Проблемы масштабирования

Технология производственного процесса отрабатывается в следующем порядке:

  • • лабораторная установка объемом от 0,5 до 100 л;
  • • пилотная (опытно-промышленная) — от 100 л до 5 м3;
  • • промышленная — от 5 до 1000 м3 и более.

У лабораторных реакторов аэрация и перемешивание — как у промышленных, но чаще — механическое перемешивание и барботаж.

Теплообмен и стерилизация могут быть самостоятельными и несамостоятельными (баня, автоклав).

На лабораторных реакторах решаются следующие задачи:

1) измерение скорости роста клеток, утилизации субстратов и образования продукта;

  • 2) расчет коэффициентов массопередачи (переноса кислорода);
  • 3) расчет стехиометрических коэффициентов и брутто уравнений реакций.

Пилотные установки — «указывают путь». Они дублируют промышленный аппарат, позволяют исследовать потоки газов, жидкостей, теплоты. На этой стадии окончательно выбирается тип реактора. Переход от лабораторных установок к биореакторам пилотного типа позволяет уточнить масштабную модель.

В крупномасштабном производстве скорости перемешивания и синтеза могут отличаться от пилотной установки вследствие отличия гидродинамических, массо- и теплообменных процессов. При увеличении объема в реакторе появляются зоны неоднородности — слабого перемешивания и аэрации. Большой реактор можно представить как два сообщающихся малых, из которых только один — хорошо перемешивается и аэрируется.

Поэтому иногда приходится менять конструкцию.

Меняются также условия теплообмена. При увеличении масштаба отказываются от механической мешалки, которая привносит теплоту. Изменяется соотношение между объемом и поверхностью теплообмена. Приходится добавлять внутренние элементы. При увеличении объема становится более существенным вклад теплопродукции при диспергировании газа в жидкость (пневматическая энергия).

В целом масштабирование является сложной и дискуссионной проблемой. Есть мнение, что в большинстве случаев важнейшим является сохранение объемного коэффициента передачи 02. Вопрос сложен. Дополнительно возникает еще и проблема брызгоуноса.

Выбор надежных критериев масштабирования является важной проблемой.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >