การป้องกันการตกตะกอน: โซลูชันการเติมอากาศที่ก้นถังสำหรับการหมักอาหารที่มีความหนืดสูง

ในการหมักอาหารที่มีความหนืดสูง การตกตะกอนไม่ใช่เพียงปัญหาการผสม เมื่อน้ำหมักมีความข้นมากขึ้นหรือมีของแข็งแขวนลอย อนุภาค ชีวมวล หรือสารอาหารเข้มข้น การไหลเวียนอาจอ่อนลงบริเวณส่วนล่างของถัง เมื่อวัสดุตกลงสู่ก้นถัง ความแตกต่างของความเข้มข้นที่เกิดขึ้นจะส่งผลต่อปริมาณออกซิเจนที่ใช้ได้ การกระจายความร้อน และความสม่ำเสมอของสภาวะการหมัก

ระบบเติมอากาศที่ก้นถังสามารถจัดการกับความท้าทายนี้ได้จากจุดที่การตกตะกอนเริ่มต้นขึ้น ด้วยการนำการผสมของเหลวกับแก๊สเข้ามาโดยตรงที่ก้นถังหมัก เครื่องเติมอากาศแบบดูดอากาศได้เองติดตั้งที่ก้นถังสามารถช่วยสร้างการไหลเวียนขึ้นด้านบนในขณะเดียวกันก็สนับสนุนการถ่ายเทออกซิเจนในกระบวนการที่ต้องใช้ออกซิเจน

ทำไมการหมักที่มีความหนืดสูงจึงมีแนวโน้มที่จะเกิดการตกตะกอน

ตัวกลางในการหมักไม่ได้มีพฤติกรรมเหมือนของเหลวที่มีความหนืดต่ำเสมอไป กระบวนการอาหารอาจเกี่ยวข้องกับซับสเตรตเข้มข้น ของแข็งแขวนลอย เซลล์ยีสต์ ชีวมวลจุลินทรีย์ หรือส่วนประกอบอื่นๆ ที่เพิ่มความต้านทานต่อการไหลเวียน

เมื่อความหนืดสูงขึ้น การไหลเวียนแบบทั่วไปจะทำได้ยากขึ้น วัสดุที่อยู่ใกล้ก้นถังอาจเคลื่อนที่ช้ากว่าของเหลวจำนวนมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อถังมีบริเวณที่รูปแบบการไหลเวียนหลักเข้าถึงได้น้อยกว่า

สิ่งนี้สามารถสร้างปัญหาหลายประการในกระบวนการ:

• วัสดุแขวนลอยอาจสะสมใกล้ก้นถัง
• ความเข้มข้นของสารอาหารอาจมีความสม่ำเสมอน้อยลง
• ปริมาณออกซิเจนเฉพาะที่อาจแตกต่างจากของเหลวจำนวนมาก
• วัสดุที่ตกตะกอนแล้วอาจกระจายตัวได้ยากขึ้น
• สภาวะการหมักอาจแตกต่างกันไปในแต่ละบริเวณของถัง

สำหรับระบบการหมักอาหาร การป้องกันสภาวะเหล่านี้จำเป็นต้องมากกว่าการเพิ่มปริมาณการเติมอากาศ ตำแหน่งที่พลังงานในการผสมเข้าสู่ถังนั้นมีความสำคัญพอๆ กับปริมาณอากาศที่จ่ายเข้าไป

เริ่มต้นการไหลเวียนที่ก้นถัง

นี่คือจุดที่การเติมอากาศแบบติดตั้งที่ก้นถังใช้แนวทางที่แตกต่าง

แทนที่จะนำอากาศเข้าจากส่วนบนหรือพึ่งพาการไหลเวียนที่เกิดขึ้นจากที่อื่นทั้งหมด เครื่องเติมอากาศใต้ถังหมัก DAWT ได้รับการติดตั้งโดยตรงที่ส่วนล่างสุดของถังหมัก โครงสร้างใบพัด-สเตเตอร์ของมันทำงานในตำแหน่งที่วัสดุที่ตกตะกอนมีแนวโน้มที่จะสะสมมากที่สุด

