Курсовая с практикой на тему Ферментер с пневматичеким перемешиванием и аэрированием вместимостью 50 м3

Содержание:

Введение. 3

1.
Анализ современного оборудования аналогичного назначения и техническое
обоснование темы проекта. 5

2.
Описание ферментера с пневматичеким перемешиванием и аэрированием вместимостью
50 м3 12

3.
Расчеты, подтверждающие работоспособность конструкции проектируемого
оборудования. 14

3.1
Выбор конструкционного материала. 14

3.2
Определение габаритов аппарата. 14

3.3
Тепловой расчет аппарата. 15

3.4
Расчет времени нагрева. 17

3.5
Конструктивный расчет. 19

4.
Монтаж, эксплуатация и ремонт. 23

5.
Мероприятия по охране труда и технике безопасности при проектируемого
оборудования. 28

Заключение. 33

Список
использованной литературы.. 35

Введение:

В современном мире множество продуктов и
веществ производится из других составов с помощью микроорганизмов. Конечно же,
это происходит не само собой, а в специальных, микробиологических лабораториях.
Процесс, который осуществляют в этом случае микроорганизмы, называется
ферментацией, а прибор, в котором они находятся в это время, называется ферментер или
по-другому биореактор

При выращивании культур в жидких
питательных средах применяют специальные аппараты, в которых предусматриваются
интенсивное перемешивание среды, подвод воздуха для дыхания микроорганизмов и
отвод биологического тепла. Известны различные конструкции ферментёров.

Наибольшее распространение получили
ферментёры с механической мешалкой (применяются лопастные, турбинные и
пропеллерные мешалки) и подводом воздуха через барботер, снабженные рубашкой
или змеевиками для отвода тепла. Известны также ферментёры с пневматическим
перемешиванием, совмещенным с аэрированием.

Для подвода воздуха в культуральную среду
применяют барботеры или форсунки. Развивающиеся культуры потребляют кислород,
растворенный в жидкой среде. Интенсивность растворения кислорода зависит от
поверхности контакта газовой и жидкой фаз и длительности контакта. Оптимальные
величины этих показателей могут быть достигнуты при тонком диспергировании
воздуха, подаваемого в жидкость, и интенсивном его механическом перемешивании.

При механическом перемешивании достигается
дополнительное диспергирование пузырьков воздуха и удлиняется траектория их
движения вследствие турбулизации жидкости. Во избежание попадания в аппарат
инфекции, во время выращивания культуры в процессе работы под крышкой аппарата
избыточное давление должно составлять 0,15- 0,25 атм. Это обстоятельство
следует учитывать при выборе воздуходувной машины для подачи воздуха на
аэрирование культуры.

Целью данной работы
является исследование принципа действия и особенностей работы ферментера с
пневматическим перемешиванием и аэрированием.

Для достижения цели необходимо решить ряд задач:

— определить назначение аппарата и его особенности;

— изучить принцип действия;

— произвести расчеты, подтверждающие работоспособность
конструкции проектируемого оборудования

— назначить безопасные приемы работы с
оборудованием.

Ферментер применяется в различных областях
микробиологической и биотехнологической промышленности. Например, он широко
применяется для создания лекарств, вакцин, продуктов пищевой промышленности, а
также различных других химических соединений, использующихся практически во
всех сферах современной жизни.

Заключение:

Ферментеры, или биореакторы, представляют
собой камеры, в которых в жидкой или на твердой среде выращивают
микроорганизмы. Процесс, происходящий в ферментере, называется ферментацией.
Термин ферментация первоначально применялся только к анаэробным процессам,
однако сейчас он используется более широко и включает все процессы, как
аэробные, так и анаэробные.

Это довольно сложное техническое
сооружение, поэтому необходимо потратить некоторое время для изучения его
устройства. Не забывайте также о проблемах, возникающих при расширении
масштабов производства, которые были перечислены в предыдущем разделе. Содержимое
ферментеров во время работы, как правило, тем или иным способом перемешивается.

Например, при производстве белка
одноклеточных прутина компанией IC1 перемешивание достигается с помощью
воздуха, подаваемого с высокой скоростью со дна сосуда. Продуктом являются либо
сами клетки (биомасса), либо какой-то полезный клеточный метаболит. Все
операции должны проводиться в стерильных условиях, чтобы избежать загрязнения
культуры. Кроме того, необходимо обеспечить возможность поддержания в
стерильном состоянии всех вводных и выводных отверстий ферментера.

Ферментер и среду стерилизуют перед
использованием вместе или раздельно. Исходные культуры организма, который
должен использоваться в процессе ферментации, хранят в неактивной форме
(например, в замороженном состоянии). Пробу активируют, наращивают в достаточном
объеме с использованием асептических методов (наращивание) и затем добавляют в
ферментер (инокуляция). В ферментере организм растет и размножается, используя
питательную среду.

Обычно ферментер изготавливают из
высококачественной нержавеющей стали, так что он не подвержен коррозии и не
выделяет в среду токсичные соли металлов.
Все используемое оборудование, материалы и воздух должны быть стерильными.
Оборудование стерилизуют паром под давлением. Пар должен иметь доступ ко всем поверхностям,
которые в свою очередь должны быть гладкими и отполированными, насколько это
возможно, и не иметь трещин и неровностей, в которых могут скапливаться
микроорганизмы. Среду стерилизуют перед инокуляцией, пропуская пар через
систему охлаждения. Воздух стерилизуют путем фильтрации.

Фрагмент текста работы:

1. Анализ современного оборудования аналогичного назначения и
техническое обоснование темы проекта Ферментер предназначен для проведения
различных технологических процессов в жидких средах с динамической вязкостью не
более 7ПахС (70 Пз), с плотностью не более 2000 кг/м3, для производства вирусов
бактерий в питательных средах микробиологической промышленности.

Ферментер составляют основу
биотехнологического производства. . Масса аппаратов различна, и требования
определяются большей частью экономическими соображениями.

Ферментаторы – это герметичные
цилиндрические емкости, высота которых в 2-2,5 раза превышает диаметр. Их
изготавливают из нержавеющей стали; они снабжены мешалкой диаметром примерно 1
/3 диаметра аппарата. Рабочий объем – не более 0,7 общего объема. Свободное
пространство выполняет роль буфера, здесь накапливается пена и таким образом
предотвращаются потери культуральной жидкости.

Биореакторы укомплектовывают
измерительными приборами, регулирующими устройствами, устройствами для
пеногашения, смотровыми люками.

К биореакторам и к другому оборудованию
предъявляют следующие требования:

а) возможность использования для
культивирования разных биообъектов (бактерий, грибов, клеток растений и
млекопитающих);

б) они должны быть изготовлены из инертных
и коррозийностойких материалов;

в) эксплуатационная надежность;

г) стабильность в работе;

д) высокие экономические показатели;
эстетичность;

е) легкость в обслуживании.

Различают следующие типы
биореакторов: — по способу перемешивания и аэрации: аппараты
с механическим, пневматическим и циркуляционным перемешиванием; —
по размеру и целевому назначению: лабораторные, пилотные, промышленные;

— по режиму работы: периодические и
непрерывно действующие, периодический режим с доливом субстрата,
полупериодические, непрервно-проточные; — по условиям культивирования: аэробные и
анаэробные, мезофильные и термофильные, для глубинного и поверхностного
культивирования, аппараты для жидких питательных сред, твердофазные и
газофазные.