Top Banner
Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 Bioreactors Bioreactors 1 1 Type of bioreactor and Type of bioreactor and design design
37

Type of Bio Reactor and Design

Nov 27, 2014

Download

Documents

Golffy Kung
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: Type of Bio Reactor and Design

Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 11

Type of bioreactor and Type of bioreactor and designdesign

Page 2: Type of Bio Reactor and Design

Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 22

วัตถุประสงควัตถุประสงค

•• รูจักชนิดของถังหมักแบบตางๆรูจักชนิดของถังหมักแบบตางๆ•• คุณสมบัติคุณสมบัติ •• คุณสมบัติพิเศษคุณสมบัติพิเศษ ((ลักษณะเดนลักษณะเดน))•• ความจําเพาะความจําเพาะ•• ขอดีขอดี ขอดอยขอดอย

อธิบายอธิบาย เปรียบเทียบเปรียบเทียบ ตัวอยางตัวอยาง

Page 3: Type of Bio Reactor and Design

Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 33

การออกแบบถังหมักการออกแบบถังหมัก reactor design reactor design

•• Weizman 1941Weizman 1941--19181918–– Clostridium acetobutylicumClostridium acetobutylicum --> acetone> acetone–– anaerobicanaerobic

•• 19301930--1940 Compressed yeast1940 Compressed yeast–– AerobicAerobic

•• 1943 Penicillin 1943 Penicillin --> submerged culture> submerged culture

Page 4: Type of Bio Reactor and Design

Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 44

สมบัติพื้นฐานของถังหมักสมบัติพื้นฐานของถังหมัก

•• แข็งแรงแข็งแรง ทนรอนทนรอน แรงดันแรงดัน•• มีระบบใหอากาศมีระบบใหอากาศ,, กวนที่ดีกวนที่ดี•• มีระบบควบคุมอุณหภูมิที่ดีมีระบบควบคุมอุณหภูมิที่ดี•• มีระบบควบคุมมีระบบควบคุม pHpH•• มีระบบควบคุมการเกิดฟองมีระบบควบคุมการเกิดฟอง•• มีที่เก็บตัวอยางโดยไมปนเปอนมีที่เก็บตัวอยางโดยไมปนเปอน•• มีการสูญเสียเนื่องจากการระเหยมีการสูญเสียเนื่องจากการระเหย

นอยนอย

•• ใชแรงงานนอยใชแรงงานนอย•• ใชกับกระบวนการหมักไดหลายใชกับกระบวนการหมักไดหลาย

ชนิดชนิด•• ดานในมีผิวเรียบดานในมีผิวเรียบ•• ปลอดเชื้อไดนานปลอดเชื้อไดนาน•• ทนตอการกัดกรอนทนตอการกัดกรอน,, ไมเปนพิษไมเปนพิษ•• ทําจากวัสดุราคาถูกทําจากวัสดุราคาถูก คุณภาพดีคุณภาพดี

Page 5: Type of Bio Reactor and Design

Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 55

Page 6: Type of Bio Reactor and Design

Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 66

การสรางถังหมักการสรางถังหมัก

•• วัสดุวัสดุ –– แกวแกว;; ถังขนาดเล็กถังขนาดเล็ก –– stainless stellstainless stell–– เคลือบเคลือบ แกวแกว–– phenolic epoxyphenolic epoxy–– คอนกรีตคอนกรีต–– ไมไม

•• การกวนการกวน,, ใบพัดใบพัด,, การใหอากาศการใหอากาศ,, การกําจัดฟองการกําจัดฟอง ((หัวขอถัดไปหัวขอถัดไป))

Page 7: Type of Bio Reactor and Design

Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 77

Page 8: Type of Bio Reactor and Design

Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 88

ขนาดของถังหมักขนาดของถังหมัก

•• Laboratory scale fermenterLaboratory scale fermenter–– 11--20 L, working volume 20 L, working volume ½½--15 L15 L