เมื่อใบพัดหมุน จะเกิดบริเวณความดันต่ำภายในสเตเตอร์ ดึงอากาศจากบรรยากาศผ่านท่ออากาศเฉพาะ ของเหลวและอากาศเข้าสู่โซนผสมของใบพัด-สเตเตอร์พร้อมกัน ซึ่งโครงสร้างที่หมุนจะเพิ่มความเข้มข้นในการสัมผัสระหว่างแก๊สกับของเหลวก่อนที่ส่วนผสมจะถูกปล่อยออกผ่านทางเดินในสเตเตอร์

การไหลของแก๊ส-ของเหลวที่เกิดขึ้นทำงานสองอย่างพร้อมกัน: ให้การเติมอากาศและมีส่วนช่วยในการเคลื่อนที่ของของเหลวจากก้นถัง

สิ่งนี้ทำให้อุปกรณ์มีความเกี่ยวข้องเป็นพิเศษเมื่อจำเป็นต้องพิจารณาการควบคุมตะกอนและการถ่ายเทออกซิเจนร่วมกัน แทนที่จะปฏิบัติเสมือนเป็นกระบวนการแยกจากกัน

จัดการของแข็งแขวนลอยโดยไม่พึ่งพาการกวนด้วยความเร็วสูง

การหมักอาหารที่มีความหนืดสูงอาจมีวัสดุที่ควรคงสภาพการกระจายตัวโดยไม่ต้องผ่านการบำบัดทางกลที่มากเกินไป การเพิ่มความเร็วของเครื่องกวนเพียงอย่างเดียวอาจเพิ่มการใช้พลังงานหรือทำให้เกิดแรงเฉือนที่ไม่จำเป็นต่อกระบวนการ

เครื่องเติมอากาศติดตั้งที่ก้นถังให้กลไกการไหลเวียนอีกแบบหนึ่ง การปล่อยของผสมแก๊ส-ของเหลวจากส่วนล่างสามารถช่วยรบกวนวัสดุที่อยู่ใกล้พื้นถังและนำกลับสู่มวลของเหลวหลัก

วัตถุประสงค์ไม่ใช่เพื่อบังคับให้ทุกกระบวนการมีรูปแบบการไหลเวียนที่เหมือนกัน แต่จุดเติมอากาศสามารถถูกรวมเข้ากับการออกแบบถังโดยรวม เพื่อให้การไหลเวียนที่ก้นถังเสริมการจัดวางการผสมที่มีอยู่

ความแตกต่างนี้มีความสำคัญสำหรับการหมักอาหาร เนื่องจากผลิตภัณฑ์ที่แตกต่างกันอาจมีพฤติกรรมทางรีโอโลยีที่แตกต่างกันมาก กระบวนการที่มีของแข็งแขวนลอยอาจต้องใช้กลยุทธ์การไหลเวียนที่แตกต่างจากน้ำหมักที่ค่อนข้างเป็นเนื้อเดียวกัน

โครงสร้างใบพัด-สเตเตอร์สนับสนุนการสัมผัสระหว่างแก๊สกับของเหลวอย่างไร

ใบพัดและสเตเตอร์ของเครื่องเติมอากาศใต้ถังหมัก DAWT ทำงานเป็นโครงสร้างการผสมแก๊ส-ของเหลวแบบรวม

อากาศถูกดูดเข้าไปในโซนผสม แทนที่จะจ่ายผ่านอุปกรณ์เติมอากาศแรงดันสูงแยกต่างหากที่ติดตั้งเหนือถัง เมื่อใบพัดถ่ายเทพลังงานไปยังของเหลว อากาศที่เข้ามาจะถูกกระจายเป็นฟองอากาศละเอียด ข้อมูลผลิตภัณฑ์ที่ระบุระบุขนาดฟองอากาศประมาณ 100 ไมโครเมตรภายใต้สภาวะการทำงานที่เกี่ยวข้อง

