scan0073 3

84

decydującym o szybkości procesu i jego efektywności. W niektórych technologiach koszty napowietrzania odgrywają istotną rolę,, zatem i rodzaje stosowanych biorcaktorów mają duże znaczenie.

8.1.1. Fermentory do hodowli beztlenowych

W procesach beztlenowych podstawowa funkcja bioreaktora polega na stworzeniu beztlenowego środowiska właściwego dla danej hodowli. Mieszanie płynu hodowlanego zwykle nie odgrywa istotnej roli; służy głównie do przeciwdziałania osadzaniu się zawiesin. W niektórych procesach beztlenowych, np. w fermentacji etanolowej, nic stosuje się mieszania płynu. W niektórych fermentorach do prowadzenia fermentacji metanowej stosuje się mieszanie mechaniczne lub mieszanie cyrkulującym gazem. Dużym zainteresowaniem cieszą się mieszadła wibracyjne, z uwagi na łatwość utrzymania jałowo-ści procesu.

Piana powstaje w wyniku wydzielania się dwutlenku węgla. Brak napowietrzania i często brak mechanicznego mieszania płynu powodują, że powstawanie piany, w odróżnieniu od hodowli tlenowych, nie jest istotnym problemem technicznym.

W browarnictwie stosowane są poziome kadzie fermentacyjne o kształcie graniastoslupa. W starszych technologiach stosowano zbiorniki otwarte. Obecnie są to aparaty zamknięte, wyposażone w układy chłodzenia. Coraz szerzej stosowane są poziome walczaki lub aparaty kolumnowe, tzw. tankofermento-ry, również zaopatrzone w układy chłodzące. Prostokątne lub cylindryczne kadzie fermentacyjne stosowane są w gorzelniach.

Szczególne miejsce wśród fermentorów do hodowli beztlenowych zajmują aparaty do fermentacji metanowej (produkcji biogazu). Wynika to z następujących przyczyn:

—    w fermentacji metanowej przerabia się znaczne ilości substralu,

—    proces prowadzony jest w warunkach niejałowych,

—    czasy przebywania w reaktorze są bardzo duże (do kilkunastu dni).

Proces produkcji biogazu oraz stosowane w nim aparaty są szczegółowo

przedstawione w rozdziale 21.4.2.

8.1.2. Bioreakiory do hodowli tlenowych

Aparaty do hodowli tlenowych muszą mieć elementy umożliwiające doprowadzenie gazu i jego rozproszenie w fazie ciekłej. Niezbędne są także odpowiednie króćce umożliwiające doprowadzenie pożywki, zaszczepienie pożywki, pobieranie próbek, opróżnianie aparatu. Materiał, z którego wykonany jest fermentor musi być nietoksyczny, wytrzymały na sterylizację i odporny na

korozję. Powszechnie stosuje się stal kwasoodpomą, polerowaną. Do prowadzenia procesów w warunkach niejałowych stosuje się znacznie tańsze materiały konstrukcyjne, np. beton.

Istnieje wiele różnorodnych konstrukcji biorcaktorów. Ogólnie można fermentory do tlenowych hodowli wgłębnych podzielić na grupy, z uwagi na sposób dostarczania energii, na:

-    fermentory z mieszaniem mechanicznym,

-    fermentory z mieszaniem cieczą,

-    fermentory z mieszaniem gazem.

Najpowszechniej stosowane są reaktory zbiornikowe z mieszaniem mechanicznym. Najczęściej stosowane są turbiny typu Rushtona z płaskimi łopatkami. Na wale mieszadła umieszcza się kilka turbin. Istnieją rozwiązania zarówno z górnym napędem mieszadła jak i z napędem dolnym. W tym drugim przypadku możliwe jest umieszczenie w górnej części fermentora mechanicznego destruktora piany. Istotnym elementem aparatów z mieszaniem mechanicznym jest uszczelnienie walu mieszadła. Musi ono zapewnić jałowość procesu i być odporne na zmiany ciśnienia powstające podczas sterylizacji. Dla zapewnienia odpowiedniej burzliwości płynu oraz ograniczenia kołowej cyrkulacji płynu umieszcza się przegrody na wewnętrznych ściankach aparatu. Typowe dane dotyczące fermentorów z mieszadłami mechanicznymi zestawiono w tablicy 8.1.

Tablica 8.1

Charakterystyka bioreaktorów z mieszadłem mechanicznym

Parametr	Jednostki	Wartości
Natężenie napowietrzania	voł/vol-h	10-60
Zużycie mocy	kW/m^3	1-4
Lepkość płynów	Pa-s	<2
Wydzielanie ciepła	kW/m^3	7-20
Geometria H/D	-	2-4

Przykładowy schemat bioreaktora z mieszadłem mechanicznym przedstawiono na rys. 8.1. Reaktor wyposażony jest w mieszadło wicloturbinowc, napędzane silnikiem umieszczonym na górnej pokrywie. Wewnątrz zbiornika umieszczone są przegrody (zwykle cztery) usprawniające mieszanie. Zbiornik ma płaszcz chłodzący. W niektórych aparatach umieszczana jest wewnątrz także wężownica chłodząca. Powietrze doprowadzane jest. przez układ filtrujący. do bełkotki umieszczonej pod mieszadłem. Gazy pofermentacyjne odprowadzane są przez układ filtrujący.

i