТИЛЬНІ УСТАНОВКИ, МЕХАНІЗОВАНІ РОСТИЛЬНІ УСТАНОВКИ, УСТАНОВКИ КОЛОННОГО ТИПУ, УСТАНОВКИ БАРАБАННОГО ТИПУ, РОСТИЛЬНІ КАМЕРИ

Зміст

• Завдання на курсовий проект
• Реферат
• Вступ
• 1. Теоретична частина
• 1.1 Класифікація обладнання для культивування мікроорганізмів
• 1.2 Камерні ростильні установки з горизонтально розміщеними перфорованими кюветами
• 1.3 Механізовані ростильні установки з вертикально розташованими кюветами
• 1.4 Установки для статично - динамічного вирощування культур
• 1.5 Вібраційні ростильні установки
• 1.6 Установки колонного типу
• 1.7 Ростильні установки барабанного типу
• 2. Умови безпечної експлуатації обладнання
• Висновок
• Список використаної літератури
• Вступ
• Культивування мікроорганізмів є одним із найважливіших процесів у біотехнологічній промисловості. Тому для його перебігу необхідно використовувати спеціальне обладнання, яке допомагає збільшувати вихід продукту, покращувати умови вирощування, забезпечити стерильність. Так як тема даної курсової роботи «Обладнання для культивування мікроорганізмів на твердих поживних середовищах», то тут розглянуто процес отримання поживних середовищ та вирощування на них мікроорганізмів.
• Культивування мікроорганізмів на твердих поживних середовищах, порівняно з культивуванням на рідких поживних середовищах, має швидкість біосинтезу ферментів в 5-8 разів вищу, крім того, отримана культура має вологість у два рази менша, що дає можливість економити значні енергоресурси при сушці. Однак до сьогоднішнього часу спосіб культивування мікроорганізмів на твердих поживних середовищах не знайшов широкого промислового застосування через відсутність достатньо надійних механізованих ростильних установок.
• Накопичення великої кількості сільськогосподарських відходів, таких, як солома, бавовняна та соняшникова шелуха, кукурудзяна кочережка, богасса; відходи від переробки картоплі, цукрового буряка та ін. дає можливість використовувати їх для отримання кормового білка як дешевого джерела целюлози та крохмалю.
• Однак, для вирощування мікроорганізмів з метою біосинтезу білка не можна використовувати звичайні ростильні камери, які застосовуються для культивування мікроскопічних грибів на твердих поживних середовищах, оскільки висота шару середовища не перевищує 3-5 см.
• Вихід та активність біологічно активних речовин, тривалість процесу культивування в значній мірі залежать від штаму мікроорганізму, компонентного складу поживного середовища, кількості та якості посівного матеріалу, температури культивування, ступеня аерації культури, що росте, інтенсивності перемішування, ваго- та теплообміну. Також в процесі вирощування регулюючими параметрами є температура, вологість середовища та повітря, вміст СО₂ та О₂ у газовій фазі. Отже, дуже важливе значення має вибір ростильної установки та допоміжного обладнання.
• 1. Теоретична частина
• Ростильні установки - це обладнання, яке використовують для культивування мікроорганізмів - продуцентів біологічно активних речовин на твердих поживних середовищах.
• Культивування мікроорганізмів на твердих середовищах має ряд переваг порівняно з культивуванням на рідких поживних середовищах. Так, швидкість біосинтезу ферментів в 5-8 разів вища, крім того, отримана культура має вологість 40-50% (у глибинній культурі - 80-95%), що дає можливість економити значні енергоресурси при висушуванні. Однак до сьогоднішнього часу спосіб культивування мікроорганізмів на твердих поживних середовищах не знайшов широкого промислового застосування через відсутність достатньо надійних механізованих ростильних установок.
• Вихід та активність біологічно активних речовин, тривалість процесу культивування в значній мірі залежать від штаму мікроорганізму, компонентного складу поживного середовища, кількості та якості посівного матеріалу, температури культивування, ступеня аерації культури, що росте, інтенсивності перемішування, ваго- та теплообміну.
