Mismunur á hitastýringaraðferðum fyrir gerjunartanka af mismunandi stærðum í líffræðilegum gerjunarferlum

Inngangur

Líffræðileg gerjun er ferli sem breytir hráefnum í markafurðir með efnaskiptavirkni örvera. Það er mikið notað á sviði lyfja, matvæla, landbúnaðar og umhverfisverndar. Í gerjunarferlinu er hitastig lykilþáttur sem hefur áhrif á örveruvirkni, efnaskiptaferla og myndun afurða. Það er verulegur munur á hitastýringaraðferðum milli mismunandi stærða gerjunartönka, sem birtist aðallega í skilvirkni varmaleiðni, uppbyggingu stjórnkerfis, svörunarhraða, orkunotkunarstjórnun og ferlastærð. Þessi grein mun kerfisbundið greina muninn á hitastýringaraðferðum hjá ... gerjunartankar á rannsóknarstofu-, tilrauna- og iðnaðarstigi, og ástæður þeirra, með það að markmiði að veita fræðilegar heimildir til að hámarka og stækka gerjunarferla.

I. Hlutverk hitastýringar í gerjunarferlinu

Hitastig hefur áhrif á ensímvirkni örverufrumna, gegndræpi frumuhimna, val á efnaskiptaferlum og myndunarhraða afurða. Í flestum gerjunarferlum er kjörhitastig örvera á bilinu 20 til 40 gráður á Celsíus. Ef farið er yfir þetta bil mun það leiða til minnkaðrar efnaskiptavirkni eða jafnvel frumudauða. Þess vegna er viðhald viðeigandi og stöðugs hitastigs forsenda til að tryggja gerjunarvirkni og gæði afurða.

Hitastýringarkerfið þarf ekki aðeins að viðhalda stilltu hitastigi stöðugu heldur einnig að geta brugðist hratt við áskorunum eins og skyndilegum hitabreytingum (eins og hraðri örverufjölgun sem veldur miklum efnaskiptahita) meðan á gerjunarferlinu stendur.

II. Hitastýringarkerfi fyrir gerjunartanka af mismunandi stærðum

1. Rannsóknarstofuvog (1L - 20L)

Gerjunarílát á rannsóknarstofustigi eru yfirleitt minni að stærð og hafa hraðan hitamyndun og -dreifingu. Hitastýringarkerfi þeirra eru tiltölulega einföld og samanstanda almennt af eftirfarandi íhlutum:

• Hitakerfi: Rafmagnshitunarjakki eða hitunarstöng;
• Kælikerfi: Kælt vatnsrás í gegnum jakka eða innbyggða kælispírala;
• Stýrikerfi: PID (hlutfallslegt-heildunar-afleiðu) stjórnkerfi tengt hitastillum til að stjórna skiptingu á milli hitunar og kælingar;
• Hitastigsviðbrögð: Hitamælir eða hitastillir gefa frá sér rauntíma hitastigsmerki.

Vegna smæðar þeirra dreifist hitinn jafnt og auðveldlega, hitastýringin er hröð og stöðugleiki kerfisins er mikill. Hitasveiflur eru almennt innan ±0,2 ℃.

2. Flugvog (50L - 500L)

Gerjunartankar í tilraunastærð eru notuð til að hámarka ferla og sannprófa uppskalningu. Flækjustig kerfisins eykst verulega:

• Upphitunaraðferð: Heitvatnshringrásarkerfi í gegnum jakka eða gufuhitun
• Kælingaraðferð: Tvöfalt lag með kælivatnsrás eða innri kælispíralum;
• Hitastýringarbúnaður: Venjulega búinn PLC stýrikerfi, sem getur stillt hlutfall kalt/heitt vatn;
• Eftirlitspunktar: Hægt er að setja hitaskynjara á marga staði til að fylgjast með hitastigsmun á mismunandi stöðum í vökvanum.

Á þessu stigi er hitadreifingin ekki lengur alveg einsleit. Sérstaklega í gerjunarkerfum með mikla seigju eða þéttleika frumna getur staðbundin ofhitnun eða undirkæling átt sér stað, þannig að nauðsynlegt er að bæta upp fyrir það með því að hámarka hrærslugetu og viðbragðsgetu stjórnkerfisins.

3. Iðnaðarstærð (1 m³ upp í nokkra tugi m³)

Gerjunartankar í iðnaðarstærð standa frammi fyrir fleiri áskorunum í hitastýringu:

• Vandamál varðandi skilvirkni varmaflutnings: Þegar rúmmál eykst minnkar hlutfall yfirborðsflatarmáls og rúmmáls, sem gerir það erfiðara fyrir varma að dreifast innan rúmmálseiningar;
• Hröð uppsöfnun efnaskiptahita: Mikil frumuþéttni og virk efnaskipti leiða til hraðrar uppsöfnunar hita;
• Bætt kælikerfi: Fjölbreytt kerfi eins og fjöllaga jakkar, öflugir kælir, kælispíralar og kæliturnar eru notuð;
• Mikil sjálfvirkni: DCS (dreifð stjórnkerfi) eða SCADA kerfi eru notuð til að stjórna hitastýringu, sem gerir kleift að stjórna hita á svæðum og aðlaga hana að virkri aðlögun;
• Aukin hitatregða: Hægari viðbrögð, seinkuð hitastýring, sem krefst snemmbúinnar spár og aðlögunar;

Að auki, við hönnun stórra gerjunartanka, er CFD (tölvuvökvaaflfræði) hermun nauðsynleg til að spá fyrir um dreifingu hitastigssviðsins, leiðbeina skipulagi kælileiðslu og hönnun hrærivéla.

