Особенности гидродинамической обработки питательных сред в роторно-пульсационном аппарате
В статье представлены результаты исследований по экспериментальному определению гидродинамических характеристик работы роторно-пульсационного аппарата на питательных средах для культивирования дрожжей....
Gespeichert in:
| Datum: | 2016 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2016
|
| Schriftenreihe: | Промышленная теплотехника |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/142275 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Особенности гидродинамической обработки питательных сред в роторно-пульсационном аппарате / А.Н. Ободович, Т.Е. Мудрак, В.В. Сидоренко // Промышленная теплотехника. — 2016. — Т. 38, № 3. — С. 20-26. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-142275 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1422752018-10-03T01:23:07Z Особенности гидродинамической обработки питательных сред в роторно-пульсационном аппарате Ободович, А.Н. Мудрак, Т.Е. Сидоренко В.В. Тепло- и массообменные процессы В статье представлены результаты исследований по экспериментальному определению гидродинамических характеристик работы роторно-пульсационного аппарата на питательных средах для культивирования дрожжей. У статті представлені результати досліджень по експериментальному визначенню гідродинамічних характеристик роботи роторно-пульсаційного апарату на поживних середовищах для культивування дріжджів. The article presents the results of studies on the experimental determination of the hydrodynamic characteristics of the work rotorpulsation apparatus on nutrient media for culturing yeast. 2016 Article Особенности гидродинамической обработки питательных сред в роторно-пульсационном аппарате / А.Н. Ободович, Т.Е. Мудрак, В.В. Сидоренко // Промышленная теплотехника. — 2016. — Т. 38, № 3. — С. 20-26. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 0204-3602 DOI: https://doi.org/10.31472/ihe.3.2016.03 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/142275 532.529:663.14. 033: 663.143.2 ru Промышленная теплотехника Інститут технічної теплофізики НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Тепло- и массообменные процессы Тепло- и массообменные процессы |
| spellingShingle |
Тепло- и массообменные процессы Тепло- и массообменные процессы Ободович, А.Н. Мудрак, Т.Е. Сидоренко В.В. Особенности гидродинамической обработки питательных сред в роторно-пульсационном аппарате Промышленная теплотехника |
| description |
В статье представлены результаты исследований по экспериментальному определению гидродинамических характеристик работы роторно-пульсационного аппарата на питательных средах для культивирования дрожжей. |
| format |
Article |
| author |
Ободович, А.Н. Мудрак, Т.Е. Сидоренко В.В. |
| author_facet |
Ободович, А.Н. Мудрак, Т.Е. Сидоренко В.В. |
| author_sort |
Ободович, А.Н. |
| title |
Особенности гидродинамической обработки питательных сред в роторно-пульсационном аппарате |
| title_short |
Особенности гидродинамической обработки питательных сред в роторно-пульсационном аппарате |
| title_full |
Особенности гидродинамической обработки питательных сред в роторно-пульсационном аппарате |
| title_fullStr |
Особенности гидродинамической обработки питательных сред в роторно-пульсационном аппарате |
| title_full_unstemmed |
Особенности гидродинамической обработки питательных сред в роторно-пульсационном аппарате |
| title_sort |
особенности гидродинамической обработки питательных сред в роторно-пульсационном аппарате |
| publisher |
Інститут технічної теплофізики НАН України |
| publishDate |
2016 |
| topic_facet |
Тепло- и массообменные процессы |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/142275 |
| citation_txt |
Особенности гидродинамической обработки питательных сред в роторно-пульсационном аппарате / А.Н. Ободович, Т.Е. Мудрак, В.В. Сидоренко // Промышленная теплотехника. — 2016. — Т. 38, № 3. — С. 20-26. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| series |
Промышленная теплотехника |
| work_keys_str_mv |
AT obodovičan osobennostigidrodinamičeskojobrabotkipitatelʹnyhsredvrotornopulʹsacionnomapparate AT mudrakte osobennostigidrodinamičeskojobrabotkipitatelʹnyhsredvrotornopulʹsacionnomapparate AT sidorenkovv osobennostigidrodinamičeskojobrabotkipitatelʹnyhsredvrotornopulʹsacionnomapparate |
| first_indexed |
2025-07-10T14:35:47Z |
| last_indexed |
2025-07-10T14:35:47Z |
| _version_ |
1837270988968951808 |
| fulltext |
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2016, т. 38, №320
ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
УДК 532.529:663.14. 033: 663.143.2
ОСОБЕННОСТИ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
ПИТАТЕЛЬНЫХ СРЕД В РОТОРНО-ПУЛЬСАЦИОННОМ АППАРАТЕ
Ободович А.Н.1, д.т.н., Мудрак Т.Е.2 к.т.н., Сидоренко В.В.1
1Институт технической теплофизики НАН Украины, ул. Желябова, 2а, Киев, 03680, Украина
2Национальный университет пищевых технологий МОН Украины, ул. Владимирская, 68,
Киев-33, 01601,Украина
The article presents the results
of studies on the experimental
determination of the hydrodynamic
characteristics of the work rotor-
pulsation apparatus on nutrient media
for culturing yeast.