•• PilotPilot--plant scale fermenterplant scale fermenter–– 4040--200 L 200 L --> 1000 L> 1000 L

•• Factory scale fermenterFactory scale fermenter–– 20,000, 50,000, 500,000, 20,000, 50,000, 500,000,

2,500,000 L2,500,000 L

Page 9: Type of Bio Reactor and Design

Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 99

Page 10: Type of Bio Reactor and Design

Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 1010

ระบบควบคุมการหมกัระบบควบคุมการหมกั

•• การใหอากาศการใหอากาศ (aeration)(aeration)•• การกวนการกวน ( (agitation)agitation)•• การควบคุมอณุหภูมิการควบคุมอณุหภูมิ ( (temperature cont.)temperature cont.)•• การควบคุมความเปนการควบคุมความเปน กรดกรด--ดางดาง ( (pH cont.)pH cont.)•• การควบคุมออกซเิจนการควบคุมออกซเิจน ( (oxygent cont.)oxygent cont.)•• การปองกนัฟองการปองกนัฟอง ( (antifoam control)antifoam control)

Page 11: Type of Bio Reactor and Design

Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 1111

Page 12: Type of Bio Reactor and Design

Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 1212

Page 13: Type of Bio Reactor and Design

Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 1313

Page 14: Type of Bio Reactor and Design

Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 1414

Page 15: Type of Bio Reactor and Design

Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 1515

Page 16: Type of Bio Reactor and Design

Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 1616

ถังหมักแบบตางๆถังหมักแบบตางๆ•• Packed towerPacked tower•• Tower fermenterTower fermenter•• WaldhofWaldhof--type fermentertype fermenter•• Acetator & cavitatorAcetator & cavitator•• Cyclone columnCyclone column•• CylindroCylindro--conical vesselconical vessel•• AirAir--lift fermenterlift fermenter•• DeepDeep--jet fermenterjet fermenter•• Rotating disc fermenterRotating disc fermenter

Page 17: Type of Bio Reactor and Design

Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 1717

Packed towerPacked tower•• คอลัมนทรงกระบอกสูงคอลัมนทรงกระบอกสูง•• บรรจุสารเฉื่อยเปนชิน้ๆบรรจุสารเฉื่อยเปนชิน้ๆ

–– เศษไมเศษไม,, กิง่ไมกิง่ไม,, ถานหินถานหิน,, โพลเีอทธลินีโพลเีอทธลินี,, polystyrenepolystyrene•• เติมอาหารดานบนเติมอาหารดานบน,, เชื้อเจริญเปนแผนฟลมที่ผิววัสดุเฉื่อยเชื้อเจริญเปนแผนฟลมที่ผิววัสดุเฉื่อย•• เติมอาหารดานบนเติมอาหารดานบน และเก็บผลผลิตดานลางและเก็บผลผลิตดานลาง•• Generator Generator น้ําสมสายชูน้ําสมสายชู•• บําบดัน้ําเสยีบําบดัน้ําเสยี,, ปจจุบนัไมนยิมใชปจจุบนัไมนยิมใช•• ราคาถูกราคาถูก,, ไมตองดูแลรักษามากไมตองดูแลรักษามาก,, ใชพื้นทีน่อยใชพื้นทีน่อย

Page 18: Type of Bio Reactor and Design

Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 1818

Page 19: Type of Bio Reactor and Design

Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 1919

Tower fermenterTower fermenterถังหมักทรงสูงถังหมักทรงสูง((มากมาก)) ไมมีใบพดักวนไมมีใบพดักวน

•• อตัราสวนความสูงชวงอตัราสวนความสูงชวง tubular section tubular section ไมนอยไมนอยกวากวา 6:1 or total 10:16:1 or total 10:1

