Ein Vergleich verschiedener Fermentertypen, ihrer jeweiligen Vor- und Nachteile, Anwendungsbereiche und industrieller Anwendungsbeispiele

Einführung

Gärtanks Fermenter gehören zu den Kernkomponenten moderner Biotechnologie und biochemischer Produktion und dienen der Kultivierung von Mikroorganismen und der Herstellung von Stoffwechselprodukten. Mit der Entwicklung der Biotechnologie finden verschiedene Fermentertypen breite Anwendung in Branchen wie Medizin, Lebensmittel, Energie und Umweltschutz. Gängige Fermenter lassen sich anhand von Parametern wie Rührverfahren, Gasaustauschmethoden und Konstruktionsmerkmalen in verschiedene Typen einteilen, darunter mechanisch gerührte Fermenter, Airlift-Fermenter, Blasensäulenfermenter, Festbettfermenter und Wirbelschichtfermenter. Dieser Artikel vergleicht die Konstruktionsmerkmale, Funktionsmechanismen, Vor- und Nachteile, Anwendungsbereiche und typische industrielle Anwendungsfälle dieser Fermenter, um Forschern und Ingenieuren eine Orientierungshilfe bei der Geräteauswahl zu bieten.

I. Mechanisch gerührter Fermenter

1. Struktur und Prinzip

Mechanische Bewegung Gärbehälter Fermentationsanlagen gehören zu den am weitesten verbreiteten Anlagen. Ihre Grundstruktur umfasst den Behälterkörper, ein Rührwerk, einen Gasverteiler, einen Kühl-/Heizmantel bzw. eine Heizschlange usw. Durch die Kombination des mechanischen Rührwerks mit dem Belüftungssystem wird die Gasverteilung in der Flüssigkeit verbessert und die Sauerstoffausbeute erhöht.

2. Vorteile

• Es weist eine hohe Sauerstoffmassentransfer-Effizienz auf und eignet sich für aerobe Mikroorganismen.
• Die Kontrollparameter wie pH-Wert, Temperatur und Konzentration an gelöstem Sauerstoff lassen sich leicht einstellen.
• Die Technologie ist ausgereift und hochgradig standardisiert.
• Es ermöglicht eine vollautomatische Steuerung und eignet sich für die Großproduktion.

3. Nachteile

• Der Energieverbrauch ist relativ hoch, insbesondere bei hochviskosen Kulturmedien.
• Der Dichtungsbereich der Rührwelle neigt zu Leckagen und hat einen hohen Wartungsaufwand.
• Dieses Produkt ist nicht geeignet für Mikroorganismen, die empfindlich auf Scherkräfte reagieren, wie z. B. bestimmte Pilze oder Pflanzenzellen.

4. Anwendungsbereich

• Die Herstellung von Stoffwechselprodukten wie Antibiotika, Aminosäuren und Enzympräparaten;
• Die Kultivierung gängiger Bakterienstämme wie Hefen, Milchsäurebakterien und Escherichia coli;
• Es kann an industrielle Maßstäbe angepasst werden, von wenigen Litern bis hin zu mehreren zehn Kubikmetern.

5. Anwendungsbeispiele aus der Industrie

• Mechanisch gerührte Fermenter werden in der industriellen Penicillinproduktion häufig eingesetzt.
• Bei der Herstellung von Dehydrogenase werden hochautomatisierte mechanische Rührtanks zur Kontrolle von pH-Wert und gelöstem Sauerstoff eingesetzt.
• Diese Art von Ausrüstung wird häufig bei der Lipasefermentation in der Biodieselproduktion eingesetzt.

MIKEBIO-Fermentationssystem für Lebensmittelzusatzstoffe

II. Airlift-Fermenter

1. Struktur und Prinzip

Der Airlift-Fermenter erreicht Durchmischung und Stoffaustausch durch die Einleitung von Gas, um die Flüssigkeitszirkulation anzutreiben. Er ist üblicherweise mit einem internen Rohr oder einem Strömungsführungszylinder ausgestattet, der die Reaktion in eine Gasaufstiegszone und eine Gasabstiegszone unterteilt.

2. Vorteile

• Die Konstruktion ist einfach, sie hat keine beweglichen Teile und verursacht geringe Wartungskosten.
• Es weist eine geringe Scherkraft auf und eignet sich zur Kultivierung von Tierzellen, Pflanzenzellen, Pilzen usw.
• Geringer Energieverbrauch, geeignet für den Langzeitbetrieb;
• Das durch mechanisches Rühren verursachte Schaumproblem beseitigen.

3. Nachteile

• Die Sauerstoffmassentransfer-Effizienz ist relativ gering;
• Die Steuerungskomplexität ist relativ hoch (z. B. die Schwierigkeit, die Flüssigkeitsdurchflussrate unabhängig zu steuern);
• Youdaoplaceholder5 ist nicht für hochviskose Kulturmedien geeignet.

