ทำไมโฟมจึงสะสมในถังหมักอุตสาหกรรม? สาเหตุและวิธีควบคุม

โฟมเป็นความท้าทายทั่วไปในการหมักทางอุตสาหกรรม โดยเฉพาะในกระบวนการที่ต้องพึ่งพาการเติมอากาศอย่างต่อเนื่องและการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ที่มีฤทธิ์สูง ชั้นโฟมอาจดูเหมือนไม่เป็นอันตรายในตอนแรก แต่การสะสมมากเกินไปสามารถลดพื้นที่ว่างที่ใช้งานได้ พาของเหลวหมักที่มีค่าเข้าไปในท่อไอเสีย และทำให้การควบคุมกระบวนการซับซ้อนยิ่งขึ้น ในกรณีที่รุนแรง โฟมล้นสามารถขัดจังหวะการผลิตและเพิ่มความต้องการในการทำความสะอาด

วิธีการควบคุมที่ถูกต้องขึ้นอยู่กับสาเหตุที่โฟมก่อตัว ความคงตัวของโฟม และวิธีการทำงานของระบบหมัก การทำความเข้าใจปัจจัยเหล่านี้ช่วยให้ผู้ผลิตเลือกระหว่างการปรับปรุงกระบวนการ สารลดฟองเคมี และเครื่องสลายโฟมเชิงกล

อะไรทำให้เกิดโฟมสะสมในระหว่างการหมัก?

โฟมเกิดขึ้นเมื่อก๊าซถูกกักไว้ในของเหลวและฟองอากาศคงอยู่แทนที่จะยุบตัวอย่างรวดเร็ว ในถังหมัก กระบวนการนี้ได้รับอิทธิพลจากอาหารเลี้ยงเชื้อ จุลินทรีย์ การจ่ายก๊าซ และสภาวะการกวน ปัจจัยหลายอย่างมักมีส่วนร่วมในเวลาเดียวกัน

การเติมอากาศและการกวน

การหมักแบบใช้ออกซิเจนต้องการออกซิเจนเพื่อสนับสนุนกิจกรรมของจุลินทรีย์และการเกิดผลิตภัณฑ์ อากาศที่นำเข้าผ่านหัวพ่นสร้างฟองอากาศ ในขณะที่การกวนกระจายออกซิเจนทั่วของเหลว อย่างไรก็ตาม การไหลของก๊าซที่สูงขึ้นและการผสมที่แรงสามารถเพิ่มการเกิดฟองและความปั่นป่วนที่พื้นผิว

เมื่ออัตราการเกิดฟองเกินอัตราที่ฟองยุบตัว โฟมเริ่มสะสม สิ่งนี้จะสังเกตเห็นได้ชัดเจนขึ้นเมื่อกระบวนการถูกขยายขนาดหรือเมื่อการตั้งค่าการเติมอากาศเปลี่ยนแปลงเพื่อตอบสนองความต้องการออกซิเจนที่สูงขึ้น การลดการไหลของอากาศเพียงอย่างเดียวไม่ใช่ทางออกที่เหมาะสมเสมอไป เนื่องจากการถ่ายเทออกซิเจนที่ไม่เพียงพออาจส่งผลต่อการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์และผลผลิต

องค์ประกอบของอาหารเลี้ยงเชื้อและกิจกรรมของจุลินทรีย์

อาหารเลี้ยงเชื้อสำหรับการหมักสามารถประกอบด้วยโปรตีน เปปไทด์ กรดอะมิโน สารอาหาร และสารประกอบอื่นๆ ที่มีอิทธิพลต่อความคงตัวของฟองอากาศ สารบางชนิดสะสมที่ส่วนต่อประสานระหว่างก๊าซกับของเหลวและสร้างฟิล์มรอบฟองอากาศ ทำให้ฟองมีอายุยืนยาวขึ้น

จุลินทรีย์อาจปล่อยโปรตีนนอกเซลล์ พอลิแซ็กคาไรด์ หรือสารออกฤทธิ์ที่พื้นผิวอื่นๆ ในขณะที่เติบโต พฤติกรรมของโฟมที่เกิดขึ้นสามารถเปลี่ยนแปลงได้ตลอดวงจรการหมัก อาหารเลี้ยงเชื้อที่ทำให้เกิดโฟมน้อยในระยะเริ่มต้นอาจมีแนวโน้มที่จะเกิดฟองมากขึ้นเมื่อชีวมวลและเมแทบอไลต์สะสม

