Fermentationstank aus EdelstahlDas Prinzip dreht sich hauptsächlich um die drei Kerne der mechanischen Rührung, der Belüftung, der Sauerstoffversorgung und der Umweltkontrolle, die sich durch physikalische und chemische Mittel zusammenwirken, um Mikroben eine geeignete Wachstums- und Stoffwechselumgebung zu bieten, um die effiziente Synthese des Zielprodukts zu erreichen. Im Folgenden werden die konkreten Grundsätze und Punkte erläutert:
Mechanische Mischung und Gas-Flüssigkeit
Rühren Paddelwirkung:
Der Fermentationsbehälter ist mit einem mechanischen Rührsystem ausgestattet, das die Luft durch Drehen des Rührpaddels in kleine Blasen verteilt, so dass sie gleichmäßig in der Fermentationsflüssigkeit verteilt wird. Die Konstruktion des Rührpodels (z. B. Gleichlaufrad, Schräglaufrad) kann verschiedene Strömungsfeldeigenschaften erzeugen, z. B. Gleichlaufrad ist für Systeme mit hoher Viskosität geeignet, während Schräglaufrad den axialen Mischeffekt verbessert.
Blasenzerkleinerung und Sauerstoffübertragung:
Die Drehung des Rührpodels erzeugt Zentrifugalkraft, so dass die Blasen einen starken Mischstrom um das Laufrad bilden. Die Blasen werden in kleinere Größen zerkleinert, wodurch die Kontaktfläche von Gas und Flüssigkeit erheblich erhöht wird, was die Lösgeschwindigkeit und die Effizienz der Sauerstoffübertragung erhöht. Beispielsweise benötigt die Hefe bei der Biergärung ausreichend Sauerstoff für die Atemwirkung, und das Rührpad stellt sicher, dass der aufgelöste Sauerstoffgehalt den Bedarf erfüllt, indem es Blasen zerkleinert.
Kreislaufsbildung:
Der aufsteigende Fermentationstank spritzt durch die Luftdüse hohe Geschwindigkeitsblasen aus und nutzt die Differenz in der Flüssigkeitsdichte zwischen der Belüftungsseite und der nicht-Belüftungsseite, um einen Kreislauf zu bilden. Diese innere Zirkulationsmethode erfordert keine mechanische Rührung, um eine ausreichende Mischung von Flüssigkeit und Gas zu erreichen und eignet sich für die Kultur von Mikroorganismen, die auf Scherkraft empfindlich sind.
2. Luftversorgung mit Sauerstoff und sterile Kontrollprinzip
Sterile Luftversorgung:
Gute Gasfermentation (wie die Herstellung von Antibiotika) erfordert kontinuierlichen Zugang zu einer großen Menge steriler Luft. Luft gelangt über ein tiefes Belüftungssystem in den Fermentationsbehälter, zeigt den Durchfluss durch ein Glasrotor-Durchflussmesser an und überwacht den Druck durch ein Druckmesser. Das System ist mit einem hocheffizienten Desterialisierungsfilter aus Edelstahlgehäuse (Filtrationsgenauigkeit 0,01 μm) ausgestattet, um sterile Luft zu gewährleisten und Bakterien zu verhindern.
Optimierung der Sauerstoffübertragungseffizienz:
Die gemeinsame Kontrolle von Lüftungsvolumen und Rührgeschwindigkeit ist entscheidend. Beispielsweise kann der Sauerstoffübertragungskoeffizient (KLa) optimiert werden, indem die Luftmenge (max. 1,5 VVM) und die Rührgeschwindigkeit (50-600 U/min) angepasst werden, um den gelösten Sauerstoffgehalt (DO) im Zielbereich (z. B. 0-100% oder 0-200%) zu halten. Einige Fermentationsbehälter sind auch mit einem Massenstromregler ausgestattet, der eine automatische Regelung des Luftstroms ermöglicht.
