Флотаторы в микробиологической промышленности

Видео: Флотатор в целлюлозно-бумажной промышленности

Для концентрирования культуральной жидкости перед стадией выпаривания или сепарации используется флотация, которая существенно снижает затраты на производство продукта.

Флотацией называют процесс всплывания в жидкой среде частиц дисперсной фазы с прилипшими к ним пузырьками газа. Различают пенную, пленочную, масляную и другие виды флотации. Наибольшее распространение в микробиологической промышленности получила пенная и электрофлотация. Необходимыми условиями флотации являются способность частицы прилипать к пузырьку газа в воде и способность суспензии образовывать устойчивую пену. Стабильность и продолжительность существования пены снижается с увеличением размера пузырьков и с ростом температуры жидкости. В свою очередь, размеры пузырьков зависят от поверхностного натяжения жидкости на границе с газообразной фазой.

Процесс флотации осуществляется в специальных аппаратах - флотаторах. Флотационные аппараты, применяемые в микробиологической промышленности, выполняются в нескольких вариантах: горизонтальные, конические, вертикальные, цилиндрические, одноступенчатые с внутренним стаканом, двухступенчатые.

На рис. 7.22, б представлен общий вид наиболее простого одноступенчатого флотатора. Флотатор состоит из цилиндрического корпуса с плоским днищем и внутреннего стакана, являющегося пеносборником. Кольцевое пространство между корпусом и сборником разделено вертикальными перегородками на секции. Перегородки не доходят до дна, кроме перегородки между первой и последней секциями.

В секциях установлены аэраторы. Суспензия из ферментера поступает в первую, самую большую по длине секцию флотатора, где осуществляется флотирование основной массы дрожжей за счет содержащего в суспензии газа. Образующая пена стекает через верхний борт внутреннего стакана и попадает в сборник. В остальных секциях флотирование оставшихся в культуральной жидкости дрожжей осуществляется за счет воздуха, подаваемого через аэраторы.

Образовавшаяся пена также поступает в сборник. Пена гасится в сборнике пеногасителем. Концентрат дрожжей из сборника подается на первую ступень сепарации. Отработанная жидкость выводится из последней секции через карман, служащий гидрозатвором. Производительность флотатора по исходной дрожжевой суспензии составляет 40-70 м3/ч, концентрация 40-50 кг/м3.

Рис. 7.22. Схемы пенных (пневматических) флотаторов: 1 - корпус- 2, 5 - аэраторы- 3 - штуцер для отвода отработанной жидкости- 4 - штуцер для отвода концентрата (рис. Н.А. Войнова)

Рис. 7.23. Схемы электрофлотаторов: 1- камера- 2, 3 - электроды- 4 - ввод культуральной жидкости- 5 - вывод отработанной жидкости- 6 - отвод концентрата- 7 - пеносъемник (рис. Н.А. Войнова)

Конструкции электрофлотаторов, которые являются в настоящее время наиболее перспективными для концентрирования микроорганизмов, показаны на рис. 7.23. Перспективность электрофлотаторов связана с образованием при электролизе воды высокодисперсных пузырьков газа, что позволяет извлекать гидрофильные частицы без применения реагентов-собирателей, при этом величина пузырьков составляет 0,015-0,2 мм. Существенными преимуществами этого способа флотации являются также возможность неограниченного насыщения суспензии пузырьками и простота осуществления процесса газонасыщения. Наиболее экономичными аппаратами (с позиции снижения энергозатрат) являются струйные флотаторы (рис. 7.24).

Рис. 7.24. Схемы струйных флотаторов: 1- корпус- 2 - трубы- 3 - газовый патрубок- 4 - штуцер входа газа- 5 - штуцер вывода отработанной жидкости- 6 - штуцер вывода концентрата- 7 - штуцер ввода суспензии- 8,1 0 - аэраторы (рис. Н.А. Войнова)

Из струйных флотаторов наиболее эффективным является пленочный флотатор с винтовой шероховатостью, установленной на внутренней поверхности труб. Вследствие, образования в суспензии, стекающей по винтовой шероховатости, высокого газосодержания и развитой межфазной поверхности, пленочный флотатор обеспечивает сгущение дрожжей до концентрации 350-500 кг/м3 прессованной биомассы.

Н.А. Воинов, Т.Г. Волова