วิธีลดการสูญเสียน้ำหมักที่เกิดจากฟองมากเกินไป

ทำไมฟองที่มากเกินไปจึงนำไปสู่การสูญเสียน้ำหมัก

ในการหมักระดับอุตสาหกรรม ฟองไม่ใช่แค่ปัญหาที่ผิวหน้าเท่านั้น เมื่อฟองอากาศสะสมตัวอย่างรวดเร็ว พวกมันสามารถพาหยดน้ำหมักเข้าไปในท่อไอเสีย ปนเปื้อนอุปกรณ์ปลายน้ำ และลดปริมาณของเหลวที่ใช้งานได้ซึ่งคงเหลืออยู่ในถัง สำหรับกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับจุลินทรีย์ที่มีค่า เอนไซม์ กรดอะมิโน กรดอินทรีย์ หรือผลิตภัณฑ์ยา การสูญเสียนี้สามารถส่งผลกระทบต่อทั้งเศรษฐศาสตร์การผลิตและความสม่ำเสมอของกระบวนการ

การเกิดฟองเป็นเรื่องปกติในการหมักแบบใช้ออกซิเจน เนื่องจากมีการนำอากาศเข้าสู่น้ำหมักอย่างต่อเนื่อง โปรตีน เมแทบอไลต์ของจุลินทรีย์ และสารออกฤทธิ์ที่ผิวอื่นๆ สามารถทำให้ฟองอากาศคงตัว ทำให้ฟองคงอยู่แทนที่จะยุบตัวตามธรรมชาติ การกวนและการเปลี่ยนแปลงสภาวะการดำเนินงานอาจเพิ่มการเกิดฟองได้อีก

ความท้าทายหลักคือการสูญเสียน้ำหมักสามารถเกิดขึ้นได้แม้ว่าถังหมักจะมีปริมาตรทำงานที่เพียงพอแล้วก็ตาม หากฟองไปถึงทางออกของไอเสียหรือพาของเหลวเข้าสู่อุปกรณ์ที่เชื่อมต่อกัน วัสดุที่มีค่าสามารถออกจากขอบเขตกระบวนการที่ตั้งใจไว้ได้

การลดการสูญเสียนี้ต้องมากกว่าการระงับฟองที่มองเห็นได้ กลยุทธ์ที่ใช้งานได้จริงควรควบคุมการเกิดฟอง ทำลายฟองที่คงอยู่ และกู้คืนของเหลวที่ถูกพาไปโดยฟอง whenever possible.

ฟองทำให้เกิดการสูญเสียน้ำหมักที่มีค่าได้อย่างไร

ฟองในการหมักประกอบด้วยฟองก๊าซที่คั่นด้วยฟิล์มของเหลวบางๆ เมื่อฟองลอยขึ้นและเคลื่อนที่ผ่านถัง ฟิล์มเหล่านี้และของเหลวระหว่างฟองอาจระบายออก แต่ของเหลวบางส่วนยังคงติดอยู่ภายในโครงสร้างของฟอง

เมื่อฟองที่มากเกินไปไปถึงส่วนบนของถังหมัก ปัญหาหลายอย่างอาจเกิดขึ้นได้

ประการแรก ฟองอาจเข้าไปในท่อไอเสีย โดยพาหยดของเหลวออกจากถัง ซึ่งมักเรียกว่า broth carryover หรือ liquid entrainment การสูญเสียที่เกิดขึ้นอาจรวมถึงสารอาหาร มวลชีวภาพของจุลินทรีย์ และผลิตภัณฑ์ที่ละลายหรือแขวนลอย

ประการที่สอง ของเหลวที่สะสมในท่อไอเสียหรือส่วนประกอบปลายน้ำสามารถสร้างความต้องการในการทำความสะอาดและบำรุงรักษาเพิ่มเติม ขึ้นอยู่กับกระบวนการและการกำหนดค่าอุปกรณ์ อาจทำให้การจัดการไอเสียซับซ้อนขึ้น

