c. Mặt cắt đứng 1-Áo trao đổi nhiệt;
10.1. CÁC THIẾT BỊ LÊN MEN NUÔI CẤY VSV TRONG ĐIỀU KIỆN TIỆT TRÙNG
ĐIỀU KIỆN TIỆT TRÙNG
Để có được điều kiện tiệt trùng thì:
1. Thiết bị lên men phải được tiệt trùng. 2. Các đường ống dẫn phải tiệt trùng. 3. Các thiết bị phụ trợ phải tiệt trùng.
4. Môi trường dinh dưỡng phải được tiệt trùng. 5. Giống VSV phải thuần khiết.
6. Không khí đưa vào để thông gió phải vô trùng. 7. Chất hỗ trợ kỹ thuật cũng phải được tiệt trùng.
8. Tất cả các vật đệm không bị ăn mòn, không bị tác động cơ học.
10.1.1. Thiết bị lên men có bộ đảo trộn cơ học dạng sủi bọt
• Thiết bị lên men dung tích 63m3: Là một xilanh đứng được chế tạo bằng thép X18H10T có nắp và đáy hình nón. Tỷ lệ chiều cao và đường kính là 2,6:1.
• Trên nắp có bộ dẫn động cho cơ cấu chuyển đảo và cho khử bọt bằng cơ học, ống nối để nạp môi trường dinh dưỡng, vật liệu cấy, cửa quan sát, cửa để đưa vòi rửa, van bảo hiểm, cửa để cắm dụng cụ kiểm tra.
• Khớp xả 16 được dùng để tháo canh trường, bên trong có trục 6 xuyên suốt, các cơ cấu chuyển đảo được gắn chặt trên trục.
• Cơ cấu chuyển đảo gồm có các tuabin 8 có đường kính 600- 1000mm, có cánh rộng 150-200mm được định vị ở 2 tầng, tuabin hở thứ 3 gắn chặt trên bộ sủi bọt 13 để phân tán các bọt khí.
• Thiết bị lên men được tính toán để hoạt động ở áp suất dư 0,25MPa và nhiệt độ tiệt trùng 130-1400C, cũng như hoạt động ở áp suất chân không.
• Để đảm bảo vô trùng trong suốt quá trình, các trục của cơ cấu chuyển đảo phải có vòng bít kín. Nhờ đó mà ngăn ngừa được sự rò rỉ môi trường hay sự xâm nhập không khí vào khoang thiết bị.
10.1.2. Các thiết bị lên men có bộ đảo trộn bằng khí động học và thông gió môi trường.
• Các thiết bị mà bên trong có trang bị các vòi phun, ống khuếch tán, các bộ sủi bọt để nạp không khí đều thuộc loại này.
• Không khí vào được sử dụng để khuấy trộn canh trường, để đảm bảo nhu cầu oxy cho VSV và để thải các chất khí được tạo thành do hoạt động sống của VSV.
Thiết bị lên men dạng xilanh
• Về kết cấu bên ngoài, loại này tương tự như thiết bị lên men có khuấy trộn bằng cơ học, nhưng bên trong không có cơ cấu khuấy trộn bằng cơ học.
• Thiết bị này hoạt động được với môi trường lên bọt mạnh. Chúng được áp dụng khi nuôi cấy giống VSV không cần phải khuấy trộn mạnh và đô nhớt không lớn.
• Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động: Hình 10.4
Thiết bị lên men dạng đứng
• Ưu điểm: Loại thiết bị này tăng cường độ trao đổi khối, giảm tiêu hao không khí nén tiệt trùng và tăng tốc độ tổng hợp các chất HHSH.
• Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động: Hình 10.5
Hình 10.4. Thiết bị lên men dạng xilanh có bộ đảo trộn bằng khí động học và thông khí môi trường 1-Khớp nối để tháo; 2-Thiết bị thổi khí; 3-Ống xoắn; 4-Cửa; 5- Khớp nối để nạp không khí; 6- Khớp thải không khí; 7-Khớp nạp liệu; 8-Cầu thang; 9-Ống khuếch tán; 10-Áo; 11-Thành thiết bị; 12- Ống quá áp
Hình 10.5. Thiết bị lên men dạng đứng trao đổi khối mạnh FBO-40-0.6
1-Ống cung cấp khí đê thổi; 2-Bộ dẫn động kín; 3-Nắp; 4- Cơ cấu khử bọt; 5-Miếng đệm với buồng trao đổi nhiệt; 6- Hộp không khí; 7-Khối trụ đứng; 8-Cơ cấu chuyển đảo; 9- Ống để nạp nước lạnh; 10-Động cơ; 11-Bánh đai; 12- Truyền động bằng đai hình thang; 13-Cơ cấu tháo dỡ; 14- Ống để thải nước; 15-Các ống trao đổi nhiệt; 16-Ống thải khí; 17-Ống để khử bọt; 18-Cửa quan sát
• Hệ tuần hoàn của thiết bị lên men gồm máy phun được nối với phần dưới của thiết bị, bơm và các đường ống.
