Quy trình thiết bị trong Công nghệ sinh học Chương 3 - Máy vận chuyển doc

• Ưu điểm:- Kín nên loại trừ được bụi - Nguyên liệu tiếp xúc không đáng kể với các bộ phận chuyển động của thiết bị - Kết cấu đơn giản • Mục đích sử dụng: dùng vận chuyển nguyên liệu như

CHƯƠNG 3

MÁY VẬN CHUYỂN 3.1 Phân loại và lựa chọn thiết bị

3.1.1 Những yêu cầu cơ bản đối với máy móc vận chuyển trong sản xuất

 Phải có một độ kín tương đối

 Đảm bảo tính chất ban đầu của nguyên liệu

3.1.2 Phân loại

1 Theo nguyên tắc tác động:

+ Máy vận chuyển tác động gián đoạn

+ Máy vận chuyển tác động liên tục

2 Theo phương vận chuyển nguyên liệu:

+ Vận chuyển theo những hướng khác nhau

+ Vận chuyển theo hướng cố định

Tóm lại có hai loại chính:

1 Thiết bị vận chuyển bên ngoài

2 Thiết bị vận chuyển bên trong

3.2 Những đặc tính cơ lý của vật liệu vận chuyển

• Dạng vật liệu vận chuyển: rời, miếng, chiếc, lỏng, bột, hạt

• Độ ẩm của nguyên liệu rời W

• Góc nghiêng tự nhiên j: có sự khác nhau giữa góc nghiêng

tự nhiên của vật liệu ở trạng thái động và tĩnh

 jđ = 0,7jt

• Hệ số kết dính của nguyên liệu

a = G/Gn

Trong đó: G - khối lượng vật liệu rời

Gn- khối lượng nguyên liệu bị nén chặt

• Vật liệu làm băng tải: cao su, thép, sợi bông, sợi gai …

• Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động:

1 Một số điểm cần lưu ý:

- Trục dẫn động: đường kính từ 400-500mm hoặc có thể hơn

- Đường kính con lăn: 80-100mm đối với băng tải làm bằng vải-cao su hoặc 350-400mm đối với băng tải thép

- Khoảng cách con lăn ở nhánh trên 250-350mm, nhánh dưới 1-1,5m

- Chiều rộng của băng tải làm bằng vải-cao su: 300-3000mm

2 Ưu, nhược điểm: có thể cố định hoặc di động Kết cấu đơn giản, dễ vận hành, độ bền cao, hiệu quả kinh tế lớn và có khoảng điều chỉnh năng suất lớn Tuy nhiên không kín

3.3.2 Băng cào

• Mục đích sử dụng: vận chuyển các nguyên liệu dạng hạt, bột, tinh bột, sinh khối, bã đã được trích ly… theo phương ngang hoặc nghiêng

• Bộ phận làm việc chính: là những cái cào được làm bằng tấm kim loại cuốn lại thành hình máng, có dạng hình thang hay nửa hình tròn và gắn chặt trên xích

• Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động:

3.3.3 Gàu tải

- Mục đích sử dụng: vận chuyển các nguyên liệu dạng hạt, bột đến các độ cao khoảng 40m và góc nghiêng 45-700 người

ta thường sử dụng gàu tải

- Bộ phận làm việc chính: gồm các gàu gắn chặt trên băng tải hay xích Chiều rộng của gàu tải 135 - 450mm, sức chứa 0,9-1,5 lít cho 2-3 gàu/m, v = 0,8-2 m/s

- Ưu nhược điểm: năng suất lớn, chiếm ít diện tích, nhưng ồn,

dễ phát sinh bụi và không kín

- Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động:

3.3.4 Vít tải

• Mục đích sử dụng: vận chuyển các nguyên liệu như bột, tinhbột, muối, chủng nấm mốc dạng khô, các sản phẩm chăn nuôi… theo hướng mặt phẳng ngang hoặc nghiêng với

• Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động:

• Ưu nhược điểm: có thể tháo liệu giữa chừng nhưng chiều dài vận chuyển hạn chế và vật liệu bị đảo trộn mạnh

3.3.5 Thiết bị vận chuyển rung

• Mục đích sử dụng:

- Băng tải rung thường dùng để vận chuyển nguyên liệu, bá thành phẩm và sản phẩm dạng hạt, bột theo hướng ngang hoặc nghiêng đến 200

- Các băng tải rung có thể được lắp ráp trong các thiết bị riêng rẽ như sàng rung, nghiền rung, sấy rung, tiếp liệu rung…

• Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động:

- Tần số dao động: 900 – 3000 ph-1

- Biên độ dao động: 0,5 – 3 mm

• Ưu điểm:

- Kín nên loại trừ được bụi

- Nguyên liệu tiếp xúc không đáng kể với các bộ phận chuyển động của thiết bị

- Kết cấu đơn giản

• Mục đích sử dụng: dùng vận chuyển nguyên liệu như bột, cám, bã củ cải, mạt cưa…

• Ưu điểm: đơn giản, an toàn, dễ vận hành, độ kín tuyệt đối, đảm bảo vệ sinh, dễ cơ giới hóa

• Nhược điểm: tiêu hao năng lượng lớn, có thể đến

0,4KW.h/tấn nguyên liệu

• Cấu tạo và nguyên tắc:

- Năng suất có thể đạt 400 tấn/ giờ

- Khoảng cách vận chuyển > 100m với chiều cao vận chuyển

có thể đạt 100m

• Ưu nhược điểm của thiết bị hút:

- Do có sự hạ áp nên loại trừ được bụi, nên thường vận

• Thiết bị nén-hút: kết hợp ưu điểm của cả 2 loại thiết bị hút

và đẩy

CHƯƠNG 4

MÁY VÀ THIẾT BỊ CHUẨN BỊ NGUYÊN LIỆU

4.1 THIẾT BỊ CHỨA, BẢO QUẢN MÔI TRƯỜNG LỎNG

4.1.1 Kiến thức chung

- Mục đích sử dụng: để đảm bảo dây chuyền sản xuất hoạt động liên tục và bảo quản sản phẩm trong một thời gian nhất định trước khi đưa ra thị trường

- Lượng nguyên liệu và vật liệu phụ chứa trong kho, trong bể được xác định chủ yếu dựa Z ng và Zbh

2 Khi chuyển môi trường vào hay ra khỏi kho theo chu kỳ cho phép thiết lập 2 bể cho mỗi môi trường

3 Nếu bể có sức chứa lớn thì phải thiết lập các bộ phận theo dõi

vệ sinh và chống cháy

4 Sức chứa chung của các bể đối với nguyên liệu xác định theo định mức bảo quản và sự dự trữ cần thiết để nhà máy hoạt động liên tục

5 Sức chứa chung của bể đối với thành phẩm được xác định theo định mức bảo quản và sự tồn tại cho phép của sản phẩm

4.1.2 Các bể chứa bảo quản nguyên liệu và sản phẩm hàng hóa

• Mục đích: để bảo quản những sản phẩm như rượu etylic, axeton, chất cô chứa lizin… được sản xuất từ các nguyên liệulỏng cơ bản như: rỉ đường, rỉ củ cải, axit axetic, parafin

lỏng… trong kho của nhà máy

• Thông số cơ bản: dung tích, khả năng chịu áp suất và vật liệu chế tạo

• Bể chứa rỉ đường dung tích 5000m3:

• Phần hình trụ của bể có kết cấu tấm với 8 đai được hàn lại thành 8 mối

• Tâm bể có trụ đỡ bằng ống thép với các cánh trên và cánh dưới

• Mái chắn có góc nghiêng  = 0,05 từ tâm đến biên bể Đáy được hàn lại từ những tấm riêng biệt với góc nghiêng  = 0,02 từ tâm đến biên bể

• Ở vùng tháo rỉ ra khỏi bể có bộ phận đun nóng kiểu ống dùng để đun nóng cục bộ rỉ đường đến 400C

• Để nguyên liệu được đồng nhất trong bể cần trang bị các ống rót và bố trí chúng ở các mức khác nhau làm thành hệ đồng hóa

• Nhờ bơm tuần hoàn mà rỉ đường được đẩy từ đầu nối cửa bêndưới và hệ đồng hóa

• Thể tích của bể bảo quản rượu thường được tính cho 2 tuần sản xuất liên tục

• Rượu etylic có nhiệt độ bay hơi ở +90C và dễ cháy nên hàm lượng rượu cho phép trong không khí là 10-12 g/m3

• Tháo nguyên liệu bằng bộ tự chảy hoặc tạo quá áp bằng

không khí nén hay khí trơ ở áp suất 0,3-1,6MPa

• Trong bể có lắp đặt các thiết bị như nhiệt kế, van bảo hiểm, van không khí, báo hiệu mức, quá áp, cửa quan sát… để đáp ứng mục đích tiêu hao nguyên liệu tối thiểu và đảm bảo an toàn

4.1.3 Bể bảo quản nguyên liệu phụ

• Các nguyên liệu phụ như axit (H2SO4, HCl, H3PO4,…) hay kiềm (NaOH, Ca(OH)2,…), dung dịch muối, nước chiết ngô, dung môi hữu cơ, chất phá bọt … thường là những chất độc

và có tính ăn mòn hóa học cao nên khi thiết kế và chọn bể

chứa cần phải tuân thủ hướng dẫn của các tiêu chuẩn đã đượcban hành, chọn vật liệu chế tạo bể phù hợp và cách lấy ra sao cho an toàn

• Bể bảo quản axit sunfuric: Hình 4.3

• Để hút axit ra cung cấp cho quá trình sản xuất người ta phải

Hình 4.3 Bể bảo quản axit sunfuric 1-Bể; 2,3-Nút áp lực; 4-Dung lượng áp lực; 5-Ống xifong; 6- Đường ống dẫn; 7-Van; 8-Bình chứa; 9-Bơm; 10-Ống rót

• Khi bảo quản amoniac, bể chứa thường là thùng kín có kết

cấu hàn bằng thép cacbon Không cho amoniac tiếp xúc với

phần thiết bị hay đường ống có chứa Cu hoặc hợp kim của

Cu

4.2 THIẾT BỊ ĐỂ CHUẨN BỊ NGUYÊN LIỆU VÀ VẬN

CHUYỂN CÁC MÔI TRƯỜNG KHÁC NHAU

4.2.1 Máy nghiền:

- Khái niệm: nghiền là quá trình biến các chất rắn thành

những phần nhỏ hơn dưới tác động của va đập, nén vỡ, chà xát,

2 Phân loại theo kích thước nghiền:

Bảng 4.1 Phân loại cấp nghiền

Cấp nghiền Kích thước hạt vật liệu (mm)

Trước khi nghiền dt Sau khi nghiền ds

• Máy nghiền theo phương pháp cắt: gồm máy nghiền đĩa,

máy nghiền trục băm …

1 Loại máy nghiền này có thể nghiền gỗ thành phôi bào để chuẩn bị các môi trường dinh dưỡng chứa cacbon trong sản xuất nấm men gia súc và rượu etylic

