เครื่องเติมอากาศแบบดูดอากาศได้เองที่ก้นถังช่วยเพิ่มผลผลิตในการผลิตกรดอะมิโน กรดซิตริก และยีสต์อุตสาหกรรมได้อย่างไร

ในการหมักแบบใช้อากาศ การถ่ายเทออกซิเจนมีความเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับกิจกรรมของจุลินทรีย์ การใช้สารตั้งต้น และการก่อตัวของผลิตภัณฑ์จากการหมักที่ต้องการ สำหรับกรดอะมิโน กรดซิตริก และยีสต์อุตสาหกรรม กระบวนการหมักอาจต้องการออกซิเจนในปริมาณมาก โดยเฉพาะในช่วงที่มีการเจริญเติบโตของเซลล์และการสร้างผลิตภัณฑ์อย่างแข็งขัน

สิ่งนี้ทำให้การเติมอากาศมีมากกว่าหน้าที่การจ่ายอากาศ ลักษณะที่อากาศเข้าสู่น้ำหมัก ความละเอียดในการกระจายตัว และประสิทธิภาพในการสัมผัสกับของเหลว ล้วนมีอิทธิพลต่อสภาวะที่จุลินทรีย์จะได้รับ

เครื่องเติมอากาศใต้ถังหมักมีแนวทางแบบบูรณาการสำหรับกระบวนการนี้ เครื่องเติมอากาศ DAWT ซึ่งติดตั้งที่ด้านล่างของถังหมัก ใช้โรเตอร์หมุนและสเตเตอร์ที่อยู่โดยรอบเพื่อสร้างสภาวะความดันที่จำเป็นในการดูดอากาศเข้าสู่ของเหลว จากนั้นอากาศที่เข้ามาจะถูกผสมกับน้ำหมักและกระจายเป็นฟองอากาศละเอียด

สำหรับกระบวนการหมักที่การถ่ายเทออกซิเจนเป็นตัวแปรกระบวนการที่สำคัญ การจัดเรียงนี้สามารถช่วยสร้างการสัมผัสระหว่างแก๊สและของเหลวที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น โดยไม่ต้องพึ่งพาอุปกรณ์ผสมอากาศแยกต่างหาก

การถ่ายเทออกซิเจนเป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการหมัก

ความสัมพันธ์ระหว่างการเติมอากาศและผลผลิตในการหมักไม่ใช่แค่เรื่องของการจ่ายอากาศมากขึ้นเท่านั้น

จุลินทรีย์ต้องการออกซิเจนในอัตราที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับชนิดของจุลินทรีย์ ความเข้มข้นของเชื้อ สารตั้งต้น อุณหภูมิ และระยะการหมัก หากการถ่ายเทออกซิเจนไม่สอดคล้องกับความต้องการของกระบวนการ เมแทบอลิซึมของจุลินทรีย์อาจได้รับผลกระทบ ในเวลาเดียวกัน การเติมอากาศมากเกินไปหรือสภาวะการผสมที่ไม่เหมาะสมอาจทำให้เกิดการใช้พลังงานโดยไม่จำเป็นหรือส่งผลต่อลักษณะของน้ำหมัก

ดังนั้น วัตถุประสงค์ในทางปฏิบัติคือการสร้างสภาพแวดล้อมแก๊ส-ของเหลวที่เหมาะสม

เครื่องเติมอากาศแบบดูดอากาศได้เองจัดการกับสิ่งนี้ผ่านการทำงานสามประการที่เชื่อมโยงกัน:

• การดูดอากาศเข้าสู่ของเหลวหมัก
• การกระจายอากาศเป็นฟองอากาศขนาดเล็กลง
• การส่งเสริมการเคลื่อนที่ของของเหลวรอบๆ โซนผสมแก๊ส-ของเหลว