• Досить важливе значення має вибір типу ростильної установки та допоміжного обладнання для забезпечення всіх технологічних вимог.[1]
• 1.1 Класифікація обладнання для культивування мікроорганізмів на твердих поживних середовищах
• Для вирощування мікроорганізмів на твердих поживних середовищах застосовуються наступні конструкції ростильних установок:
• 1) камерні ростильні установки з горизонтально розміщеними перфорованими кюветами;
• 2) механізовані ростильні установки з вертикально розміщеними перфорованими кюветами;
• 3) стрічково-конвеєрні установки циклічної та безперервної дії;
• 4) вібраційні установки;
• 5) установки колонного типу;
• 6) ростильні установки барабанного типу.
• 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.[2]
• 1.2 Камерні ростильні установки з горизонтально розміщеними перфорованими кюветами
• У виробничих умовах для поверхневого вирощування культур грибів в кюветах застосовуються ростильні камери, кількість яких залежить від добової продуктивності підприємства по сухій культурі гриба. Наприклад, при продуктивності 1 т/добу необхідно 3-4 ростильні камери. Для заводів продуктивністю 10 т/добу кількість ростильних камер становить 30-40.
• Ростильна камера являє собою прямокутне герметизоване приміщення з розмірами 10000 Ч 2800 Ч 2100 мм з двома дверима, одні з яких з'єднані з завантажувальним, а інші - з розвантажувальним коридором. Всередині камери з однієї сторони є повітропроводи, а з іншої - повітропроводи для видалення відпрацьованого повітря. Площа камери розрахована на одночасне завантаження 18-20 етажерок з 9-10 кюветами на кожну сторону, що в перерахунку на повітряно-сухі висівки становить 700 кг. Відстань між полицями приймається рівною 80-100 мм. Етажерки встановлюють у камері широкою стороною так, щоб між ними був вільний прохід для обслуговування шириною 1000-2000 мм та відстань від стінок дорівнювала 300-200 мм.
• Індивідуальні кондиціонери, розміщені над ростильними камерами, подають в камери повітря температурою 22-32?С та відносною вологістю 96-98%. Повітря рециркулює з додаванням 10% свіжого повітря від головного кондиціонера. Завантажувальні та розвантажувальні коридори ростильних камер повинні бути ізольовані від сусідніх приміщень. Це досягається за допомогою притічно-витяжної вентиляції при кратності обміну повітря до 8 та ретельній очистці повітря, яке видаляється, від спор.
• Вирощування виробничої культури у ростильних камерах використовувалось на початкових етапах розвитку виробництва ферментних препаратів. Спроби створити механізовані ростильні установки з горизонтально розміщеними кюветами не дали позитивних результатів, так як вони мають малу ємність та малу продуктивність.[3]
• 1.3 Механізовані ростильні установки з вертикально розміщеними кюветами
• До механізованих ростильних установок з вертикально розміщеними кюветами відносяться:
• - ростильна камера з роз'ємними касетами та автоматичним вивантаженням;
• - ростильна установка Соловйова;
• - механізована лінія для вирощування культур грибів.
• Ростильна установка конструкції Соловйова.
• Камера цієї установки являє собою прямокутну металічну ємність, закріплену на опорах за допомогою пружних зв'язків. Зверху вона закривається відкидною кришкою, а знизу - відкидним днищем. Всередині камери через кожні 50 мм розміщені вертикальні перфоровані касети з двома стінками, через які подається повітря. Комірки вертикального каналу, що утворюються між касетами, і є кюветами. Вони мають сітчасте днище, яке перешкоджає пересипанню середовища при завантаженні. Камера оснащена штуцерами для підводу пари, води та відводу конденсату. До камери прикріплений дебалансний вібратор для вивантаження культури гриба.
• Контроль та реєстрація температури ведуться за допомогою контактного термометра, встановленого в одному з ростильних каналів та з'єднаного з приводом вентилятора через пускове реле, яке автоматично вмикає та вимикає вентилятор.
• Суттєвими конструктивними недоліками ростильних установок з вертикальними кюветами є мала продуктивність, деформація камер та труднощі при вивантаженні вирощеної культури гриба з кювет, недостатня герметизація при вивантаженні та великі витрати повітря на відведення фізіологічного тепла.[4]
• Механізована лінія для вирощування культур грибів.