Druckkontrolle und Sicherheit:
Der Druck im Tank entsteht gemeinsam durch das Einlaufgas und das Fermentierungsgas. Durch die Einstellung der Öffnung des Abgassventils wird der Tankdruck gesteuert, wobei die obere Abgassöffnung mit einem Zeigerdruckmesser konfiguriert ist, um den Druckwert anzuzeigen. Optional mit Eingangsdruckgeber und automatischem Regelventil zur präzisen Kontrolle des Tankdrucks (z. B. 0,05 MPa), um die Sicherheit des Fermentationsprozesses zu gewährleisten.
Prinzipien der Umweltkontrolle und der Regulierung des mikrobiellen Stoffwechsels
Temperaturregelung:
Der Fermentationstank ist mit einer Mantel oder einem Wärmeaustauscher ausgestattet, der die Temperatur der Fermentationsflüssigkeit durch Einleitung von kaltem oder heißem Wasser regelt. Temperatursensoren überwachen die Temperatur in Echtzeit und geben das Signal an das Steuersystem zurück. Wenn die Temperatur von den eingestellten Werten abweicht (z. B. 40-45 ° C bei der Fermentation von Milchsäurebakterien), regelt das System den Wärmeaustauschmediumsfluss automatisch, um die Temperatur im eingestellten Bereich zu halten.
pH-Wert reguliert:
Die mikrobielle metabolische Aktivität kann zu einer Veränderung des pH-Wertes der Fermentationsflüssigkeit führen. Der Fermentationstank ist mit einem pH-Sensor und einer Säure-Alkali-Additionseinrichtung ausgestattet, um den pH-Wert in Echtzeit zu überwachen und zu regulieren. Zum Beispiel erfordert die Fermentation von Antibiotika unterschiedliche pH-Werte in verschiedenen Phasen, und wenn der pH-Wert vom Einstellbereich abweicht, startet das Steuersystem automatisch die Säure-Alkali-Pumpe und fügt die richtige Menge an Säure oder Alkali hinzu, um den pH auf den Einstellwert zurückzubringen.
Lösungsauerstoff (DO) Steuerung:
Der Sauerstoffgehalt wirkt sich direkt auf den mikrobiellen Stoffwechsel aus. Der Fermentationstank erfasst den gelösten Sauerstoffwert online über die DO-Elektrode und wird in Verbindung mit der Drehzahl und dem Luftvolumen gesteuert. Wenn der DO-Wert beispielsweise unter dem festgelegten Schwellenwert liegt, erhöht das System automatisch die Rührgeschwindigkeit oder die Belüftung, um die Versorgung mit gelöstem Sauerstoff zu gewährleisten.
Ergänzungskontrolle:
Während der Fermentation müssen Nährstoffe ergänzt werden, um das mikrobielle Wachstum aufrechtzuerhalten. Die Fermentationsbehälter sind mit einer Multi-Peripheral-Pumpe ausgestattet, um einen zeitlichen Durchfluss mit Zusatzstoffen zu erreichen. Ergänzungsmengen können kumulativ angezeigt und aufgezeichnet werden, um eine genaue Versorgung mit Nährstoffen sicherzustellen.
Vier,Fermentationstank aus EdelstahlTypische Anwendungsszenarienprinzipien
Aerobiche Fermentation:
Bei der Herstellung von Antibiotika und Aminosäuren muss der Sauerstoffbedarf der Mikroben durch mechanische Rühren und Lüftung erfüllt werden. Gasaufsteigende Fermentationstanks nutzen die Blasenzirkulation für eine effiziente Sauerstoffübertragung und eignen sich für die Massenproduktion.
Anaerobe Fermentation:
Wie bei der Herstellung von Alkohol und Lösungsmitteln ist die Struktur des Fermentationstanks relativ einfach und erfordert kein komplexes Lüftungssystem. Durch eine dichte Konstruktion wird der Eintritt von Sauerstoff verhindert und eine anaerobe Umgebung gewährleistet.
Hochtemperaturfermentation:
Wie die Behandlung von Tier- und Vogelmüll, die Verwendung von Hochtemperatur-Biobiotechnologie zur Förderung des Abbaus von organischen Stoffen durch mechanische Rühren und Belüftung durch Sauerstoffversorgung. Der Fermentationstank ist mit Deodorisationsgeräten ausgestattet, um Abgasemissionen zu verarbeiten.