III. Greining á mismunandi aðferðum við hitastýringu

1. Viðbragðshraði hitastýringar

Kerfið, sem er á rannsóknarstofustigi, bregst hratt við og lýkur hitastillingu á nokkrum sekúndum;

Kerfið í tilraunastærð hefur meðalviðbragðshraða, sem tekur tugi sekúndna upp í nokkrar mínútur;

Iðnaðarkerfi hafa hægasta viðbrögðin, sem geta tekið nokkrar mínútur eða jafnvel lengur. Þess vegna er oft notuð spáaðferð (predictive control).

MIKEBIO gerjunarkerfi í iðnaðarstærð

2. Fjölbreytni hitastýringaraðferða

Fyrir lítil kerfi eru rafmagnshitun og stjórnun á köldu vatni helstu aðferðirnar;

Fyrir kerfi í tilraunastærð og stærri er almennt notað gufuhitun og aðlögun kælivatnsblönduhlutfallsins;

Fyrir iðnaðartanka er krafist fjölrásastýringar og kaldir/heitir uppsprettur skipta sjálfkrafa út frá umhverfishita, gerjunarstigi og breytingum á hitaálagi.

3. Jafnvægi í varmadreifingu

Lítil tankar, vegna smæðar sinnar, geta náð hitajöfnuði með hræringu;

Tilraunatankar þurfa að sameina hræringu og hitastýrða hringrásarkerfi;

Iðnaðartankar þurfa flóknari innri hönnun, svo sem fjölpunkta hitastigsmælingar, stefnubundið hræriflæði og lagskipt kæling o.s.frv.

1. Erfiðleikar í hitastýringu og bestun leiðbeiningum

IV. Tengsl hitastýringar og gerjunarhagkvæmni

Nákvæmni hitastýringar beint hefur áhrif vaxtarhraði örvera og tegund umbrotsefna sem myndast. Til dæmis, í gerjun með sýklalyfjum, getur hækkun hitastigs hraðað upphaflegri uppsöfnun lífmassa en hamlað myndun annars stigs umbrotsefna. Í ferlum þar sem gerjunarafurðin er hitanæmt prótein, svo sem endurröðunarprótein tjáningarkerfi, geta frávik í hitastigi leitt til rangrar fellingar próteinbyggingarinnar eða myndunar innfelldra hluta, sem dregur verulega úr afköstum afurðarinnar.

Ennfremur, við uppskalun ferla, eru mismunandi aðferðir til að stjórna hitastillingu einnig ein af aðalástæðunum fyrir því að erfitt er að endurtaka rannsóknarstofugögn við iðnaðaraðstæður.

V. Niðurstaða

Hitastýring er lykilþáttur í lífvinnslugerjun. Gerjunartankar af mismunandi stærðum þurfa markvissar hitastýringaraðferðir. Smærri gerjun leggur áherslu á hraðvirka svörun og stöðugleika, meðalstór gerjun krefst jafnvægis milli svörunarhraða og jafnrar hitadreifingar, en iðnaðargerjun krefst mikillar sjálfvirkni og kerfisbundinnar skipulagningar. Með þróun snjallrar framleiðslu- og gagnagreiningartækni munu framtíðarhitastýringarkerfi vera greindari og nákvæmari og veita sterkan stuðning við skilvirkar og stjórnanlegar gerjunarferla.

Hins vegar, þegar valið er lífrænn gerjunarbúnaður, það er nauðsynlegt að finna fastan framleiðanda með gott orðspor og styrk til að tryggja gæði vörunnar. Jiangsu Mike Biotechnology Co., Ltd. var stofnað árið 2008 og leggur áherslu á líffræðileg gerjunarbúnaður Rannsóknir og þróun, framleiðsla og sala hátæknifyrirtækja. Fyrirtækið okkar býr yfir gerjunarvettvangi sem er samþættur greindar- og sjálfvirknitækni og hefur byggt upp þroskað gerjunarkerfi sem getur hámarkað gerjunarferlið, gangsett þróun allra ferla frá framleiðslu gerjunar til aðskilnaðar og hreinsunar gerjunarafurða og sett upp læknavinnustöð og nútímalega rannsóknarstofu.

Fyrirtækið okkar er með stöðlaða framleiðsluverksmiðju með fullkomnum búnaði og verkfærum sem þarf til uppsetningar, aðallega þar á meðal fjölbreytt úrval af vélum, sjálfvirkum argonbogasuðuvélum, sjálfvirkum fægivélum, sjálfvirkum skurðvélum og gallagreiningarvélum og meira en 60 settum af framleiðslu- og prófunarbúnaði. Framleiðsluferlið nær öllum nútímalegum stöðlum til að veita viðskiptavinum meiri fagmennsku og tæknilega aðstoð.