Лекция №1. «Өндірістегі биотехнологиялық процестер мен аппараттар» пəніне кіріспе
жүктеу/скачать 0.51 Mb. Pdf көрінісі
|
| №3-дəріс. Биотехнологиялық өндірістің типтік технологиялық
схемалары. Биопрепараттар өндірісінің типтік технологиялық схемалары. Биотехнологияда ауаны стерилизациялау жəне тазалаудың типтік технологиялық схемалары. Компромирлеу. Биотехнологиялық синтездің өнімдерін өндірудің технологиялық процесі бастапқы шикізатты біртіндеп кезекпен дайындап жəне өнім алуға дейін өңдейтін стадиялар түрінде көрсетуге болады. Оны блок-схема арқылы көрсетуге болады. Əр блогы бірнеше технологиялық стадиядан тұрады. Əр стадияда қосымша жұмыстар жүргізіледі. Өндірістік технологиялық регламентке технологиялық процестердің стадияларынан бөлек, қалдықтарды өңдеу, сұйық жəне қатты қалдықтарды залалсыздандыру, өндірістік шығарымдарды жəне ағынды суларды тазарту кіреді. Ірі өндірістерде өздерінің тазарту ғимараттары болады – ағынды суларды микробиологиялық тазарту станциялары. Ал кейбір қарапайым жағдайларды, мысалы культуралық сұйықтықтағы барлық заттардың қоспасынан өнім алынатын болса, өнімді тазарту стадиясының қажеті жоқ.
Биологиялық өндірістің маңызды технологиялық көрсеткіштерінің бірі – цехтар мен бокстарды желдету үшін, стерилді культуралық сұйықтықтарды жəне ерітінділерді қысыммен беру үшін қолданылатын ауаны механикалық қоспалардан тазарту жəне стерилизациялау болып табылады. Ауаны тазарту жəне стерилизациялаудың техникалық системаларына қойылатын негізгі талаптарға ауаны микрофлорадан жəне басқа да қоспалардан тазарту болып табылады. Осы талаптарды қанағаттандырумен қатар, қарастырылатын системалар ауаның белгілі бір термодинамикалық сипаттамаларымен (темперетура, ылғалдылық, қысым) алынуын қамтамасыз ету керек, система жұмысының тиімділігі осы шамаларға байланысты. Микроорганизмдерді, жануарлардың клеткаларын жəне вирустарды терең жағдайда өсіру үшін биореакторға стерилді ауа беру керек немесе культуралық сұйықтықты аэрациялау үшін басқа газдар беру керек. Биореакторға берілетін ауа жəне басқа газдар өсіп отырған культуралықетті оттекпен, азотпен жəне т.б. газдармен қамтамасыз етіп қана қоймайды, биосинтез процесінде бөлінетін суспензияны гомогендеуге мүмкіндік беретін газ алмасу өнімдерін жəне физиологиялық жылуды шығарады, массалық жəне жылу алмасу процесінің жылдамдығын арттырады. Газ фильтрлерінің есептелетін критерийлері ең алдымен аэрацияға газдардың шығыны үлкен болатын өнеркəсіптік биореакторлар үшін сақталуы қажет, лабораториялық қондырғылар үшін міндетті емес. Стерилді ауа аэробты өндірістер үшін ғана емес жəне анаэробты өндірістер үшін де қажет, біріншісі өте үлкен қаражатты қажет етеді.
