El fermentador de aire altamente eficaz: principios y propósitos

Airlift fermenter is a new type of biological fermenter that began to develop and applied at the end of the last century. The informal mixing structure of this device can minimize the yield of bacteria, and also reduce the mechanical shear power， especially for various fungi of the mycelium. The gas -improved gas -liquid hybrid has greatly improved the transmission and utilization of oxygen, which is especially suitable for high viscosity medium and products with high soluble oxygen.

The airlift bioreactor can also design two cycle methods: internal circulation and external circulation according to the user requirements. It can also be derived from design and manufacturing light bioreactors, which are widely used in the cultivation of optical bacteria and algae. This article mainly takes you to understand the characteristics, working principles and various purposes of the airlift fermenter.

1. Características del fermentador airlift

• En comparación con los tanques de fermentación con agitación mecánica, el fermentador de transporte aéreo puede ahorrar 70%-80% de electricidad y reducir los costos de producción.
• El fermentador de elevación por aire no tiene dispositivo de sellado, no tiene fugas y no hay zonas muertas en el equipo. La esterilización se reduce por completo. La posibilidad de que aparezcan bacterias se reduce considerablemente y la fiabilidad del funcionamiento estéril es alta.
• La alta eficiencia del fermentador de transporte aéreo y la eficiencia de transmisión de oxígeno pueden satisfacer la producción de fermentación de varios microorganismos de oxígeno en cualquier región y estación.
• La fuerza de corte mecánica del fermentador de elevación por aire tiene menos daño a los microorganismos. Además, su oxígeno disuelto es suficiente y se elimina a tiempo, lo que proporciona un buen entorno de crecimiento para los microorganismos, lo que puede promover eficazmente el metabolismo, acelerar la acumulación de producto, aumentar la tasa de producción y la tasa de conversión del producto.
• El fermentador de elevación por aire es más fácil de lograr a gran escala y de forma automatizada en comparación con otros tanques de fermentación. El volumen del equipo puede ser de 20L a 200kl. No hay ninguna dificultad en la fabricación, instalación, operación y mantenimiento. Los factores de control del equipo también son menores que los del tanque de mezcla, que es fácil de lograr con un control automatizado.
• El fermentador de elevación aérea también tiene las características de poco ruido de trabajo, altos coeficientes de instalación y básicamente ningún mantenimiento.

 

Por supuesto, ningún fermentador biológico es perfecto y existen algunas desventajas:

• Debido al impacto de la estructura del tanque del propio fermentador de transporte aéreo, el rendimiento de aire necesario para el trabajo es muy grande.
• En comparación con el fermentador de agitación mecánica, la mezcla y el contacto del fermentador de elevación aérea son deficientes. Para productos de fermentación de alta viscosidad, no puede garantizar de manera efectiva que el fluido gaseoso se mezcle de manera uniforme.
• Cuando el cuerpo orgánico y las condiciones de funcionamiento del ciclo cambian, la cantidad de sustratos, nutrientes y oxígeno no puede ser constante;
• La mezcla y la ventilación son un problema de acoplamiento, es decir, es difícil mejorar la situación de la mezcla sin cambiar la ventilación.

Por lo tanto, en combinación con el caso de muchos años de reconstrucción del fermentador biológico, creemos que el nuevo tipo de fermentador de elevación de aire es adecuado para el uso del tipo de grasa corta, y es aconsejable controlar la altura de los barriles rectos por debajo de los 16 m. Consumo de energía del sistema de gas; al mismo tiempo, se utiliza un nuevo tipo de dispositivo de ahorro de aire que ahorra aire y ahorra energía: la mezcla de flujo de rotación de gas y líquido se utiliza para aumentar el oxígeno soluble en el tanque fermentado. De esta manera, el fermentador de elevación de aire se puede utilizar en todo su potencial.

2. El principio de funcionamiento del fermentador de transporte aéreo

Existen muchos tipos de biorreactores de elevación de aire. Los más comunes son los de circulación de elevación de aire, los de burbuja, los de chorro de aire, etc. El fermentador de elevación de aire circular se divide en circulación interna y circulación externa. La industria de los fermentadores biológicos ha utilizado grandes cantidades de fermentadores de elevación de aire, incluidos los tanques de fermentación de circulación interna con elevación de gas, los tanques de fermentación luminosos de gas y líquido de doble chorro y los tanques de fermentación de torre con múltiples capas de tableros distribuidos. El tanque de burbujeo es el tanque de fermentación con ventilación más primitivo. Por supuesto, no hay un barril de desviación en el reactor de burbujas, por lo que el flujo de orientación principal del líquido no está controlado.

