- Ảnh hƣởng của chiều cao tháp:
3.2.2Trình tự nghiên cứu một fermentor
Để thiết kế một fermentor mới nhằm thực hiện một số biến đổi sinh hóa theo yêu cầu nào đó, trƣớc hết cần nghiên cứu hệ vi sinh theo trình tự sau:
Nghiên cứu động học vi mô:
Ở giai đoạn này cần xác định các đặt trƣng sinh hóa, hóa lý... của quá trình ở mức độ vi mô. Nhiệm vụ cơ bản của giai đoạn này là: lựa chọn phƣơng pháp nuôi cấy hiệu quả, tối ƣu hóa môi trƣờng và nghiên cứu động học vi sinh
Nhiệm vụ này chỉ thực hiện nhanh nhất khi ứng dụng các kỹ thuật tính toán hiện đại, nhờ kết quả khảo sát nhanh cơ chế xảy ra trong quá trình sinh tổng hợp, đánh giá các hằng số động học và lựa chọn thành phần tối ƣu của môi trƣờng dinh dƣỡng.
Nghiên cứu động học vĩ mô:
Nhiệm vụ cơ bản của giai đoạn này là nghiên cứu mô hình toán học của quá trình ở điều kiện gần với điều kiện công nghiệp và xác định các đặc trƣng cơ bản nhằm xác định các điều kiện tối ƣu cho thiết bị. Đó là:
- Lựa chọn kết cấu thích hợp cho fermentor
- Tính toán các kích thƣớc cơ bản trong thiết bị (đƣờng kính, chiều cao, kích thƣớc các cửa, ống...)
Giai đoạn này cần đƣợc kiểm tra bằng thực nghiệm để rút ra những kết luận cuối cùng áp dụng cho thiết bị công nghiệp nhằm tối ƣu hóa nó.
Tổng hợp hệ công nghệ vi sinh:
Cần lựa chọn những cấu trúc thích hợp liên hệ giữa các phần tử của hệ và thực hiện kế hoạch kiểm tra sự hoạt động của thiết bị trong điều kiện sản xuất công nghiệp. Nhìn chung, tổng hợp hệ công nghệ vi sinh là một việc làm rất khó thực hiện bởi quá trình rất phức tạp, nhiều khi không thể đơn giản hóa đƣợc để tiến hành trên máy tính.
Xây dựng các mô hình toán học cho fermentor:
Đây là một việc làm rất phức tạp, hiện nay chƣa thể giải quyết nhiệm vụ này một cách đầy đủ, bởi vì nhiều quá trình không thể miêu tả đầy đủ và vững chắc các quá trình xảy ra trong đó.
Những bƣớc cụ thể để tiến hành thiết kế một fermentor:
- Lựa chọn chủng vi sinh vật thích hợp, chủng nào ở mức độ đáng kể quyết định pha phát triển (sự tạo thành sản phẩm, vùng pH và nhiệt độ làm việc, sự thông khí và cung cấp khả năng dự đoán các ảnh hƣởng có thể có của khả năng nhiễm khuẩn).
- Lựa chọn cấu trúc thích hợp trong số các cấu trúc có thể có (dạng ống, dạng thùng có cánh khuấy, dạng tầng sôi...)
- Xác định kích thƣớc đặc trƣng của fermentor (thể tích, đƣờng kính...); xác định các thông số làm việc (nồng độ các cấu tử, nhiệt độ, độ pH...); thời gian tiến hành quá trình (nếu là quá trình gián đoạn)
- Lựa chọn bề mặt truyền nhiệt, dạng và kích thƣớc khuấy trộn - Xác định mức độ thông khí và công suất cần thiết
- Giải quyết các vấn đề vật liệu, xây dựng kết cấu để duy trì điều kiện vô khuẩn cho quá trình
- Lựa chọn các công cụ đo và kiểm tra, khống chế và điều khiển quá trình - Giải quyết cấu trúc và các thành phần để đảm bảo sự vận hành an toàn