ฟองอากาศที่กระจายตัวขนาดเล็กกว่าให้พื้นที่ผิวสัมผัสระหว่างแก๊สกับของเหลวที่มากกว่าฟองอากาศขนาดใหญ่ สนับสนุนการถ่ายเทออกซิเจนในจุดที่การหมักแบบใช้ออกซิเจนต้องการ

ในเวลาเดียวกัน การปล่อยจากสเตเตอร์ช่วยให้เกิดการเคลื่อนที่เฉพาะที่ในบริเวณส่วนล่างของถัง สิ่งนี้สำคัญเมื่อออกแบบสำหรับตัวกลางที่มีความหนืดสูง เนื่องจากการถ่ายเทออกซิเจนเพียงอย่างเดียวไม่ได้รับประกันว่าน้ำหมักทั้งหมดจะมีการไหลเวียนอย่างเพียงพอ

วัตถุประสงค์ทางวิศวกรรมเชิงปฏิบัติจึงคือการไหลเวียนที่ก้นถังบวกกับการสัมผัสระหว่างแก๊สกับของเหลว แทนที่จะพิจารณาการเติมอากาศเพียงอย่างเดียว

การออกแบบระบบการหมักที่สมบูรณ์โดยยึดพื้นที่ก้นถังเป็นศูนย์กลาง

การป้องกันการตกตะกอนไม่สามารถกำหนดได้โดยเครื่องเติมอากาศเพียงอย่างเดียว รูปทรงของถัง ความสูงของของเหลว ความหนืด ความเข้มข้นของของแข็ง อุณหภูมิ ระยะการหมัก และการทำงานของอุปกรณ์ผสมอื่นๆ ล้วนมีอิทธิพลต่อการไหลเวียน

ด้วยเหตุนี้ เครื่องเติมอากาศติดตั้งที่ก้นถังจึงควรได้รับการปฏิบัติเสมือนเป็นส่วนหนึ่งของโซลูชันการหมักที่สมบูรณ์

ในระหว่างการเลือกอุปกรณ์ วิศวกรอาจต้องพิจารณา:

รูปทรงของถัง

เส้นผ่านศูนย์กลาง ความสูง โครงสร้างก้นถัง และการจัดวางภายในของถังหมักส่งผลต่อประสิทธิภาพในการที่การไหลที่เกิดจากก้นถังจะเข้าถึงปริมาตรถังโดยรวม

รีโอโลยีของการหมัก

ความหนืดสามารถเปลี่ยนแปลงได้ในระหว่างการหมักเมื่อซับสเตรตถูกใช้ไปและชีวมวลหรือเมแทบอไลต์สะสม ดังนั้นกลยุทธ์การไหลเวียนควรสะท้อนกระบวนการจริงมากกว่าเพียงสภาวะเริ่มต้นของของเหลว

ปริมาณของแข็งและชีวมวล

เมื่อมีอนุภาคแขวนลอยหรือชีวมวล การรักษาการเคลื่อนที่ใกล้ก้นถังจึงมีความสำคัญมากขึ้น ระบบควรได้รับการประเมินตามพฤติกรรมของแข็งที่แท้จริงของตัวกลางในการหมัก

ความต้องการเติมอากาศ

หากการหมักเป็นแบบใช้ออกซิเจน ความต้องการถ่ายเทออกซิเจนจำเป็นต้องพิจารณาร่วมกับการไหลเวียน การเพิ่มอากาศมากเกินไปไม่ใช่ทางออกให้กับการกระจายออกซิเจนที่ไม่ดีโดยอัตโนมัติ