4. Anwendungsbereich

• Pflanzenzellkultur, Impfstoffproduktion;
• Gärung von Alkohol, Zitronensäure und anderen fermentierten Produkten;
• Umwelttechnische Verfahren wie Algenzucht und biologische Denitrifikation.

5. Anwendungsbeispiele aus der Industrie

• Ein bestimmtes Impfstoffherstellungsunternehmen verwendet Luftheberfermenter zur Viruskultur, um Zellschäden zu reduzieren.
• Eine bestimmte Zuckerrohralkoholfabrik in Indonesien hat zur Verbesserung der Energieeffizienz Luftheber-Fermentationstanks für die kontinuierliche Ethanolproduktion eingeführt.
• Der Airlift-Reaktor wird zur Behandlung von ammoniakhaltigem Abwasser und zur Erzielung einer biologischen Denitrifikation eingesetzt.

III. Blasensäulenfermenter

1. Struktur und Prinzip

Der Blasenturm Gärtank Es handelt sich um ein vertikales, zylindrisches Gerät ohne mechanisches Rührwerk. Die Blasenbildung erfolgt hauptsächlich durch Belüftung am Boden. Beim Aufsteigen der Blasen wird die Flüssigkeit in Bewegung gesetzt, wodurch Durchmischung und Stoffaustausch erreicht werden.

2. Vorteile

• Es zeichnet sich durch eine einfache Struktur und geringe Investitionskosten aus.
• Youdaoplaceholder0 Geeignet für große Volumina (bis zu mehreren hundert Kubikmetern);
• Es eignet sich für Umgebungen mit geringer Scherkraft und ist besonders geeignet für die Kultivierung großer Mikroalgen.
• Es verfügt über gute Selbstreinigungseigenschaften und eignet sich für die CIP-Reinigung (In-line Cleaning).

3. Nachteile

• Die Sauerstoffmassentransfer-Effizienz ist begrenzt und es ist schwierig, die Anforderungen hyperaerober Stämme zu erfüllen.
• Die Schaumkontrolle ist schwierig und es müssen Entschäumer hinzugefügt werden.
• Eine hochpräzise Steuerung ist schwierig zu erreichen.

4. Anwendungsbereich

• Großtechnische Kultivierung von Mikroalgen wie Spirulina und Haematococcus pluvialis;
• Methanbakterien, Gasstoffwechselreaktionen bei anaerober Gärung;
• Fermentation von Einzellerproteinen und bestimmten organischen Säuren.

5. Anwendungsbeispiele aus der Industrie

• Youdaoplaceholder5 Ein bestimmtes Mikroalgenunternehmen in Brasilien verwendet Blasensäulentürme für die kommerzielle Produktion von Haemophilus plutococcus;
• Der zum Kraftwerk passende anaerobe Blasensäulenreaktor dient der Produktion von Biomethan.
• Die Zitronensäureindustrie verwendet großtechnische Glockenturmfermentationen, um eine kontinuierliche Produktion zu erreichen.

IV. Festbett-Bioreaktor-Fermentationstank

1. Struktur und Prinzip

Im Festbettfermenter werden Mikroorganismen an der Oberfläche des Füllmaterials fixiert, und das flüssige Kulturmedium fließt langsam durch die Füllschicht, um die Reaktion zu ermöglichen. Dieses Verfahren wird häufig für Zelltypen eingesetzt, die sich nicht für die freie Suspensionskultur eignen.

2. Vorteile

• Youdaoplaceholder5 kann eine Zellkultur mit hoher Zelldichte erreichen;
• Es zeichnet sich durch geringe Scherkräfte und niedrigen Energieverbrauch aus.
• Youdaoplaceholder0 ermöglicht einen einfachen Dauerbetrieb;
• Das Produkt weist eine hohe Konzentration auf, was die nachfolgende Extraktion begünstigt.

3. Nachteile

• Der Stofftransportwiderstand ist groß;
• Es neigt zu Verstopfungen und ist schwer zu reinigen und zu warten.
• Es ist schwierig, das ungleichmäßige Wachstum der Bakterien zu kontrollieren.

4. Anwendungsbereich

• Reaktion immobilisierter Enzyme;
• Anwendungen im Umweltschutz wie biologische Abbauprozesse und biologische Denitrifikation;
• Langzeitkultur von Tier- oder Pflanzenzellen.

5. Anwendungsbeispiele aus der Industrie

• Festbettsysteme für die Massenproduktion von Insulin;
• Eine Kläranlage in einer bestimmten Stadt nutzt Festbettfermenter zur Behandlung von Abwasser mit hohem Ammoniakstickstoffgehalt.
• Fixkultur von glucoseoxidierenden Bakterien für die Biofilmreaktion im biologischen Reaktionsturm.

