Сушильные аппараты в биотехнологическом производстве
Понятие и описание схемы и принципа работы сушилок в биотехнологическом производстве (удаления влаги из полупродуктов микробного синтеза). Описание их видов: вальцовые, распылительные, барабанные и сублимационные. Принцип сушки в псевдоожиженном слое.
Рубрика | Производство и технологии |
Вид | контрольная работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 10.12.2014 |
Размер файла | 21,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ЕВРАЗИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Л.Н.ГУМИЛЕВА
СРО
На тему: “ Сушильные аппараты в биотехнологическом производстве”
Выполнил:
Бектаев Р.Т. (БТ-32)
Проверил:
Юнусов Т.С.
Астана 2014
Введение
Удаление влаги из полупродуктов микробного синтеза является одной из конечных операций в производстве. Сушка представляет собой весьма энергоемкий, сложный, взаимообусловленный комплекс химических, тепловых и диффузионных процессов. В промышленной микробиологии имеют дело с живыми микроорганизмами, а в ряде случаев для товарного продукта требуется сохранение не только качества, но и жизнеспособности препаратов. Главным при этом является форма связи влаги с материалом, которая для продуктов микробиологического синтеза мало исследована.
Продукты микробиологического синтеза применительно к процессу сушки могут быть классифицированы на два больших класса: продукты, которые при обезвоживании требуют сохранения жизнедеятельности микроорганизмов или высокой активности препаратов (антибиотики, средства защиты растений, ферменты); продукты, которые после высушивания требуют сохранения высокой питательной ценности (кормовые дрожжи, пищевой белок и др.).
Согласно, продукты микробиологического синтеза (с позиции реализации процесса сушки) разделены на две категории: вегетативные бактериальные культуры (бактерии, дрожжи, грибы, вирусы и т.п.); споро-образующие микроорганизмы (споры бактерий, белки, ферменты, аминокислоты, антибиотики и т.п.).
Для первой категории характерна высокая скорость гибели микроорганизмов в результате тепловой инактивации в сравнительно узком температурном диапазоне (40-60) °С независимо от вида культуры. Материалы, отнесенные ко второй категории, обладают значительно более высокой термоустойчивостью и меньшей скоростью инактивации.
Как установлено, для вегетативных бактериальных клеток, ферментов, вирусов и т.п. основным лимитирующим механизмом термоинактивации является термоденатурация клеточного белка, во втором случае можно предположить нарушение целостности структуры споры или макромолекулы вещества. Аналогично влиянию температуры проявляется и воздействие остаточного влагосодержания на жизнеспособность (сохранность) качественных показателей объектов сушки различной природы. Для материалов первой категории критическое влагосодержание составляет 50-70 %, причем большей устойчивостью обладают дрожжевые культуры и культуры бактерий, выращенные на твердых субстратах.
Высокая жизнеспособность спор Вас. thuringiensis сохраняется при влагосодержании препарата, равном примерно 11 %.
Высокой устойчивостью отличаются антибиотики и аминокислоты. Материалы, отнесенные ко второй категории, при низком остаточном влагосодержании сохраняют технологические показатели длительное время, тогда как вегетативные бактериальные формы склонны к снижению жизнеспособности во времени в зависимости от влагосодержания. Ко второй категории можно отнести также белковые и ферментные препараты, обладающие наряду с высокой термочувствительностью достаточной устойчивостью - конечная влажность порядка 5-6 % практически не снижает их ферментативной активности.
Строгое обоснование выбора метода и режима сушки с учетом получения желаемого качества конечного продукта может быть произведено лишь при тщательном анализе таких теплотехнических параметров процесса сушки, как длительность и скорость нагрева и охлаждения, скорость удаления влаги, реологические и гигроскопические свойства материала.
При рекомендации любого метода сушки необходимо задать температурный режим процесса. С позиций интенсификации тепломассопереноса, естественно, следует ориентироваться на максимальный тепловой потенциал, определяемый, в свою очередь, предельно допустимой для термоустойчивости материала температурой греющей среды.
