Kultivační a produkční zařízení Laboratorní měřítko

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Kultivační a produkční zařízení Laboratorní měřítko"

Zbyněk Havlíček
před 5 lety
Počet zobrazení:

1 Kultivačí a produkčí zařízeí Laboratorí měřítko Baňky, labor. fermetor 1 5 l, poloprovoz. taky 5 2 l. Třepačka: výběr kmeů, fyziologie, kvalita surovi, převod do fermetoru limity D a dcg L = V ( Cg C dt A 1 ) D a = zdálivý dif. koef. V = objem baňky A = plocha průřezu zátky C o = parc. tlak O 2 vě baňky C g = parc. tlak O 2 v baňce L = délka zátky D a = -kostata x hustota zátky D a = - kost x hustota zátky Bioreaktory Lamiárí tlak trubkou v c t Turbuletí tok v c t

2 ícháí homogeí směs, zlepšeí sdíleí tepla a hmoty Itezita mícháí, v obv., Re, P/V Charakterizace podmíek v míchaém systému bezrozměrá kritéria I. Reyoldsovo kritérium pro mícháí Re. Vyjadřuje poměr setrvačích sil k silám vazkým vitří třeí - setrvačí síla/viskózí síla) Re = 2 d ρ µ = frekvece otáček míchadla d = průměr míchadla ρ = měrá hmotost vsádky µ = dyamická viskozita II. Eulerovo kritérium Eu - příkoové kritérium. Vyjadřuje bezrozměrý příko míchadla. Eu = P 3 d 5 ρ P = příko míchadla III. Froudovo kritérium Fr - vliv středového víru a příko (poměr setrvačích sil k silám tíhovým, pokud se tíhové síly výzamě uplatňují). d = g Fr 2

3 IV. Průtokové číslo K p K p V& = 3 V & = objemový průtok míchaé kapaliy d míchadlem V. Provzdušňovací kritérium N a ( průtokové číslo pro aeraci) V& g N a = 3 V & g = d průtok plyu přiváděého pod míchadlo d 3 je obvodová rychlost míchadla. Podobosti Podobost geometrická, dyamická, kiematická Určeí příkou míchadla příkoová charakteristika Pro geometr. podobá míchadla : a b Eu = A. Re. Fr A - bezrozměrá kostata a, b - expoety Tvar fukce experimetálě; a, b, A závisejí a charakteru prouděí a typu míchacího zařízeí. Eu φ = = f (Re ) b Fr, pokud b =, Eu = f(re ) Eu (log = a log Re b + Fr log A)

4 Příkoová charakteristika 1 2 φ I II III 1 1 turbíové míchadlo 2 vrtulové míchadlo 1, 2 v ádobě s arážkami bez arážek Re I. : Re < 1 lamiárí oblast, lieárí charakteristika, a = -1, b = ( bez víru ), φ = Eu A závisí a typu míchadla a geometrii systému II. : 1 Re 1 4 přechodá oblast, a = f(re ) pro b: Re < 3 b = ( bez středového víru ), φ = Eu = A. Re a Re > 3 - počátek víru ( b ), projevují se arážky a Fr a P. Narážky bráí středovému víru, ale zvyšují P. Bez arážek vír sižuje P. III. Re > 1 4 turbuletí tok, přík. charakt. jsou přímky růzého sklou, a = kost., s arážkami a i b = Eu = kost.

5 bez arážek : 1 φ = Eu Fr α logre β α, β jsou fukcí d/d a typu míchadla (D - průměr ádoby). Pro dimezovaí výkou hacího motoru se vychází z P, ale rezerva a rozběh míchadla. Např. pro turbíové míchadlo: P e / P = 2,6 1, pro vrtulové míchadlo: P e / P = 2,6 33. P e - zvoleý výko elektromotoru pro poho míchadla. Příko míchadla v aerovaém systému Pg Pg,3 1 = f (Na P P ) Experimetálě : 1, Pg P,5 5 N a 1 Pokles eergie předaé míchadlem kapaliě ( aerovaé ) je zhruba síže o: 4 % u turbíových a lopatkových míchadel, 3 % u vrtulových, 1 % u diskových. Narážky : zabráit středovému víru a roztočeí kapaliy ( Re > 3 ). Délka, šířka, počet ovlivňuje P. Kombiace s topým hadem.