• На основі ростильних камер з роз'ємними касетами розроблена, змонтована та експлуатується технологічна лінія для механізованого вирощування та отримання очищених ферментних препаратів потужністю 50- 300 умовних т на рік в залежності від типу препарату, що випускається.
• Лінія складається з відділів підготовки поживного середовища, вирощування, екстракції, осадження, виділення та сушки, стандартизації та фасування препарату із ступінню очистки П10х. Найбільш важливими стадіями технологічної лінії є підготовка поживного середовища та вирощування культури гриба, що складається з двох технологічно незалежних потоків (мал. 1). В кожному потоці є стерилізатор, змішувач, 9 ростильних камер, розміщених в закритому тунелі з рельсовою системою 15 для послідовного переміщення камер від однієї технологічної операції до іншої.
• Мал. 1. Відділення вирощування поверхневої культури: 1 - поворотний круг; 2 - штовхач; 3 - розрівнювач; 4 - лоток завантаження; 5 - стіл завантаження; 6 - стерилізатор камер; 7 - штовхачі; 8 - мийка камер; 9 - стіл вивантаження; 10 - камера вирощування; 11 - кінцевий вимикач; 12 - транспортер; 13 - ростильна камера; 14 - болти кріплення; 15 - рейка.
• Після завантаження в стерилізатор відповідної кількості води та розчину сульфату амонію середовище перемішують та виконують стерилізацію середовища у автоматичному режимі. Потім середовище передається до стерильного змішувача, куди потрапляють стерильна суспензія посівної культури у кількості 0,1-0,8% від маси поживного середовища.
• Після перемішування протягом 3-5 хв. люк змішувача автоматично відчиняється та середовище перевантажується у підготовлену стерильну ростильну камеру 13 з роз'ємними касетами, що встановлена під змішувачем на столі завантаження 5 відділу вирощування. Середовище потрапляє в стерильну камеру через рухомий відкритий лоток конусоподібної форми, який розподіляє її по 28 касетам. Ущільнення середовища в каналах проходить при вібрації камери, після чого вона по рельсовому шляху автоматично транспортується в тунель камери вирощування 10 однієї з поточних ліній.
• Відділ вирощування оснащений двома аераційними дев'ятимісними камерами вирощування 10, розміщеними паралельно, двома вузлами завантаження 3 і 4, вузлом розвантаження 9, подрібненням культури, мийки 8 та стерилізації камер 6. Всі вузли з'єднані між собою рельсовими шляхами 15 з поворотними кругами 1 та транспортуючими системами: п'ятьма цепними транспортерами та гідравлічними штовхачами 2. Транспортування камер від одного вузла до іншого виконується автоматично.
• Тунель камери вирощування розділено на три ділянки: перша розрахована на розміщення шести послідовно розміщених ростильних камер 13, друга - на дві камери і третя - на одну. Ділянки камери вирощування герметизують пневматичними отворами з резиновим ущільненням. Кожна ділянка оснащена двома протилежно розміщеними дифузорами, калориферами та вентиляторами по замкнутій циркуляційній схемі. Кожні 3 години в тунель потрапляє завантажена ростильна камера, а попередня автоматично зсувається на наступну ділянку. Таким чином в тунель камери вирощування подається дев'ять ростильних камер.
• На перших ділянках в період лаг-фази, коли відбувається проростання спор (тривалість 16-18 год.), в камерах підтримується температура 33-35?С, в період активного росту (тривалість 16 годин) інтенсивність повітряного потоку збільшується, що забезпечує відведення тепла та газоподібних продуктів метаболізму при збереженні температури середовища 35 - 36?С. На третій ділянці вирощування в стадії накопичення ферментів система аерації розрахована на підтримку оптимальної температури на рівні 32-34?С. Температура повітря на кожній ділянці регулюється автоматично по заданій програмі.
• По закінченню циклу вирощування ростильна камера 13 виводиться гідроштовхачем 7 з тунелю та подається до столу вивантаження 9. Вмикається механізм переміщення камери на столі вивантаження та відбувається переміщення камери на один крок, рівний ширині касети. Важелі дна касети та важелі роз'єму касети при цьому повертаються, і штовхач виштовхує вирощену культуру з касети на першу ступінь подрібнення. Після вивантаження ростильна камера рухається по рельсовому шляху на вузол мийки, де відбувається її механічна очистка сильним струменем води, та потрапляє до стерилізатора камер, що являє собою горизонтальний циліндр з двома кришками, які протилежно відкриваються. Кришки загерметизовані за допомогою гідрозатискачів.