นี่คือเหตุผลที่กลยุทธ์การควบคุมโฟมควรคำนึงถึงจุลินทรีย์เฉพาะ สูตรอาหารเลี้ยงเชื้อ และระยะการหมัก แทนที่จะพึ่งพาวิธีการเดียวสำหรับทุกกระบวนการ

การเปลี่ยนแปลงระหว่างการขยายขนาด

การย้ายจากอุปกรณ์ห้องปฏิบัติการไปสู่การผลิตนำร่องหรือทางอุตสาหกรรมทำให้เกิดตัวแปรเพิ่มเติม รูปทรงของถัง การออกแบบใบพัด โครงสร้างหัวพ่น ความลึกของของเหลว การกระจายก๊าซ และพื้นที่ว่างที่มีอยู่ ล้วนมีอิทธิพลต่อการก่อตัวและการเคลื่อนที่ของโฟม

ถังหมักขนาดใหญ่ไม่จำเป็นต้องสร้างโฟมที่ยุ่งยากมากขึ้นเพียงเพราะปริมาตรของมัน อย่างไรก็ตาม การเปลี่ยนแปลงในการไหลของก๊าซ รูปแบบการผสม และสภาวะการทำงานสามารถสร้างความท้าทายใหม่ในการควบคุมโฟม ระบบที่ทำงานได้อย่างเพียงพอในขนาดเล็กอาจต้องปรับเปลี่ยนกลยุทธ์การจัดการโฟมเมื่อกำลังการผลิตเพิ่มขึ้น

ทำไมโฟมที่มากเกินไปจึงเป็นปัญหาต่อการผลิต

โฟมส่งผลกระทบมากกว่าลักษณะของถังหมัก ผลกระทบขึ้นอยู่กับว่าโฟมลอยขึ้นไปสูงเท่าใด ปริมาณของเหลวที่พาไป และว่าไปถึงอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อหรือไม่

ข้อกังวลที่สำคัญประการหนึ่งคือ การสูญเสียของเหลวหมัก เมื่อฟองอากาศลอยขึ้นและแตก หยดของเหลวสามารถถูกพาเข้าไปในโฟมและเดินทางไปยังจุดต่อท่อไอเสีย ของเหลวที่สูญเสียอาจมีสารอาหาร ชีวมวลของจุลินทรีย์ และผลิตภัณฑ์เป้าหมายที่ละลายอยู่ การสะสมในท่อไอเสียหรือตัวกรองยังสามารถเพิ่มความต้องการในการบำรุงรักษาและการทำความสะอาด

โฟมที่มากเกินไปอาจลดพื้นที่ว่างที่ใช้งานได้สำหรับการทำงานปกติ ผู้ปฏิบัติงานอาจต้องลดปริมาณการทำงาน ปรับเปลี่ยนการตั้งค่ากระบวนการ หรือเพิ่มสารลดฟองเคมี การตอบสนองเหล่านี้อาจส่งผลต่อเศรษฐศาสตร์การผลิตหรือแนะนำตัวแปรใหม่เข้าสู่กระบวนการ

ในการใช้งาน เช่น การผลิตกรดอะมิโน การหมักกรดอินทรีย์ การเพาะเลี้ยงยีสต์ และการผลิตยาปฏิชีวนะ การจัดการโฟมจึงเป็นส่วนหนึ่งของการรักษาการทำงานที่เสถียรและการใช้วัสดุอย่างมีประสิทธิภาพ

วิธีการทั่วไปในการควบคุมโฟมจากการหมัก

ไม่มีวิธีการใดที่เหมาะกับทุกระบบการหมัก ทางเลือกขึ้นอยู่กับความรุนแรงของโฟม ข้อกำหนดของผลิตภัณฑ์ การกำหนดค่าอุปกรณ์ และสภาวะการทำงานที่ต้องคงไว้

การปรับปรุงกระบวนการ

ขั้นตอนแรกคือการระบุสภาวะที่กระตุ้นให้เกิดฟองมากเกินไป การทบทวนอัตราการเติมอากาศ ความเร็วกวน องค์ประกอบของอาหารเลี้ยงเชื้อ และการเปลี่ยนแปลงระหว่างวงจรการหมักสามารถช่วยระบุโอกาสในการควบคุมโฟมที่ต้นตอ

