เครื่องหมักน้ําอากาศคืออะไร? คู่มือ B2B สําหรับเทคโนโลยี Bioreactor Loop

หนึ่งถังหมักทางอากาศ(หรือเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพแบบลำเลียงทางอากาศ) คือภาชนะเพาะเลี้ยงที่ปั่นด้วยแรงลมซึ่งใช้การฉีดแก๊สเพื่อให้ของเหลวไหลเวียน การผสม และออกซิเจนโดยไม่มีชิ้นส่วนกลไกที่เคลื่อนไหว ได้รับการจำแนกประเภทเป็นคลาสย่อยเฉพาะของถังหมักแบบทาวเวอร์ ลักษณะเฉพาะที่กำหนดคือปริมาตรภายในที่แยกตามโครงสร้าง ซึ่งประกอบด้วยสองโซนที่แตกต่างกันซึ่งมีความหนาแน่นของของไหลต่างกัน:ไรเซอร์และกผู้ที่ตกต่ำ.

ด้วยการโปรยก๊าซอย่างต่อเนื่องไปยังฐานของโซนไรเซอร์ วิศวกรจะสร้างความแตกต่างด้านความหนาแน่นระหว่างของเหลวที่มีก๊าซมากในไรเซอร์และของเหลวที่มีก๊าซไม่ดีในจุดล่าง แรงผลักดันจากแรงดันอุทกสถิต การไล่ระดับความหนาแน่นนี้บังคับให้ของเหลวเข้าสู่เส้นทางการไหลเวียนแบบวนซ้ำต่อเนื่องที่คาดเดาได้สูงและต่อเนื่อง โปรไฟล์ไดนามิกของไหลนี้ช่วยให้สามารถถ่ายเทมวลก๊าซ-ของเหลวได้อย่างยอดเยี่ยม ในขณะเดียวกันก็ลดความเค้นเฉือนทางกลซึ่งพบได้ทั่วไปในระบบถังกวนแบบดั้งเดิมได้อย่างมาก

การเคลื่อนตัวอย่างต่อเนื่องของของไหลภายในถังหมักแบบ Airlift จะเกิดขึ้นได้ด้วยตัวเองโดยสิ้นเชิงเมื่อการไหลของก๊าซเริ่มต้นขึ้น โดยทำงานผ่านโซนอุทกไดนามิกสามโซนที่เชื่อมต่อถึงกัน:

• ผู้ตื่น:อากาศอัดหรือก๊าซในกระบวนการถูกฉีดผ่านสปาร์เกอร์ที่ด้านล่างของโซนนี้ ฟองอากาศจะลดความหนาแน่นที่ปรากฏของคอลัมน์ของเหลว ทำให้มันลอยขึ้น

• โซนปล่อยก๊าซ:ที่ด้านบนของภาชนะ ของเหลวจากน้อยไปมากจะเข้าสู่พื้นที่ส่วนหัวที่ขยายออก ในกรณีนี้ ฟองก๊าซจะแตกตัวออกจากพื้นผิวของเหลวและระบายออกจากระบบ ทำให้ของเหลวมีความหนาแน่นเต็มที่โดยไม่มีการเติมอากาศ

• ผู้ที่ตกต่ำ:ของเหลวที่มีความหนาแน่นสูงที่ถูกไล่ก๊าซแล้วจะตกลงกลับลงไปที่ฐานของถังโดยธรรมชาติผ่านช่องทางที่ไม่มีการโปรยลงมา ทำให้เกิดวงจรและป้อนกลับเข้าไปในด้านล่างของไรเซอร์

ถังหมัก Airlift ได้รับการประดิษฐ์ขึ้นเป็นพิเศษเป็นสองรูปแบบหลัก ขึ้นอยู่กับความต้องการในการประมวลผลของชีวมวล:

ในการออกแบบนี้ ตัวยกและตัวล่างจะบรรจุอยู่ภายในเปลือกนอกหลักตัวเดียว กระบอกสูบด้านในมีศูนย์กลางเรียกว่า aหลอดร่าง—หรือแผ่นกั้นแบนแนวตั้งทำหน้าที่เป็นผนังกั้น

• ผลกระทบทางวิศวกรรม:รอยเท้าทางโครงสร้างที่กะทัดรัดเป็นพิเศษ ลดการสูญเสียความร้อน และต้นทุนการผลิตเริ่มต้นที่ลดลง อย่างไรก็ตาม ความสามารถในการแลกเปลี่ยนความร้อนถูกจำกัดด้วยแจ็คเก็ตแบบเปลือกเดี่ยว

เค้าโครงนี้แยกไรเซอร์และดาวน์คัมเมอร์ออกเป็นสองท่อแนวตั้งหรือเสาแนวตั้งที่เป็นอิสระโดยสิ้นเชิงซึ่งเชื่อมต่อกันด้วยท่อร่วมแนวนอนที่ด้านบนและด้านล่าง