•• อาหารและอากาศเขาทางฐานอาหารและอากาศเขาทางฐาน ผลผลติออกดานบนผลผลติออกดานบน•• หมักแบบหมักแบบ batch batch และและ continuouscontinuous•• มีความซบัซอนมากมีความซบัซอนมาก ใชใช หมกัเบียรหมกัเบียร •• Besik 1973 Besik 1973 เติมอาหารดานบนเติมอาหารดานบน ใหอากาศทางฐานใหอากาศทางฐาน

Page 20: Type of Bio Reactor and Design

Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 2020

Tower fermenterTower fermenter

Page 21: Type of Bio Reactor and Design

Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 2121

WaldhofWaldhof--type fermentertype fermenter

•• หมักหมัก yeast yeast ในใน sulphite waste liqoursulphite waste liqour•• ใหอากาศโดยใหอากาศโดย rotating pinrotating pin--wheelwheel

–– ใบพัดรูปโคงใบพัดรูปโคง•• ตดิตั้งทอทรงกระบอกกลางถังหมกัตดิตั้งทอทรงกระบอกกลางถังหมกั

–– ดูดอากาศจากผิวหนาอาหารดูดอากาศจากผิวหนาอาหาร,, ลดการเกิดฟองลดการเกิดฟอง

Page 22: Type of Bio Reactor and Design

Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 2222

WaldhofWaldhof--type fermentertype fermenter

Rotating pinRotating pin--wheelwheel

Page 23: Type of Bio Reactor and Design

Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 2323

AcetatorAcetator

•• Frings generatorFrings generator•• Heindrich Frings Heindrich Frings ออกแบบออกแบบ•• หมักน้ําสมสายชูหมักน้ําสมสายชู โดยโดย AcetobacterAcetobacter•• ตองการออกซิเจนมากกวาปกติตองการออกซิเจนมากกวาปกติ•• ดดูอากาศโดยดดูอากาศโดย selfself--priming aeratorpriming aerator•• ใชวิธีกลใชวิธีกล ในการกําจดัฟองในการกําจดัฟอง เพราะวิธีใชสารเคมีมีผลกระทบเพราะวิธีใชสารเคมีมีผลกระทบ

Page 24: Type of Bio Reactor and Design

Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 2424

SelfSelf--priming aeratorpriming aeratorFrings generatorFrings generator

Page 25: Type of Bio Reactor and Design

Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 2525

Page 26: Type of Bio Reactor and Design

Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 2626

CavitatorCavitator

•• หมักน้ําสมสายชูหมักน้ําสมสายชู•• กลางถังมีปลายทอเปดกลางถังมีปลายทอเปด•• ชวยใหอากาศมีการกระจายชวยใหอากาศมีการกระจายตัวสม่าํเสมอตัวสม่าํเสมอ

•• เครื่องกวนมหีลายแบบเครื่องกวนมหีลายแบบ แตแตคลายกับคลายกับ acetatoracetator

Page 27: Type of Bio Reactor and Design

Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 2727

Cyclone columnCyclone column

•• ใชกับจลุินทรียที่เปนเสนสายใชกับจลุินทรียที่เปนเสนสาย•• เติมอาหารและอากาศเติมอาหารและอากาศ ใกลฐานใกลฐาน•• ปลอยแกสออกทางดานบนปลอยแกสออกทางดานบน•• มีการหมุนเวียนอาหารมีการหมุนเวียนอาหาร จากดานลางสูจากดานลางสู

ดานบนดานบน•• มีการแลกเปลี่ยนแกสไดดีมีการแลกเปลี่ยนแกสไดดี ไมเกิดฟองไมเกิดฟอง •• ไมมีการเจริญของจุลินทรียติดผนังคอลัมนไมมีการเจริญของจุลินทรียติดผนังคอลัมน

