Процесс ферментации проводят в специальных аппаратах называемых ферментатами.
- Наиболее распространенный ферментатор – это аппарат с механическим перемешиванием и барботером для повода воздуха.
- Разработаны самовысасующие воздух мешалки. В таких мешалках осуществляется перемешивания с одновременной подачей воздуха для аэрации жидкости. Внутри турбины мешалки внутри полость с кольцевым соплом, соединенная с каналом, подводящим воздух. При вращении мешалки внутри турбины создается разрежение, в результате воздух из атмосферы засасывается во внутреннюю полость мешалки и диспергируются в ферментационной жидкости.
Выделение готового продукта происходит в сепараторах в жидком виде с последующей сушкой в распылительных сушилках.
Расчет ферментаторов данного типа сводится к определению расхода воздуха, теплоты и затрат мощности на перемешивание культуральной среды.
Влияние перемешивания на массообменные процессы проявляется с увеличением коэффициента массоотдачи и поверхности контакта фаз. Поэтому для оценки качества перемешивания в таких случаях целесообразно пользоваться объемным коэффициентом массоотдачи:
Кv = Ka.
где а – удельная поверхность контакта фаз, м2/м3.
Коэффициент массоотдачи К, отнесенный к поверхности контакта фаз, обычно определяют из критериальных уравнений:
.
- диф. кр. Nu.
где С – постоянная;
i – показатель степени;
ρж – плотность дисперсионной фазы, кг/м3;
σж – поверхностное натяжение, Н/м;
μф, μж – динамическая вязкость дисперсной и дисперсионной фаз, Па ∙ с.
Для массообмена в системе газ-жидкость применительно к процессам культивирования микроорганизмов, уравнение массопередачи при перемешивании турбинными мешалками имеет вид:
где φ – относительное содержание дисперсной фазы.
Тепловой расчет.
Для подержания требуемой температуры процесса при культивировании микроорганизмов, необходимо отводить не только теплоту биохимических процессов, но и теплоту, образующуюся в результате диссипации механической энергии при перемешивании.
Тепловая нагрузка поверхности охлаждения:
где Nv – удельная мощность, кВт/м3
Vp – объем жидкости, м3;
qVt – удельная скорость массопередачи.
Средний температурный напор:
Коэффициент теплопередачи:
, Вт/м2∙К
Поверхностное охлаждение:
Высота (т.е. на боковой поверхности аппарата в его рабочей зоне):
.