การผสมผสานนี้ช่วยเพิ่มพื้นที่สัมผัสระหว่างอากาศและของเหลว ซึ่งเป็นเส้นทางสำหรับการถ่ายเทออกซิเจนเข้าสู่น้ำหมัก

ท้ายที่สุดแล้ว ผลผลิตจะถูกกำหนดโดยกระบวนการหมักทั้งหมด ดังนั้นจึงไม่ควรพิจารณาเครื่องเติมอากาศว่าเป็นสาเหตุอิสระที่ทำให้ผลผลิตสูงขึ้น แต่การเติมอากาศที่มีประสิทธิภาพสามารถช่วยรักษาสภาวะการถ่ายเทออกซิเจนที่จำเป็นสำหรับการหมักที่มีประสิทธิผล

การหมักกรดอะมิโน: การรักษาความพร้อมใช้ของออกซิเจน

โดยทั่วไปแล้วการผลิตกรดอะมิโนอาศัยการหมักด้วยจุลินทรีย์ โดยความพร้อมใช้ของออกซิเจนกลายเป็นข้อพิจารณาที่สำคัญในระหว่างการเพาะเลี้ยงแบบใช้อากาศ

เมื่อมวลชีวภาพของจุลินทรีย์พัฒนา ความต้องการออกซิเจนสามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างมากตลอดวงจรการหมัก ดังนั้น ระบบการหมักจึงจำเป็นต้องรักษาการสัมผัสแก๊ส-ของเหลวที่เหมาะสมในขณะที่ลักษณะของน้ำหมักและความเข้มข้นของจุลินทรีย์เปลี่ยนแปลงไป

เครื่องเติมอากาศแบบดูดอากาศได้เอง DAWT จะนำอากาศเข้าสู่ภายในถังโดยตรงที่ด้านล่างของถัง โรเตอร์จะสร้างโซนความดันต่ำที่ดูดอากาศจากบรรยากาศผ่านท่ออากาศเฉพาะ จากนั้นอากาศและของเหลวจะเข้าสู่บริเวณโรเตอร์-สเตเตอร์ ซึ่งพลังงานกลจะกระจายแก๊สก่อนที่ส่วนผสมจะออกผ่านตัวกระจาย

การจัดเรียงแบบเข้า-ทางด้านล่างนี้เป็นเส้นทางตรงสำหรับนำอากาศเข้าสู่ของเหลวทำงาน การไหลเวียนของแก๊ส-ของเหลวที่เกิดขึ้นสามารถรองรับการถ่ายเทออกซิเจนในระหว่างขั้นตอนที่กระบวนการหมักกรดอะมิโนต้องการสภาวะแบบใช้อากาศ

สำหรับวิศวกรกระบวนการ ข้อพิจารณาที่สำคัญไม่ใช่แค่ปริมาณอากาศที่เข้าตามปกติเท่านั้น แต่ต้องพิจารณาปริมาตรถัง คุณสมบัติน้ำหมัก ความต้องการออกซิเจน สภาวะการกวน และระยะการหมักร่วมกัน

การหมักกรดซิตริก: การสัมผัสแก๊ส-ของเหลวในกระบวนการใช้อากาศ

การผลิตกรดซิตริกเป็นอีกกระบวนการหมักที่ความพร้อมใช้ของออกซิเจนเป็นข้อพิจารณาที่สำคัญของกระบวนการ

ในระหว่างการหมักกรดซิตริกแบบใช้อากาศ จุลินทรีย์ต้องการสภาพแวดล้อมออกซิเจนที่เหมาะสมสำหรับกิจกรรมเมตาบอลิซึมของพวกมัน น้ำหมักยังต้องการการเคลื่อนไหวที่เพียงพอเพื่อกระจายออกซิเจนและรักษาสภาวะที่ค่อนข้างสม่ำเสมอทั่วทั้งถัง

เครื่องเติมอากาศแบบดูดอากาศได้เองที่ติดตั้งด้านล่างจะนำอากาศเข้าไปในส่วนล่างของถังโดยตรง แทนที่จะป้อนแก๊สเข้าสู่ของเหลวผ่านห้องผสมแก๊ส-ของเหลวภายนอกที่แยกต่างหาก

