Оптимизация процесса обработки биомассы с помощью промышленных кулачковых насосов

Ферментация биомассы начинается задолго до попадания микроорганизмов в ферментер. Качество и однородность сырья, поступающего на биологическую стадию, могут влиять на стабильность процесса ферментации и на то, насколько эффективно полученный бульон может быть переработан в конечные продукты. В отличие от простых жидких субстратов, многие виды сырья на основе биомассы значительно изменяются в процессе подготовки. Измельчение, увлажнение, концентрирование, ферментативная обработка, термическая обработка или составление рецептуры могут изменить вязкость, содержание твердых веществ, температуру и характер течения.

По этой причине обращение с сырьем следует рассматривать как часть самого процесса ферментации. Промышленный кулачковый насос может обеспечить возможность контролируемой перекачки, необходимую между этапами подготовки сырья, ферментации и последующего выделения продукта, особенно когда материал становится вязким или содержит мелкие мягкие твердые частицы.

Подготовка сырья определяет условия перекачки

Биомасса, используемая для ферментации, может принимать различные формы. В зависимости от производственного маршрута процесс может включать растительные суспензии, концентрированные углеводные растворы, богатые белком субстраты, потоки сельскохозяйственной переработки или другие органические составы. Эти материалы могут вести себя не так, как обычная технологическая вода.

После увлажнения или концентрирования сырье может стать значительно более густым. Взвешенные твердые частицы также могут изменить его характеристики течения. Поэтому система перекачки должна учитывать фактическое состояние материала в точке перекачки, а не полагаться только на свойства исходного сырья.

Здесь становится актуальным использование насосов объемного вытеснения. Роторно-лопастной насос перемещает материал за счет контролируемого вытеснения, создаваемого вращающимися роторами. Предлагаемая серия насосов охватывает вязкость материалов от приблизительно 0,2 до 100 000 сП, что позволяет выбирать конфигурации для широкого спектра жидкостей и промежуточных продуктов на основе биомассы.

Стабильная подача создает более предсказуемую среду ферментации

После того как подготовленное сырье готово к биологической конверсии, его может потребоваться ввести в ферментер в соответствии с определенной производственной стратегией. Нерегулярная подача материала может затруднить управление процессом, особенно когда концентрация субстрата и вязкость изменяются во время подготовки.

Промышленный кулачковый насос обеспечивает контролируемый метод перекачки между подготовительным оборудованием и стадией ферментации. Конфигурации с регулируемой скоростью могут быть использованы, когда требуемая скорость подачи изменяется в соответствии с процессом, в то время как управление с помощью частотного преобразователя может обеспечить более широкий диапазон регулировки и поддерживать интеграцию с автоматизированным оборудованием.

Цель состоит не просто в достижении заданной производительности насоса. Скорость перекачки должна соответствовать рецептуре, вместимости ферментера, характеристикам материала и условиям эксплуатации, установленным технологом.

Работа с концентрированными и сложными материалами из биомассы

Сырье из биомассы может стать особенно сложным для обработки, когда оно содержит высокую концентрацию твердых веществ или имеет ограниченную естественную текучесть. Густые пасты и концентрированные материалы могут неэффективно перемещаться через обычное всасывающее устройство.

Для таких применений кулачковый насос может быть сконфигурирован с верхним загрузочным бункером. Эта конфигурация предназначена для пастообразных материалов с высокой вязкостью, высокой концентрацией и плохой текучестью. Она обеспечивает прямой способ подачи материала для применений, где обычное всасывание по трубопроводу менее подходит.

Насос также может быть сконфигурирован для мобильной установки. Это полезно в производственных средах, где операции по подготовке сырья и ферментации не обслуживаются одним постоянно закрепленным насосным постом. Один и тот же перекачивающий агрегат потенциально может использоваться в разных точках технологического процесса, если это позволяют требования к применению и санитарные нормы.

Бережное перемещение суспензий на основе биомассы

Физическое состояние субстрата биомассы имеет значение, поскольку многие питательные среды для ферментации содержат взвешенный органический материал. Некоторые технологические потоки также могут содержать мелкие мягкие твердые частицы.