ในกรณีที่ข้อกำหนดของกระบวนการอนุญาต การปรับเปลี่ยนการไหลของก๊าซหรือการผสมอาจลดการเกิดโฟม อย่างไรก็ตาม การเปลี่ยนแปลงต้องได้รับการประเมินควบคู่กับข้อกำหนดการถ่ายเทออกซิเจนและประสิทธิภาพของจุลินทรีย์ การปรับเปลี่ยนการควบคุมโฟมไม่ควรแก้ปัญหาหนึ่งโดยสร้างอีกปัญหาหนึ่ง

สารลดฟองเคมี

สารลดฟองเคมีถูกใช้อย่างแพร่หลายเนื่องจากสามารถระงับโฟมได้โดยไม่ต้องใช้อุปกรณ์เชิงกลโดยเฉพาะ ขึ้นอยู่กับสูตร สารเหล่านี้อาจทำให้ฟิล์มฟองอากาศไม่เสถียรหรือรบกวนการเกิดโฟมที่คงอยู่

ประสิทธิภาพของสารลดฟองเคมีขึ้นอยู่กับอาหารเลี้ยงเชื้อและสภาวะของกระบวนการ สูตรบางชนิดสามารถมีอิทธิพลต่อการถ่ายเทออกซิเจน ในขณะที่สารลดฟองที่ตกค้างอาจทำให้การกรอง การสกัด หรือการดำเนินการปลายน้ำอื่นๆ ซับซ้อน ผลกระทบเหล่านี้ไม่เป็นสากล ดังนั้นผู้ผลิตควรประเมินความเข้ากันได้และปริมาณที่ใช้สำหรับกระบวนการเฉพาะของตน

สารลดฟองเคมียังคงเป็นตัวเลือกที่มีประโยชน์เมื่อเหมาะสม แต่ไม่ใช่วิธีเดียวในการจัดการโฟมที่มากเกินไป

เครื่องสลายโฟมเชิงกล

เครื่องสลายโฟมเชิงกลใช้การกระทำทางกายภาพในการทำให้ฟองอากาศแตก แทนที่จะพึ่งพาสารเคมีเพียงอย่างเดียว สามารถเกี่ยวข้องเป็นพิเศษเมื่อกระบวนการหมักสร้างโฟมจำนวนมากหรือเมื่อการลดการใช้สารลดฟองเคมีเป็นวัตถุประสงค์ในการดำเนินงาน

ในซีรีส์ BOAO BODF โฟมเข้าสู่พื้นที่ทำงานของโรเตอร์ความเร็วสูง แรงเฉือนทำให้ฟองอากาศแตก และแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางขับเคลื่อนของเหลวที่ปลดปล่อยออกมาสู่ผนังอุปกรณ์ ของเหลวที่แยกออกจะถูกเก็บรวบรวมและส่งกลับไปยังถังหมัก ส่วนหนึ่งของของเหลวจะกลับโดยตรง ในขณะที่อีกส่วนหนึ่งผ่านโครงสร้างผนังที่มีรูพรุนเข้าไปในตัวเก็บน้ำวนก่อนที่จะไหลกลับผ่านท่อส่งกลับ

กลไกนี้จัดการกับข้อกังวลสองประการที่เกี่ยวข้องกัน: การสะสมของโฟมและการสูญเสียของเหลวที่ถูกพาโดยโฟม ภายใต้สภาวะการทำงานที่เหมาะสม การสลายโฟมเชิงกลสามารถลดการพึ่งพาสารลดฟองเคมีในขณะที่ช่วยกู้คืนของเหลวหมักที่มีค่า

ประสิทธิภาพของเครื่องสลายโฟมเชิงกลยังคงขึ้นอยู่กับลักษณะของโฟม การไหลของอากาศ การติดตั้งอุปกรณ์ และการออกแบบระบบส่งกลับและไอเสีย กระบวนการบางอย่างอาจต้องการการควบคุมแบบผสมผสานระหว่างเชิงกลและเคมี

การบูรณาการเครื่องสลายโฟมเชิงกลเข้ากับระบบหมัก

การเลือกเครื่องสลายโฟมเกี่ยวข้องมากกว่าการจับคู่อุปกรณ์กับปริมาตรถัง วิศวกรควรพิจารณาภาระโฟมทั่วไป สภาวะการเติมอากาศสูงสุด รูปทรงถัง การจัดเรียงท่อไอเสีย เส้นทางส่งกลับของเหลว และการเข้าถึงสำหรับการทำความสะอาดและบำรุงรักษา

