El volumen total de los tanques de fermentación que se utilizan habitualmente en los laboratorios suele estar entre 2 litros y 500 litros, de 500 litros a 5000 litros son los fermentadores piloto, y el volumen total de los fermentadores utilizados en aplicaciones industriales reales suele ser superior a 5000 litros. Los fermentadores industriales pueden soportar la esterilización por vapor, tienen cierta flexibilidad operativa, minimizan los accesorios internos (evitan los rincones muertos), tienen un fuerte rendimiento de transferencia de material y energía y se pueden ajustar para facilitar la limpieza y reducir la contaminación. Son adecuados para la producción de una variedad de productos y reducen el consumo de energía.
Fermentador industrial Bailun 10KL
1.Características del fermentador industrial
La estructura básica del fermentador industrial generalmente consta de varios componentes, incluido el cuerpo del tanque, el sistema de calefacción, el sistema de enfriamiento, el sistema de control de presión, el sistema de sensor y control, el sistema de agitación y la entrada y salida. La estructura y configuración específicas del fermentador industrial se diseñarán en combinación con el escenario de uso. Algunos fermentadores industriales también pueden estar equipados con equipos adicionales, como sistemas de control de oxígeno disuelto, sensores de pH, etc., para proporcionar un mejor control y seguimiento.
La mayor diferencia entre la fermentación industrial y otras industrias químicas es que se trata de una reacción química llevada a cabo por organismos. Sus principales características son las siguientes:
1.El proceso de fermentación es generalmente una reacción bioquímica que se lleva a cabo a temperatura y presión normales, que es segura y requiere condiciones relativamente simples.
2. Las materias primas utilizadas para la fermentación suelen ser almidón, melaza u otros productos agrícolas y secundarios, y la reacción se puede llevar a cabo añadiendo una pequeña cantidad de fuentes de nitrógeno orgánicas e inorgánicas. Los microorganismos pueden utilizar selectivamente los nutrientes que necesitan debido a diferentes categorías. En base a esta característica, las aguas residuales y los desechos pueden utilizarse como materias primas de fermentación para transformar y actualizar los recursos biológicos.
3. El proceso de fermentación se completa mediante el ajuste automático de los organismos y la reacción es muy específica, por lo que se puede obtener un metabolito relativamente único.
4.Debido al mecanismo de reacción del propio organismo, puede llevar a cabo de manera específica y altamente selectiva reacciones de transformación química como la oxidación y reducción de ciertos compuestos complejos, y también puede producir compuestos poliméricos relativamente complejos.
5. La prevención y el control de la contaminación bacteriana durante el proceso de fermentación es fundamental. Además de una estricta desinfección del equipo y la filtración del aire, la reacción debe realizarse en condiciones estériles. Si se contamina con bacterias, la producción sufrirá enormes pérdidas económicas. Si se infecta con bacteriófagos, la fermentación causará un daño mayor. Por tanto, mantener condiciones estériles es la clave del éxito de la fermentación.
6. Las cepas microbianas son los factores fundamentales para la fermentación. Mediante la detección de mutaciones y cepas, se pueden obtener cepas excelentes de alto rendimiento y se pueden utilizar plenamente los equipos de producción, y también se pueden obtener productos que son difíciles de producir mediante métodos convencionales.
7. En comparación con otras industrias, la fermentación industrial requiere menos inversión, resultados rápidos y puede lograr importantes beneficios económicos.
Based on the above characteristics, industrial fermentation has attracted more and more attention. Compared with traditional fermentation technology, modern fermentation engineering has more advantages besides the above fermentation characteristics. In addition to using microorganisms, animal and plant cells and enzymes can also be used, and artificially constructed “engineered bacteria” can also be used for reactions; the reaction equipment is not just conventional fermentation tanks, but is replaced by various bioreactors, with a high degree of automation and continuity, which improves and innovates the fermentation level on the original basis.
Fermentador industrial Bailun 60T-10T
2.Componentes del proceso de fermentación:
(1) Establecer los componentes del medio de cultivo utilizado para el cultivo de semillas y la producción de fermentación;
(2) Esterilización del medio de cultivo, tanque de fermentación y su equipo auxiliar;
(3) Cultivar cepas puras activas y apropiadas e inocularlas en el recipiente de producción;
(4) Los microorganismos crecen en el tanque de fermentación en las condiciones más adecuadas para el crecimiento del producto;
(5)Extracción y refinación de productos;
(6)Tratamiento de los residuos vertidos durante el proceso.
Diagrama esquemático del proceso de fermentación.
El funcionamiento del fermentador industrial debe realizarse primero desde el punto de vista técnico, es decir, comprobar si el suministro eléctrico, las tuberías, el compresor de aire y el sistema de agua circulante funcionan correctamente. A continuación, se realiza una desinfección del aire antes de la alimentación para garantizar que el sistema se encuentre en estado estéril.
