چگونه مخزن تخمیر را طراحی کنیم؟

من به عنوان یک تامین کننده مخزن تخمیر فصلی ، من شاهد دست اول نقش محوری بوده ام که به خوبی - مخازن تخمیر طراحی شده در صنایع مختلف ، از دم کردن تا داروهای دارویی بازی می کنند. طراحی مخزن تخمیر یک فرآیند پیچیده است که نیاز به درک عمیقی از فرآیند تخمیر ، اصول مهندسی و نیازهای خاص کاربر نهایی دارد. در این وبلاگ ، برخی ملاحظات و مراحل اصلی را در طراحی مخزن تخمیر به اشتراک می گذارم.

درک روند تخمیر

قبل از شروع طراحی مخزن تخمیر ، درک کاملی از فرآیند تخمیر بسیار مهم است. فرآیندهای مختلف تخمیر از نظر دما ، فشار ، آشفتگی و تأمین مواد مغذی نیازهای منحصر به فردی دارند. به عنوان مثال ، در دم کردن آبجو ، تخمیر مخمر در دماهای خاص رخ می دهد و برای تولید آبجو با کیفیت بالا نیاز به هوادهی و اختلاط مناسب دارد. از طرف دیگر ، در تولید آنتی بیوتیک ها از طریق تخمیر ، شرایط سخت آسپتیک و کنترل دقیق مواد مغذی ضروری است.

نوع میکروارگانیسم مورد استفاده در تخمیر نیز بر طراحی مخزن تأثیر می گذارد. برخی از میکروارگانیسم ها هوازی هستند و به اکسیژن نیاز دارند ، در حالی که برخی دیگر بی هوازی هستند و باید در یک محیط بدون اکسیژن نگهداری شوند. علاوه بر این ، سرعت رشد و خصوصیات متابولیک میکروارگانیسم عواملی مانند حجم مخزن ، سرعت تحریک و میزان افزودن مواد مغذی را تحت تأثیر قرار می دهد.

تعیین ظرفیت مخزن

یکی از اولین تصمیمات در طراحی مخزن تخمیر ، تعیین ظرفیت مخزن مناسب است. این بستگی به چندین عامل از جمله نیازهای تولید ، فضای موجود در تسهیلات و اثربخشی هزینه این عمل دارد. برای کارخانه های کوچک کاردستی یا آزمایشگاه های تحقیقاتی ، مخازن تخمیر کننده کوچکتر با ظرفیت های مختلف از چند لیتر تا چند صد لیتر ممکن است کافی باشد. این مخازن کوچکتر انعطاف پذیرتر و مدیریت آسان تر هستند و امکان آزمایش و تولید دسته ای کوچک را فراهم می کنند.

برای تولید صنعتی در مقیاس بزرگ ، مانند صنایع شراب یا سوخت های زیستی ، مخازن تخمیر با ظرفیت های چند هزار لیتر یا حتی موارد دیگر ممکن است مورد نیاز باشد. هنگام تعیین ظرفیت مخزن ، مهم است که برنامه های گسترش آینده را نیز در نظر بگیرید. یک سیستم مخزن تخمیر چاه طراحی شده باید بتواند بدون مهندسی قابل توجه ، رشد در حجم تولید را در خود جای دهد.

انتخاب مواد مخزن

انتخاب مواد مخزن بسیار مهم است زیرا بر دوام ، پاکیزگی و سازگاری با فرآیند تخمیر تأثیر می گذارد. فولاد ضد زنگ به دلیل مزایای بیشمار آن ، متداول ترین ماده برای مخازن تخمیر است. این خوردگی است - مقاوم ، تمیز و استریل آسان است و دارای یک سطح صاف است که از رشد میکروارگانیسم ها جلوگیری می کند. مخازن استیل ضدزنگ را می توان در سطح خارجی صیقلی یا شن و ماسه زد و گزینه های مختلف زیبایی شناختی و عملکردی را ارائه داد. می توانید اطلاعات بیشتری در موردمخزن تخمیر فولاد ضد زنگ جلا داده شده یا ماسهبازی سطح خارجی سه گیره سه گیره اندازه اتصال سفارشیبشر

مواد دیگر مانند شیشه یا پلاستیک ممکن است برای تخمیر کننده های مقیاس کوچک یا آزمایشگاهی استفاده شوند. شیشه شفاف است و امکان مشاهده آسان فرآیند تخمیر را فراهم می کند ، اما شکننده است و از ظرفیت محدودی برخوردار است. پلاستیک سبک و ارزان است ، اما ممکن است برای فرآیندهای تخمیر درجه حرارت بالا یا فشار زیاد مناسب نباشد.