2 Bộ phận làm việc chính của thiết bị là đĩa có đường kính 3m, trên đĩa lắp 3-16 dao

1-3 Nguyên liệu được đưa vào thiết bị một cách tự do hay cưỡng bức

4 Trong các máy có ít dao, quá trình là gián đoạn, trong các máy có nhiều dao quá trình cắt hầu như là liên tục

• Máy nghiền có tác dụng va đập: gồm máy nghiền búa, máyxay, máy tán …

1 Mục đích: sử dụng để nghiền các chủng nấm mốc, các hạt chế phẩm kháng sinh, các chất bổ sung …

2 Ưu điểm: kết cấu đơn giản, làm nóng sản phẩm không đáng

kể, hiệu quả kinh tế hơn các loại máy nghiền khác

3 Nhược điểm: tạo bụi trong quá trình hoạt động và gây tiếng ồn

4 Vật liệu được nghiền qua lỗ sàng, còn những phôi lớn được giữ lại trên sàng và lại chuyển vào vùng nghiền Mức độ nghiền của vật liệu phụ thuộc vào sự thay đổi kích thước của

lỗ sàng

Một số loại máy nghiền thường được dùng trong sản xuất thuộc lĩnh vực CNSH:

Bảng 4.2

1 Phế liệu gỗ Máy nghiền đĩa, máy nghiền trục

băm

2 Canh trường nấm mốc và cặn

men Máy nghiền búa, máy nghiền vít, máy nghiền trục, máy nghiền rung

3 Cám, chế phẩm kháng sinh chắn

nuôi, vitamin Máy nghiền búa, máy nghiền vi lượng

4 Các chất vô cơ dùng trong sản

xuất premik, chất bổ sung chứa

vitamin-protein

Máy nghiền búa

4.2.2 Máy và thiết bị phân loại hỗn hợp hạt

• Mục đích sử dụng: để thu nhận các nguyên liệu, bán thành

2 Phân ly từ tính: là quá trình phân loại dựa vào lực hút giữa

tạp chất kim loại có trong nguyên liệu với nam châm, sau đó tách chúng ra khỏi nam châm bằng những phương pháp khác nhau

4.2.2.1 Một số máy phân loại bằng phương pháp cơ học

• Sàng và sàng đột lỗ:

1 Sàng dùng để phân loại hỗn hợp nghiền gồm các loại: sàng

lưới và sàng vải với lỗ sàng hình vuông, hình bầu dục

Hình 4.6 Các dạng sàng dây

Sàng được sản xuất từ dây kim loại, sợi tơ…

Ưu điểm: tiết diện làm việc lớn (đến 70%) Nhưng bị bào mòn nhanh và các sợi có thể dịch chuyển

2 Sàng đột lỗ: chế tạo bằng những tấm kim loại theo phương pháp dập lỗ trên các máy ép Lỗ sàng có nhiều hình dạng khác nhau:

Sàng đột lỗ có nhược điểm là tiết diện hoạt động nhỏ (thườngkhoảng <50%), bị hao mòn nhanh do bề dày của tấm kim loại không lớn

• Hình dạng, độ ẩm của các hạt, chiều dày lớp hỗn hợp hạt trên

bề mặt sàng, độ đồng nhất của hỗn hợp hạt, góc nghiêng và biên độ dao động của sàng, kích thước và sự phân bố kích thước lỗ sàng đều ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của máy phân loại Các hạt tròn dễ sàng hơn so với các hạt có hình bầu dục

• Mỗi loại sàng thường có ký hiệu riêng

• Máy phân ly từ tính:

4.3 Thùng chứa

Hình 4.8 Máy phân ly từ tính

(a) Loại máy có cột nam châm ẤI-2-3: 1-Khung, 2- Tay quay, 3-Nam châm, 4-Lỗ thoát, 5-Cửa quan sát, 6-Vít điều chỉnh, 7-Tấm hướng (b) Loại máy có cột BKM-3 7: 1-Khối nam châm, 2-Hộp

• Mục đích: để bảo quản ngắn hạn các vật liệu rời và đảm bảo

sự hoạt động nhịp nhàng của thiết bị Thùng chứa được sử

dụng rộng rãi cùng với bộ phận nạp liệu, bộ định lượng trongtất cả các công đoạn sản xuất

• Một số hình dạng của thùng chứa:

Hình 4.9 Các dạng thùng chứa

4.4 Các bộ định lượng môi trường thể hạt và thể lỏng

• Mục đích sử dụng: để tải đều nguyên liệu vào thiết bị, đồng thời chúng cũng được sử dụng ở các công đoạn cuối của quá trình sản xuất

• Nguyên tắc hoạt động chung: tác động gián đoạn (theo thể tích hoặc khối lượng) và tác động liên tục

4.4.1 Bộ định lượng theo thể tích.

• Mục đích: để định lượng liên tục theo thể tích các vật liệu

như muối, bột, cám, bã, bán thành phẩm, thành phẩm, người

ta thường sử dụng các bộ định lượng theo thể tích dạng vít

tải, kiểu âu, dạng rung, dạng đĩa … được điều khiển bằng

phương pháp thủ công, điện hay khí động học

• Bộ định lượng kiểu vít tải:

- Mục đích sử dụng: dùng để tải nguyên liệu hạt, bột kích

thước đến 5mm, độ ẩm đến 1,5% và mật độ xếp 1,9kg/cm3

- Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động: Hình 4.10

Hình 4.10 Bộ định lượng kiểu vít tải 1-Bộ truyền động trục vít; 2-Bộ biến tốc; 3-Động cơ; 4-Vỏ hình trụ; 5-Vít vận chuyển

4.5 Nồi phản ứng

• Nồi PƯ thực chất là thiết bị khuấy trộn làm việc trong những môi trường khắc nghiệt Khi PƯ xảy ra, thiết bị sẽ chịu ăn mòn, chịu áp suất và nhiệt độ cao

• Thiết bị này thường để trong phòng riêng biệt, công nhân hạnchế tiếp xúc Thiết bị khuấy trộn bằng cơ học hoặc tuabin

• Nồi PƯ dạng đứng: Hình 4.11

CHƯƠNG 5

Hình 4.11 Nồi phản ứng dạng đứng

MÁY VÀ THIẾT BỊ CHUẨN BỊ MÔI TRƯỜNG DINH

DƯỠNG

• Phụ thuộc vào tính chất cơ-lý của các cấu tử môi trường dinh dưỡng mà có thể hòa tan chúng hay huyền phù hóa trong nước với tỷ lệ nhất định ở nhiệt độ và pH đã cho

• Trong quá trình chuẩn bị môi trường dinh dưỡng, phụ thuộc vào yêu cầu công nghệ mà chúng ta có thể tiến hành trung hòa, kết tủa, làm lạnh, loại các cấu tử ức chế hoạt động sống của VSV, làm giàu môi trường dinh dưỡng bằng các chất hoạt hóa sinh học, v.v

• Để chuẩn bị môi trường dinh dưỡng, người ta có thể sử dụng các thiết bị như: Thiết bị thủy phân, thiết bị trung hòa, đảo trộn, bể lắng, thiết bị trao đổi nhiệt, lọc, thiết bị thanh trùng, v.v

5.1 CÁC THIẾT BỊ THỦY PHÂN VÀ NGHỊCH ĐẢO ĐƯỜNG, THỦY PHÂN POLYSACCARIT VÀ PROTEIN

• Trong nuôi cấy VSV, hydrocacbon là nguồn C của VSV nhưng nó tồn tại ở dạng polysaccarit như phế liệu gỗ, trấu, lõingô, v.v nên VSV không hấp thụ được Do đó, cần phải thủyphân polysaccarit thành các monosaccarit

• Quá trình thủy phân polysaccarit thường được tiến hành trong các thiết bị thủy phân, dùng axit sunfuric loãng ở nhiệt

độ cao, có thể đến 1900C

• Khi thủy phân polysaccarit còn tạo các dextrin Quá trình thủy phân dextrin ra monosaccarit thường được tiến hành trong các thiết bị đảo trộn ở 1400C

• Nguồn N của VSV là các axit amin Một trong những

phương pháp công nghệ để thu nhận axit amin là thủy phân protein của nấm men và các chế phẩm protein khác bằng axit hoặc enzim

• Thủy phân protein bằng axit được thực hiện trong các thiết bịthủy phân ở 1200C với chất xúc tác là H2SO4 hoặc HCl

• Thủy phân protein bằng enzim thường tiến hành ở 400C, pH

= 5-7 và sử dụng chất xúc tác là enzim thủy phân protein

5.1.1 Thiết bị thủy phân tác động tuần hoàn có lớp lót chịu axit

• Trong sản xuất thường sử dụng thiết bị có dung tích 18, 30,

37, 50, 80m3 Các thiết bị thủy phân khác nhau cơ bản ở kíchthước, phương pháp nạp axit để thủy phân và chọn sản phẩm thủy phân

• Thiết bị thủy phân dung tích 80m3: Hình 5.1

- Để ngằn ngừa sự han gỉ, bề mặt bên trong của thiết được phủ lớp bêtông có lớp phủ mặt là những vật liệu chịu nhiệt, bền vớiaxit như gạch gốm, grafit, v.v

- Chống gỉ cửa trên và cửa dưới của vỏ bằng lớp đồng thau, nắp thép ở trên cũng làm bằng lớp đồng thanh hay đồng thau Tất

Hình 5.1 Thiết bị thủy phân dung tích 80m 3 1-Vỏ thép; 2-Lớp betong; 3-Lớp đệm; 4- Các ống lọc dài; 5-Các ống lọc ngắn; 6-Cửa lấy sản phẩm thủy phân và nạp hơi; 7-Van; 8-Cân đo; 9-Cửa nạp nước; 10- Cửa nạp axit; 11-Nắp; 12-Cửa thổi

cả các khớp nối tiếp xúc với môi trường ăn mòn đều có lớp lót bằng đồng thanh.

- Cấu tạo đặc biệt của nắp là đảm bảo độ kín của thiết bị trong suốt quá trình hoạt động của thiết bị, đảm bảo đóng-mở nhanh

- Kết cấu đặc biệt của van đóng kín ở dưới đảm bảo độ kín thiết bị trong quá trình hoạt động và mở nhanh khi tháo cặn

- Để giảm sự mất nhiệt, bề mặt của thiết bị thủy phân được phủ lớp vật liệu cách nhiệt

5.1.2 Thiết bị nghịch đảo đường

- Mục đích sử dụng: Để đảm bảo thủy phân liên tục các dextrin trong sản phẩm thủy phân hay trong dịch kiềm sunfit

- Ở áp suất khí quyển thường sử dụng thiết bị nghịch đảo dung tích 500, 750 hoặc 1000m3

- Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của thiết bị nghịch đảo đường dung tích 500m3: Hình 5.2

1 Thiết bị là bể chứa hình trụ có đáy nón và nắp Mặt trong củathiết bị có lớp gạch chịu axit, bên ngoài có lớp cách nhiệt.