Роторно-лопастные насосы подходят для такого типа перекачки, потому что их принцип действия, основанный на объемном вытеснении, обеспечивает относительно бережное перемещение материала. Вместо того чтобы полагаться на высокоскоростное действие рабочего колеса, вращающиеся роторы перемещают продукт через рабочую камеру насоса.

Эта характеристика может быть полезна, когда процесс требует перекачки биомассы, содержащей мягкие частицы, или когда нежелательно чрезмерное механическое перемешивание. Фактическая чувствительность продукта, характеристики частиц и допустимое сдвиговое напряжение, тем не менее, должны оцениваться в соответствии с конкретной рецептурой ферментации.

От ферментационного бульона к продуктам на биологической основе

Роль обращения с сырьем не заканчивается с началом ферментации. После завершения биологической конверсии полученный бульон может стать промежуточным продуктом для дальнейшей переработки. В зависимости от маршрута ферментации последующие операции могут включать концентрирование, разделение, смешивание, составление рецептуры или передачу в дополнительные технологические емкости.

Полученные материалы могут иметь совершенно иные физические свойства, чем исходное сырье. Относительно жидкий субстрат может превратиться в более концентрированный промежуточный продукт ферментации, в то время как последующее составление рецептуры может дать вязкий продукт или продукт, содержащий частицы.

Это создает возможность рассматривать требования к перекачке на всем протяжении производственного маршрута, а не относиться к перекачке сырья как к изолированной операции. Соответствующим образом сконфигурированный роторно-лопастной насос может обеспечить совместимые перекачивающие функции для вязких промежуточных продуктов ферментации и отдельных рецептур на биологической основе.

Потенциальные производственные контексты включают маршруты ферментации, связанные с ингредиентами на биологической основе, ферментными продуктами, промежуточными продуктами органических кислот, материалами, содержащими белок, и другими биологическими производными. Пригодность насоса всегда должна устанавливаться исходя из фактических свойств продукта и условий технологического процесса.

Гигиеническое исполнение для ферментации биомассы

Если ферментация биомассы используется для производства пищевых продуктов, фармацевтических препаратов, в биотехнологиях или других гигиенически контролируемых производствах, перекачивающее оборудование также должно соответствовать санитарной стратегии процесса.

Корпуса насосов серии могут быть изготовлены из нержавеющей стали 304 или 316L. Доступны одинарные или двойные механические уплотнения с уплотнительными материалами, включая твердый сплав, карбид кремния, графит и керамику. Варианты уплотнительных колец включают витон, силикон, EPDM, PTFE и NBR.

В зависимости от технологической схемы варианты соединений включают санитарные зажимы, резьбовые соединения, фланцы, соединения DIN и сварные соединения. Также может быть выбрана конструкция с рубашкой, если требуется управление температурой во время перекачки.

Предоставленные спецификации указывают применимый диапазон температур материала до 150 °C и максимальную температуру стерилизации 180 °C. Окончательная конфигурация должна оцениваться в соответствии с фактической температурой процесса, процедурой очистки или стерилизации, уплотнительными материалами и применимыми гигиеническими требованиями.

Проектирование перекачки сырья с учетом технологического процесса

Наиболее эффективная стратегия обращения с биомассой начинается с сырья, а не с модели насоса. Инженерам необходимо понимать, как материал изменяется от сырой подготовки через ферментацию до последующей переработки.

Вязкость, концентрация твердых веществ, характеристики частиц, температура, требуемое давление, скорость подачи, уровень жидкости и схема установки — все это влияет на решение по перекачке. Промышленный кулачковый насос затем может быть выбран и сконфигурирован с учетом этих условий, включая соответствующее управление скоростью, уплотнение, тип соединения, марку материала и способ установки.

При правильной интеграции насос становится технологическим звеном между подготовкой биомассы и ферментацией, а не просто еще одним элементом вспомогательного оборудования. Обеспечивая стабильное движение сырья и поддерживая надлежащие условия обработки, насосная система может способствовать более coherentному производственному маршруту: от подготовленной биомассы через биологическую конверсию к конечному продукту на биологической основе.