- Ảnh hƣởng của chiều cao tháp:
3.1.1 Khái niệm và phân loạ
Thiết bị phản ứng sinh học (hay gọi là fermentor) là thiết bị thực hiện những biến đổi sinh hóa với sự tham gia của vi sinh vật hay enzyme trực tiếp.
Trong công nghiệp vi sinh, dùng nhiều loại fermentor có cấu trúc và phƣơng thức làm việc khác nhau. Chúng đƣợc phân loại nhƣ sau:
- Theo phƣơng thức làm việc: fermentor làm việc liên tục hoặc gián đoạn
- Theo kết cấu: fermentor có hoặc không có cánh khuấy
- Theo chế độ nhiệt: fermentor đẳng, đoạn và đa biến nhiệt - Theo cấu trúc dòng: fermentor khuấy lý tƣởng, đẩy lý tƣởng... - Theo số pha tham gia: đồng thể và dị thể.
Các dạng fermentor thƣờng dùng trong lên men sinh học:
Fermentor làm việc gián đoạn
Trong các fermentor này cơ chất chỉ đƣợc nạp vào từng mẻ và tháo ra khi đã đạt độ chuyển hóa theo yêu cầu (hình 3.1). Tuy năng suất thấp, chất lƣợng sản phẩm không ổn định nhƣng do cấu tạo tƣơng đối đơn giản, dễ thao tác vận hành nên đƣợc ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp vi sinh.
Fermentor hoạt động liên tục dạng thùng có cánh khuấy
Cơ chất đƣợc đƣa vào fermentor liên tục, đƣợc khuấy trộn mãnh liệt trong đó và sản phẩm đƣợc lấy ra liên tục. Do sản phẩm ở dạng huyền phù nên khi đƣợc lấy ra liên tục sẽ cuốn vi sinh vật ra khỏi fermentor gây tổn hao chủng vi sinh vật rất lớn. Vì vậy việc sử dụng fermentor dạng này khá hạn chế (hình 3.2).
C
Cơ chất
η
Các fermentor dạng tầng sôi
Loại này khắc phục đƣợc nhƣợc điểm của loại thùng có cánh khuấy hoạt động liên tục là sự lôi cuốn vi sinh vật, trong fermentor dạng này các phần tử vi sinh vật lơ lững trong môi trƣờng lên men nhờ dòng chảy từ dƣới lên, còn lực trọng trƣờng sẽ giữ cho chúng không bị cuốn khỏi fermentor (hình 3.3).
Ở trạng thái tự nhiên, trong cơ thể vi sinh vật có khoảng 80% là nƣớc; 20%
chất khô, trong đó chủ yếu là C chiếm 51-53%; kích thƣớc vi sinh vật từ 0,5-5 μm. Do đó, chúng có khối lƣợng riêng xấp xỉ khối lƣợng riêng của nƣớc. Vì vậy, để tạo lớp tầng sôi vận tốc của dòng lỏng vào fermentor phải rất nhỏ. Điều này đôi khi không phù hợp với yêu cầu công nghệ và việc sử dụng các fermentor dạng này cũng gặp hạn chế.
Fermentor dạng ống
Có dòng chuyển động của các tác nhân phản ứng trong fermentor là chuyển động piston, trái ngƣợc trong fermentor dạng tầng sôi và dạng thùng có cánh khuấy hoạt động liên tục có quỹ đạo chuyển động là ngẫu nhiên (hình 3.4). Cơ chất Cơ chất Cơ chất (01) (02) (03) (01) (02) (03) C t
Hình 3.2. Fermentor hoạt động liên tục dạng thùng có cánh khuấy
Sản phẩm Cơ chất Cơ chất C0 C L Hình 3.3. Fermentor tầng sôi Sản phẩm Cơ chất Cơ chất C C0 L Hình 3.4. Fermentor dạng ống