طراحی ساختار مخزن

ساختار مخزن تخمیر باید برای پاسخگویی به الزامات خاص فرآیند تخمیر طراحی شود. این شامل ملاحظاتی مانند شکل ، نسبت ارتفاع - به - قطر و وجود اجزای داخلی است.

شکل

رایج ترین شکل برای مخازن تخمیر استوانه ای و مخروطی است. مخازن استوانه ای برای ساخت ساده هستند و برای بیشتر فرآیندهای تخمیر مناسب هستند. آنها مساحت بزرگی را برای انتقال حرارت و آشفتگی فراهم می کنند. از طرف دیگر ، مخازن مخروطی اغلب در صنعت آبجو استفاده می شوند زیرا امکان جداسازی آسان مخمر و رسوب در پایین مخزن را فراهم می کند.

ارتفاع - به - نسبت قطر

نسبت ارتفاع - به - قطر مخزن بر راندمان اختلاط و میزان انتقال اکسیژن تأثیر می گذارد. یک مخزن بلندتر با قطر کوچکتر به طور کلی اختلاط بهتر و انتقال اکسیژن را فراهم می کند ، اما ممکن است به انرژی بیشتری نیز برای تحریک نیاز داشته باشد. یک مخزن کوتاهتر با قطر بزرگتر ممکن است برای فرآیندی که نیازی به اختلاط با شدت زیاد ندارند ، مناسب تر باشد.

اجزای داخلی

مؤلفه های داخلی مانند آشوب ها ، حفره ها و spargers برای تخمیر مناسب ضروری هستند. از همزن ها برای مخلوط کردن آبگوشت تخمیر ، اطمینان از توزیع یکنواخت مواد مغذی ، اکسیژن و میکروارگانیسم ها استفاده می شود. برای جلوگیری از تشکیل گرداب و بهبود راندمان اختلاط در داخل مخزن نصب شده است. از اسپارگرها برای معرفی گازها مانند هوا یا اکسیژن در آبگوشت تخمیر استفاده می شود.

کنترل دما و فشار

حفظ دما و فشار صحیح برای موفقیت فرآیند تخمیر بسیار مهم است. میکروارگانیسم های مختلف دارای دمای رشد بهینه و دامنه فشار هستند و انحراف از این شرایط می تواند منجر به کاهش بهره وری یا حتی عدم موفقیت تخمیر شود.

کنترل دما

کنترل دما را می توان از طریق روشهای مختلف از جمله مخازن ژاکت دار ، کویل های داخلی یا مبدل های حرارتی خارجی حاصل کرد. مخازن ژاکت دارای یک لایه بیرونی هستند که امکان گردش یک محیط گرمایش یا سرمایش مانند آب یا بخار را فراهم می کند. از کویل های داخلی می توان برای گرم کردن مستقیم یا خنک کردن آبگوشت تخمیر استفاده کرد. از مبدل های حرارتی خارجی اغلب در سیستم های مقیاس بزرگتر برای انتقال گرما بین آبگوشت تخمیر و یک مایع جداگانه استفاده می شود.

کنترل فشار

کنترل فشار مهم است ، به ویژه در فرآیندی که تولید گازها را شامل می شود یا به یک محیط فشار خاص نیاز دارند. دریچه های تسکین فشار بر روی مخزن نصب می شوند تا از فشار بیش از حد جلوگیری کنند ، در حالی که از سنسورهای فشار برای نظارت و کنترل فشار داخل مخزن استفاده می شود.

طراحی آشفتگی و هوادهی

تحریک و هوادهی مناسب برای تهیه مواد مغذی و اکسیژن لازم به میکروارگانیسم ها در هنگام تخمیر ضروری است.

تحریک

طراحی همزن به اندازه مخزن ، شکل و ویسکوزیته آبگوشت تخمیر بستگی دارد. انواع متداول آشوبگرها شامل آشوبگران پروانه ، همزن توربین و همزن های دست و پنجه نرم می شوند. همزن های پروانه برای مایعات کم ویسکوزیته مناسب هستند و اختلاط سرعت بالایی را ارائه می دهند. همزن های توربین برای مایعات ویسکوزیته متوسط و زیاد مؤثر هستند و می توانند نیروهای برشی بهتری را فراهم کنند. از همزن های دست و پا گیر برای مخلوط کردن ملایم استفاده می شود و اغلب در برنامه هایی که میکروارگانیسم ها نسبت به برشی حساس هستند ، استفاده می شود.