• ผลกระทบทางวิศวกรรม:เนื่องจากท่อด้านล่างเป็นท่อภายนอก การแยกก๊าซที่ด้านบนจึงใกล้เคียงทั้งหมด ทำให้เกิดความแตกต่างของความหนาแน่นที่ใหญ่กว่ามากและมีความเร็วของของไหลสูงขึ้นอย่างมาก การตั้งค่านี้ช่วยให้วิศวกรสามารถรวมเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและท่อแบบอินไลน์เข้ากับขาดาวน์โคเมอร์ภายนอกได้โดยตรง เพื่อการควบคุมอุณหภูมิที่แม่นยำในแบตช์จำนวนมาก

เพื่อตรวจสอบว่าการกำหนดค่าระบบขนส่งทางอากาศเหมาะสมกับโรงงานผลิตเฉพาะหรือไม่ วิศวกรกระบวนการจะเปรียบเทียบโปรไฟล์ประสิทธิภาพกับทางเลือกมาตรฐานทางอุตสาหกรรม:

เทคโนโลยี Airlift loop ได้รับการระบุเหนือถังเชิงกลทั่วไปสำหรับการใช้งานที่มีข้อจำกัดทางชีวภาพและทางการเงินที่แม่นยำ:

• การเพาะเลี้ยงเซลล์ที่ไวต่อแรงเฉือน:เหมาะสำหรับเซลล์สัตว์ สาหร่ายขนาดเล็ก เชื้อราที่เป็นเส้นใย และเซลล์พืชที่เปราะบางที่อาจประสบกับการสลายเซลล์อย่างรุนแรง (แตกออก) ภายใต้แรงกระแทกทางกลของใบพัดโลหะ

• การผลิตทางชีวภาพปริมาณมากและมีอัตรากำไรต่ำ:ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการผลิตโปรตีนเซลล์เดียว (SCP) การสังเคราะห์เอทานอลทางอุตสาหกรรม และการบำบัดน้ำเสียชุมชนอย่างต่อเนื่อง ซึ่งการกำจัดมอเตอร์เชิงกลขนาดใหญ่จะช่วยลดค่าใช้จ่ายด้านไฟฟ้าลงได้มากถึง 50%

• การป้องกันการปนเปื้อนอย่างเข้มงวด:การไม่มีเพลาเครื่องผสมแบบหมุนได้ทำให้ไม่จำเป็นต้องใช้ซีลเชิงกลแบบไดนามิกที่ซับซ้อน สภาพแวดล้อมคงที่และปิดสนิทนี้ทำให้มีความน่าเชื่อถือสูงสำหรับการหมักต่อเนื่องระยะยาวที่กินเวลาหลายสัปดาห์

เครื่องหมักแบบ Airlift ต้องรักษาสัดส่วนทางเรขาคณิตที่แม่นยำ โดยเฉพาะอัตราส่วนพื้นที่หน้าตัดระหว่างไรเซอร์และดาวน์คัมเมอร์ (Ar/Ad) เพื่อให้แน่ใจว่าความเร็วของของไหลเหมาะสมที่สุด วัสดุที่ใช้สร้างโครงสร้างแนวตั้งขนาดใหญ่เหล่านี้ขึ้นอยู่กับภาคอุตสาหกรรมเป็นอย่างมาก:

• สเตนเลสสตีล (SS316L):มาตรฐานบังคับสำหรับอุตสาหกรรมยา นมผงสำหรับทารก และอุตสาหกรรมการผลิตเบียร์เชิงพาณิชย์ รอยเชื่อมภายในทั้งหมดจะต้องกราวด์ฟลัช ขัดเงา และขัดเงาด้วยไฟฟ้าเพื่อให้เงาเหมือนกระจก (Ra น้อยกว่า 0.4 μm) เพื่อรับประกันสุขอนามัยที่ไร้ที่ติ (CIP)

• เทคโนโลยี Glass-Fused-to-Steel (GFS):ได้รับความนิยมอย่างสูงสำหรับเทคโนโลยีชีวภาพอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ รวมถึงหอบำบัดตะกอนแบบไม่ใช้ออกซิเจนของเทศบาล เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพแบบวนรอบสิ่งแวดล้อม และการติดตั้งก๊าซชีวภาพทางการเกษตรขนาดใหญ่ GFS นำเสนอความแข็งแกร่งทางโครงสร้างอันยิ่งใหญ่ของหอคอยเหล็กแบบเกลียวซึ่งจำเป็นต่อการรองรับโหลดไฮดรอลิกขนาดใหญ่ จับคู่กับการบุด้วยแก้วซิลิกาที่ซึมผ่านไม่ได้ ซึ่งให้การป้องกันที่สมบูรณ์ต่อกรดอินทรีย์ที่มีฤทธิ์กัดกร่อนและตะกอนที่มีฤทธิ์กัดกร่อน

คุณกำลังปรับสมดุลข้อกำหนดอัตราส่วนกว้างยาวสำหรับการออกแบบโรงงานใหม่ หรือคุณจำเป็นต้องคำนวณค่าสัมประสิทธิ์การกักเก็บก๊าซและค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทออกซิเจน (kL a) ที่แม่นยำสำหรับความเครียดเฉพาะของคุณหรือไม่