Después de deshumidificar el fermentador industrial, se añade un medio de cultivo para la desinfección real. Después de la esterilización, el fermentador industrial se enfría a una temperatura adecuada y se introducen las bacterias necesarias para la operación de fermentación. Durante el proceso de fermentación, se realizan muestreos y pruebas de acuerdo con operaciones asépticas estandarizadas. Después de la fermentación, se descargan los materiales y se limpia el fermentador industrial.
Industrial fermenters are also prone to contamination and scaling, especially when the culture medium is actually eliminated in the tank. Therefore, we should establish the concept of “prevention first” and start from the equipment to eliminate various hidden dangers that may cause industrial fermenters to be contaminated.
(1) Garantizar la estanqueidad de los fermentadores industriales.
Los fermentadores industriales son el principal equipo para la producción de fermentación industrial. Antes de su uso, los fermentadores industriales deben ser inspeccionados cuidadosamente, por ejemplo, si su sistema de agitación gira de manera anormal, si el sello mecánico está apretado, si los tornillos del tanque están flojos, si las tuberías del tanque están bloqueadas, si la capa intermedia o el serpentín del tanque tiene fugas y si la válvula de conexión del cuerpo del tanque está apretada.
En la actualidad, los sellos mecánicos se utilizan ampliamente en fermentadores industriales, que reemplazan la forma de sello de empaquetadura anterior del eje de agitación. Sin embargo, si la precisión de la instalación no es alta o el sistema de sello mecánico seleccionado no es adecuado, el sello del eje aún tendrá fugas y causará contaminación bacteriana. Por lo tanto, preste atención a la alineación al instalar el eje agitador.
(2) Retire la tubería de lavado de la mirilla del fermentador industrial.
Para facilitar la observación de la situación de fermentación en el fermentador industrial, generalmente se instala en el fermentador industrial un tubo de vapor para lavar la mirilla. Sin embargo, una vez que el vapor se condensa en la tubería, no se puede garantizar completamente la esterilidad del agua condensada. Por lo tanto, se debe retirar el tubo de vapor para lavar la mirilla para reducir el riesgo de contaminación bacteriana. Si es difícil ver con claridad debido a la densa niebla en el tanque, se puede utilizar una lámpara de mirilla de mayor brillo.
(3) El fermentador industrial utiliza membranas de PVDF
El sistema de purificación de aire tradicional utiliza carbón activado, algodón y papel de fibra de vidrio ultrafino como elementos filtrantes, que tienen efectos de filtrado deficientes y son complicados de operar. En la actualidad, la tecnología de filtración por membranas doméstica se ha vuelto relativamente madura. Por ejemplo, el elemento filtrante de membrana microporosa plegada hecho de fluoruro de polivinilideno (PVDF) no sólo tiene una alta precisión de filtrado sino que también tiene un gran caudal.
Cuando se utiliza un fermentador industrial, los técnicos solo deben prestar atención a deshumidificar y desengrasar el aire comprimido antes del filtro y esterilizar el filtro de acuerdo con las especificaciones para garantizar que el aire sea estéril. Además, dado que la membrana de PVDF no es sensible a la humedad del aire comprimido y la propia membrana tiene una fuerte hidrofobicidad, puede resolver el problema de que los filtros de algodón no se pueden utilizar cuando la humedad del aire es demasiado alta.
(4) Inspeccionar periódicamente el sistema de seguimiento del fermentador industrial.
La esterilización completa del medio de fermentación consiste en utilizar vapor sobresaturado a alta temperatura para coagular y matar diversas bacterias y proteínas fúngicas. En la esterilización de la industria farmacéutica, existen requisitos estrictos en cuanto al tiempo de precalentamiento, la apertura de la válvula de vapor, la temperatura de esterilización, la presión de esterilización y el control de la espuma. Cualquier problema en cualquier enlace puede provocar fácilmente una contaminación bacteriana.
Generalmente, la temperatura de esterilización en la industria es de 110 ℃ y la presión de esterilización es superior a 0,5 MPa. La precisión de la temperatura y presión de esterilización depende de sistemas de monitoreo como varias sondas de temperatura y sensores de presión. Por lo tanto, es muy importante comprobar periódicamente dichas sondas y sensores. Además, a medida que aumenta el volumen del fermentador industrial, disminuye la temperatura del tanque correspondiente a la misma presión del tanque. Por lo tanto, cuando cambia la correlación entre temperatura y presión, se debe utilizar la temperatura como estándar.
(5) Los sellos blandos se utilizan para válvulas de fermentadores industriales.