6 ícháí vsádkového systému Doba homogeizace T: doba potřebá k dosažeí homogeí kocetrace výsledé směsi látek v celém objemu ádoby. Staoví se experimetálě ástřik : a) elektrolytu koduktometrické símáí b) teplé kapaliy símáí teploty c) barviva kolorimetr d) kyseliy do kapaliy s idikátorem kolorim. e) kyseliy ebo louhu ph f) jié mísitelé kapaliy idex lomu g) izotopu G trubice, s mikroby začeé E. coli V V T = = c = c V& 3 K pd ct p V objem vsádky V & objemový průtok míchaé vsádky míchadlem T p středí doba primárí cirkulace průměrá doba mezi dvěma průchody částice kapaliy oblastí míchadla Pro ideál. mísič c = 1 Pro Re 5 T =& 4,1 3 HD / 3 ( d ) Bezrozměrá veličia: T. T = f 1.. aj. Plá turbulece bez středového víru, T. = kost.

7 íra účiosti mícháí stupeň homogeity I pro daý čas I = 1 1 i i= 1 c c c c K K současé odebráí vzorků v reprezet. bodech ádoby, určeí kocetrace sledovaé složky c i pro daý čas homogeizace c - počátečí hodota ( před ástřikem ), c K - koečá hodota ( po dokoalé homogeizaci ) Přeos výsledků do většího měřítka ( scale-up ) Kost. Re, v obv. míchadla (πd), P/V, d D -,5 ( při kost d/d), k L a Proces do výroby: a) zabezpečit stabilitu produkčí kultury b) reprod. výtěžky, kvalita surovi, aalytické metody c) zvládutí procesu i v přísé asepsi d) zvyšováí produkce přes zásahy do fyziolog. a geetiky e) vypracováí metod pro izolaci produktu, čistěí a úpravy Vývoj techologie labor. pokus, poloprovoz, výrobí zařízeí..

8 Iokulačí stupeň µ bez lagu kultury - stáří buěk oproti µ iokulum (X) Rozdíly mezi podmíkami kultivace v baňkách a tacích Aparatura Příprava Sterilace Iokulum Kultivace živé půdy živé půdy (rozdíl mate- (rozdíl v době (růzý typ a riálů ) a způsobu doba sterilace přípravy baňka-sklo baňka-mauál. baňka-autokláv růzá doba růstu růzé mícháí, bez mícháí odlišými aerace, odpěňov kultivačími fermetor- ferm.-autom. ferm.-autokl. podmíkami erez. ocel míchadlem s mícháím, kotiuálí sterilátor

9 Paralelí kultivace Pomoc při převodu výsledků do většího meřítka. a) kotrolí laboratorí postup b) kotrola přípravy živé půdy. c) kotrola sterilace půdy d) kotrola iokula připraveého v tacích e) kotrola kultivačího procesu Např. : Kotrola a b c d e Produkce (%) Sížeí výtěžků v taku odlišou sterilací

10 Sterilace relativí odolost E. coli 1 spory bakterií 3 spory hub 2 1 viry 1 5 Pokles počtu živých buěk : Tepelá destrukce mikrobů d dt = k =. e kt počet spor buěk ( v celém objemu ) v čase t = počet spor buěk po sterilizaci za čas t t doba sterilizace k ( měrá ) rychlost tepelé destrukce

11 Závislost k a teplotě Arrheiova rovice k = k k - kost. e E RT k, E laboratorě, 1 l ( k) = f t( ) T d dt = k e E RT. l = t k e E RT dt, při kost. T l = ke E RT. t

12 T ohřev prodleva ochlazeí t t 1 t 2 t 3 t celková doba sterilace: t = t 1 + t2 + t3 Sterilizačí kritérium S S = l celkový účiek: S = t kdt S = S S2 S3

13 pro kost. T doba sterilace t : t = 1 k l k experimetálě l T 1 l T 2 t t Sterilace větších objemů V1 V 2 V 2 = 2V 1 S1 = l 2 S 2 = l = l { 2 + l,69

14 Změa doby sterilace: t2 = / t2 t1 / = l 2 = l 2 + l k k k,69 1 t2 = + l { k k t

Podobné dokumenty

Rozklad přírodních surovin minerálními kyselinami

Rozklad přírodních surovin minerálními kyselinami Laboratoř aorgaické techologie Rozklad přírodích surovi mierálími kyseliami Rozpouštěí přírodích materiálů v důsledku probíhající chemické reakce patří mezi základí techologické operace řady průmyslových