ซีรีส์ BOAO BODF มีสองรูปแบบสำหรับการจัดเรียงถังที่แตกต่างกัน:

• BODF-I เครื่องกำจัดฟองเชิงกลแบบปิดสนิท: ออกแบบสำหรับถังที่ปิดสนิท ซึ่งการติดตั้งต้องเหมาะสมกับถังปิดและการเชื่อมต่อกระบวนการที่เกี่ยวข้อง
• BODF-II เครื่องทำลายฟองเชิงกลสำหรับถังเปิด: ออกแบบสำหรับถังเปิดหรือแท็งก์ที่โฟมพัฒนาในสภาพแวดล้อมการทำงานแบบเปิด

ทั้งสองรุ่นมีช่วงพารามิเตอร์ทางเทคนิคเดียวกัน ความแตกต่างหลักคือการกำหนดค่าถังที่ตั้งใจไว้ ดังนั้นการเลือกควรขึ้นอยู่กับข้อกำหนดการติดตั้งและสภาวะกระบวนการจริง

ซีรีส์นี้มีให้เลือกทั้งสเตนเลสสตีล 304 หรือ 316L โดยมีตัวเลือกซีล EPDM ยางซิลิโคน หรือยางฟลูออโร มีมอเตอร์แบบธรรมดาและแบบป้องกันการระเบิด และสามารถระบุการขัดเงาด้วยไฟฟ้าเป็นตัวเลือกได้ ความเข้ากันได้ของวัสดุ ข้อกำหนดการทำความสะอาด และการเลือกมอเตอร์ควรได้รับการยืนยันตามการใช้งานที่ตั้งใจไว้

สำหรับกระบวนการที่ทำงานที่อัตราการเติมอากาศสูง เครื่องกำจัดฟองเชิงกลยังสามารถรวมกับระบบควบแน่นก๊าซไอเสีย การจัดเรียงนี้สามารถให้การสนับสนุนเพิ่มเติมสำหรับการลดการสูญเสียของเหลว ขึ้นอยู่กับกระบวนการและการออกแบบระบบโดยรวม

วิธีการพิจารณาว่าวิธีควบคุมโฟมแบบใดเหมาะสม

ก่อนที่จะลงทุนในอุปกรณ์ใหม่หรือเปลี่ยนสูตรการหมัก วิศวกรกระบวนการควรระบุว่าโฟมมาจากไหนและสร้างปัญหาอะไร การสังเกตที่มีประโยชน์รวมถึงเมื่อโฟมถึงจุดสูงสุด ไม่ว่าของเหลวจะเข้าสู่ระบบไอเสียหรือไม่ ความถี่ในการเติมสารลดฟองเคมี และว่าการเกิดฟองเปลี่ยนแปลงตามการเติมอากาศหรือองค์ประกอบของอาหารเลี้ยงเชื้อหรือไม่

หากปัญหาหลักคือการเพิ่มขึ้นของโฟมในระยะสั้น การปรับปรุงกระบวนการอาจเพียงพอ หากโฟมที่คงอยู่ต้องการการเติมสารเคมีซ้ำๆ หรือหากโฟมพาของเหลวหมักปริมาณมากเข้าสู่ระบบไอเสีย การประเมินเครื่องสลายโฟมเชิงกลอาจสมควร

ประสิทธิภาพควรได้รับการประเมินภายใต้สภาวะการทำงานที่เป็นตัวแทน การเปรียบเทียบปริมาณการใช้สารลดฟองเคมี การพาของเหลวออก ความถี่ในการทำความสะอาด และประสิทธิภาพการหมัก ก่อนและหลังการแทรกแซง ให้พื้นฐานที่เชื่อถือได้มากขึ้นสำหรับการตัดสินใจมากกว่าความสูงของโฟมเพียงอย่างเดียว

สำหรับโรงงานหมักทางอุตสาหกรรม การจัดการโฟมอย่างมีประสิทธิภาพไม่ใช่แค่การกำจัดฟองอากาศเท่านั้น แต่เกี่ยวกับการรักษาสภาวะการทำงานที่เหมาะสม การจำกัดการสูญเสียของเหลวที่หลีกเลี่ยงได้ และการเลือกวิธีการควบคุมที่ทำงานร่วมกับกระบวนการทางชีวภาพและระบบอุปกรณ์ที่สมบูรณ์