• Після стерилізації ростильна камера охолоджується, підсушується стерильним повітрям та автоматично подається на стіл вивантаження, після чого технологічний цикл повторюється.
• Механізована технологічна лінія підвищує технічний рівень та культуру виробництва, знижує споро- та пиловиділення. Однак вона займає велику площу для встановлення транспортних систем та ростильних камер, має малу продуктивність, використовує багато металу та енергії.[1]
• 1.4 Установки для статично-динамічного вирощування культур
• В умовах великотоннажного виробництва одинична потужність обладнання повинна бути суттєво збільшена. Крім того, необхідно створювати стаціонарні установки з метою забезпечення герметизації всіх технологічних операцій, зниження питомих площ та об'ємів.
• Метод статично-динамічного поверхневого вирощування культур грибів полягає в тому, що середовище певний заданий час перебуває в нерухомому (статичному) стані, а потім періодично підлягає примусовому рухові, розпушуванню та перемішуванню (динамічні умови). При цьому способі необхідність застосування кювет повністю відпадає.
• Стерильне поживне середовище, змішане з посівною культурою, завантажується на першу поличку стрічки секційної камери вирощування. В камеру подається повітря, попередньо змішане з насиченою водяною парою або конденсоване. Кількість повітря та водяної пари встановлюється з таким розрахунком, щоб в статистичній зоні температура пароповітряної суміші, що подається, дорівнювала 32-35?С, а відносна вологість - 96-98%. Тривалість витримування засіяного середовища на поличці встановлюється в залежності від кількості полиць у камері. При цьому загальна тривалість перебування культури, яка росте, на всіх поличках повинна бути рівною тривалості процесу вирощування культури (від 24 до 48 годин). Через рівні проміжки часу продукт механічно висипається з полички на поличку. Верхні полички використовуються для першої фази вирощування, середні - для другої та нижні - для третьої. Таким чином, засіяне поживне середовище, пересипаючись з полички на поличку, проходить усі етапи росту.
• Завантаження нових порцій поживного середовища на верхню поличку камери виконується з інтервалом, рівним тривалості перебування середовища на кожній поличці камери. Такий спосіб дозволяє максимально використовувати корисний об'єм камери, інтенсифікувати процес та облегшити умови праці. При пересипанні з полички на поличку середовище розрихлюється, що інтенсифікує процеси аерації, відводу газоподібних продуктів метаболізму та отримання культури високої активності. Покращуються також умови теплообміну, що дозволяє зменшити витрати повітря для відводу фізіологічного тепла, яке виділяється культурою.
• Вирощування культур мікроорганізмів статично-динамічним способом можливо здійснювати в установках поличного, стрічкового та інших типів. [5]
• До установок для статично-динамічного вирощування культур відносяться:
• - ростильна установка типу ВИС-42-Д;
• - конвеєрна ростильна установка типу 4Г-КСК.
• Конвеєрна ростильна установка типу 4Г-КСК.
• Обладнання парових конвеєрних сушок КСК, як і сушок ВИС, дозволяє без суттєвих конструктивних змін пристосувати їх до періодичного або безперервного поверхневого вирощування грибних культур.
• Установка типу КСК (мал. 2) являє собою металеву шафу, всередині якої розміщені 4-5 гілки стрічок сітчастого транспортера, виконаних з нержавіючої сталі з комірками 2 Ч 1,5 мм та натягнутих на два барабани. Розміри транспортерних стрічок залежать від типу сушки. Кожна стрічка має або індивідуальний, або загальний привід з варіатором швидкості, який змінює швидкість стрічки від 0,14 до 1,0 м/хв.
• Над транспортерними стрічками встановлюються зрівнюючі планки, які дозволяють розподілити поживне середовище рівним шаром висотою від 30 до 100 мм. Для розпушування середовища над верхніми стрічками встановлені вали з лопатками у вигляді голок, які обертаються по напрямку руху стрічок. Розпушування виконують при перевантаженні середовища з верхньої стрічки на нижню. Під холостими гілками транспортерних стрічок розміщені очищувачі - вали з лопатками, до яких прикріплені резинові стрічки, що обертаються протилежно до руху стрічок. У проміжку між гілками транспортерних стрічок встановлені парові калорифери.
