Глава 4 флотационная аппаратура

Товарная биомасса как готовый продукт микробиологических производств получается в сухом виде с содержанием влаги не более 10 %. В суспензии, выходящей из ферментатора, например, дрожжевого производства концентрация биомассы обычно не превышает 40 кг/м³. Если учесть, что эта биомасса содержит до 75% внутриклеточной влаги, то в процессе получения 1 кг товарного продукта необходимо удалить 98,9 кг влаги.

Вся эта влага в технологии получения биомассы удаляется различными способами, которые можно свести к двум основным: гидромеханическому и теплофизическому. К последнему отно­сится упаривание суспензии в выпарных аппаратах и сушилках различных типов.

Флотационный спо­соб сгущения суспензий - наиболее простой и надежный как в отно­шении конструкции аппаратуры, так и ее эксплуатации.

4.1. Механизм флотационного концентрирования суспензий

При анализе механизма флотации будем рассматривать кле­точные организмы или их скопления как твердые тела, взве­шенные в водной среде, содержащей растворенные поверхностно-активные вещества. В процессе микробиологического синтеза ПАВ образуются в суспензии на стадии ферментации в виде растворимых фракций лигнина, гуминовых веществ и сложных по составу продуктов метаболизма клеток.

Процесс флотации протекает в не­сколько стадий: закрепление клеток на поверхности всплываю­щего в жидкости газового пузыря, вынос их с пузырем в верхний слой структурированной пены и удаление пены из флотатора вместе с отфлотировавшимися микроорганизмами.

Способность микроорганизмов сорбироваться на поверхности газового пузыря определяется многими факторами. Дрожжевые клетки, например, имеют сродство к ПАВ и тот же электрический заряд, обусловливающий их полярную адсорбцию на поверхно­сти газового пузыря. Флотирующая способность клеток зависит от состояния их поверхности, наличия полисахаридов и содержа­ния связанной воды. Лучше флотируются ветвистые конгломе­раты, нежели одиночные клетки с гладкой оболочкой.

Флотирующиеся дрожжи при смывании их средой теряют упругую водную оболочку и взаимодействуют с газовыми пузырь­ками, как лиофобные твердые тела. Веществом, которое придает лиофобные свойства поверхности оболочек клеток, накапливаясь на них, является азотсодержащий полисахарид — хитин.

Влияет на процесс флотации дрожжей и кислотность культуральной среды. Исследования показали, что наилучшая флотируемость дрожжей наблюдается при рН 4,5.

При наличии вышеуказанных положительных факторов про­цесс флотации в основном зависит от площади поверхности газовых пузырей или их диаметра.

4.2. Барботажные флотаторы

Конструкция флотатора определяется в основном структурой газожидкостной смеси, поступающей в него из ферментатора. Если эта смесь не обладает достаточно развитой удельной пло­щадью поверхности а, флотатор должен иметь барботажную зону, где за счет дополнительного введения воздуха создается газожидкостная система с развитой удельной поверхностью, чтобы обеспечивалось условие (4.2). Вторая зона флотатора, где происходит расслоение газожидкостной смеси, должна рабо­тать в условиях минимального механического воздействия на пену. В противном случае при разрушении газовых пузырей сорвавшиеся с них клетки будут выноситься в осветленную жид­кость.

В гидролизно-дрожжевом производстве наибольшее распро­странение получил флотатор, изображенный на рис. 4.1. Он представляет собой цилин­дрическую емкость 5 с плос­ким днищем, внутри которой установлен стакан 4 с конус­ным кольцевым лотком 2. Кольцевое пространство между емкостью 5 и стаканом 4 разгорожено радиальными перегородками на пять секций. Перегородка 12 между секциями I и V доходит до дна флотатора, а перегородки 3 между другими секциями до дна не доходят.

Рис. 4.1. Флотатор кормовых дрожжей

Внизу каждой малой секции установ­лены барботеры 11, подсоединенные к коллектору 10 для подачи воздуха. В верхней части центрального стакана 4 размещен механический пеногаситель 1.

Выходящая из ферментатора газожидкостная смесь вводится во флотатор через патрубок 8. По мере движения по кольце­вому пространству секции 1 происходит ее расслоение. Бражка, обедненная биомассой, перетекает последовательно через секции II—V, где она дополнительно вспенивается вводимым через бар­ботеры воздухом. Осветленная бражка выводится из флотатора через штуцер 6.

Пена, обогащенная дрожжами, переваливается на кониче­ский лоток 2 и стекает по нему в центральный стакан 4. Здесь она разрушается механическим пеногасителем 1, чему способ­ствует подаваемый из бачка 9 химический пеногаситель, и выво­дится через штуцер 7.