V. Wirbelschichtbioreaktor (Wirbelschichtbioreaktor)

1. Struktur und Prinzip

Wirbelschichtfermentationstanks sind ein verbessertes Festbettsystem, das die Stoffaustauscheffizienz steigert, indem es die Flüssigkeitsdurchflussrate erhöht oder Gas einleitet, um das Füllmaterial in einem "suspendierten" Zustand zu halten.

2. Vorteile

• Eine relativ hohe Stoffaustauschrate zwischen Gas, Flüssigkeit und Feststoff.
• Vermeiden Sie das Problem der Festbettblockade;
• Es weist eine hohe Reaktionseffizienz auf und eignet sich für die Produktion im großen Maßstab.
• Es kann im Dauerbetrieb eingesetzt werden und eignet sich für eine stabile Produktproduktion.

3. Nachteile

• Die Struktur ist komplex und die Kontrolle schwierig.
• Die Anforderungen an die Konvektionsbedingungen sind hoch, daher ist eine präzise Auslegung erforderlich.
• Es stellt relativ hohe Anforderungen an das Verpackungsmaterial.

4. Anwendungsbereich

• Behandlung von hochkonzentriertem organischem Abwasser;
• Großtechnische Fermentation von immobilisierten Mikroorganismen oder Enzymen;
• Hochwertige Produkte wie die Synthese von Arzneimittelzwischenprodukten und die Biotransformation mit Lösungsmitteln.

5. Anwendungsbeispiele aus der Industrie

• Biotransformation von in der pharmazeutischen Industrie verwendeten Steroidhormonvorstufen;
• Das Wirbelschichtsystem der Kläranlage wird zur aeroben Zersetzung von Farbstoffen eingesetzt.
• Hocheffiziente wasserstoffproduzierende Bakterien wurden bereits umfassend untersucht und in Wirbelschichtsystemen eingesetzt.

MIKEBIO-Fermentationssystem für Biodünger

Abschluss

Verschiedene Fermentertypen weisen unterschiedliche Merkmale hinsichtlich Konstruktion, Funktionsprinzipien, Steuerungskomplexität und Anwendungsbereichen auf. Mechanisch gerührte Fermenter dominieren aufgrund ihrer hohen Vielseitigkeit die industrielle Produktion, während Airlift- und Blisterkolonnen aufgrund ihrer geringen Scherkräfte und ihres Energiesparpotenzials in bestimmten Anwendungsfällen besonders gut geeignet sind. Festbett- und Wirbelschichtfermenter bieten deutliche Vorteile bei der Kultivierung hoher Zelldichten und speziellen Reaktionen, insbesondere im Umweltschutz und in der Medizin.

Bei der Auswahl von Fermentationsanlagen sollten Unternehmen und Forschungseinrichtungen die Art der Anlagen umfassend unter Berücksichtigung von Faktoren wie der Art der Mikroorganismen, den Produkteigenschaften, den Prozessanforderungen und den wirtschaftlichen Kosten betrachten, um den optimalen Prozessnutzen und den wirtschaftlichen Wert zu erzielen.

Andererseits, bei der Auswahl eines Bioreaktor-FermenterUm die Produktqualität zu gewährleisten, ist es notwendig, einen zuverlässigen Hersteller mit gutem Ruf und ausreichender Leistungsfähigkeit zu finden. Jiangsu Mike Biotechnology Co., Ltd. wurde 2008 gegründet und konzentriert sich auf … Anlagen zur biologischen Fermentation Forschung und Entwicklung, Produktion und Vertrieb eines Hightech-Unternehmens. Unser Unternehmen verfügt über eine Pilotfermentationsplattform mit integrierter Intelligenz und Automatisierung sowie ein ausgereiftes Fermentationssystem. Dieses ermöglicht die Optimierung des Pilotfermentationsprozesses, die Inbetriebnahme aller Prozessschritte von der Pilotfermentation bis zur Trennung und Reinigung der Fermentationsprodukte und die Einrichtung einer Prüfstation und eines modernen Labors.

Unser Unternehmen verfügt über eine standardisierte Produktionsanlage mit kompletten Ausrüstungssätzen und Werkzeugen, die für die Installation erforderlich sind. Dazu gehören hauptsächlich verschiedene Werkzeugmaschinen, eine automatische Argon-Lichtbogenschweißanlage, eine automatische Poliermaschine, eine automatische Schneidemaschine und eine Fehlererkennungsmaschine sowie mehr als 60 weitere Produktions- und Prüfgeräte. Der gesamte Produktionsprozess entspricht modernen Standards, um den Kunden professionelle Qualität und technischen Support zu bieten.