2 Sản phẩm thủy phân được nạp liên tục vào phần hình nón ở dưới thông qua ống nằm ngang có bộ khuếch tán ở cuối ống

3 Việc thu nhận sản phẩm được thực hiện qua ống góp nằm dưới mức trên của ống xilanh.Thời gian nghịch đảo khoảng 6-8h

4 Nhược điểm của thiết bị là cồng kềnh, thời gian nghịch đảo dài, và phải có chu kỳ ngừng hoạt động để tách cặn

5.2 THIẾT BỊ TRUNG HÒA AXIT, HÒA TAN VÀ ĐẢO TRỘN CÁC CẤU TỬ CỦA MÔI TRƯỜNG DINH DƯỠNG

• Dung dịch nước và huyền phù của các cấu tử hữu cơ, muối, kiềm, axit, nhũ tương của các chất phá bọt, v.v được chuẩn

bị trong các thiết bị đứng có cơ cấu đảo trộn cơ học hay đảo trộn bằng khí nén

• Các thiết bị này có cửa nối để nạp và tháo môi trường, có cáccửa để quan sát, làm sạch và sửa chữa

• Phụ thuộc vào các điều kiện công nghệ các thiết bị có thể có

áo hơi, bộ trao đổi nhiệt bên trong để làm lạnh hay đun nóng

môi trường

• Thiết bị trung hòa dùng để trung hòa axit vô cơ hay hữu cơ

trong các sản phẩm thủy phân Trong các nhà máy sản xuất

nấm men và rượu etylic thường dùng thiết bị tác dụng liên

tục

5.2.1 Thiết bị trung hòa tác dụng liên tục

Hình 5.3 Nồi trung hòa tác dụng liên tục 1-Ống hút; 2-Dẫn động; 3-Trục khuấy tròn; 4-Vỏ; 5-Lớp tráng; 6-Các cánh đảo trộn; 7-Cửa quan sát; 8-Vòng đỡ; 9-Bộ đảo dạng khung; 10- Cánh cào; 11-Tấm chắn; 12-Cửa nối để nạp chất trung hòa

• Thiết bị có đáy hình nón và nắp phẳng làm bằng thép chịu axit và đậy kín bằng mặt lát gỗ

• Bề mặt trong của thiết bị làm bằng thép không gỉ chịu axit, mặt ngoài được phủ lớp cách nhiệt

• Trong nắp thiết bị lắp máy trộn làm bằng thép chịu axit để trộn sản phẩm thủy phân với dung dịch amoniac hay với huyền phù của Ca(OH)2

• Trong phần nối phía dưới của thiết bị có khớp nối để nhận sản phẩm trung hòa Khớp nối bên trong dùng để nạp chất trung hòa khi nối liên tục các máy trung hòa lại

• Ở nắp và phần nón bên dưới có các cửa để quan sát, sữa chữa, làm sạch thiết bị

5.2.2 Thiết bị trung hòa dạng máy bơm bằng khí nén

• Nguyên tắc hoạt động: Không khí theo đường ống vào ống khuếch tán và khi chuyển đảo với chất trung hòa tạo ra hỗn hợp khí-lỏng, mật độ của hỗn hợp nhỏ hơn mật độ của chất trung hòa ngoài tường của ống khuếch tán Do sự khác nhau về mật độ trong thiết bị làm xảy ra sự tuần hoàn mạnh chất lỏng

• Ưu điểm của thiết bị: Cơ cấu khuấy trộn đơn giản, không có những phần quay tạo ra tiếng ồn, chất lượng sản phẩm cao dotách được phức của các cấu tử dễ bay hơi có ảnh hưởng xấu đến sự phát triển của VSV.

• Để thu nhận trực tiếp các dung dịch của môi trường dĩnh dưỡng, của các muối và các chất bổ sung khác thường phải

sử dụng thiết bị dung tích đến 100m3

5.3 BỂ LẮNG, BỘ XOÁY THỦY LỰC

• Trong quá trình sản xuất, nhũ tương thường được tạo ra từ các giai đoạn như: Chuẩn bị môi trường dinh dưỡng và dung dịch muối, trung hòa các sản phẩm thủy phân của nguyên liệu thực vật, tách các sản phẩm tổng hợp vi sinh, công đoạn tạo thành nước thải, v.v

• Nhũ tương được tạo thành là do hạt rắn và các chất lắng có trong dung dịch Do đó, kích thước của hạt rắn sẽ tạo ra các loại huyền phù khác nhau

• Ví dụ: Nhũ tương thô-Hạt rắn >100m

Nhũ tương mịn-Hạt rắn 0,5-100m

• Trong nhũ tương có 2 pha: Lỏng và rắn Pha rắn là pha gồm

tế bào VSV, chất khoáng, chất hữu cơ

• Tách nhũ tương ra thành những phần riêng biệt được tiến hành trong các giai đoạn như tinh chế dung dịch của môi trường dinh dưỡng và các muối, làm lắng các chất lỏng canh trường, cô sinh khối VSV, v.v

• Trong sản xuất có 2 phương pháp tách nhũ tương: Lắng và lọc

5.3.1 Bể lắng

• Mục đích sử dụng: Để tách huyền phù trong trường trọng lực bằng phương pháp lắng Các bể lắng có các dạng hoạt động khác nhau như tuần hoàn, liên tục và bán liên tục

