Торцеві ущільнення

Забезпечення необхідного рівня асептики в процесі біосинтезу залежить від засобів герметизації ферментера. Найбільш вразливим місцем для герметизації у ферментерів з комбінованим введенням енергії є місце введення валу мішалки в ферментер.

Для забезпечення асептичності біосинтезу в якості герметизуючого пристрою валів, що обертаються використовують торцеві ущільнення з паровим захистом. Торцеві ущільнення є невід’ємною частиною ферментерів з комбінованим введенням енергії, які працюють в асептичних умовах.

Торцеві ущільнення випускає Дзержинськхіммаш для герметизації валів апаратів, що працюють при надлишковому тиску до 0,25 МПа, температурі середовища –від 30 до 250 С та швидкості обертання валу до 10 с^-1.

Виготовляється шість типів торцевих ущільнювачів: ТД-6, ТДП, ТДМ, ТДПЗ, ТТ, ТСК ( ТД – подвійне, ТДП –подвійне з вбудованим підшипником, ТДМ – подвійне для малогабаритних апаратів, ТДПЗ – подвійне з підшипником і захистом, ТСК –одинарне з сильфоном з корозійностійкої сталі. торцеві ущільнення, що контактують з поживним середовищем, виготовляються із сталі Х18Н10Т і Х17Н13М2Т, а також з титану ВТ1-0.Тривалість безвідказної роботи – не менше 2000 годин. Припустиме биття валу в зоні торцевого ущільнення - не більше 9,25 мм, кутове биття валу – не більше 0,25 мм.

В біотехнологічних виробництвах де існують високі вимоги до рівня асептики використовують торцеві ущільнювачі типа ТТ з термічним затвором (рис. 19). Корпус ущільнювача заповнюють високов’язким авіаційним маслом МС-20 або МК 22, яке створює термічний затвор і змащує тертьові пари. Корпус ущільнювача має сорочку, в яку подається пара для стерилізації.

При експлуатації торцевого ущільнювача потрібна циркуляція запорної рідини (масла).Для цього використовують природну циркуляцію масла В цій схемі залучені теплообмінник та фільтр масла.

Технічна характеристика торцевих ущільнювачів, типа ТТ для вертикальних валів, які працюють при надлишковому тиску 0,3 МПа і залишковому –0,02-0,03МПа представлена в табл.

Табл. Характеристика торцевих ущільнювачів, типа ТТ для вертикальних валів

Умовне познач ущільнення	Діаметр валу мішалки, мм	Число обертів валу мішалки, с^-1	Температура середовища	Маса
ТТ-40-3	40	5	10-150	18
ТТ-50-3	50	5	10-150	18
ТТ-65-3	65	5	10-150	25
ТТ-80-3	85	5	10-150	35
ТТ-95-3	95	5		45
ТТ-110-3	110	3,3		55
ТТ-120-3	120	3,3		65

Висновок. Таким чином, підбір обладнання для забезпечення оптимальних умов протікання стадії біосинтезу є надзвичайно важливим етапом в організації цього процесу. Оскільки єдиною метою кожного технологічного процесу є отримання максимальної кількості біологічно активних речовин або біомаси при повному використанні біологічного потенціалу біологічних агентів, необхідно ретельно аналізувати та підбирати найкращі умови для протікання кожної стадії виробництва.

Конструкція ферментеру для вирощування продуцента БАР повинна сприяти забезпеченню умов для утворення високоактивної культуральної рідини. Найважливіші умови – хороша аерація і перемішування середовища, забезпечення необхідного температурного режиму, а також асептичність процесу біосинтезу. На основі порівнянь описаних вище технічних засобів, що забезпечують аерацію культури, перемішування середовища, а також охолодження середовища для підтримання необхідного температурного режиму, для вирощування продуценту БАР оптимальною є конструкція ферментеру з комбінованим введенням енергії.

Основні фактори впливу, що визначають вибір ферментеру.

Основні фактори впливу, що визначають вибір ферментеру базуються на тому, що на сьогоднішній день відсутня узагальнена система вибору ферментаційного обладнання. Для вибору використовують власний досвід або досвід існуючих виробництв. Базовою особливістю біотехнологічних процесів є їх висока індивідуальність стосовно базового етапу біосинтезу – стадії культивування.

Для формування підходів до вибору ферментерів необхідно зазначити, що відправною позицією є визначення технологічних ознак етапу біосинтезу. Ці ознаки були визначені нами під час розробки систем класифікації стадії культивування БА.

Перелік фактори впливу.

1. Консистенція ПС. В цьому випадку визначають тип ПС, яке може бути рідким, ущільненим, сипким. При цьому рідкі ПС можуть мати у своєму складі розчинені або нерозчинені субстрати. Багатофазні системи мають специфічні ознаки, що визначає інтенсивність масообмінних процесів.

2. Технологічне рішення стадії біосинтезу – періодичний процес, напівперіодичний або безперервний.

3. Рівень асептичності (асептичні, умовно асептичні, неасептичні). В цьому випадку приймається до уваги те що процес отримання посівного матеріалу характеризується значно більшою вимогливістю до забезпечення асептичності.

4. Рівень аеробності який враховує потреби у розчиненому кисні та інтенсивність його доставки до БА. Складовою цього процесу є розділення ефектів перемішування та аерації. Прикладом ефекту перемішування є рівень введеної енергії, а ефект аерації оцінюється по інтенсивності масопередачі.

5. Рівень припустимого турбогіпобіозу. Причиною “гіпобіозу” є турбулізація середовища тому пропонується термін турбогіпобіоз (Биотехнол бактер синтеза с. 230). Таким чином для кожної системи культивування існує такий рівень турбогіпобіозу при якому спостерігається зниження інтенсивності ростових процесів та інтенсивності утворення метаболітів і цей процес супроводжується ушкодженням клітин та іншими гіпоефектами, які визвані турбулентністю середовища, а саме зрізовими зусиллями які виникають в результаті взаємодії культурального середовища з конструктивними елементами ферментеру та в результаті взаємодії (контакту) фаз.

6. Продуктивність процесу по цільовому продукту і в цьому випадку враховується вид цільового продукту – біомаса, метаболіт або їх композиція. Продуктивність процесу дозволяє визначити потрібний об’єм, тривалість циклу роботи. Умовно пропонується використовувати лабораторні місткістю 0,5—100 л, пілотні місткістю 100л—10 м³, промислові (для ведення робіт основного технологічного процесу) місткістю 10 — 100 м³ и більше.

1. Інтенсивність термодинамічних процесів. Інтенсивність тепловиділення обумовлює конструкцію систем тепловідведення.

Остаточний вибір типу ферментеру здійснюється після проведення модельних досліджень на пілотних лабораторних установках. Обов’язковим елементов попередніх досліджень є визначення критеріїв масштабування в ними, як правило вибирають:

• інтенсивність масопередачі кисню (об’ємний коефіцієнт масопередачі);

• швидкість потоків (масштабування за гідродинамічними показниками);

• питомі витрати енергії для досягнення ідентичних показників по виходу цільового продукту, досягнення необхідного об’ємний коефіцієнт масопередачі та інш.

8. Характер потоків. В залежності від структури потоків виділяють ферментери з режимом ідеального змішування (наприклад лабораторні апарати з швидкістю обертання мішалки не менше 300 об/хв. і часом вирівнювання концентрації – час гомогенізації 2 – 8 хв). Режим ідеального витиснення (тубулярний - поршневий).