• Ống trao đổi nhiệt 15 có dạng thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống có 2 ống góp. Bên trong ống góp trên có 2 vách đặc được định vị trong mặt phẳng xuyên tâm, còn bên trong ống góp dưới không có vách.
• Buồng trao đổi nhiệt được lắp chặt trong giá đỡ có 2 bích và có thể tháo lắp dễ dàng. Bộ khử bọt bằng phương pháp cơ học 4 được gá trên nắp thiết bị lên men 3.
• Để quan sát quá trình nuôi cấy VSV, trên tường thiết bị có các cửa quan sát 8. Kết cấu của thiết bị cũng cho phép kiểm tra tiêu hao nước lạnh, mức độ đồng hóa nitơ, nồng độ CO2 và O2, độ ẩm, t0 và áp suất.
• Khi kết thúc quá trình tiệt trùng và làm lạnh, thì rót môi
trường vào và khởi động cơ cấu chuyển đảo để thực hiện tuần hoàn môi trường theo vòng khép kín.
• Nạp không khí nén một cách liên tục qua thiết bị thổi khí vào không gian giữa tường và ống tuần hoàn. Không khí cuốn hút chất lỏng thành dòng, đập vỡ ra thành bọt nhỏ và khuấy trộn mạnh với môi trường tạo ra hỗn hợp đồng hóa giả.
• Chuyển động của môi trường được tạo nên trong ống tuần hoàn nhờ các cánh có hướng, kết quả là tạo ra vùng xoáy trung tâm có hàm lượng khí cao.
• Nhờ ma sát giữa chất lỏng với phần gờ của các ống trong bộ trao đổi nhiệt mà sự chảy rối của các lớp biên được duy trì. • Kết cấu của loại thiết bị này cho phép thực hiện quá trình
nuôi cấy chìm khi vận tốc của dòng môi trường là 2m/s hoặc lớn hơn.
• Các bộ phận tự động để điều chỉnh các thông số cơ bản của quá trình như: Nhiệt độ canh trường, mức canh trường, nồng độ oxy hòa tan trong môi trường, tiêu hao môi trường dinh dưỡng, v.v.
10.2.THIẾT BỊ LÊN MEN KHÔNG ĐÒI HỎI TIỆT TRÙNG CÁC QUÁ TRÌNH NUÔI CẤY VSV
• Thường dùng để sản xuất nấm men gia súc.
• Theo kết cấu, thiết bị này tương tự như thiết bị dùng trong sản xuất enzim, kháng sinh chăn nuôi, các amino axit và các chất HHSH khác. Nhưng có khác nhau về kết cấu của một số bộ phận.
10.2.1. Thiết bị lên men có đảo trộn bằng khí động học và đường viền tuần hoàn bên trong
• Trong sản xuất nấm men thủy phân thường sử dụng các loại thiết bị có dung tích 250, 320, 600 và 1300m3.
• Trong thiết bị không có các thiết bị cơ học để khử bọt, bọt được khử dưới trọng lực của cột chất lỏng khi tuần hoàn.
• Thiết bị có dạng xilanh, có áo lạnh ở ngoài. Không khí vào thiết bị qua đường trục ở giữa, cuối đường không khí vào là chậu.
• Khi không khí vào chậu sẽ tràn lên làm cho dung dịch chuyển động theo đường xoắn.
• Cho nước quả vào chậu, kết hợp với không khí tạo thành hỗn hợp khí-lỏng. Do áp lực của không khí, hỗn hợp chuyển động trong ống khếch tán.
• Khi lên khỏi ống khếch tán thì một phần không khí sẽ thoát ra ngoài.
• Thiết bị lên men được làm nguội bằng cách tưới nước tường ngoài và nạp nước vào áo của ống khuếch tán.