โครงสร้างโรเตอร์-สเตเตอร์สร้างการผสมแก๊ส-ของเหลวในพื้นที่อย่างเข้มข้น ในขณะที่ฟองอากาศละเอียดที่เกิดจากกระบวนการเติมอากาศให้พื้นที่ผิวระหว่างเฟสที่ใหญ่ขึ้นสำหรับการถ่ายเทออกซิเจน

ข้อมูลผลิตภัณฑ์สำหรับ DAWT ระบุเส้นผ่านศูนย์กลางฟองอากาศละเอียดโดยทั่วไปประมาณ 100 μm ลักษณะฟองอากาศจริงและประสิทธิภาพการถ่ายเทออกซิเจนจะขึ้นอยู่กับรุ่นของเครื่องเติมอากาศ คุณสมบัติของของเหลว สภาวะการทำงาน และการกำหนดค่าถังโดยรวม

สำหรับการหมักกรดซิตริก ควรประเมินปัจจัยเหล่านี้ร่วมกัน แทนที่จะสันนิษฐานว่าฟองอากาศที่เล็กลงหรือปริมาณอากาศเข้าที่สูงขึ้นจะทำให้กระบวนการดีขึ้นโดยอัตโนมัติ

การผลิตยีสต์อุตสาหกรรม: การรองรับความต้องการออกซิเจนสูง

การเพาะเลี้ยงยีสต์อุตสาหกรรมเป็นอีกการประยุกต์ใช้หนึ่งที่การถ่ายเทออกซิเจนสามารถกลายเป็นข้อพิจารณาที่สำคัญของอุปกรณ์

ในระหว่างการขยายพันธุ์ยีสต์ มวลชีวภาพของจุลินทรีย์จะเพิ่มขึ้นเมื่อเซลล์ใช้สารอาหารและออกซิเจน เมื่อเชื้อพัฒนา ระบบการหมักต้องให้การถ่ายเทออกซิเจนอย่างเพียงพอในขณะที่รักษาการผสมที่เหมาะสมทั่วทั้งปริมาตรทำงาน

หลักการดูดอากาศได้เองมีความเกี่ยวข้องเป็นพิเศษในที่นี้ เนื่องจากเครื่องเติมอากาศไม่ได้ปล่อยอากาศผ่านตัวกระจายลมแบบพาสซีฟเท่านั้น

ใบพัดหมุนจะสร้างสภาวะความดันที่ดูดอากาศจากบรรยากาศผ่านท่ออากาศ จากนั้นอากาศจะถูกนำเข้าสู่ของเหลวภายในชุดประกอบโรเตอร์-สเตเตอร์ ซึ่งจะถูกกระจายและผสมก่อนที่จะเข้าสู่น้ำหมัก

สิ่งนี้ช่วยให้การเหนี่ยวนำอากาศและการผสมเชิงกลเกิดขึ้นในชุดอุปกรณ์ชิ้นเดียวที่ติดตั้งด้านล่าง

สำหรับกระบวนการยีสต์อุตสาหกรรม เครื่องเติมอากาศจึงสามารถเป็นส่วนหนึ่งของกลยุทธ์การถ่ายเทออกซิเจนโดยรวม ซึ่งรวมถึงรูปทรงเรขาคณิตของถัง การควบคุมอุณหภูมิ การกวน การกรองอากาศ และการควบคุมการหมัก

เหตุใดการดูดอากาศได้เองจึงเปลี่ยนรูปแบบการเติมอากาศ

คุณลักษณะสำคัญของ DAWT คือการดูดอากาศได้เอง

โรเตอร์สร้างสุญญากาศหรือบริเวณความดันต่ำภายในสเตเตอร์ ทำให้อากาศในบรรยากาศถูกดูดผ่านท่ออากาศระหว่างการทำงาน ซึ่งแตกต่างจากตัวกระจายลมทั่วไปที่อาศัยระบบอัดอากาศภายนอกเพื่อดันอากาศผ่านช่องเปิดที่จมอยู่ใต้น้ำ