• Trong sản xuất thuộc lĩnh vực CNSH, bể lắng tác động bán liên tục và liên tục được sử dụng rộng rãi để làm trong các dung dịch của môi trường dinh dưỡng và của các muối, làm sạch nước thải, v.v

• Bể lắng cơ học tác dụng liên tục: Hình 5.5

• Bể lắng hình trụ đứng, đáy nón, nắp phẳng

• Bể được lắp cơ cấu cào để tách cặn Bộ cào này có thể nâng lên cao 200-300mm tính từ đáy bể

• Ở phần trên của trục có thùng rỗng để nạp liệu và

huyền phù được nạp vào liên tục

• Phần trên ở trong bể có máng chảy tràn Môi trường đã được làm trong tràn liên tục vào máng và đưa ra ngoài theo ống nối

• Bộ tháo liệu kiểu vít tải dùng để vắt cặn đến độ ẩm 60-70%

và tháo cặn liên tục

• Ngoài ra, bể còn có các cửa quan sát, các khớp nối, không gian để phục vụ thao tác và các cơ cấu cần thiết khác để hoạt động an toàn và hiệu quả

5.3.2 Bể xoáy thủy lực

• Mục đích sử dụng: Trong sản xuất, bộ xoáy thủy lực có áp suất cao để làm trong các môi trường dinh dưỡng, các môi trường muối và các chất trung hòa, để làm sạch cơ học nước thải

• Đặc biệt, bộ xoáy thủy lực khi kết hợp với các thiết bị khác,

ví dụ máy lọc chân không dạng thùng quay, có thể tách được huyền phù có nồng độ pha rắn thấp Nhờ bộ xoáy thủy lực cóthể tách được các hạt có kích thước nhỏ hơn 10m

• Bộ xoáy thủy lực có áp: Hình 5.6

• Nguyên tắc hoạt động: Nhờ bơm với áp suất 0,2MPa huyền phù được nạp vào phần hình trụ theo phương tiếp tuyến Dưới tác dụng của lực ly tâm, khi huyền phù chuyển động xoắn, các hạt rắn bị bắn vào tường của phần hình nón rơi xuống và được đưa vào thùng chứa Dòng pha lỏng ở bên trong hướng theo đường xoắn ốc gần trục xyclon gặp dòng bên ngoài và được tải vào thùng chứa

• Ưu điểm của thiết bị: Kết cấu đơn giản, không có các phần chuyển động, chiếm ít diện tích, giá thành rẻ, dễ vận hành, làm việc bán liên tục

• Nhược điểm: Tường thiết bị nhanh chóng bị ăn mòn, tiêu haonăng lượng lớn

• Khi sản xuất các chất hoạt hóa sinh học, người ta thường sử dụng môi trường dinh dưỡng có nhiều cấu tử khác nhau và môi trường này thường chứa nhiều VSV lạ, do đó cần phải phá hủy hay loại bỏ chúng bằng các phương pháp khác nhau.

• Quá trình tác động tới môi trường dinh dưỡng nhằm phá hủy hay loại bỏ hoàn toàn VSV lạ ra khỏi môi trường dinh dưỡng được gọi là tiệt trùng

• Yếu tố đảm bảo tiệt trùng an toàn khi gia công nhiệt đó là thời gian của quá trình Còn độ bền nhiệt phụ thuộc vào dạng VSV

• Thành phần và tính chất của môi trường dinh dưỡng, phương pháp nuôi cấy VSV sẽ xác định việc lựa chọn phương pháp

• Theo nguyên tắc tác động, thiết bị tiệt trùng được chia thành

2 loại: Thiết bị tác động gián đoạn và tác động liên tục

• Theo sự hình thành về kết cấu, các nồi tiệt trùng tác động tuần hoàn được chia thành các loại sau: Nồi tiệt trùng nằm ngang một mức, hai mức, hai mức kết hợp với mức đứng

• Chất tải nhiệt cho tất cả các thiết bị tiệt trùng là hơi bão hòa

vì nó có những ưu điểm như: Dễ vận chuyển, khả năng xâm nhập vào các ngóc ngách của thiết bị tốt, tỏa nhiệt cao khi ngưng tụ, không độc hại, nước ngưng không làm biến đổi tính chất của môi trường

• Sơ đồ phân loại thiết bị tiệt trùng: Hình 6.1

Thiết bị gián đoạn

6.2 CÁC THIẾT BỊ TIỆT TRÙNG MÔI TRƯỜNG DINH DƯỠNG RẮN

6.2.1 Thiết bị tiệt trùng dạng nằm ngang

• Mục đích sử dụng: Trong các nhà máy CNSH, thiết bị tiệt trùng hình trụ dạng nằm ngang, có áo hơi để tiệt trùng các môi trường dinh dưỡng dạng rời

• Thiết bị tiệt trùng dạng nằm ngang: Hình 6.2

Hình 6.2 Thiết bị tiệt trùng dạng nằm ngang 1-Vỏ; 2-Khớp nối để nạp nước vào thiết bị; 3-Cửa nạp liệu; 4-Van không khí; 5-Trục nối các cánh; 6-Khớp nối để mở nước rửa; 7-Cửa tháo liệu; 8-Áo nước; 9-Khớp nối để nạp hơi; 10-Khớp nối để thải hơi trong áo tơi

