Высокоэффективный эрлифтный ферментер: принципы и цели

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. Характеристики эрлифтного ферментера

• По сравнению с ферментерами с механическим перемешиванием, аэролифтный ферментер позволяет сэкономить 70%-80% электроэнергии и снизить производственные затраты.
• Ферментер Airlift не имеет уплотнительного устройства, не протекает, и в оборудовании нет мертвых зон. Стерилизация полностью снижена. Возможность бактерий значительно снижена, а надежность стерильной работы высока.
• Высокая эффективность аэролифтного ферментера и эффективность передачи кислорода позволяют удовлетворить потребность в ферментационном производстве различных кислородсодержащих микроорганизмов в любом регионе и времени года.
• Механическое усилие сдвига ферментера-аэрлифта наносит меньше вреда микроорганизмам. Кроме того, его растворенный кислород достаточно и своевременно удаляется, обеспечивая хорошую среду для роста микроорганизмов, что может эффективно способствовать метаболизму, ускорять накопление продукта, увеличивать производительность и скорость конверсии продукта.
• Ферментеры с воздушным подъемом легче достичь масштабности и автоматизации по сравнению с другими ферментационными емкостями. Объем оборудования может быть от 20 л до 200 кл. Нет никаких сложностей в изготовлении, установке, эксплуатации и обслуживании. Факторы управления оборудованием также меньше, чем у смесительного бака, что легко обеспечивает автоматизированное управление.
• Аэролифтный ферментер также отличается низким уровнем шума при работе, высокими коэффициентами установки и практически не требует технического обслуживания.

 

Конечно, ни один биологический ферментер не идеален, и у него есть некоторые недостатки:

• Из-за влияния конструкции резервуара самого аэролифтного ферментера, требуемый для работы расход воздуха очень велик.
• По сравнению с ферментером с механическим перемешиванием, смешивание и контакт в ферментере с воздушным подъемом плохие. Для продуктов ферментации с высокой вязкостью он не может эффективно гарантировать равномерное смешивание газовой жидкости.
• При изменении органического тела и условий функционирования цикла количество субстратов, питательных веществ и кислорода не может быть постоянным;
• Смешивание и вентиляция являются проблемой сопряжения, то есть трудно улучшить смешанную ситуацию без изменения вентиляции.

Поэтому, в сочетании с многолетним опытом реконструкции биологических ферментеров, мы считаем, что новый тип ферментера с воздушным подъемом подходит для использования в коротком жировом типе, и целесообразно контролировать высоту прямых бочек ниже 16 м. Энергопотребление газовой системы; в то же время, новый тип энергосберегающего воздухосберегающего устройства - вращающегося потока смеси газа и жидкости используется для увеличения растворимого кислорода в ферментируемом резервуаре. Таким образом, ферментер с воздушным подъемом может быть использован в полной мере.

2. Принцип работы аэролифтного ферментера

Существует много типов эрлифтных биореакторов. Распространенный эрлифтный циркуляционный, пузырьковый, воздушно-струйный и т. д. Круговой эрлифтный ферментер делится на внутреннюю циркуляцию и внешнюю циркуляцию. Биологическая ферментационная промышленность использовала большое количество эрлифтных ферментеров, включая газлифтные внутренние циркуляционные бродильные чаны, газожидкостные двухструйные газосветные бродильные чаны и башенные бродильные чаны с несколькими слоями распределенных досок. Барботажный резервуар является самым примитивным вентиляционным бродильным резервуаром. Конечно, в барботажном реакторе нет отводного ствола, поэтому основной ориентационный поток жидкости не контролируется.

Проще говоря, принцип работы эрлифтного биореактора заключается в распылении стерильного воздуха через воздухораспределительное устройство в ферментированном ферментационном растворе. Ферментационный раствор с небольшим содержанием газа опускается, образуя круговой поток для получения смешанного и растворенного кислорода.

3. Назначение аэролифтного ферментера

Аэролифтные биореакторы представляют собой башенные реакторы для крупномасштабного аэробного культивирования, в которых перемешивание культурального бульона осуществляется с помощью подаваемого газа через эрлифтный насос.Применение эрлифтного ферментера имеет долгую историю. Это устройство может широко использоваться в процессах ферментации антибиотиков, аминокислот, ферментов, витаминов, органических кислот и других кислородных процессах.

В настоящее время в стране в основном используются эрлифтные биореакторы для производства глутаминовой кислоты, антибиотиков, оле, гликозилированных ферментов и лимонной кислоты. Объем оборудования достиг 140 000 л. После ввода в эксплуатацию достигнуты весьма существенные экономические выгоды. Воздух, необходимый для ферментации, течет внутри и снаружи статического гибридного компонента, приводя в движение циркуляцию ферментационной жидкости и способствуя зарядке и смешиванию газа и жидкости.

С точки зрения химикатов, эрлифтные ферментеры могут использоваться для проведения реакций воздух-жидкость, газ-жидкость-твердое тело.

С точки зрения охраны окружающей среды его можно использовать для очистки сточных вод.

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.

 

Однако время циклирования в кольцевой трубе в кольцевой трубе необходимо определять в соответствии с типом обученных микроорганизмов и скоростью потребления кислорода. Если оно не контролируется должным образом, это серьезно повлияет на жизнеспособность микроорганизмов и снизит производительность ферментации.

Поэтому мы продолжим изучать структуру оптимизации ферментера с воздушным лифтом, чтобы с нетерпением ожидать его появления на рынке и привнесения новых сюрпризов в отрасль биологических ферментеров.