En pocas palabras, el principio de funcionamiento del biorreactor de elevación de aire es rociar el aire estéril a través del dispositivo de distribución de aire en la solución de fermentación fermentada. La solución de fermentación con un pequeño contenido de gas se hunde, formando un flujo circular para lograr oxígeno mezclado y disuelto.

3. El propósito del fermentador de elevación de aire

Los biorreactores airlift son reactores de torre para cultivos aeróbicos a gran escala donde la mezcla del caldo de cultivo se realiza mediante el gas insertado a través de una bomba airlift.La aplicación del fermentador de transporte aéreo tiene una larga historia. Este dispositivo se puede utilizar ampliamente en antibióticos, aminoácidos, enzimas, vitaminas, ácidos orgánicos y otros procesos de fermentación de oxígeno.

En la actualidad, los biorreactores de elevación aérea se utilizan principalmente en el país para la producción de ácido glutámico, antibióticos, aceite, enzimas glicosiladas y ácido cítrico. El volumen del equipo ha alcanzado los 140.000 l. Después de su puesta en funcionamiento, ha logrado beneficios económicos muy significativos. El aire necesario para la fermentación fluye por el interior y el exterior del componente híbrido estático, impulsando la circulación del líquido de fermentación y promoviendo la carga y mezcla de gas y líquido.

En términos de productos químicos, los fermentadores airlift se pueden utilizar para procesos de reacción aire-líquido, gas-líquido-sólido.

En términos de protección del medio ambiente, se puede utilizar para el tratamiento de aguas residuales.

4.Classification of airlift fermenters

(1) Glass airlift fermenter
Glass-based airlift fermenters are widely used in microbiology laboratories of scientific research institutes and enterprises, and are an ideal tool for precision fermentation testing. It can be applied to the screening of medium formulations for biological fermentation culture, the optimization of fermentation process parameters, and the verification of production processes and strains.
Specifications are usually: 5L, 7L, 10L; Air flow agitation, small shear force; The observation is clear; It is suitable for microbial reactions with microbial cells as the purpose product, macrofungal fermentation, and can also be used for some microbial metabolic reactions that do not require high dissolved oxygen. There are two alternative structural forms: internal circulation and external circulation.

 

(2) Stainless steel airlift fermenter
Unlike glass fermenters, stainless steel fermenters are usually more complex in structure and are widely used in large-scale industrial production, such as pharmaceutical, food, chemical and other fields. Suitable for all types of fermentation processes, including aerobic and anaerobic fermentation. It can meet the requirements of different fermentation processes, and can carry out the cultivation of a variety of microorganisms and the production of metabolites.

(3) Industrial airlift fermenter
The industrial airlift fermenter is a kind of bioreactor widely used in large-scale industrial fermentation production, and in the pharmaceutical industry, it is used to produce antibiotics, vaccines, biological drugs, etc.; In the food and beverage industry, it can be used for fermentation to produce amino acids, vitamins, enzyme preparations, alcohol, etc.; In the chemical industry, it is used for the production of organic acids, biopolymers, etc. For example, glutamate fermentation, penicillin fermentation, etc., are commonly used in airlift fermenters for large-scale production.

 

For the current society with a strong concept of “energy conservation”, coupled with the rapid development of the fermentation industry, the airlift fermenter will gradually become the “king of the tank” of the biological fermenter. Because of its simple structure, easy to manufacture, simple operation and maintenance, there is a high solution -oxygen rate and soluble oxygen efficiency, good heat transfer, small shear force, low damage to biological cells, low power consumption, etc. It can bring more profits to the fermentation industry.

 

Sin embargo, el tiempo de ciclado en el tubo circular debe determinarse de acuerdo con el tipo de microorganismos entrenados y la tasa de consumo de oxígeno. Si no se controla adecuadamente, afectará gravemente la vitalidad de los microorganismos y reducirá la tasa de producción de la fermentación.

Por lo tanto, continuaremos explorando la estructura de optimización del fermentador de elevación de aire, con el fin de esperar obtener mejores resultados en el mercado, trayendo más sorpresas a la industria de los fermentadores biológicos.