Las válvulas de fermentador industriales son el equipo auxiliar más utilizado en los equipos de fermentación, entre los cuales el más utilizado es la válvula de cierre. El rendimiento de sellado de las válvulas al medio se puede dividir en cuatro niveles: nivel nominal, nivel de fuga baja, nivel de vapor y nivel atómico. Los sellos de nivel nominal y de bajo nivel de fuga son adecuados para válvulas con requisitos de cierre flojos, como las válvulas utilizadas para controlar el flujo.
Los sellos de nivel de vapor son adecuados para sellar asientos de válvulas, vástagos de válvulas y conexiones de cuerpos de válvulas de vapor y la mayoría de otras válvulas industriales. Los sellos de nivel atómico son adecuados para ocasiones con requisitos extremadamente altos de sellado medio, como naves espaciales y equipos de energía atómica. Dado que en la industria de la fermentación se utiliza vapor a alta temperatura para esterilizar equipos de fermentación, el rendimiento de sellado de las válvulas al medio requiere sellos de nivel de vapor.
Las piezas de cierre de válvulas con sellado blando generalmente utilizan juntas blandas, que aprovechan la gran deformación elástica-plástica de la junta para formar una zona de contacto de sellado anular más amplia para rellenar las irregularidades de la superficie de sellado y eliminar el espacio para formar un sello. La precisión de procesamiento generalmente no es alta.
Si existen requisitos especiales, el material del cuerpo de la válvula puede ser de acero inoxidable y la pieza de cierre de sellado blando puede reemplazarse por una junta de politetrafluoroetileno reemplazable. De esta manera, se puede garantizar el sellado de la válvula reemplazando con frecuencia la junta de politetrafluoroetileno.
(6) Comprobación del sello superior de las válvulas de fermentadores industriales.
If the processing quality of the valve stem and the inner hole of the valve body of the industrial fermenter stop valve is not good, or the matching clearance between the packing and the valve stem increases due to wear caused by long-term use, the medium will leak from the valve stem. This phenomenon is called “upper seal leakage” of the valve. However, in industrial fermentation production, the upper seal inspection of the valve is often neglected. Therefore, for valves used for fermentation, it is necessary to pay attention not only to the leakage of the sealing substructure, but also to the upper seal leakage.
En la producción de fermentación industrial, debido a los requisitos del proceso de fermentación, algunas válvulas no se instalan de acuerdo con la dirección del flujo del fluido. Por ejemplo, en algunos fermentadores industriales, la válvula de muestreo es una válvula de bricolaje cerca del fermentador industrial. Para esterilizar la válvula antes del muestreo, la válvula se instala en la dirección opuesta del flujo del líquido de fermentación, de modo que se pueda instalar una pequeña válvula adicional en la parte inferior de la válvula de muestreo para permitir que fluya el vapor.
La estructura de sellado superior de la válvula de muestreo tiene requisitos de sellado muy altos, de lo contrario, el líquido de fermentación puede penetrar en la estructura de sellado superior de la válvula de muestreo o incluso tener fugas desde la estructura de sellado superior, provocando que el fermentador industrial se contamine.
En la actualidad, la mayoría de las válvulas de cierre domésticas tienen una estructura de empaque de múltiples capas, y también se agrega un anillo espaciador duro a la estructura del empaque, o se proporciona un resorte de disco en la parte superior del anillo de sellado, mejorando así la capacidad de sellado. Fuerza para autorregularse y mejorar el rendimiento del sellado. Si el sello superior tiene fugas y es difícil cambiar la estructura de sellado superior de la válvula doméstica, el problema de las fugas se puede resolver cambiando el tipo de empaquetadura.
Prevención de la contaminación bacteriana en fermentadores industriales:
- Realizar operación estéril en fermentador industrial.
- Las semillas no deben tener bacterias extrañas.
- Los filtros de aire deben mantenerse en buena calidad.
- Tenga cuidado de no tener demasiada espuma.
- Garantizar la esterilidad del sistema de aire.
- Se debe prestar especial atención a la hermeticidad de los fermentadores industriales, especialmente en algunos rincones muertos.
- Si desea trasplantar semillas, también debe garantizar la esterilidad de las tuberías y los rincones muertos.
- Asegúrese de que las semillas sean normales, sin contaminación ni variación.
- Si hay alimentación intermedia, se debe garantizar que el sistema de alimentación esté estéril.
Sobre Bailun
Bailun tiene una amplia experiencia en la fabricación de diversos biorreactores y recipientes a presión. Cuenta con un equipo de expertos en los campos de reacción biológica, tecnología de fermentación, fabricación de maquinaria y control de automatización. El nivel de procesos e investigación científica está siempre al nivel líder nacional e internacional de primera clase, brindándole una experiencia de producto cómoda, segura y protegida.
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