• Bên trong thiết bị được bố trí 2 trục với các cánh có thể quay

một góc nào đó để dễ điều chỉnh

• Các trục quay theo các hướng khác nhau làm cho môi trường

chuyển đảo liên tục theo những hướng khác nhau

• Hơi có áp suất 0,2MPa được cho vào áo hơi để thúc đẩy quá

trình đun nóng môi trường Khi khởi động chu kỳ các cơ cấu

chuyển đảo, môi trường vẫn được giữ ở chế độ tiệt trùng

• Môi trường dinh dưỡng sau khi tiệt trùng được tháo qua cửa

tháo liệu bên dưới Cửa tháo liệu có các nắp trong và nắp

• Thiết bị tiệt trùng 2 mức nằm ngang, giữa các mức có bộ trữ

Mức trên và mức dưới gồm 3 đoạn ống nằm ngang nối liên

tục, hơi được nạp vào áo vỏ của mỗi đoạn ống

• Mức trên có các cánh hãm bổ sung được lắp chặt vào trục vít,

cứ 5-6 cánh hướng có 1 cánh hãm để sự đun nóng đều môi

trường và sự chuyển dịch tốt được đảm bảo

• Môi trường được tiệt trùng tại mức trên Còn ở mức dưới xảy

ra quá trình làm ẩm thêm môi trường, làm nguội và cấy

huyền phù của canh trường

• Nhược điểm: Không sử dụng hết thể tích thiết bị, môi trường

dễ lấp kín cửa tháo liệu làm chế độ tiệt trùng khó đảm bảo và

tháo liệu không hết

6.2.3 Thiết bị tiệt trùng tác động tuần hoàn dạng đứng

• Mục đích sử dụng: Để tiệt trùng các môi trường dinh dưỡng

thể hạt

• Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của thiết bị: Hình 6.3

Hình 6.3 Thiết bị tiệt trùng dạng đứng 1-Áo hơi; 2-Vỏ; 3-Trục; 4-Cánh khuấy trộn; 5-Cánh tháo; 6-Cửa tháo liệu; 7- Cửa quan sát; 8-Cửa nạp liệu; 9-Khớp nối van bảo hiểm

• Bên trong thiết bị có trang bị có các cánh khuấy trộn bố trí theo chiều cao Khi quay, bề mặt dưới của cánh chuyển động song song với tiết diện ngang của thiết bị, còn bề mặt trên tạothành mặt nghiêng để cho môi trường dễ dịch chuyển

• Bước của các cánh được chọn sao cho khi trục quay có thể đổtràn môi trường một cách tự do Khi bố trí các cánh theo kiểubàn cờ và trang bị các tấm chắn cố định thì quá trình khuấy trộn sẽ được tăng cường

• Nạp hơi vào thiết bị qua trục rỗng vào các cánh

• Trong phần hình nón của thiết bị có các cánh khuấy nhằm đảm bảo việc tháo môi trường một cách tự do qua cửa kín 6.3 THIẾT BỊ TIỆT TRÙNG LIÊN TỤC MÔI TRƯỜNG DINH DƯỠNG DẠNG LỎNG

• Tiệt trùng môi trường dinh dưỡng lỏng có thể tiến hành trongcác thiết bị tiệt trùng tác động tuần hoàn và liên tục

• Nếu khối lượng môi trường quá lớn thì có thể tiệt trùng ngay trong thiết bị lên men

• Các môi trường dinh dưỡng phức tạp, các cấu tử có chứa nitơphải được tiệt trùng ở chế độ mềm hơn, nên đuợc tiến hành trong những thiết bị riêng

• Tiệt trùng liên tục có nhiều ưu điểm hơn so với tiệt trùng giánđoạn như: Đạt sự vô trùng nhanh, cho phép tăng năng suất

thiết bị, có khả năng tăng hiệu suất sản phẩm, sử dụng phun hơi trực tiếp nên giảm được tiêu hao hơi

Hệ tiệt trùng liên tục năng suất 20m3/h YHC-20

• Có khả năng thu hồi nhiệt đến 77%

• Ứng dụng thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm có hiệu quả hơn và bộ giữ nhiệt có kết cấu đặc biệt nhằm kéo dài quảng đường của dòng môi trường và tăng cường thời gian khuấy trộn

• Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động: Hình 6.4

Hình 6.4 Thiết bị tiệt trùng liên tục YHC-20 1-Thùng chứa; 2-Bơm; 3-Bộ đun nóng; 4-Bộ giữ; 5-Bộ lấy mẫu; 6-Thiết bị trao đổi nhiệt-thu hồi; 7-Thiết bị trao đổi nhiệt-làm mát; 8-Thiết bị lên men

• Hơi nước được đưa vào bộ đun nóng (3) theo đường viền củavan điều chỉnh tiêu hao hơi, sau đó vào bộ giữ (4), thu hồi nhiệt (6) và theo đường viền của van giảm áp vào thiết bị làmmát (7) Cùng lúc mở các van xả nước ngưng và khi đạt nhiệt

độ lớn hơn 1400C thì bắt đầu ổn định thời gian tiệt trùng

• Từ bộ đun nóng (3) môi trường được đưa vào ống dưới của

bộ giữ (4) Bên trong bộ giữ nhiệt có một số bộ phận để tạo

ra những phòng hình trụ thông nhau, sau đó môi trường vào

bộ trao đổi nhiệt kiểu tấm - bộ thu hồi nhiệt (6) Tại đây môi trường ban đầu chưa được tiệt trùng sẽ được đun nóng để chovào bộ đun nóng, còn chính nó được làm lạnh đến 900C Từ

bộ thu hồi nhiệt môi trường được đẩy vào phòng lên men (8) khi đã được làm lạnh sơ bộ trong thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm (7)