15
Анаэробты өндірістерде стерилді ауа негізінен аппараттарда қысым тудыру үшін керек, сондай-ақ қоректің орталардың стерилденген ерітінділерінде көбік сөндіргіште тұқымдасуды болдырмау мақсатымен қолданылады, ал қажет болған жағдайда өнімді (полуфабрикатты) алу стадиясында да қолданылады. Аэробты ферменттеу процестері үшін стерилді ауаны алу масштабы 1 м 3 аэрацияланатын ортаға шығынына байланысты есептеледі. Əр түрлі биотехнологиялық өндірістер үшін ауаның шығыны ферментациялық ортаның 1 минуттағы 0,6 – 2,5 м 3
мөлшерінде ауытқиды. Егер биосинтез уақыты 1 – 12 тəулік аралығында болса, қажетті ауаның шығынын есептеу өте оңай. Стерилді ауаны өндірудің əр түрлі бағыттары бар, қазіргі таңда бүкіл əлемде көп тонналы өндірісте термиялық стерилизацияны контаминанттардың адсорбциясымен жəне оларды талшықты материалдар арқылы фильтрлеумен біріктіретін əдістері бар. Егер поршеньді нагнетателдер қолданылатын болса, контаминанттарды бөліп алудың алдында атмосфералық ауаны шаңнан майлардан алдын ала тазарту стадиясы болуы керек. Бұлар үшін практикада ауаны тазарту схемаларының əр түрлі варианттары жасалған жəне іске қосылған. Тазартылатын шаңның мөлшерін азайту үшін, ауаны жердің бетінен 15 – 40 м биіктіктен жинап алады. Шаң түріндегі (жүзгін) заттарды ауаны сору линиясында, тұтқыр сұйықпен өңделген бет арқылы ауа ағынын беттестіріп бөліп алады, тұтқыр сұйық ретінде əр түрлі майлар (трансформаторлық немесе ұршық) қолданылады. Ары қарай тазартылған ауаны компромирлейді. Ауаны қысу үшін микробиологиялық өндірісте поршеньді нагнетательдер немесе турбокомпрессорлар қолданылады. Жобалау кезінде системада қысым туғызуға қажетті машиналардың түрін таңдап алғанда дұрыс шешім қабылдау өте маңызды. Поршеньді компрессорлардың жақсы жері электр энергиясының шығыны аз жұмсалады, себебі пайдаланылатын қуат мөлшері системаның қарсы қысымына байланысты тағайындалады. Осындай компрессорлардың пайдалы əсер коэффициенттерінің жоғарылығы (0,80-0,83) осы себептен. Олардың қолданылуы өте қарапайым. Алайда материалдық сиымдылығы үлкен, орналастыру үшін үлкен аудан қажет, цилиндрлерді көп мөлшерде майлау ферментацияға түсетін қысылған ауаның ары қарай тазартылуын қиындатады. Турбокомпрессорларда қысылған ауаны орталықтан тепкіш күштер арқылы алады, ал егер жасалатын қысым өнімділігі оптималдығы жақын системаның қарама қарсы қысымына сəйкес келсе үнемді экономикалық режим жасалады. Бұл жағдайда копрессордың пайдалы əсер коэффициентінің мəні максималдыға жетеді (0,75-0,78). Егер қысылған ауаның қажетті мөлшері аз, ал тудырылатын қысымның мəнінің системаның қарама-қарсы қысымынан айырмашылығы жоғары болса, онда турбокомпрессорларды пайдалану электр энергиясының мөлшерде артық шығындануына алып
келеді. Турбокомпрессордың кемшіліктері төмендегідей: жарылыс қауіптілігі, поршеньді компрессорларға қарағанда қымбаттылығы.
16
Алайда, мұқият тазартылған стерильді ауаның көп мөлшерін қажет ететін көп
тоннажды асептикалық биотехнологиялық өндірісте турбокомпрессорларды қолданған жөн. Мұны лизиннің микробиологиялық өндірісінің көп жылғы тəжірибесінен білуге болады: Турбокомпрессорларды пайдалану желіде ауаның тұрақты қысымын тудыруға мүмкіндік береді, өндірістік құрал жабдықтарға басқа микрофлора түсе алмайды; осының нəтижесінде сəтсіз операциялардың саны азаяды, яғни тазартылуға тиісті ағынды сулардың көлемі де азаяды, бұл тазарту қондырғыларына түсетін нагрузканы азайтады; - ауаны компремирлеу үшін, шығар кезінде 0,75 артық қысым тудыратын, турбокомпрессорларды