Производительность сушилки по высушенному материалу и количество влаги, удаляемое при сушке определяют из уравнений материального баланса.
Четкой характеристики для классификации сушильных установок продуктов микробиологической промышленности не существует. Сушилки, применяемые в микробиологической промышленности, можно характеризовать по способу подачи продукта и теплоносителя в сушильные камеры, а также по гидродинамическим условиям их работы. Наибольшее применение при обезвоживании продуктов биосинтеза нашли конвективные сушилки (вальцовые, ленточные, барабанные, распылительные, в кипящем слое и т.п.), реже используются контактивные сушилки.
1. Вальцовые сушилки
Вальцовые сушилки (рис. 7.35) наиболее часто используются для сушки кормовых дрожжей с содержанием сухих веществ до 20-25 %. Процесс сушки проводится при строгом контроле температурного режима во избежание денатурации белков. На вальцовых сушилках предел температуры теплоносителя составляет 70-80 °С. В барабан, который закрыт с торцов крышками, подается пар.
У торцов барабанов сверху устанавливаются клинья, образующие между барабанами ванну, в которую непрерывно поступает концентрат биомассы. При вращении барабана клеточная биомасса смачивает их поверхность тонким слоем, который высушивается до влажности 8-10 %. Сухая биомасса снимается с поверхности барабана ножами и осыпается в продольные шнеки, откуда подается на фасовку.
Сушку кормовых концентратов, содержащих аминокислоты, такие, как лизин, гистидин, аргинин, триптофан, до влажности 8-10 % осуществляют на ленточных, распылительных и в кипящем слое сушилках. Схема ленточной сушилки представлена на рис. 7.35, б. Пастообразная биомасса предварительно смешивается с наполнителем, а затем формуется в виде брикетов, которые подаются на транспортер ленточной сушилки. После сушки материал размалывается на молотковой дробилке. Применение ленточных сушилок целесообразно и том случае, когда влажный материал заранее отформован и сушка в таком виде является единственно приемлемой.
2. Распылительные сушилки
Распылительные сушилки. Способ сушки распылением обладает рядом преимуществ по сравнению с другими методами сушки. Процесс сушки протекает чрезвычайно быстро (15-30 с), частицы в зоне повышенной температуры имеют насыщенную поверхность, температура которой близка к температуре адиабатного испарения чистой жидкости.
Благодаря мгновенной сушке и невысокой температуре распыленных частиц материала высушенный продукт получается хорошего качества. Например, не происходит денатурации белков, окисления, потерь витаминов и т.д. Этот метод часто применяется для сушки пищевых продуктов, органических солей и красителей, биологических и фармацевтических препаратов и других термочувствительных материалов.
По качественным свойствам продукт, высушенный в распылительных сушилках в нагретом воздухе или инертном газе (азот, углекислый газ), можно сравнить только с продуктом, высушенным при глубоком вакууме. При сушке распылением легко регулировать и изменять в нужном направлении качественные показатели готового продукта в зависимости от условий сушки. Например, можно регулировать и изменять в определенных границах объемный вес сухого порошка, величину частиц, конечную влажность и температуру. В результате сушки получается готовый продукт, который не требует обычно дальнейшего измельчения и обладает повышенной растворимостью.
При применении сушки распылением часто может быть значительно сокращен и полностью механизирован технологический цикл получения сухого продукта. В этом случае могут быть исключены такие процессы, как фильтрация, центрифугирование, размол.
В распылительных сушилках можно достигнуть высокой производительности по высушиваемому материалу, при этом не требуется большого количества обслуживающего персонала. Высушиваемый материал в процессе сушки не соприкасается с поверхностями сушилки до тех пор, пока он не высохнет. Это упрощает разрешение проблемы коррозии и выбора материала для сушильной камеры.
