2. Призначення та галузь використання виробу, що розробляється

Найбільш перспективним і широко використовуваним способом виробництва глютамінової кислоти є мікробіологічний синтез. Вперше про можливість отримання L- глютамінової кислоти безпосередньо з вуглеводів за допомогою мікроорганізмів методом глибинного культивування повідомили в 1957 р. японські вчені Кіносіта, Асаї та ін.

До теперішнього часу з'ясовано, що здатністю продукувати глютамінову кислоту володіють деякі дріжджі, мікроскопічні гриби, бактерії. Проте практично лише бактерії можуть синтезувати глютамінову кислоту з виходом не менше 40% щодо вихідного цукру або іншої сировини. Тому промислове значення мають поки тільки бактерії, що відносяться до родів Micrococcus, Brevibacterium, Microbacterium, Corynebacterium [3].

Це, головним чином, паличкоподібні, грампозитивні, нерухомі бактерії, що не утворюють спор. Специфічною для них є обов'язкова потреба в біотині або в біотині і тіаміні одночасно. Сировиною для отримання глютамінової кислоти крім вуглеводів можуть бути також різні вуглеводні, починаючи від природного газу (метан, етан) і кінчаючи н-парафінами або ароматичними сполуками (бензиловий спирт пірокатехін та ін.). Можуть бути також використані газойль, оцтова, аміномасляна, фумаровая кислоти і ряд інших продуктів [3,8].

Надалі розглянемо апарати, що викорисовуються на стадії відділення оброби культуральної рідини. А саме: збірники з механічним перемішуючим пристроєм, нутч-фільтр, вакуум-випарна установка, вакуумний кристалізатор, центрифуга періодичної дії з ножовим автоматичним вивантаженням та одновальцева сушарка під тиском нижче атмосферного.

1) Ємнісне обладнання - це спеціальні конструкції з металу , які призначені для прийому , зберігання та видачі газоподібних і рідких продуктів при температурах від -210 °C до +700 °C і під надлишковим тиском до 100 кг/см², а також під вакуумним і атмосферним тиском.

Простою мовою , ємнісне обладнання виконує роль резервуарів для рідких і газоподібних середовищ [20].

Виробництво ємнісного обладнання ведеться на багатьох машинобудівних підприємствах. Це пов'язано з тим, що дана сфера дуже затребувана в промисловій індустрії. На сьогоднішній день без виробництва ємнісного і резервуарного обладнання не може обійтися жодна харчова, нафтова, газова галузь. Ємнісне обладнання дозволяє зберігати, перевозити і відпускати різні види рідких і газоподібних речовин. Харчове ємнісне обладнання використовується на підприємствах харчової промисловості для зберігання і виведення різних елементів живлення [20].

Завод ємнісного обладнання ретельно стежить за продукцією, що випускається, постійно перевіряючи на герметичність, щільність і міцність готових виробів. Резервуари, виконані за допомогою зварювання, на заводі ємнісного і резервуарного обладнання перевіряються спеціальним радіографічним обладнанням. Устаткування, створене для транспортування та зберігання небезпечних матеріалів, проходить додаткову пневматичну і гідравлічну перевірку, ємнісне обладнання для харчової промисловості має також відповідати всім нормативним вимогам.

На сьогоднішній день, ємнісне обладнання представлено в широким діапазоном видів. По-перше, ємнісне обладнання виготовляється з металів різного роду. В основному це матеріали з нержавіючої сталі: харчові, кислотостійкі і жароміцні. Для зберігання хімічних рідин , ємнісне обладнання з металу виробляється з використанням нержавійки (вуглецевої нержавіючої сталі). По-друге, за своїм типом, ємності поділяють на: наземні та підземні , горизонтальні і вертикальні, а також залежно від форми днища [20].

Крім усього вище перерахованого, ємнісне обладнання з нержавійки може оснащуватися різними датчиками рівня, мішалками, оглядовими люками, вимірювальними приладами і т.д.

Залежно від типу, ємнісне обладнання поділяють: горизонтальні та вертикальні.