هوادهی

هوادهی برای فرآیندهای تخمیر هوازی مورد نیاز است. طراحی سیستم هوادهی شامل انتخاب نوع اسپارگر و نرخ عرضه هوا است. انواع اسپارگر متداول شامل اسپارگرهای متخلخل ، اسپارگرهای حلقه ای و اسپارزرهای نازل است. میزان تأمین هوا باید با دقت کنترل شود تا از اکسیژن کافی اطمینان حاصل شود بدون اینکه باعث ایجاد کف یا آسیب بیش از حد به میکروارگانیسم ها شود.

عقیم سازی و تمیز کردن

حفظ یک محیط استریل در فرآیندهای تخمیر به ویژه در صنایعی مانند داروسازی و بیوتکنولوژی بسیار مهم است. مخزن تخمیر باید به گونه ای طراحی شود که به راحتی استریل و تمیز شود.

عقیم سازی

روشهای عقیم سازی شامل عقیم سازی بخار ، عقیم سازی شیمیایی و عقیم سازی تابش است. عقیم سازی بخار رایج ترین روش برای مخازن تخمیر است زیرا در کشتن میکروارگانیسم ها مؤثر است و اجرای آن نسبتاً آسان است. این مخزن باید برای مقاومت در برابر درجه حرارت بالا و فشارهای مرتبط با عقیم سازی بخار طراحی شود.

نظافت

مخزن باید دارای یک سطح داخلی صاف باشد و با درگاه ها و دهانه های دسترسی آسان و آسان برای تمیز کردن طراحی شود. سیستم های CIP (تمیز - مکان) را می توان برای خودکار سازی فرایند تمیز کردن ، کاهش هزینه های نیروی کار و اطمینان از نتایج تمیز کردن مداوم نصب کرد.

سیستم های نظارت و کنترل

مخازن تخمیر کننده مدرن برای اطمینان از شرایط بهینه تخمیر به سیستم های نظارت و کنترل پیشرفته مجهز شده اند. این سیستم ها می توانند پارامترهایی مانند دما ، فشار ، pH ، اکسیژن محلول و غلظت مواد مغذی را در زمان واقعی کنترل کنند.

از سنسورها برای اندازه گیری این پارامترها استفاده می شود و داده ها به یک سیستم کنترل منتقل می شوند. سپس سیستم کنترل می تواند شرایط عملیاتی مانند دما ، سرعت آشفتگی و میزان افزودن مواد مغذی را برای حفظ شرایط تخمیر مورد نظر تنظیم کند.

پایان

طراحی مخزن تخمیر یک فرآیند چند منظوره است که نیاز به بررسی دقیق عوامل مختلف ، از الزامات فرآیند تخمیر گرفته تا جنبه های مهندسی و عملیاتی دارد. ما به عنوان یک تامین کننده مخزن تخمیر ، ما تخصص و تجربه ای برای طراحی و ساخت مخازن تخمیر کننده داریم که نیازهای خاص مشتریان را برآورده می کند.

اگر در بازار مخزن تخمیر هستید ، خواه برای یک کارخانه تولید آبجو در مقیاس کوچک ، یک مرکز تولید صنعتی در مقیاس بزرگ یا یک آزمایشگاه تحقیقاتی باشد ، ما از شما دعوت می کنیم تا برای یک بحث مفصل با ما تماس بگیرید. ما می توانیم به شما کمک کنیم تا یک مخزن را طراحی کنید که برای فرآیند تخمیر شما بهینه شده باشد ، و از تولید با کیفیت بالا و اثربخشی هزینه اطمینان حاصل کنید. شما همچنین می توانید دامنه محصول ما را کشف کنید ، مانندفولاد ضد زنگ 500 لیتر - 10000 لیتر تخمیر آبجو شراب آبجو مخزن ذخیره سازی کشتیو بیشتر در موردتخمیر آبجو در معرضبشر

منابع

• بیلی ، جی ، و اولیس ، DF (1986). اصول مهندسی بیوشیمیایی. مک گرا - هیل.
• دوران ، نخست وزیر (1995). اصول مهندسی بیوپروس. مطبوعات دانشگاهی.
• Stanbury ، PF ، Whitaker ، A. ، & Hall ، SJ (2017). اصول فناوری تخمیر. Elsevier