При других способах сушки влажный продукт соприкасается с металлическими поверхностями. В распылительных сушилках можно осуществить сушку в широких температурных пределах (60-1 200) °С. При сушке распылением легко осуществить получение высушенного продукта, состоящего из различных сухих компонентов в определенных соотношениях, например при добавлении необходимого количества других материалов до сушки в основной материал.
Метод сушки распылением имеет и недостатки: большие удельные габариты сушильной установки при сушке с начальной температурой воздуха (100-1 50) °С; сравнительно дорогое и сложное оборудование для распыления и выделения высушенного продукта из отработанных газов.
Наиболее производительными являются распылительные сушилки, применяемые для сушки кормовых дрожжей. На рис. 7.36 представлена схема распылительной сушилки с центробежным распылением. Дрожжевая суспензия непрерывно подается под небольшим давлением в распылительный механизм к вращающимся дискам. За счет центробежной силы, возникающей при вращении диска, раствор в виде пленки перемещается с непрерывно возрастающей скоростью к периферии диска и сбрасывается в виде струек, распадающихся на мельчайшие капли размером (6-70) мкм.
Сушильный агент (нагретый воздух или дымовые газы, разбавленные воздухом) подается в сушильную камеру по газопроводу. При помощи направляющего аппарата создается большая скорость движения теплоносителя на входе в сушильную камеру и одновременно сообщается спиралеобразное направление.
Начальная температура сушильного агента при сушке кормовых дрожжей достигает (300-350) °С.
Распыленная дрожжевая суспензия, вступая в контакт с теплоносителем, высушивается. Испарение воды из дрожжевой суспензии при высокой степени распыления протекает практически мгновенно, благодаря чему сушильный агент быстро охлаждается, и температура его на выходе из сушилки не превышает 90 °С.
Высушенные дрожжи также не прогреваются выше этой температуры. Сухие кормовые дрожжи в виде порошка поступают в нижнюю конусную часть сушилки, откуда непрерывно удаляются. Отработанный теплоноситель отводится из сушильной камеры через газоотвод. Часть дрожжей (15-20 %) уносится вместе с теплоносителем, и для их улавливания устанавливаются циклоны.
Сухие дрожжи из-под конуса сушилки и из циклонов подаются пневмотранспортом на фасовку и упаковку. Сушилки типа СРФ оснащены пневматическими или механическими форсунками. Применение той или другой конструкции форсунки зависит от свойств исходного продукта, условий сушки и требований к готовому продукту. Сушилки с механическими форсунками рекомендуются для распыления и сушки тонких эмульсий, истинных и коллоидных растворов, тонкодисперсных суспензий.
3. Барабанные сушилки
Барабанные сушилки работающие при атмосферном давлении применяют для сушки ферментных препаратов, органических кислот и других продуктов микробиологического синтеза. По сравнению с сушильными установками других типов, в сушилках барабанного типа потери ферментативной активности не превышают (5 - 10 %).
Чаще всего сушка ведется подогретым воздухом при прямоточном или противоточном движении теплоносителя и продукта. Воздух, подаваемый в барабан, для сушки тщательно очищается. Обычно для этого применяют двухступенчатую фильтрацию, используются фильтры грубой и бактериальной очистки.
Сушилка состоит из полого вращающегося цилиндрического корпуса 1, установленного на роликовых опорах 6 с углом наклона (0,5-0,6)° в сторону выгрузки продукта. Высушиваемый материал подается в бункер 2 и при помощи винтовой вставки поступает в полость корпуса, где проходит через ряд насадок, интенсивно перемешивается и контактирует с теплоносителем, что и обеспечивает процесс сушки.
4. Сушка в псевдоожиженном слое
Сушка в псевдоожиженном слое широко используется при обработке ксеролабильных материалов, так как легко обеспечивается регулирование конечной влажности материала. Основными преимуществами указанной сушки являются: высокая интенсивность процессов переноса; предотвращение локального перегрева частиц; сравнительно простое конструктивное выполнение возможность гранулирования материала (антибиотики, аминокислоты) непосредственно в процессе сушки.