В статье представлены резуль-
таты исследований по эксперимен-
тальному определению гидроди-
намических характеристик работы
роторно-пульсационного аппарата
на питательных средах для культи-
вирования дрожжей.
У статті представлені результа-
ти досліджень по експерименталь-
ному визначенню гідродинамічних
характеристик роботи роторно-
пульсаційного апарату на поживних
середовищах для культивування
дріжджів.
Библ. 5, рис. 7.
Ключевые слова аэрация, расход, напор, потребляемая мощность, роторно-пульсационный апарат.
Большинство процессов в биотехнологии
связаны с явлением массопередачи. В частности,
массопередача имеет место в процессах аэрации,
абсорбции, сушки, адсорбции, кристаллизации
и др. Интенсификация этих процессов как в на-
правлении их ускорения, так и уменьшения тре-
буемой для их осуществления энергии позволит
сделать производство более рентабельным.
Процесс аэрации или, точнее оксигенации
[1], используется в первую очередь в отраслях,
связанных с промышленным культивированием
живых существ (аэробов), в основе метаболиз-
ма которых лежит окисление углеводов. Кроме
того, молекулярный кислород может включать-
ся в процессы конструктивного метаболизма
клеток, обеспечивая синтез ими некоторых со-
единений [2]. В частности, одним из основных
критериев успешного культивирования дрожжей
расы Saccharomyces cerevisiae, помимо выведе-
ния новых высокопродуктивных видов, подбора
питательных сред, высоко-стерильных условий
культивирования, является эффективная аэрация
культуральной жидкости. От степени аэрации
напрямую зависят темпы увеличения биомассы
дрожжей при их выращивании. Применяемые
с этой целью в промышленности аппараты, как
правило, представляют собой барботеры [3],
принцип действия которых состоит в подаче воз-
духа под высоким давлением через систему пер-
форированных кожухов различной конструкции в
донную часть дрожжерастильных емкостей. Эф-
фект аэрации заключается в том, что образующи-
еся в отверстиях пузырьки воздуха, поднимаясь
вверх, отдают имеющийся растворённый в газо-
вой фазе кислород в культуральную жидкость.
Кроме того, от клетки во внешнюю среду выво-
дятся продукты клеточного метаболизма. При
неоспоримых преимуществах этих аппаратов,
им присущи серьезные недостатки, к которым, в
первую очередь относится низкая скорость рас-
творения кислорода.
С целью интенсификации процесса массо-
обмена при аэрации культуральных жидкостей
в Институте технической теплофизики НАНУ
была создана опытно-промышленная установка
по культивированию микроорганизмов (фермен-
тёр), в основу работы которой положен принцип
дискретно-импульсного ввода энергии (ДИВЭ),
описание аппаратурно-технологической схемы
которой представлено в работе [4].
Установка состоит из бункера с крышкой,
тихоходной мешалки с приводом. Мешалка при-
меняется в режимах культивирования, сочетаю-
щих в себе периоды активной обработки куль-
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2016, т. 38, №3 21
ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
туральной жидкости с периодами “покоя”, когда
к дрожжевым клеткам импульсное воздействие
не прикладывается. В этом случае перекрывает-
ся заслонка в донной части бункера. Кроме того,
эта заслонка служит регулятором подачи жидко-
сти через всасывающий трубопровод. С целью
создания определённых температурных условий
культивирования бункер снабжён охлаждающей
рубашкой. Загрузка питательной среды и бакте-
риальной закваски, а также отвод газообразных
продуктов метаболизма производится через верх-
нюю крышку бункера.