10.2.2. Thiết bị lên men hình trụ có bộ phận bơm dâng bằng khí nén với sức chứa 1300m3 Không khí Ống trung tâm Ống khuếch tán Tường Chậu Áo lạnh Phần không khí ra ngoài
Nước rau quả+ Không khí
• Mục đích sử dụng: Dùng để nuôi cấy nấm men một cách liên tục trong nước quả.
• Dùng thiết bị tưới dạng ống góp để làm lạnh tường ngoài của thiết bị.
• Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động: Hình 10.6
10.2.3. Các thiết bị lên men có hệ thống gió dạng phun
• Mục đích sử dụng: Dùng để nuôi cấy chủng nấm men đặc biệt trên môi trường parafin lỏng.
• Thiết bị nuôi cấy nấm men trên môi trường rắn ĂÔĐ-76-900:
Hiện nay, loại thiết bị này đuợc sử dụng rộng rãi trong các nhà máy sản xuất chất cô có chứa vitamin và protein.
• Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động: Hình 10.5
Hình 10.4. Thiết bị lên men hình trụ có bộ phận bơm dâng bằng khí nén
1-Vỏ thép; 2-Ống góp; 3,4,5- Khớp nối; 6-Tấm chặn; 7- Ống khuếch tán; 8-Chậu
Hình 10.5. Thiết bị nuôi cấy nấm men trên môi trường rắn dạng ĂOĐ-76-900 1-Vỏ; 2-Vòng tuần hoàn đột lỗ; 3-Cơ cấu thổi khí; 4-Bộ tách giọt; 5-Ống khuếch tán trung tâm; 6-Động cơ dẫn động; 7-Bộ trao đổi nhiệt
• Nạp vào thiết bị môi trường dinh dưỡng chứa muối khoáng, parafin, các nguyên tố vi lượng, dung dịch NH3.
• Nạp không khí để thổi cho canh trường bằng phương pháp tự hút. Khi các bộ thông gió sục khí cho canh trường thì trao đổi khối xảy ra qua bộ trao đổi nhiệt để tạo ra những dòng lên xuống.
• Tháo thành phẩm ra khỏi bộ phân ly qua khớp nối.
• Nhược điểm của thiết bị: Trục thiết bị bị rung động, dễ nhiễm bẩn bề mặt trao đổi nhiệt và giảm hệ số trao đổi nhiệt.
10.2.4. Thiết bị lên men trao đổi khối mạnh
• Mục đích sử dụng: Làm tăng nồng độ VSV trong dung dịch canh trường, tăng điều kiện thổi khí và tăng năng suất thiết bị.
• Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động: Hình 10.6
Hình 10.6. Thiết bị lên men trao đổi khối mạnh
1-Bộ trao đổi nhiệt; 2-Xilanh hướng; 3-Khớp nối; 4,18-Các đoạn ống; 5,16-Ống góp; 6-Khớp nối nạp môi trường dinh dưỡng; 7-Ống góp phân phối; 8,13-Khớp nối thải không khí; 9-Bộ tách khí; 10-Động cơ; 11-Khớp nối tháo sinh khối; 12- Bộ khử bọt cơ học; 14-Ống góp để thu nhận bọt; 15-Đĩa nón; 17-Dung lượng xilanh; 19-Phòng nuôi cấy, 20-Phòng tận dụng bổ sung nguyên liệu ban đầu; 21-Ống đột lỗ
• Nạp môi trường dinh dưỡng ban đầu vào phòng 19 qua khớp nối 3, không khí vào thiết bị qua khớp nối 6.
• Quá trình nuôi cấy sinh khối xảy ra trong phòng 19. Tuần hoàn và đảo trộn chất lỏng được thực hiện bởi thiết bị bơm dâng bằng khí nén.
• Từ phòng nuôi cấy, chất lỏng canh trường chảy qua đoạn ống 21 vào phòng 20, tại đây xảy ra tận dụng bổ sung nguyên liệu. Bên trong phòng 19 và 20, dung dịch canh trường được thổi khí nhờ các ống đột lỗ.
• Sinh khối tháo ra khỏi phòng cùng với bọt được tạo thành ở phần trên của phòng, sau đó bọt nổi lên theo các rãnh giữa các đĩa nón 15, được tách khỏi chất lỏng và được cô lại và được khử bằng bộ khử bọt 12, rồi tháo qua khớp nối 11. • Thải không khí ra khỏi phòng 19 qua khớp nối 8 nhờ bộ tách
bọt khí 9, còn khỏi phòng 20 qua khớp nối 13.
CHƯƠNG 11