ประการที่สาม ผู้ปฏิบัติงานอาจตอบสนองโดยการลดการเติมอากาศหรือเพิ่มสารเคมีลดฟอง แม้มาตรการเหล่านี้จะช่วยควบคุมฟองได้ แต่อาจนำมาซึ่งข้อแลกเปลี่ยน การลดการไหลของอากาศอาจขัดแย้งกับข้อกำหนดการถ่ายเทออกซิเจน ในขณะที่สารเคมีลดฟองอาจส่งผลต่อการถ่ายเทมวลระหว่างก๊าซกับของเหลวหรือการแยกผลิตภัณฑ์ปลายน้ำในบางกระบวนการ

ด้วยเหตุผลเหล่านี้ การควบคุมฟองควรถูกพิจารณาว่าเป็นส่วนหนึ่งของระบบการหมักโดยรวม ไม่ใช่การตอบสนองแบบแยกส่วนต่อระดับฟองที่เพิ่มขึ้น

ระบุสภาวะที่กระตุ้นให้เกิดฟองมากเกินไป

ก่อนเลือกวิธีการควบคุมฟอง ให้พิจารณาว่าเมื่อใดและเพราะเหตุใดน้ำหมักจึงเริ่มเกิดฟองมากเกินไป

ในการหมักแบบใช้ออกซิเจน การเพิ่มปริมาณก๊าซที่ป้อนเข้าสามารถเพิ่มอัตราการเกิดฟองอากาศ การกวน การเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบของน้ำหมัก การเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ และการสะสมของสารออกฤทธิ์ที่ผิวก็สามารถมีอิทธิพลต่อพฤติกรรมของฟองได้เช่นกัน

ปัญหาอาจสังเกตเห็นได้ชัดเจนเป็นพิเศษในช่วงที่มีกิจกรรมทางชีวภาพสูงหรือเมื่อสภาวะการดำเนินงานเปลี่ยนแปลงไป อย่างไรก็ตาม สาเหตุแตกต่างกันไปในแต่ละกระบวนการหมัก ดังนั้นการตั้งสมมติฐานโดยพิจารณาจากขนาดถังหรือการไหลของอากาศเพียงอย่างเดียวมักไม่เพียงพอ

บันทึกการผลิตสามารถช่วยระบุรูปแบบที่เกิดขึ้นซ้ำได้ การสังเกตที่เป็นประโยชน์ ได้แก่ การเปลี่ยนแปลงระดับฟอง การตั้งค่าการเติมอากาศและการกวน การใช้สารลดฟอง ของเหลวที่เก็บได้จากท่อไอเสีย และช่วงเวลาที่มีการพาน้ำหมักออกไป

บันทึกเหล่านี้ช่วยแยกแยะระหว่างฟองที่เกิดขึ้นเร็วกว่าระบบควบคุมจะจัดการได้ กับฟองที่คงอยู่เนื่องจากคุณสมบัติทางกายภาพหรือทางเคมีของมัน ความแตกต่างนี้มีความสำคัญเมื่อต้องตัดสินใจว่าจะปรับกระบวนการ ปรับปรุงการจัดเรียงไอเสีย หรือเพิ่มความสามารถในการทำลายฟองเชิงกล

เพิ่มประสิทธิภาพการเติมอากาศโดยไม่กระทบต่อกระบวนการหมัก

การเติมอากาศเป็นสิ่งจำเป็นในระบบการหมักทางอุตสาหกรรมหลายระบบ แต่การป้อนก๊าซที่มากเกินไปหรือควบคุมไม่ดีสามารถส่งผลให้เกิดฟองและการพาของเหลวออกไป

เมื่อสภาวะการดำเนินงานเอื้ออำนวย วิศวกรสามารถทบทวนการไหลของอากาศ การกวน และผลกระทบร่วมที่มีต่อการเกิดฟอง การปรับเปลี่ยนควรขึ้นอยู่กับความต้องการออกซิเจนของจุลินทรีย์และความจำเป็นในการถ่ายเทมวลของกระบวนการ มากกว่าการลดฟองเพียงอย่างเดียว