ความแตกต่างนี้มีความสำคัญเมื่อพิจารณาผังอุปกรณ์การหมักโดยรวม

DAWT ผสานรวม:

การเหนี่ยวนำอากาศ + การผสมเชิงกล + การกระจายแก๊ส

ไว้ภายในชุดประกอบชิ้นเดียวที่ติดตั้งด้านล่าง

หลักการทำงานแบบบูรณาการนี้สามารถลดจำนวนชิ้นส่วนแยกต่างหากที่จำเป็นสำหรับการผสมแก๊ส-ของเหลว แม้ว่าระบบการหมักโดยรวมอาจยังคงต้องการการกรองอากาศ การควบคุม และอุปกรณ์สนับสนุนอื่นๆ ที่เหมาะสมตามการออกแบบกระบวนการ

ฟองอากาศละเอียดและการถ่ายเทมวล

ประสิทธิผลของระบบเติมอากาศขึ้นอยู่กับการสัมผัสแก๊ส-ของเหลวเป็นอย่างมาก

เมื่ออากาศถูกนำเข้าเป็นฟองอากาศที่ค่อนข้างใหญ่ พื้นที่ผิวระหว่างเฟสที่มีอยู่อาจถูกจำกัด DAWT ใช้ชุดประกอบโรเตอร์-สเตเตอร์เพื่อแตกและกระจายอากาศที่เข้ามาให้เป็นฟองอากาศที่ละเอียดยิ่งขึ้น

การออกแบบผลิตภัณฑ์ระบุฟองอากาศประมาณ 100 μm ฟองอากาศละเอียดให้ส่วนต่อประสานแก๊ส-ของเหลวที่มากกว่าเมื่อเทียบกับฟองอากาศขนาดใหญ่ ซึ่งสามารถรองรับการถ่ายเทออกซิเจนเมื่อรวมกับการไหลเวียนของของเหลวที่เหมาะสม

อย่างไรก็ตาม ขนาดฟองอากาศเพียงอย่างเดียวไม่ได้กำหนดประสิทธิภาพการหมัก ความหนืดของน้ำหมัก อุณหภูมิ ความต้องการออกซิเจนละลายน้ำ ความเข้มข้นของจุลินทรีย์ ขนาดถัง และความเร็วในการทำงาน ล้วนส่งผลต่อสภาวะการถ่ายเทมวลที่เกิดขึ้นจริง

นี่คือเหตุผลที่ควรเลือกเครื่องเติมอากาศตามกระบวนการหมัก ไม่ใช่จากข้อกำหนดเฉพาะเพียงอย่างเดียว

จากการถ่ายเทออกซิเจนสู่ผลผลิตในการหมัก

สำหรับการผลิตกรดอะมิโน กรดซิตริก และยีสต์อุตสาหกรรม ความเชื่อมโยงระหว่างการเติมอากาศและผลผลิตควรถูกมองว่าเป็นส่วนหนึ่งของห่วงโซ่กระบวนการที่ใหญ่กว่า

ระบบเติมอากาศที่เหมาะสมสามารถช่วยสร้างสภาวะแก๊ส-ของเหลวที่จุลินทรีย์ต้องการ ความพร้อมใช้ของออกซิเจนที่ดีขึ้นสามารถรองรับเส้นทางเมตาบอลิซึมที่ตั้งใจไว้เมื่อออกซิเจนเป็นตัวแปรกระบวนการที่จำกัด การผสมที่สม่ำเสมอสามารถช่วยกระจายออกซิเจนและสารอาหารทั่วทั้งปริมาตรทำงาน