пайдалану тиімді деп есептеледі. Кез келген нагнетательмен қысылған ауа міндетті түрде ысиды. Поршень компрессоры жағдайында қысым 0,30 – 0,35 МПа, температура 80 – 120 0 С жоғарылайды, ал турбокомпрессорларда 220 – 200 0 С дейін жоғарылайды. Осындай температурада бөтен микрофлоралардың бір бөлігі өледі екен, ал турбокомпрессорларды қолданған жағдайда олардың өлу мүмкіндігі жоғары. Стерилизацияланатын ауаға термиялық əсер етудің тиімділі де осында. Əрине, контаминанттардың (əсіресе микроорганизмдердің ұрықты формаларының жəне вирустардың) толық инактивациясы жүрмейді. Ауаны тазартудың келесі стадиясында негізгі фильтрлер қолданылады, ал ірі кəсіпорындарда əрбір аппаратта орнатылған өндірістік ферментерлердің жеке линиялары үшін фильтрлер тобы тағайындалады. Комрессорлардан шыққан соң, негізгі фильтрлерге жіберілетін ауа майдан тазартылады. Негізгі фильтрлердің ішінде əр түрлі сіңіргіш жəне фильтрлегіш материалдар болады. Жіптерінің диаметрі 18 мкм құрайтын шыны талшықтарын (стекловата) стеклосрездермен бірге қолданған дұрыс. Осындай наполнительдері бар фильтрлегіш элементтерді өткір бумен 20-30 минут бірнеше мəрте стерилдесе де, өз қасиеттерін өзгертпейді. Фильтрлегіш материалдың жұмыс істеу мерзімі 3 айдан кем емес. Фильтрлер тобындағы фильтрлердің размерлері кішірек болады. Əр ферментерде орнатылған жеке фильтрлердің конструкциялары əр түрлі болуы мүмкін. Практикада маркасы ФПП-15-6 (ткань Петрякова) фильтрлегіш полотномен толтырылған патронды фильтрлер жəне маркасы ФТО-С терең тазартуға арналған фильтрлер жəне оның модификациясы ФТО-Н кең тараған. Шетелде биореактордан шығатын ауаны тазарту жəне стерилизация жасау үшін, борсиликатты шынының микроталшықтарынан жасалған, эпоксирезинамен байланыстырылған фильтрлегіш элементтерді кеңінен қолданады. Онындай материалдан жасалған фильтр-патронның стерилдегіш қабілеті өте жоғары (99,9999%) жəне размерлері 0,6 мкм болатын бөлшектерді жақсы ұстайды. Осындай фильтрлерді бумен стерилизациялайды. Саңылаулы тот баспайтын болаттан, никелден жəне қалайыдан жасалған фильтрлер кеңінен тарлған. Эксплуатациялаудың басында олардың кедергісі 0,07 МПа аспайды, ал фильтрлеу процесінде ол шама 0,5 МПа дейін жетеді.
17
Биореакторларды микроорганизмдерді терең культивациялау процесі 0,02 – 0,06 МПа қысыммен жүргізіледі. Саңылаулы материалдардың кедергілері əдетте үлкен болып келеді, бұл оларды қолдануды қиындатады. Фильтрде ылғалдың конденсацияланбауын қадағалау керек, себебі нəтижесінде оның ауа ағынына кедергісі өсіп кетуі мүмкін, ал бұл өнімділіктің төмендеуіне əкеледі. Ауа
үрлегіштердегі фильтрлерді орналастырған жердің герметизацисына ерекше көңіл аудару керек. Фильтрлерді стерилизациялау үшін тазартылған буды қолдану жəне стерилизация уақытын қысқарту жаңа фильтрлегіш материалдар негізінде жасалған отандық жəне шетелдік ауа фильтрлерінің жұмыс уақытын ұзартуға мүмкіндік берді. Фильтрлер тиімді жəне нəтижелі жұмыс істеу үшін олардың жинақталуының герметизациясын бақылау керек.
Негізгі əдебиеттер: 2[100-116]. Қосымша əдебиеттер: 6[191-201]. Бақылау сұрақтары: 1. Ауаны тазарту жəне стрелизация жасаудың типтік технологиялық схемалары. 2. Технологиялық ауаны стерилизация жасау үшін қандай фильтрлегіш материалдар қолданылады? 3. Ауаны алдын ала тазартатын фильтрлер. 4. Ауаны тазарту жəне стерилизациялаудың өнеркəсіптік жүйесі. 5. Биореакторларға түсетін ауаны қандай əдістермен стерилдейді?
жүктеу/скачать 0.51 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|