การลดการไหลของอากาศเพียงอย่างเดียวอาจลดการเกิดฟองลงได้ แต่อาจจำกัดปริมาณออกซิเจนที่มีอยู่และส่งผลต่อประสิทธิภาพการหมัก ในทำนองเดียวกัน การลดการกวนโดยไม่เข้าใจผลกระทบต่อการถ่ายเทออกซิเจนและการผสม สามารถสร้างปัญหากระบวนการอื่นๆ ได้

แนวทางที่เชื่อถือได้มากกว่าคือการระบุช่วงการทำงานที่รักษาสภาวะการหมักที่ต้องการในขณะที่หลีกเลี่ยงการเกิดฟองโดยไม่จำเป็น ในกรณีที่ฟองยังคงมีปริมาณมากแม้อยู่ภายใต้สภาวะการดำเนินงานที่เหมาะสม อาจจำเป็นต้องมีอุปกรณ์ควบคุมฟองเพิ่มเติม

ใช้การกำจัดฟองเชิงกลเพื่อทำลายฟองที่ต้นตอ

เครื่องกำจัดฟองเชิงกลนำเสนอทางเลือกอื่นนอกเหนือจากการพึ่งพาสารเคมีลดฟองเพียงอย่างเดียว แทนที่จะเติมสารเติมแต่งเพื่อทำให้ฟองอากาศไม่เสถียร พวกมันใช้แรงเชิงกลเพื่อทำลายโครงสร้างของฟอง

เครื่องกำจัดฟองเชิงกลซีรีส์ BODF ใช้โรเตอร์ความเร็วสูงเพื่อใช้แรงเฉือนกับฟองที่เข้ามา เมื่อฟองอากาศแตก ของเหลวที่ปล่อยออกมาจะถูกขับไปยังผนังอุปกรณ์ด้วยแรงเหวี่ยง จากนั้นของเหลวที่แยกออกจะเข้าสู่เส้นทางส่งกลับ โดยส่วนหนึ่งจะไหลกลับไปยังถังหมักโดยตรง และผ่านตัวเก็บแบบวนก่อนที่จะกลับมาทางท่อส่งกลับ

การรวมกันของการทำลายฟองและการกู้คืนของเหลวนี้มีความเกี่ยวข้องเป็นพิเศษเมื่อวัตถุประสงค์คือการลดการสูญเสียน้ำหมัก มากกว่าเพียงแค่ลดระดับฟอง

ด้วยการประมวลผลฟองเชิงกล ระบบสามารถช่วยลดการพึ่งพาสารเคมีลดฟองได้ ซึ่งอาจเป็นประโยชน์เมื่อไม่ต้องการใช้สารเติมแต่งเนื่องจากข้อกำหนดในการทำให้ผลิตภัณฑ์บริสุทธิ์หรือข้อพิจารณาในการประมวลผลปลายน้ำ อย่างไรก็ตาม ความจำเป็นในการเติมสารลดฟองเสริมควรได้รับการประเมินตามกระบวนการหมักที่เฉพาะเจาะจง

ซีรีส์ BODF ถูกใช้ในการใช้งานต่างๆ รวมถึงการหมักยาปฏิชีวนะ การหมักกรดอะมิโนและกรดอินทรีย์ และการเพาะเลี้ยงยีสต์ การกำหนดค่าที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับการจัดเรียงถังและข้อกำหนดของกระบวนการ

กู้คืนของเหลวที่ถูกพาไปผ่านการบูรณาการระบบไอเสีย

การทำลายฟองเชิงกลจัดการกับฟองที่ไปถึงเครื่องกำจัดฟอง แต่ของเหลวอาจถูกพาเข้าไปในระบบไอเสียเช่นกัน สำหรับกระบวนการที่มีอัตราการเติมอากาศสูงหรือมีการพาน้ำหมักออกไปอย่างมีนัยสำคัญ การจัดเรียงไอเสียสมควรได้รับความสนใจเป็นพิเศษ