Наиболее существенным противопоказанием применения метода псевдоожиженного слоя является механическое нарушение целостности частиц (истирание, слипание). В трубчатых сушилках используется принцип пневмотранспорта твердых частиц (гранул) в трубе 3, при этом осуществляется удаление внешней влаги с поверхности высушиваемого продукта.
5. Сублимационные сушилки
Сублимационные сушилки. Сублимация (лиофилизация) - это переход твердого вещества при нагревании в газообразное состояние, минуя стадию жидкости. На выходе из сушилки отработанный теплоноситель поступает в циклон 5, а сухой продукт стекает в разгрузочное устройство 3. При диаметре корпуса сушилки 1,2 м и его длине 4,2 м производительность сушилки по культуре гриба достигает 1,5 т/сут.
Сублимационная сушка продуктов микробиологического синтеза представляет собой частный случай вакуумной дистилляции льда методом испарения из замороженного продукта. Проведение сублимационной сушки под вакуумом дает возможность значительно снизить температуру процесса и тем самым сохранить клеточные структуры в жизнеспособном состоянии. Сублимационная сушка наиболее пригодна для живых микроорганизмов, некоторых видов ферментов и других термолабильных продуктов. В этом случае меньше всего инактивируются ферменты, хорошо сохраняется жизнеспособность клеток.
Преимущества рассматриваемой сушки: влага удаляется при низких температурах, что практически исключает термоинактивацию продукта; сохраняется стабильная структура материала (не происходит разрушения или конгломерации частиц); практически исключается удаление летучих компонентов высушиваемого материала, нарушение его химического состава; облегчается возможность получения сухого продукта в фасованном и стерильном виде.
Сублимационная сушка биологических продуктов состоит из стадий замораживания, сублимации, десорбции (досушивания). От скорости замораживания и конечной температуры продукта зависит процесс сублимации.
Сублимационной сушке подвергают концентрат суспензии микроорганизмов, полученный из культуральной жидкости одним из механических способов обезвоживания (фильтрованием, центрифугированием). В концентрированную суспензию микроорганизмов добавляют в определенном количестве так называемую защитную среду, которая предохраняет клетки от гибели при замораживании и последующем высушивании.
В качестве защитных сред используют коллоидные и гидрофильные вещества (белки, аминокислоты, углеводы и др.), которые замедляют внутриклеточное образование льда, уменьшают концентрирование электролитов и защищают клетки от глубокого необратимого обезвоживания. Замораживание биомассы приводит к физическим, биофизическим и биохимическим изменениям в клетке.
В результате кристаллообразования при замораживании происходит повреждение и разрушение клеточных мембран и других структур клетки. Эти повреждения могут быть вызваны тремя основными причинами: механическим воздействием на клетки кристаллов льда; повышением концентрации электролитов, что вызывает денатурацию мембран; снижением разности концентраций веществ внутри и снаружи клетки.
Чтобы избежать денатурации белка в процессе замораживания подбирают оптимальные условия кристаллизации воды.
Большое значение имеет скорость замораживания. При медленном замораживании образуются крупные кристаллы льда, имеющие меньшую поверхность испарения, чем мелкие кристаллы, образующиеся при быстром замораживании.
Существует несколько способов замораживания биомассы: контактное замораживание на охлаждаемых полках; конвективное замораживание охлажденным газом; комбинированное замораживание. Сублимационная сушильная установка состоит из сушильной камеры, конденсатора-десублиматора и вакуум-насосной системы.
Конструктивное оформление отдельных элементов схемы обусловлено спецификой сублимируемого материала и стремлением организовать непрерывный и высокоинтенсивный процесс сушки. В промышленных сублимационных установках подвод энергии осуществляется в основном за счет теплопроводности, инфокрасного излучения, токами высокой частоты.
