Upload
suton-sonto
View
158
Download
4
Embed Size (px)
Citation preview
Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 11
Type of bioreactor and Type of bioreactor and designdesign
Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 22
วัตถุประสงควัตถุประสงค
•• รูจักชนิดของถังหมักแบบตางๆรูจักชนิดของถังหมักแบบตางๆ•• คุณสมบัติคุณสมบัติ •• คุณสมบัติพิเศษคุณสมบัติพิเศษ ((ลักษณะเดนลักษณะเดน))•• ความจําเพาะความจําเพาะ•• ขอดีขอดี ขอดอยขอดอย
อธิบายอธิบาย เปรียบเทียบเปรียบเทียบ ตัวอยางตัวอยาง
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
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
Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 55
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))
Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 77
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
Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 99
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)
Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 1111
Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 1212
Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 1313
Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 1414
Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 1515
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
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
Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 1818
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
Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 2020
Tower fermenterTower fermenter
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
Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 2222
WaldhofWaldhof--type fermentertype fermenter
Rotating pinRotating pin--wheelwheel
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
Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 2424
SelfSelf--priming aeratorpriming aeratorFrings generatorFrings generator
Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 2525
Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 2626
CavitatorCavitator
•• หมักน้ําสมสายชูหมักน้ําสมสายชู•• กลางถังมีปลายทอเปดกลางถังมีปลายทอเปด•• ชวยใหอากาศมีการกระจายชวยใหอากาศมีการกระจายตัวสม่าํเสมอตัวสม่าํเสมอ
•• เครื่องกวนมหีลายแบบเครื่องกวนมหีลายแบบ แตแตคลายกับคลายกับ acetatoracetator
Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 2727
Cyclone columnCyclone column
•• ใชกับจลุินทรียที่เปนเสนสายใชกับจลุินทรียที่เปนเสนสาย•• เติมอาหารและอากาศเติมอาหารและอากาศ ใกลฐานใกลฐาน•• ปลอยแกสออกทางดานบนปลอยแกสออกทางดานบน•• มีการหมุนเวียนอาหารมีการหมุนเวียนอาหาร จากดานลางสูจากดานลางสู
ดานบนดานบน•• มีการแลกเปลี่ยนแกสไดดีมีการแลกเปลี่ยนแกสไดดี ไมเกิดฟองไมเกิดฟอง •• ไมมีการเจริญของจุลินทรียติดผนังคอลัมนไมมีการเจริญของจุลินทรียติดผนังคอลัมน
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
Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 2929
CylindroCylindro--conical vesselconical vessel
Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 3030
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
Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 3232
AirAir--lift fermenterlift fermenter
Outer loopOuter loop Inner loopInner loop
Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 3333
Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 3434
DeepDeep--jet fermenterjet fermenter
•• ใชเลี้ยงเชื้อแบบตอเนือ่งใชเลี้ยงเชื้อแบบตอเนือ่ง•• ใชปมหมุนเวียนอาหารผานใชปมหมุนเวียนอาหารผานไปยังไปยัง air air entrainer entrainer แลวแลวไหลวนกลับสูถังหมักไหลวนกลับสูถังหมัก
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
Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 3636
Polson Mahakhan; MIC431 Polson Mahakhan; MIC431 BioreactorsBioreactors 3737
สรุปสรุป
•• สวนประกอบสําคัญของถังหมักสวนประกอบสําคัญของถังหมัก•• หนาที่หนาที่,, การทํางานของสวนประกอบการทํางานของสวนประกอบ•• ชนดิของถังหมักชนดิของถังหมัก และสมบตัิและสมบตัิ