Отличительной особенностью установки яв-
ляется роторно-пульсационный аппарат (РПА),
использующийся в данной установке в качестве
аэратора, диспергатора и смесителя, который со-
стоит из корпуса с входным и выходным патруб-
ками, системы трубопроводов для рециркуляции
или вывода готовой продукции, горизонтального
роторного узла, состоящего из двух роторов и
одного статора, размещающихся в одном непод-
вижном стакане. На цилиндрических поверхно-
стях статора и роторов выполнены 60 сквозных
продольных прорезей. Радиальный зазор меж-
ду рабочими органами ротор – статор – ротор
150…300 мкм.
Воздух, являющийся источником кислорода,
за счёт эффекта Вентури [5], поступает через воз-
духовод во всасывающий трубопровод. В рабо-
чей зоне РПА за счёт воздействия механизмов
ДИВЭ, культуральная жидкость насыщается рас-
творённым кислородом и далее через рециркуля-
ционный трубопровод снова подаётся в бункер.
Полученные данные свидетельствуют о том,
что с ростом скорости вращения роторов растёт
значение расхода жидкости и, как следствие, уве-
личивается подача воздуха на аэрацию. Однако, с
ростом скорости вращения, растет потребляемая
мощность. Таким образом, режимом формиро-
вания водовоздушной смеси, обеспечивающей
максимальную подачу воздуха и в то же время
позволяющем работать в течение длительного
времени без перегрузок, является режим работы
при частоте 47,75 об/с и расходе водовоздушной
смеси –2,18 л/с.
В общем случае, влияние подачи воздуха в
обрабатываемую среду отображено на рис. 3 –
5, как функции от угловой скорости роторов.
Рис. 1. Зависимость подачи воздуха от расхода жидкости при различной угловой скорости
роторов: ▲ – 38,2 об/с, ■ – 47,75 об/с, ♦ – 52,52 об/с.
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2016, т. 38, №322
ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Рис. 2. Зависимость потребляемой мощности от расхода жидкости при различной угловой
скорости роторов: ▲ – 38,2 об/с; ■ – 47,75 об/с; ♦ – 52,52 об/с.
Рис. 3. Зависимость расхода жидкости от угловой скорости вращения роторов:
■ – без подачи воздуха, ▲ – с подачей воздуха.
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2016, т. 38, №3 23
ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Рис. 4. Зависимость потребляемой мощности от угловой скорости вращения роторов.
1- без подачи воздуха, 2 – с подачей воздуха.
Рис. 5. Зависимость давления на выходе РПА от угловой скорости вращения роторов:
■ – без подачи воздуха, ▲ – с подачей воздуха.
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2016, т. 38, №324
ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Рис. 6. Зависимость подачи воздуха от расхода жидкости при различном содержании СВ:
■ - вода; ▲ – 5 %; ♦ – 10 %.
Дальнейшие исследования проводились на
модельных средах, представляющих собой во-
дные растворы сахара и питательных солей с
различным содержанием сухих веществ (СВ)
Рис. 7. Зависимость подачи воздуха от расхода жидкости при различных зазорах между
статором и роторами . ♦ – 150 мкм; ■ – 200 мкм; ▲ – 300 мкм.
при pH = 5,0. Температура обработки 28 oС.
Обработка велась при скорости вращения роторов
47,75 об/с. Результаты исследований представле-
ны на рис. 6.
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2016, т. 38, №3 25
ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Из графиков видно, что с увеличением кон-
центрации сухих веществ в смеси расход жидко-
сти, а значит – подача воздуха уменьшаются, что,
очевидно, связано с увеличением вязкости обра-
батываемой жидкости. Однако следует отметить,
что повышение вязкости ведёт к весьма незначи-
тельному увеличению потребляемой мощности.
Помимо физических свойств среды, на обра-
ботку влияет толщина зазоров между роторами
и статором. Влияние этого параметра отображе-
но на рис. 7. Межцилиндровый зазор менялся за
счёт замены роторно-статорных пар.
Полученные данные свидетельствуют о том,
что с увеличением зазора растёт расход жидкости
при падении подачи воздуха. Кроме того, увели-
чивается значение потребляемой мощности. Как
следствие, увеличение величины межцилиндро-
вого зазора в данной установке с точки зрения аэ-
рирования не является целесообразным.