ซีรีส์ BODF สามารถรวมกับระบบควบแน่นไอเสียเพื่อช่วยลดการสูญเสียของเหลวภายใต้สภาวะการเติมอากาศสูง การควบแน่นเป็นโอกาสเพิ่มเติมในการกู้คืนโดยการเก็บไอที่ควบแน่นได้และของเหลวที่ถูกพามาซึ่งไปถึงอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้อง

การกู้คืนจริงขึ้นอยู่กับองค์ประกอบและอุณหภูมิของกระแสไอเสีย การจัดเรียงการควบแน่น และปริมาณของเหลวที่ถูกพาออกจากถังหมัก ไม่ควรสันนิษฐานว่าการควบแน่นจะจับทุกละอองลอยหรือหยดน้ำหมัก ดังนั้นจึงจำเป็นต้องประเมินประสิทธิภาพของมันในฐานะส่วนหนึ่งของระบบไอเสียที่สมบูรณ์

การออกแบบที่มีประสิทธิภาพพิจารณาเครื่องกำจัดฟอง ท่อส่งกลับ การเชื่อมต่อไอเสีย และอุปกรณ์ควบแน่นร่วมกัน แนวทางแบบบูรณาการนี้มีประโยชน์มากกว่าการประเมินเครื่องทำลายฟองโดยพิจารณาจากความจุที่กำหนดเพียงอย่างเดียว

เลือกเครื่องกำจัดฟองตามปริมาณฟองจริง

การเลือกเครื่องกำจัดฟองเชิงกลโดยพิจารณาจากปริมาตรทำงานของถังหมักเพียงอย่างเดียวอาจนำไปสู่ผลลัพธ์ที่ไม่ดี ถังสองใบที่มีขนาดใกล้เคียงกันอาจมีข้อกำหนดในการควบคุมฟองที่แตกต่างกันมาก เนื่องจากความแตกต่างในการเติมอากาศ องค์ประกอบของน้ำหมัก ความคงตัวของฟอง และสภาวะการดำเนินงาน

ซีรีส์ BODF มีความสามารถในการกำจัดฟองที่กำหนดตั้งแต่ 5 ถึง 500 ลบ.ม./ชม. คะแนนเหล่านี้เป็นจุดเริ่มต้นสำหรับการประเมินรุ่นที่มีอยู่ แต่ไม่ควรถือว่าคะแนนของอุปกรณ์เทียบเท่ากับปริมาตรถังหมัก การไหลของอากาศ หรืออัตราการกู้คืนของเหลวที่รับประกัน

การเลือกควรเริ่มต้นจากปริมาณฟองที่คาดหวัง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงที่ต้องการมากที่สุดของวงจรการหมัก วิศวกรควรพิจารณาด้วยว่าฟองนั้นแตกง่ายหรือยังคงคงตัวและมีของเหลวสูง

ประเภทการติดตั้งเป็นอีกปัจจัยสำคัญ BODF-I ได้รับการออกแบบมาสำหรับถังที่ปิดสนิท ในขณะที่ BODF-II เหมาะสำหรับถังเปิดหรือแท็งก์ แม้ว่าทั้งสองประเภทจะมีช่วงความสามารถทางเทคนิคที่ระบุเหมือนกัน แต่ตัวเลือกที่ถูกต้องขึ้นอยู่กับการจัดเรียงถังและข้อกำหนดในการติดตั้ง

ในกรณีที่การสูญเสียน้ำหมักมีผลกระทบทางเศรษฐกิจอย่างมีนัยสำคัญ บันทึกการดำเนินงาน การสังเกตฟองที่เป็นตัวแทน และการตรวจสอบประสิทธิภาพสามารถช่วยยืนยันว่ารุ่นที่เลือกนั้นเหมาะสมหรือไม่