การบูรณาการกับอุปกรณ์อื่นๆ

เครื่องเติมอากาศติดตั้งที่ก้นถังสามารถรวมเข้ากับระบบการหมักที่กว้างขึ้น ซึ่งรวมถึงถัง การควบคุมอุณหภูมิ การป้อนอาหาร การกรอง การระบาย และอุปกรณ์ตรวจสอบกระบวนการ บทบาทของมันคือการให้การผสมแก๊ส-ของเหลวและการไหลเวียนในระดับก้นถังภายในการจัดวางโดยรวมนั้น

โครงสร้างที่ถูกสุขลักษณะสำหรับการหมักอาหาร

เนื่องจากอุปกรณ์ทำงานโดยตรงภายในถังหมัก การก่อสร้างที่ถูกสุขลักษณะจึงเป็นส่วนสำคัญของการออกแบบระบบ

ชุดเครื่องเติมอากาศใต้ถังหมัก DAWT สามารถผลิตจากสแตนเลส 304 หรือ 316L โดยมีตัวเลือกการขัดเงาด้วยไฟฟ้า วัสดุปิดผนึกประกอบด้วย EPDM ยางซิลิโคน และยางฟลูออโร สำหรับความต้องการของกระบวนการที่แตกต่างกัน

สำหรับอุปกรณ์การหมักอาหาร ตัวเลือกวัสดุเหล่านี้จำเป็นต้องพิจารณาร่วมกับขั้นตอนการทำความสะอาด คุณลักษณะของผลิตภัณฑ์ อุณหภูมิ การสัมผัสสารเคมี และการออกแบบที่ถูกสุขลักษณะโดยรวมของถัง

การกำหนดค่าแบบติดตั้งที่ก้นถังยังหมายความว่าการเข้าถึงเพื่อการติดตั้งและบำรุงรักษาควรถูกรวมเข้ากับการออกแบบถังตั้งแต่เริ่มต้น แทนที่จะถูกมองว่าเป็นสิ่งที่จะมาจัดการทีหลัง

จากการควบคุมการตกตะกอนสู่สภาวะการหมักที่เสถียรยิ่งขึ้น

น้ำหมักที่มีความหนืดสูงจะไม่ผสมได้ง่ายขึ้นเพียงเพราะมีการนำอากาศเข้าไปมากขึ้น หากส่วนล่างของถังยังคงมีการไหลเวียนไม่ดี การเพิ่มอัตราการเติมอากาศโดยรวมอาจไม่สามารถแก้ปัญหาการกระจายตัวที่แท้จริงได้

การเติมอากาศที่ก้นถังเข้าถึงปัญหาด้วยวิธีที่แตกต่าง โดยวางการผสมแก๊ส-ของเหลวไว้ในจุดที่เกิดการสะสมที่ก้นถัง ชุดประกอบใบพัด-สเตเตอร์แบบดูดอากาศได้เองจะดึงอากาศจากบรรยากาศ กระจายลงในของเหลว และสร้างการไหลออกจากส่วนล่างของถัง

สำหรับระบบการหมักอาหารที่จัดการกับตัวกลางหนืด ของแข็งแขวนลอย หรือชีวมวล วิธีนี้เป็นกลยุทธ์ด้านอุปกรณ์ที่เชื่อมโยงการควบคุมการตกตะกอน การไหลเวียนที่ก้นถัง และการถ่ายเทออกซิเจนแบบใช้ออกซิเจนไว้ในโซลูชันเดียวที่ติดตั้งบนถัง

การกำหนดค่าที่เหมาะสมที่สุดยังคงขึ้นอยู่กับตัวกลางในการหมักและการออกแบบถังโดยรวม แต่เมื่อการไหลเวียนที่ก้นถังไม่ดีเป็นส่วนหนึ่งของความท้าทายในกระบวนการ เครื่องเติมอากาศติดตั้งที่ก้นถังสามารถถูกประเมินให้เป็นส่วนประกอบเฉพาะของระบบการหมัก แทนที่จะเป็นเพียงแหล่งจ่ายอากาศอีกแหล่งหนึ่ง