Выводы
На основании экспериментальных данных
были получены соотношения гидродинамиче-
ских величин при обработке питательных сред
для культивирования дрожжей в ферментёре, ра-
ботающем по принципу дискретно-импульсного
ввода энергии. Исследовано влияние подачи воз-
духа на гидродинамические показатели работы
роторно-пульсационного аппарата. Полученные
зависимости могут быть использовании при вы-
боре режимов культивирования, а также при про-
ектировании ферментёров на базе роторно-пуль-
сационных аппаратов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Экологическая биотехнология /Под ред.
К.Ф. Форстера, Д. А. Дж. Вейза. – Л.: Химия
1990. – 384 с.
2. Промышленная микробиология: Учеб.
Пособие для вузов по спец. “Микробиология” и
“Биология”/ [ З.А. Аркадьева, А.М. Безбородов,
И.Н. Блохина и др.]; под ред. Н.С. Егорова. – М.
Высш. шк., 1989. – 688 с.
3. Новаковская С.С. Справочник по произ-
водству хлебопекарских дрожжей/ С.С. Новаков-
ская, Ю.И. Шишацкий. – М. .: Пищевая промыш-
ленность , 1980 – 374 с.
4. Ободович А. Н. Устройство для оптимиза-
ции массообменных процессов за счёт дискрет-
но-импульсного ввода энергии при культивиро-
вании микроорганизмов / А.Н. Ободович, С.И.
Костик, В.В. Сидоренко // Енергетика : економіка,
технології, екологія. – 2014. - № 4. – С. 23 – 26.
5. Башта Т.М. Гидравлика, гидромашины и
гидроприводы: Учебник для машиностроитель-
ных вузов / Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некра-
сов [и др.]- 2-е изд., перераб.- М.: Машинострое-
ние, 1982. – 423с.
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2016, т. 38, №326
ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
PECULARITIES OF HYDRODYNAMIC
PROCESSING OF THE NUTRIENT MEDIUM
IN THE ROTOR-PULSATION APPARATUS
Obodovich A.N.1, Mudrak T. O.2, Sidorenko V.V.1
1Institute of Engineering Thermophysics, National
Academy of Sciences of Ukraine, Zhelyabova str.,
2a, Kiev, 03680, Ukraine
2National University of Food Technologies,
Volodymyrskaya str., 68, Kiev, 01601, Ukraine
The paper presents the obtained on the basis of
experimental data, the ratio of the flow variables in
the processing of culture media for culturing yeast
in a fermenter, works on the principle of discrete-
input pulse energy. The influence of the air on the
hydrodynamic performance of the rotor-pulsation
apparatus is investigated. Obtained results can be
used for selecting the mode of cultivation as well as
for the design fermenters based on rotary-pulsation
apparatus.
References 5, fig. 7.
Key words: aeration, rate, pressure, power
consumption, rotary - pulsation apparatus
1. Environmental biotechnology / by edition
C.F. Forster and D.A. John Wase. – L.: Himiya 1990.
– 384 p. (Rus)
2. Industrial microbiology / [Z.A. Arkadeva,
A.M. Bezborodov, I.N. Blohina at al.]; by edition
N.S. Egorov. – М.: Vyissh. shk., 1989. – 688 p. (Rus)
3. Novakovskaya S.S. Handbook for the
production of bakery yeast/S.S. Novakovskaya, U.I.
Shishatsky. – M.: Pishevaya promyshlennost, 1980 –
374 p. (Rus)
4. Obodovich A.N. Device to optimize mass
transfer processes at the expense of discrete pulse
energy input during cultivation of microorganisms/
A.N. Obodovich, S.I. Kostik, V.V. Sidorenko//
Energetika: ekonomika, tehnollogii, ekologiya. –
2014. – № 4. – p. 23 – 26 (Rus)
5. Bashta T.M. Hydraulics, hydraulic machines
and hydraulic drives: A textbook for engineering
universities/ T.M. Bashta, S.S. Rudnev, B.B.
Nekrasov [et al]. – 2d ed., .- М.: Mashinostroenie,
1982. – 423p. (Rus)
Получено 16.05.2015
Received 16.05.2015
|