Биореакторы других типов

В табл. 13 перечислен ряд факторов, стимулировавших разработку новых типов и конструкций биореакторов. Многие из этих факторов сыграли свою роль при разработке компанией JCI чрезвычайно крупномасштабного процесса производства белка одноклеточных организмов.

Таблица 13. Факторы, оказавшие влияние на разработку реакторов новых типов

Общий объем соответствующего реактора составляет 2300 м³ (колонна диаметром 7 м и высотой 60 м, рабочий объем реактора 1560 м³). Более того, в этом реакторе микроорганизмы растут на метаноле, что приводит к выделению чрезвычайно большого количества тепла. При таком объеме ферментеры обычной конструкции с механическим перемешиванием и барботажем совершенно непригодны, что и послужило стимулом для разработки новых реакторов эрлифтного типа.

РИС. 37. Биореакторы, в которых энергия расходуется на механическое движение внутренних устройств. Обозначения: Г —газ (воздух); К—внутренний канал; Д —двигатель; ОП—отражательные перегородки; ПГ — пеногаситель; Ж —жидкая фаза; ВЦ — вращающийся цилиндр

Предлагались и другие конструкции реакторов, которые прошли испытания в различных масштабах — от лабораторного прибора и пилотной установки до крупномасштабного промышленного аппарата. Предложено подразделять реакторы на три основных группы в соответствии со способом потребления энергии.

В реакторах первой группы энергия расходуется на механическое перемещение внутренних устройств (рис. 37). В некоторых из реакторов этой группы с помощью внутренних каналов устанавливается определенная структура течений, например циркуляция жидкости. Реактор 1.6 представляет собой горизонтально расположенный аппарат с циркуляцией жидкой фазы и с пеноотделителем, заполненным газожидкостной смесью. В реакторе типа 1.9 перемешивание происходит за счет пульсации жидкой фазы, а в реакторах конструкции 1.11 (представлен вид сбоку) путем периодического погружения размещенных на вращающемся валу дисков в жидкую реакционную смесь, находящуюся в нижней части реактора.

На рис. 38 представлены конструкции реакторов другой группы, в которых энергия, расходуемая на циркуляцию жидкости, подается с помощью насоса, расположенного вне реактора. В реакторе 2.1 направленная сверху вниз струя жидкости стремительно уходит в реакционную смесь, а в конструкции 2.7 имеются сопла, распыляющие жидкость и расположенные на концах вращающегося стержня.

РИС. 38. Реакторы, в которых энергия расходуется внешним насосом, включенным в систему рециркуляции. Обозначения-. Г—газ; Ж — жидкая фаза; ИС — инжекционное сопло; П — поплавок.

Схемы реакторов последней группы, в которых энергия расходуется на сжатие газа, поступающего в реактор, изображены на рис. 39. В большинстве реакторов этой группы имеются те или иные внутренние устройства, способствующие более тщательному диспергированию газа, а также различные устройства для циркуляции жидкой фазы.

РИС. 39. Реакторы, предназначенные для проведения процессов с участием погруженных культур; расход энергии связан со сжатием и подачей газа.

Обозначения-. Г — газ; Ж—жидкая фаза; 1 — газовый клапан; 2 — статическое перемешивающее устройство; клапан 1 периодически закрывают и открывают.