Воздушный реактор
Реакторы с воздушным подъемом , также называемые ферментерами с воздушным подъемом, представляют собой биореакторы в форме башни, в которых в оптимизированных условиях протекают биотехнологические, в основном аэробные реакции. Наиболее частыми областями применения являются биотехнологические и экологические биотехнологические процессы, в которых микроорганизмы должны культивироваться в больших системах (> 500 м 3 ). Чтобы создать однородные условия в реакторе, ингредиенты циркулируют исключительно за счет продувки воздухом по принципу гигантского насоса .
строительство
Реакторы с воздушным движением не имеют механических мешалок (см. Резервуары с мешалкой ). Циркуляция достигается за счет контролируемой подачи воздуха в определенную конструкцию петли. Следует предотвращать возникновение градиентов питательных веществ или кислорода, которые могут привести к снижению скорости образования продукта. Реакторы эрлифт газируются (внизу), газ снова выходит вверх. Результирующий перепад гидростатического давления приводит к эффекту насоса, который создает поток жидкости в зоне фумигации.
Различают эрлифтные реакторы с внутренней и внешней циркуляцией. В первом случае воздух вводится в вертикальную центральную трубу (направляющую трубу) и транспортируется вверх через пространство, ограниченное трубой. В то время как воздух выходит вверх, в головной части через кольцевое пространство возникает обратный поток, который переносит безгазовую жидкость на дно реактора. Результат - непрерывный поток. Необязательно, улучшенная дегазация может быть достигнута за счет конического удлинения на головном конце.
Еще одно различие проводится между эрлифтными реакторами с внешней циркуляцией, которые, в зависимости от геометрии реактора, создают циркуляционный поток посредством барботажной колонны.
Приложения
- Производство лимонной кислоты . Лимонная кислота является одним из наиболее важных продуктов, производимых с помощью биотехнологий, и используется в косметической промышленности , для удаления ржавчины и очистки металлических поверхностей или в пищевой промышленности. Его получают с использованием плесени ( Aspergillus niger ) или дрожжей ( Candida spp. Hansenula spp. ). Последние имеют более короткое время обработки (около 4 часов), а изготовление с помощью пресс-формы занимает 6–10 часов. В ( аэробной ) ферментации патока из свеклы или тростникового сахара в основном используется в качестве источника энергии и углерода.
- Одноклеточный белок (SCP) : SCP относится к белкам , которые производятся одноклеточными микроорганизмами, такими как бактерии , дрожжи или водоросли . Термин охватывает как рекомбинантные, так и естественные белки, продуцируемые организмами. Реакторы с воздушным судном в основном используются в пищевой промышленности. Все недорогие и доступные ферментируемые углеродные соединения могут использоваться в качестве источника питательных веществ для рассматриваемых микроорганизмов. Например: углеводы , лигнины , низшие спирты , жирные кислоты и длинноцепочечные н- парафины , метан или этан .
- Технология очистки сточных вод : процесс с активным илом
Дальнейшие разработки
- Реактор цикла давления : Со временем было разработано несколько типов реакторов, работающих по принципу эрлифта. Реактор с циклом под давлением характеризуется очень высоким потреблением кислорода. При большем масштабе достигается более высокая циркуляционная способность. Реакторы цикла давления обычно имеют высоту около 35 м и также популярны при очистке сточных вод.
- Реактор с глубоким валом : Этот тип реактора, который в основном используется для аэробной очистки сточных вод , состоит из шахты глубиной до 200 м, в которую до дна входит труба. Сточная вода непрерывно течет вниз по трубе и вверх в кольцевом зазоре между стенкой трубы и стенкой резервуара. Воздух, необходимый для подъема и аэрации , вводится во внешний кольцевой зазор в верхней трети реактора. Плавучесть там приводит к непрерывному циркуляционному потоку сточных вод. Кроме того, сточные воды аэрируются за счет вдувания воздуха во внутреннюю трубу и ее плотность уменьшается, воздух уносится нисходящим потоком. Высота или глубина реактора с глубокой шахтой ограничена, поскольку давление на дне реактора увеличивается с увеличением глубины , что приводит к ингибированию роста вовлеченных микроорганизмов. Большие реакторы этого типа могут иметь объем до нескольких 1000 м 3 и в основном используются для очистки химических сточных вод ( BASF , Bayer AG ). Небольшая занимаемая площадь, простая конструкция и огромные размеры позволяют снизить затраты на 60–70%.
- Глубокоструйный ферментер : в этой конструкции кислород вводится через сопло, расположенное над газообразующей жидкостью. Перекачиваемая жидкость, предварительно насыщенная кислородом, ударяется о поверхность жидкости с высокой скоростью (8–12 м / с). Сопло либо погружено в жидкость (иммерсионная струя), либо находится непосредственно над поверхностью (свободная струя). Ферментер отличается высоким поступлением кислорода (14 кг / м 3 ч) и может иметь емкость до нескольких 1000 м 3 . Сферы применения здесь также - очистка сточных вод или производство кормов для животных (1-2 миллиона тонн в год).
литература
Специализированная литература
- Д. Ван, В. Лю, Б. Хан, Р. Сюй: Биореактор: мощный инструмент для крупномасштабного культивирования клеток животных. В: Curr Pharm Biotechnol . 6 (5), октябрь 2005 г., стр. 397-403. Обзор.
- Ю. Мартин, П. Верметт: Биореакторы для массовой культуры тканей: дизайн, характеристика и последние достижения. В кн . : Биоматериалы. 26 (35), декабрь 2005 г., стр. 7481-7503. Обзор.
Учебники
- Винфрид Сторхас: Биореакторы и периферийные устройства. (= Учебник Vieweg по биотехнологии ). Vieweg, Брауншвейг / Висбаден 1994, ISBN 3-540-67054-8 .
- Карл Шюгерль: Технология биореакции: биопроцессы с микроорганизмами и клетками. Биркхойзер, Базель / Бостон / Берлин 1997, ISBN 3-7643-5682-0 .