Bộ đun nóng

Hình 6.5 Bộ đun nóng1-Hình trụ; 2-Nắp elip; 3-Ống nối; 4-Ống nối tiếp tuyến

Bộ giữ nhiệt

CHƯƠNG 7

THIẾT BỊ TIỆT TRÙNG KHÔNG KHÍ

• Không khí được sử dụng để duy trì hoạt động sống của VSV trong quá trình tổng hợp sinh khối, axit amin, enzim, các chấtkháng sinh, các chất bảo vệ thực vật và các sản phẩm khác của tổng hợp vi sinh trong điều kiện hiếu khí

• Không khí là hỗn hợp khí, ở điều kiện thường chứa 78,08% nitơ, 20,9% oxy, 0,94% khí trơ, 0,03% cacbonic Ngoài ra trong không khí còn chứa hơi nước và các phần tử phân tán nhỏ

• Trong không khí có chứa đến 109 các phần tử lơ lửng, trong

đó VSV chiếm 0,8.103-104/m3 Thành phần VSV gồm có vi

Hình 6.6 Bộ giữ nhiệt1-Ống trung tâm; 2,3-Đĩa; 4-Ống dẫn hướng; 5-Phòng dưới; 6-Các rãnh; 7-Phòng trên; 8-Khe hở

khuẩn và các bào tử của chúng, xạ khuẩn và nấm men không

sinh bào tử, virus

• Tiệt trùng không khí có thể tiến hành bằng đun nóng, chiếu

tia tử ngoại, siêu âm, lọc qua vật liệu dạng sợi, dạng hạt và

xốp

• Trong công nghiệp, khi nuôi cấy VSV bằng phương pháp

nuôi cấy chìm, người ta sử dụng một số sơ đồ các quá trình

tiệt trùng không khí

• Một ví dụ về công nghệ tiệt trùng không khí: Hình 7.1

• Để tăng thời gian làm việc của máy mén và bộ lọc đầu,

không khí được làm sạch phần lớn các hạt dạng bụi bằng bộ

lọc dầu mỡ hay bộ lọc khô 1

• Phần không khí được làm nóng khi nén sau khi làm nguội

đến nhiệt độ 35-400C trong bộ trao đổi nhiệt 3 cho vào bộ

tách ẩm 4

• Không khí đã được làm lạnh hòa lẫn với không khí tự nhiên

và hỗn hợp có nhiệt độ 70-900C cho qua bình chứa 5 và bộ

lọc đầu 7 Ở nhiệt độ này không xảy ra hiện tượng ngưng tụ

hơi nước trong bộ lọc

Hình 7.1 Sơ đồ công nghệ tiệt trùng không khí 1-Bộ lọc; 2-Máy nén; 3-Bộ trao đổi nhiệt để làm lạnh không khí; 4-Bộ tách ẩm; 5-Bình chứa; 6-

Bộ trao đổi nhiệt; 7-Bộ lọc đầu; 8-Bộ lọc riêng biệt; 9-Bộ lọc để làm sạch hơi nước khỏi các tạp chất rắn

• Khi cần thiết, không khí được đun nóng đến 65-700C trong

bộ trao đổi nhiệt 6 Các hạt có đường kính 1-1,5m được giữ lại hơn 98% trong bộ lọc đầu

• Sau khi làm sạch hoàn toàn VSV trong bộ lọc riêng biệt 8, không khí có nhiệt độ 45-700C được đưa vào thiết bị lên men

để sản xuất

• Dùng hơi để tiệt trùng bộ lọc riêng biệt Dùng bộ lọc 9 để làm sạch hơi khỏi các tạp chất rắn

• Trong các xí nghiệp thuộc lĩnh vực CNSH, để thu nhận

không khí tiệt trùng, người ta thường sử dụng các loại thiết bịsau: Các bộ lọc sơ bộ, lọc thô và lọc tinh không khí và hơi, máy nén không khí, các bộ trao đổi nhiệt, bình chứa, bộ gom nước và dầu

7.1 CÁC LOẠI VẬT LIỆU LỌC

• Khái niệm: Tiệt trùng không khí là phương pháp làm sạch không khí ở nhiều mức độ khác nhau bằng cách thổi KK qua các lớp vật liệu lọc

• Vật liệu lọc có thể là dạng sợi, dạng xốp và được xếp nhiều lớp, các vật liệu rỗng dùng để lọc thô và lọc tinh

• Có thể chia thành 4 nhóm:

1 Vật liệu sợi và phi vải: Cấu trúc vi mô của nó giống như loại

có nhiều lớp xen nhau tạo thành mạng lưới

2 Giấy và các-tông: Cấu trúc chặt hơn loại 1

3 Vật liệu gốm nung và hạt mịn: Có rãnh cong co thắt và giản

nở tuần hoàn

4 Các màng xốp: Lọc theo nguyên tắc sàng

7.2 CÁC BỘ LỌC ĐỂ LÀM SẠCH SƠ BỘ KHÔNG KHÍ

• Để làm sạch bụi kích thước lớn có trong không khí, người ta

sử dụng các bộ lọc dạng tổ ong chứa đầy các vật liệu lọc khácnhau và có các dạng sau:

1 Dạng tự làm sạch có mạng lưới kim loại uốn cong: KK có độ bụi >5mg/m3, hiệu suất 45%-80%, có thể tái sinh bằng

phương pháp động học

2 Dạng cuộn có sợi thủy tinh siêu mịn