• Мал. 2. Ростильна стрічково-конвеєрна установка типу 4Г-КСК: 1 - вентилятор; 2 - фільтр Рекка; 3 - бактеріальний фільтр; 4 - кондиціонер; 5 - ростильна камера; 6 - сітчаста стрічка; 7 - розпушувач; 8 - калорифери; 9 - повітропровід для підсосу повітря; 10 - стерилізатор; 11 - тічка; 12 - транспортер.
• Гаряча вода для кожного ярусу калориферів першої та другої зон вирощування готується у спеціальних баках, які повинні бути оснащені пристроями для регулювання та контролю температури. Температура води, що подається в калорифери під першою (верхньою) та другою гілками стрічок, повинна бути 35-40?С, під третьою та четвертою - 26-30?С. Калорифери п'ятої гілки стрічок можуть обігріватися відпрацьованою гарячою водою з верхніх ярусів. Калорифери також мають штуцери для підводу пари, необхідної для нагрівання установки при мийці, сушці та стерилізації. У ростильній камері утворюються три зони: верхня (перша) зона, з температурою середовища 32 - 35?С, середня (друга) зона з температурою 30?С, де здійснюється відведення фізіологічного тепла, що виділяється культурою, та нижня (третя) зона з температурою до 28?С.
• Установка повинна бути повністю герметизована та змонтована в уособленому герметичному та стерильному приміщенні. Над установкою монтують витяжний зонт з витяжною трубою висотою 5-10 м для подачі та видалення повітря. На подавальній та витяжній лініях повітря встановлюють фільтри для його бактеріальної очистки.
• Стерильне поживне середовище подається на верхню стрічку нахиленим транспортером, що герметично закривається, або самопливом із стерилізатора, розміщеного над стерильною установкою. Кількість повітря складає до 1000 м³ на 1т культури гриба. Після завантаження засіяного поживного середовища на верхню гілку транспортера привід стрічки вимикається та середовище витримують протягом 9 годин. Потім вона транспортується на наступну гілку стрічки при одночасному розпушуванні маси і також витримується 9 годин. В цей час на верхню гілку подається нова порція середовища. Таким чином, кожні 9 годин середовище перевантажується на нижчу гілку транспортера та через 36 годин вивантажується у вигляді готової культури гриба.
• По закінченню циклу вирощування ростильний агрегат миють гарячою водою та стерилізують гарячим повітрям при температурі 120-130?С протягом 2-3 години, після чого технологічний цикл повторюється.
• При висоті шару середовища 50 мм на одну гілку транспортера сушки 4Г- КСК- 90 можна завантажити 600-700 кг поживного середовища (270-300 кг в перерахунку на повітряно-сухі висівки).[6]
• 1.5 Вібраційні ростильні установки
• В промисловості використовуються установки, основані на динамічному методі вирощування культур грибів у безперервно рухомому вібраційному шарі. Сутність способу полягає в тому, що стерильне поживне середовище, змішане з посівною культурою, в процесі вирощування підлягає вібраційним коливанням з одночасним переміщенням у безперервному потоці. Під дією високочастотних коливань у межах 10-17,5 Гц поживне середовище, що знаходиться на органі, який транспортується, набуває специфічних властивостей: стає більш рухомим, зменшується коефіцієнт внутрішнього тертя, та знижується опір переміщенню. Коливальні імпульси передаються шару середовища, яке транспортується, і воно переходить у зважений стан.
• Режим вібраційного транспортування характеризується безперервними відновленнями поверхневого шару: частину шляху середовище здійснює в контакті з поверхнею органу, що несе вантаж, потім відділяється від неї, а через деякий час знову падає. В результаті середовище інтенсивно перемішується. Кожна частинка середовища знаходиться у безперервному русі протягом 36 годин, при цьому окремі дрібні частинки середовища піддаються інтенсивній аерації, що в тисячу раз збільшує активну поверхню середовища порівняно зі статичним кюветним способом вирощування.