ตรวจสอบการสูญเสียน้ำหมักแทนที่จะวัดความสูงของฟองเพียงอย่างเดียว

ความสูงของฟองเป็นตัวบ่งชี้การดำเนินงานที่มีประโยชน์ แต่ไม่ได้บอกเรื่องราวทั้งหมด ฟองที่สูงและค่อนข้างแห้งอาจทำให้ของเหลวสูญเสียน้อยกว่าฟองที่มีความหนาแน่นและคงอยู่ปริมาณน้อยที่พาน้ำหมักจำนวนมาก

การประเมินที่มีความหมายมากขึ้นจะรวมพฤติกรรมของฟองเข้ากับการวัดการสูญเสียของเหลวจริง ขึ้นอยู่กับการกำหนดค่าของโรงงาน วิศวกรอาจติดตามของเหลวที่เก็บจากท่อไอเสีย การเปลี่ยนแปลงในการใช้สารลดฟอง ปริมาณของเหลวที่กู้คืนได้ และความถี่ของการหยุดชะงักที่เกี่ยวข้องกับฟอง

การเปรียบเทียบข้อสังเกตเหล่านี้ก่อนและหลังการปรับเปลี่ยนอุปกรณ์สามารถช่วยระบุได้ว่ากลยุทธ์การควบคุมกำลังปรับปรุงการกู้คืนหรือเพียงแค่เปลี่ยนลักษณะของฟองเท่านั้น

นอกจากนี้ยังเป็นประโยชน์ในการตรวจสอบประสิทธิภาพระหว่างการเติมอากาศสูงสุดและช่วงเวลาการดำเนินงานที่มีความต้องการอื่นๆ ระบบที่ทำงานได้ดีภายใต้สภาวะเฉลี่ยอาจยังคงปล่อยให้มีการสูญเสียอย่างมีนัยสำคัญในช่วงเวลาสั้นๆ ของการเกิดฟองที่รุนแรง

การวัดเหล่านี้สนับสนุนการตัดสินใจที่มีข้อมูลมากขึ้นเกี่ยวกับการตั้งค่าการดำเนินงาน การบำรุงรักษา และความจุของอุปกรณ์

การลดการสูญเสียน้ำหมักต้องใช้กลยุทธ์การควบคุมฟองที่สมบูรณ์

ฟองที่มากเกินไปสามารถลดน้ำหมักที่กู้คืนได้ เพิ่มข้อกำหนดในการทำความสะอาด และทำให้การจัดการไอเสียซับซ้อน การตอบสนองที่มีประสิทธิภาพสูงสุดขึ้นอยู่กับสาเหตุของการเกิดฟองและวิธีที่ของเหลวถูกพาออกจากถัง

การเพิ่มประสิทธิภาพการเติมอากาศและการกวนสามารถช่วยป้องกันการเกิดฟองโดยไม่จำเป็น ในขณะที่การกำจัดฟองเชิงกลสามารถทำลายฟองที่คงอยู่และส่งของเหลวที่แยกแล้วกลับคืนสู่กระบวนการ สำหรับการใช้งานที่มีความต้องการสูง การบูรณาการเครื่องกำจัดฟองเชิงกลกับระบบควบแน่นไอเสียเป็นอีกโอกาสในการลดการสูญเสียของเหลว

ซีรีส์ BODF รวมการทำลายฟองแบบโรเตอร์เข้ากับเส้นทางการส่งคืนของเหลว และสามารถประเมินได้สำหรับการใช้งานการหมักทางอุตสาหกรรมที่หลากหลาย ความเหมาะสมขึ้นอยู่กับปริมาณฟอง การกำหนดค่าถัง และสภาวะการดำเนินงาน

ท้ายที่สุดแล้ว เป้าหมายไม่ได้เป็นเพียงแค่กำจัดฟองที่มองเห็นได้เท่านั้น แต่คือการรักษาสภาวะที่จำเป็นสำหรับการหมักในขณะที่ลดการสูญเสียน้ำหมักที่มีค่าและรักษาเสถียรภาพของกระบวนการโดยรวม