Установки непрерывной стерилизации ЖПС.
Л 5. Стерилизаторы жидких питательных сред (ЖПС)
Помимо ТПС в биотехнологии используются
- жидкие питательные среды (ЖПС).
Эти ЖПС в основном представляют собой жидкие гидролизаты растительного сырья.
При стерилизации сложных ЖПС, некоторые компоненты среды, чаще всего азотосодержащие, требуют т.н. мягкого режима стерилизации.
Такой режим осуществляется в аппаратах периодического действия, называемых сателлитами.
Сателлит – это вертикальный цилиндрический аппарат объемом от 30 до 50 м3.
При работе в сателлите возникает давление порядка 280 – 450 кПа.
Сателлит оснащается:
- люками для загрузки и выгрузки компонентов жидкой питательной среды;
- штуцерами для подачи и выхода пара, воздуха и воды;
- барботирующими устройствами;
- перемешивающими устройствами пропеллерного типа с частотой вращения до 2,5 с-1 (150 об/мин) ;
Кроме того, на сателлите устанавливаются:
- приборы для измерения и регулирования давления и температуры;
- люк для мойки аппарата;
- предохранительный клапан (поскольку в аппарате используется повышенное давление);
- фильтр для фильтрации пара на паропроводе.
После стерилизации паром жидкой питательной среды в сателлит под давлением подается стерильный воздух.
После этого в сателлит, а именно в систему его охлаждения, подается охлаждающая среда (вода).
Выгрузку жидкой питательной стерильной среды из сателлита производят при непрерывном подводе стерильного воздуха, поскольку в аппарате может возникнуть сильное разряжение (вакуум).
Установки непрерывной стерилизации ЖПС.
Производительность этих установок достигает 20, 50, 100, 200 и 300 м3/час.
Достоинство их заключается в том, что при использовании их рекуперация тепла достигает до 77%, поскольку в состав установок включены эффективные пластинчатые теплообменники.
|
| Рис. Установка УНС-20 для стерилизации ЖПС. |
Установка УНС-20 состоит:
- из приемного горизонтального резервуара 1;
- центробежного насоса для подачи питательной среды 2;
- нагревателя стерилизатора 3;
- емкостных выдерживателей 4;
- пробоотборника 5;
- пластинчатого теплообменника-рекуператора 6;
- пластинчатого теплообменника-охладителя 7;
- и ферментатора (культиватора) 8.
Работа установки происходит следующим образом. Не стерильная ЖПС из приемного резервуара 1 посредством центробежного насоса 2 направляется в нагреватель-стерилизатор 3.
Нагреватель-стерилизатор представляет собой вертикальный цилиндрический сосуд емкостью 100 литров с эллиптической крышкой.
| Рис. Нагреватель-стерилизатор УНС-20 |
В нижней части стерилизатора установлены расположенные по касательной к емкости штуцера 1 с фланцами. Внутри штуцеров установлены сопла 2. Через эти сопла диаметром 2,5 мм в стерилизатор под давлением 0,6 МПа подается пар.
С противоположной стороны корпуса стерилизатора имеется патрубок, который заканчивается узкой вертикальной щелью. Через этот патрубок и щель в стерилизатор полается ЖПС. Скорость среды составляет порядка 3,5 м/с.
Смешиваясь с паром, ЖПС мгновенно нагревается до температуры стерилизации 130 0С.
Далее из нагревателя-стерилизатора стерильная среда направляется в нижний патрубок первого выдерживателя, а затем последовательно во второй и третий выдерживатель.
Каждый из этих выдерживателей 4 представляет собой вертикальный цилиндрический резервуар с двумя эллиптическими днищами.
Изнутри резервуар поделен на 10 секций, которые расположены одна над другой.
|
| Рис. Схема секции выдерживателя установки УНС-20 |
Секции устроены следующим образом.
В центре резервуара установлен центральный трубчатый патрубок, на который последовательно установлены три перегородки:
а) нижняя и верхняя – в виде сплошного диска 1, не достающего до внутренней стенки выдерживателя;
б) средняя – в виде кольца 2 примыкающего и к стенке выдерживателя и к центральному трубчатому патрубку;
Средняя перегородка делит секцию на две камеры - нижнюю и верхнюю.
Между средней перегородкой и верхним диском установлены вертикальные стержни-направляющие 4.
В нижней и верхней камере на центральном патрубке прорезаны вертикальные продольные прорези-щели 5, предназначенные для подачи и удаления питательной среды.
ЖПС подается снизу вверх. Вначале она огибает нижний диск и через прорези в центральном патрубке попадает внутрь патрубка.
Далее, хорошо перемешиваясь, она также через прорези в верхней части патрубка попадает в верхнюю камеру.
При этом, вертикальные стержни-направляющие способствуют интенсивному завихрению среды.
Далее ЖПС перемещается в следующую секцию через кольцевой зазор между верхним диском и внутренней стенкой выдерживателя.
Таким образом, проходя последовательно через все секции, ЖПС выдерживается при заданной температуре в течение заданного времени.
Все три выдерживателя по конструкции одинаковы. Диаметр их составляет 0,6 м, высота 6,0 м, вместимость 1,7 м3.
Для сохранения температуры среды выдерживатели снаружи покрыты слоем теплоизоляции толщиной 35 мм, а на соединительных трубах толщина изоляции составляет 50 мм.
После выдерживателей жидкая питательная стерильная среда поступает в рекуперативный пластинчатый теплообменник.
Он предназначен, для того чтобы за счет тепла стерильной среды нагреть холодную не стерильную среду перед подачей в стерилизатор.
В процессе рекуперации горячая стерильная среда и не стерильная холодная среда движутся тонкими слоями в извилистых каналах.
Каналы эти образованы каждой парой гофрированных пластин, причем с одной стороны пластины движется горячая, а с другой холодная среда.
После рекуперативного теплообменника стерильная среда поступает в дополнительно установленный пластинчатый охладитель, где охлаждается холодной водой и поступает в ферментатор.