Применение сублимационной сушки с использованием комбинированного энергоподвода (ИК - излучения, энергии ультразвука и принудительного потока газа) позволяет снизить удельный расход энергии и увеличить способность к восстановлению бактерий из сухого концентрата. Наиболее эффективна сублимационная сушка в поле ультразвука и атмосфере инертного газа.
Выводы
Проведенный технико-экономический анализ технологических процессов сушки, применяемой во многих отраслях промышленности, в частности в биотехнологической, показал, что основным стимулом развития в этой области является энергосбережение. Строгое обоснование выбора метода и режима сушки с учетом получения желаемого качества конечного продукта может быть произведено лишь при тщательном анализе таких теплотехнических параметров процесса сушки, как длительность и скорость нагрева и охлаждения, скорость удаления влаги, реологические и гигроскопические свойства материала.
При рекомендации любого метода сушки необходимо задать температурный режим процесса. С позиций интенсификации тепломассопереноса, естественно, следует ориентироваться на максимальный тепловой потенциал, определяемый, в свою очередь, предельно допустимой для термоустойчивости материала температурой греющей среды. В результате эволюции появились двухступенчатые сушилки с дополнительной стадией распылительной сушки с помощью виброфлюидизатора (инстантайзера), а также трехступенчатые -- с псевдосжиженным слоем (флюидное дно). Это позволило поднять КПД с 54 до 80%. Экономичные сушилки, применяемые в производстве пищевых продуктов, можно использовать и для получения многотоннажных продуктов микробиологического синтеза. Главным критерием сушилок для изготовления фармацевтических субстанций является соответствие их требованиям GMP и наличие валидационных документов. Такие сушилки выпускают многие фирмы, ведущими из которых являются Niro Atomizer и компания Anhуdro (Дания).
Список используемой литературы
1. Войнов Н.А., Волова Т.Г., Зобова Н.В. «Современные проблемы и методы биотехнологии», Красноярск, 2009
2. Ж-л «Біотехнологія» Т. 5, № 4, 2012 С. 46-54, библ. 11, укр.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Порядок транспортирования сформованного сырца в сушильные агрегаты. Характеристика различных видов вагонеток. Основные сведения о процессе сушки, расчет интенсивности удаления влаги. Использование естественной сушки в сушильных сараях в теплое время года.
реферат [1,5 M], добавлен 26.07.2010Сущность процесса сушки и описание его технологической схемы. Барабанные атмосферные сушилки, их строение и основной расчёт. Параметры топочных газов, подаваемых в сушилку, автоматическая регулировка влажности. Транспортировка сушильного агента.
курсовая работа [140,6 K], добавлен 24.06.2012Сушильные устройства и режимы сушки керамических изделий. Периоды сушки. Регулирование внутренней диффузии влаги в полуфабрикате. Длительность сушки фарфоровых и фаянсовых тарелок при одностадийной и при двухстадийной сушке. Преимущества новых методов.
реферат [418,0 K], добавлен 07.12.2010Установки для сушки сыпучих материалов. Барабанные сушила, сушила для сушки в пневмопотоке и кипящем слое. Установки для сушки литейных форм, стержней. Действие устройств сушильных установок. Сушила с конвективным режимом работы. Расчет процессов сушки.
курсовая работа [2,9 M], добавлен 29.10.2008Сушка как способ удаления влаги. Характеристика сырья, химический состав продукта. Технологическая схема производства сушеных яблок, технические требования. Методы сушки яблок, лабораторные сушильные установки. Восстанавливаемость сушеных яблок.
курсовая работа [172,9 K], добавлен 04.06.2011Сущность процесса сушки. Расчет сушильной установки. Аппаратное обеспечение процесса сушки. Технологические основы регулирования сушилок с кипящим слоем. Определение момента окончания сушки по разности температур. Автоматизация сушильных установок.
дипломная работа [2,7 M], добавлен 25.01.2011Классификация сушилок по способу подвода тепла, уровню давления сушильного агента в рабочем пространстве сушильной камеры, применяемому сушильному агенту. Принцип работы барабанных сушилок. Графоаналитический расчет процесса сушки в теоретической сушилке.