• Фізіологічне тепло, яке виділяється культурою в процесі активного росту, відводиться водою, в результаті чого витрати конденсованого повітря скорочуються з 20000 до 500 м³ на 1 т культури.
• Застосування вібрацій дозволяє інтенсифікувати процеси масо - та теплообміну мікробіологічного синтезу, механізувати всі технологічні операції, підвищити активність культури та організувати високоефективний процес.
• Вібраційна установка може бути як горизонтальною, так і вертикальною.
• Вібраційна установка гвинтового типу безперервної дії продуктивністю 3,5 т/добу (мал. 3) складається з вібростерилізатора та чотирьох послідовно з'єднаних герметизованих вертикальних вібраційних конвеєрів лоткового типу 7. Ростильною частиною установки є перші три конвеєра, які складають відповідно першу, другу та третю зони росту; четвертий призначений для сушки культури. Кожний віброконвеєр оснащений індивідуальним приводом з дебалансовими вібраторами.
• Стерильне засіяне середовище з вібростерилізатора 3 потрапляє в приймальний лоток 6 першого віброконвеєра та під впливом віброімпульсів переміщується знизу вверх. Швидкість руху середовища по лоткам віброконвеєрів складає 2-3 мм/с, а діаметр та число витків всіх віброконвеєрів розраховані таким чином, щоб середовище знаходилося у безперервному русі протягом всього процесу росту. З верхнього лотка першого віброконвеєра середовище по трубі потрапляє до нижнього приймального лотка другого віброконтейнера. Конструктивно другий віброконтейнер відрізняється від першого лише тим, що його лотки оснащені водяною сорочкою для відводу тепла, яке виділяється у період активного росту культури. Для відводу продуктів життєдіяльності мікроорганізмів у другий віброконтейнер подається конденсоване повітря. З верхнього лотка другого віброконтейнера середовище потрапляє по трубі у нижній приймальний лоток третього віброконтейнера.
• З верхнього лотка третього віброконвеєра вирощена культура гриба по трубі потрапляє у нижній приймальний лоток четвертого конвеєра на сушіння. У сорочку лотків подають воду температурою 70?С та додатково підводиться повітря температурою 70-80?С. Вирощена та висушена культура гриба вивантажується, а повітря після бактеріальної очистки видаляється.
• Мал. 3. Установка ростильна автоматизована гвинтового типу безперервної дії: 1 - рама для бункера; 2 - бункер для висівок; 3 - вібростерилізатор; 4 - вібропривід; 5 - стерилізатор; 6 - патрубок для подачі стерильного поживного середовища; 7 - I гвинтовий віброконвеєр; 8 - привід; 9 - трубопровід подачі середовища на II віброконвеєр; 10 - трубопровід подачі середовища на III віброконвеєр; 11 - трубопровід подачі середовища на IV віброконвеєр.
• Стерильне конденсоване повітря, необхідне для аерації у кількості 500-1800 м³ на 1 т культури, подається кондиціонером.[8]
• 1.6 Установки колонного типу
• - механізована установка для отримання посівної культури;
• - установка для безперервного вирощування грибних культур;
• - апарат для вирощування мікроорганізмів конструкції ВНИИбіотехніки;
• - апарт для вирощування мікроорганізмів пластинчатого типу.
• 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: 1 - люк для вивантаження; 2 - оборотні осі; 3 - опора; 4 - колектор підводу стерильного повітря; 5 - охолоджуючі змійовики; 6 - лопатка вала; 7 - колектор відводу відпрацьованого газу; 8 - кришка; 9 - штуцер для манометра; 10 - штуцер; 11 - повітряник; 12 - шестерня приводу вала; 13 - вал; 14 - люк для завантаження; 15 - корпус; 16 - перфоровані пластини; 17 - сорочка
• 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]
• 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.
• Мал. 5. Апарат для вирощування мікроорганізмів: а - загальний вигляд; б - перемішуючий пристрій; в - вертикальний розріз.
• 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 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).
• 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 приводиться в рух від приводу, що складається з двохступінчастого редуктора і двохшвидкісного електродвигуна потужністю 15 кВт з частотою обертання вала 900-1800 хв^-1.
• Мал. 6. Установка для вирощування культур грибів барабанного типу фірми «Валерштейн» (США): 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.
• 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.
• культивування мікроорганізм гриб
• 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.