แต่ผลผลิตสุดท้ายขึ้นอยู่กับมากกว่าแค่ตัวเครื่องเติมอากาศเอง การคัดเลือกจุลินทรีย์ สูตรสารตั้งต้น อุณหภูมิ pH เวลาในการหมัก การควบคุมออกซิเจนละลายน้ำ และกระบวนการปลายน้ำ ล้วนมีส่วนทำให้เกิดผลลัพธ์สุดท้าย

ดังนั้น บทบาทของเครื่องเติมอากาศใต้ถังหมักคือการให้ฟังก์ชันการถ่ายเทออกซิเจนและการผสมแก๊ส-ของเหลวที่เชื่อถือได้ภายในกระบวนการหมักที่ใหญ่กว่านั้น

ออกแบบมาสำหรับความต้องการในการหมักที่แตกต่างกัน

เครื่องเติมอากาศ BOAO DAWT มีให้เลือกหลายรูปแบบเพื่อรองรับขนาดการหมักและสภาวะกระบวนการที่แตกต่างกัน

ซีรีส์นี้ครอบคลุมกำลังมอเตอร์ตั้งแต่ 0.75 kW ถึง 18.5 kW โดยมีความสามารถในการจัดการอากาศและของเหลวเฉพาะรุ่น โครงสร้างสามารถผลิตได้จากสแตนเลส 304 หรือ 316L ในขณะที่การขัดเงาด้วยไฟฟ้าเป็นตัวเลือกเสริม

วัสดุปิดผนึกต่างๆ รวมถึง EPDM ยางซิลิโคน และยางฟลูออโร สามารถเลือกได้ตามความต้องการของกระบวนการ มีการกำหนดค่ามอเตอร์แบบมาตรฐานและแบบป้องกันการระเบิดสำหรับสภาพแวดล้อมการทำงานที่แตกต่างกัน

ตัวเลือกเหล่านี้ช่วยให้สามารถรวมเครื่องเติมอากาศเข้ากับระบบการหมักสำหรับผลิตภัณฑ์ต่างๆ โดยไม่ถือว่าเครื่องเติมอากาศแบบใดแบบหนึ่งเหมาะสำหรับทุกสถานการณ์

การเลือกการเติมอากาศตามกระบวนการ

สำหรับผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการหมัก คำถามที่มีประโยชน์ที่สุดไม่ใช่แค่เพียงว่าเครื่องเติมอากาศสามารถนำอากาศเข้าไปได้มากเพียงใด คำถามที่สำคัญกว่าคืออุปกรณ์สามารถให้สภาวะแก๊ส-ของเหลวที่จำเป็นสำหรับจุลินทรีย์และระยะการหมักเฉพาะนั้นๆ ได้หรือไม่

สำหรับการหมักกรดอะมิโน ความต้องการออกซิเจนสามารถเปลี่ยนแปลงไปตามการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์และการสร้างผลิตภัณฑ์ สำหรับการหมักกรดซิตริก การรักษาสภาพแวดล้อมแบบใช้อากาศที่เหมาะสมเป็นข้อพิจารณาที่สำคัญของกระบวนการ สำหรับการผลิตยีสต์อุตสาหกรรม การถ่ายเทออกซิเจนมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับการพัฒนามวลชีวภาพ

เครื่องเติมอากาศใต้ถังหมักเป็นวิธีที่ใช้งานได้จริงในการตอบสนองความต้องการเหล่านี้ผ่านการเหนี่ยวนำอากาศ การกระจายฟองอากาศละเอียด และการผสมของเหลวแบบบูรณาการ

เมื่อจับคู่กับถังหมักและสภาวะกระบวนการอย่างถูกต้อง DAWT สามารถกลายเป็นส่วนสำคัญของระบบถ่ายเทออกซิเจนที่รองรับการหมักที่มีประสิทธิผล—โดยไม่ถือว่าการเติมอากาศเพียงอย่างเดียวเป็นตัวกำหนดผลผลิตสุดท้าย