курсовая работа [3,0 M], добавлен 26.05.2015Контроль параметров теплоносителя и измерение давления газовой среды в процессе работы сушилок. Психрометрическая разность как разница между показаниями "сухого" и "мокрого" термометров. Влагосодержание газа, величина парциального давления водяного пара.
реферат [2,1 M], добавлен 26.07.2010Общая характеристика сушки как термического процесса удаления из твердых материалов влаги, путем её испарения. Описание конструкции и технический расчет сушильного устройства с выкатной тележкой. Параметры сушильного агента на входе в сушильную камеру.
реферат [106,0 K], добавлен 04.06.2014Описание новых технологий в области сушки и защиты древесины. Физическая сущность процесса теплового удаления влаги из древесины. Изучение устройства и технологический расчет сушильного цеха для камер. Определение тепловых и аэродинамических параметров.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 19.01.2013Процесс удаления влаги из материала путем испарения или выпаривания. Выбор и обоснование способа сушки и типа лесосушильных камер. Спецификация пиломатериалов. Формирование сушильных штабелей. Технология проведения камерной сушки. Виды и причины брака.
курсовая работа [36,4 K], добавлен 10.12.2013Исследование влияния различных видов сушильных агентов на эффективность сушки формовочных смесей и стержней. Расчет сушильного агрегата в процессе сушки стержня воздухом, проходимым через сушило. Теплотехнические основы сушильного процесса, теплообмен.
курсовая работа [4,5 M], добавлен 04.11.2011Применение противоточных туннельных сушилок с горизонтально-продольным направлением теплоносителя для сушки кирпича и керамических камней. Вычисление расхода сухого воздуха для теоретического процесса сушки. Построение схемы аэродинамических соединений.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 28.02.2012Технологическая схема лесосушильного цеха, выбор способа сушки древесины. Разработка схемы технологического процесса сушки пиломатериалов, описание работы сушильной камеры. Технологические требования к сухим пиломатериалам, их укладка и транспортировка.
курсовая работа [100,8 K], добавлен 10.03.2012Описание конструкции и принцип работы лесосушильной камеры. Технологический расчет проектируемого цеха сушки пиломатериалов. Пересчет объема фактического пиломатериала в объем условного материала. Последовательнось аэродинамического расчета вентилятора.
курсовая работа [345,6 K], добавлен 28.05.2014Технологический процесс получения сернистого ангидрида при производстве серной кислоты. Таблица режимных, рецептурных параметров. Характеристики основного оборудования. Описание функциональной схемы автоматизации. Обоснование выбора средств автоматизации.
курсовая работа [47,2 K], добавлен 18.12.2008Сущность процесса фильтрования. Фильтровальные перегородки, вакуумные фильтры непрерывного действия, ленточные фильтр-прессы, пылесосы. Удаление жидкости из веществ и материалов тепловыми способами в процессе сушки. Виды сушилок, принцип их действия.
презентация [289,8 K], добавлен 06.12.2015Общая информация о предприятии и о сахарном производстве. Расчет котла при сжигании природного газа. Расчет процесса горения. Тепловой баланс котла. Описание выработки биогаза из жома, описание технологии процесса. Расчет котла при сжигании смеси газа.
дипломная работа [1,9 M], добавлен 07.07.2011Характеристика процесса замедленного коксования; его назначение. Химизм газофазного термолиза различных классов углеводородов. Термические превращения высокомолекулярных компонентов нефти в жидкой фазе. Устройство и принцип работы шатровых печей.
курсовая работа [902,2 K], добавлен 14.04.2014Описание аппарата синтеза метанола из конвертированного газа на медьсодержащем катализаторе. Теоретический анализ процесса. Обоснование оптимальных технологических параметров. Описание технологической схемы синтеза, анализ экологической безопасности.
курсовая работа [389,7 K], добавлен 23.06.2014