Page 28: Type of Bio Reactor and Design

Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 2828

CylindroCylindro--conical vesselconical vessel

•• Nathan 1930 Nathan 1930 ใชหมักเบียรใชหมักเบียร•• 1960 1960 นิยมใชมากขึ้นนิยมใชมากขึ้น•• ทรงกระบอกทรงกระบอก ฐานแหลมฐานแหลม มีแจคเกตหลอเย็นลอมรอบมีแจคเกตหลอเย็นลอมรอบ•• สูงสูง 2222--25 m 25 m ∅∅ 6 m 6 m ความจุความจุ 450450,,000 000 ลิตรลิตร•• ลดเวลาหมักลดเวลาหมัก 4040--48 h48 h, , ของเหลวผสมกันไดดีของเหลวผสมกันไดดี•• เอาตะกอนยีสตออกไดงายเอาตะกอนยีสตออกไดงาย จากโครงสรางรูปกรวยจากโครงสรางรูปกรวย•• ลดเวลาในการบมโดยเติมคารบอนไดออกไซดในถังหมักลดเวลาในการบมโดยเติมคารบอนไดออกไซดในถังหมัก

Page 29: Type of Bio Reactor and Design

Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 2929

CylindroCylindro--conical vesselconical vessel

Page 30: Type of Bio Reactor and Design

Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 3030

Page 31: Type of Bio Reactor and Design

Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 3131

AirAir--lift fermenterlift fermenter

•• พัฒนาจากการผลติพัฒนาจากการผลติ single cell protein single cell protein จากจาก methanol methanol ปกตติองใชการกวนและใหอากาศสูงมากปกตติองใชการกวนและใหอากาศสูงมาก

•• มีปญหาในการระบายความรอนมีปญหาในการระบายความรอน•• AirAir--lift lift ไมมีใบพดัไมมีใบพดั สูงมากสูงมาก 45 m45 m

–– Outer loop < inner loopOuter loop < inner loop–– อาศัยความถวงจําเพาะที่แตกตางกันของของเหลวที่มอีากาศผสมอยูอาศัยความถวงจําเพาะที่แตกตางกันของของเหลวที่มอีากาศผสมอยูในปริมาณที่แตกตางกันในปริมาณที่แตกตางกัน

Page 32: Type of Bio Reactor and Design

Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 3232

AirAir--lift fermenterlift fermenter

Outer loopOuter loop Inner loopInner loop

Page 33: Type of Bio Reactor and Design

Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 3333

Page 34: Type of Bio Reactor and Design

Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 3434

DeepDeep--jet fermenterjet fermenter

•• ใชเลี้ยงเชื้อแบบตอเนือ่งใชเลี้ยงเชื้อแบบตอเนือ่ง•• ใชปมหมุนเวียนอาหารผานใชปมหมุนเวียนอาหารผานไปยังไปยัง air air entrainer entrainer แลวแลวไหลวนกลับสูถังหมักไหลวนกลับสูถังหมัก

Page 35: Type of Bio Reactor and Design

Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 3535

Rotating disc fermenterRotating disc fermenter

•• ใชในระบบบาํบัดน้าํเสียใชในระบบบาํบัดน้าํเสีย•• ใชกับจลุนิทรียที่เจริญเปนแผนฟลมบนแผนใชกับจลุนิทรียที่เจริญเปนแผนฟลมบนแผน discdisc•• Anderson & Blain 1980 Anderson & Blain 1980

–– Polypropylene disc, 40 LPolypropylene disc, 40 L–– Aspergillus, Rhizopus, Mucor, Aspergillus, Rhizopus, Mucor,

PenicilliumPenicillium–– ผลิตผลิต citric acid citric acid โดยโดย A. nigerA. niger, 80g/l, 80g/l

Page 36: Type of Bio Reactor and Design

Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 3636

Page 37: Type of Bio Reactor and Design

Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 3737

สรุปสรุป

•• สวนประกอบสําคัญของถังหมักสวนประกอบสําคัญของถังหมัก•• หนาที่หนาที่,, การทํางานของสวนประกอบการทํางานของสวนประกอบ•• ชนดิของถังหมักชนดิของถังหมัก และสมบตัิและสมบตัิ