При складанні апаратурної схеми було вибрано вертикальний збірник оснащений механічним перемішуючим пристроєм, який оснащений датчиками рівня, оглядовими люками, вимірювальними приладами (Рис. 2.1).

Рисунок 2.1. Ємнісне обладнання NORMIT [23].

Вертикальні ємності - також, як і горизонтальні виготовляються з нержавіючої та вуглецевої сталі [20].

Пересувне і стаціонарне ємнісне обладнання , відкритого та закритого типу, що володіє потрібною кількістю стінок і перегородок, з різними формами дна і термо-ізольовані - виконують виробники ємнісного обладнання на замовлення клієнта, використовуючи під час цього необхідну документацію, а також сертифікати якості. Перед здачею резервуара в експлуатацію - він ретельно перевіряється за допомогою багатьох випробувань. Ємності зі зварювальними швами перевіряються на герметичність і міцність , що дозволяє бути впевненим у її експлуатаційних характеристиках. Тому, етап виготовлення ємнісного обладнання є дуже важливим виробничим процесом. Крім виготовлення ємнісного обладнання виробники пропонують готову продукцію, а й надають такі послуги: монтажні та демонтажні послуги, підбір і розміщення обладнання, навчання персоналу і розробка документації [20].

2) Нутч-фільтр. Опис конструкції та характеристика роботи апарату наведені в розділі 3.

3) Вакуум-випарна установка.

Вакуум - випарний апарат (Рисунок 2.2)являє собою герметичну циліндричну ємність з нержавіючої харчової сталі, оснащену перемішуючим пристроєм з приводом, сорочкою з теплоносієм. Розрідження в апараті створюється за допомогою вакуум- насоса [24].

Рисунок 2.2 Конструкція вакуум-випарного апарату [24].

На пульті управління знаходяться пускачі перемішуючого пристрою, вакуум- насоса, терморегулятор з індикацією значення температури продукту, пускачі ТЕНів (при електропідігріві). Розрідження в апараті контролюється за допомогою вакууметра. Передбачена можливість регулювання тиску в апараті [24].

Вакуум-випарний апарат складається з вертикального корпусу з сорочкою нагріву, ротора і розташованого всередині конденсатора. На несучій конструкції ротора розташовані рухливі високоточні щітки, які відцентровими силами притискаються до внутрішньої поверхні гріючої стінки. Щітки, що обертаються, захоплюють продукт і відразу ж створюють на гріючої стінці тонку плівку з високою турбулентністю. Під впливом гравітації продукт по спіралі стікає вниз. При цьому летюча фаза продукту випаровується [22]. Пари конденсуються на внутрішньому конденсаторі. Не випарена частина продукту протягом декількох секунд досягає нижнього краю зони нагріву і видаляється з випарного апарату [22].

Вакуумне випарювання є термічним процесом розділення, який здійснюється під вакуумом від 1 до 0,001 мбар. Завдяки цьому температура випарювання знижується, що дозволяє без пошкодження розділяти висококиплячі і чутливі до високої температури продукти [22].

Перевагою варіння при тиску нижче атмосферного, є кипіння продукту при температурі нижче 100 °С, що в значній мірі сприяє більшому збереженню поживних речовин, фарбувальних пігментів сировини в порівнянні з випарюванням при атмосферному тиску. При уварюванні під вакуумом процес випарювання однієї і тієї ж кількості вологи протікає швидше, ніж при випаровуванні при атмосферному тиску [24].

4) Вакуумний кристалізатор (Рисунок 2.3).

Принцип дії: У вакуумному кристалізаторі суспензія кристалів циркулює через відсмоктувальну трубу за допомогою мішалки. У цьому кристалізаторі дрібні частинки вилучаються, здатність деструкції шляхом видалення маточного розчину з дрібними кристалами (дрібна фракція) із зони перегородки. Енергія, необхідна для випаровування надходить в систему нагріванням циркуляції маточного розчину. Нагрівання також навпроти розчиняє дрібну фракцію і, отже, може вплинути на розмір товарного кристала і класифікацію за розмірами.

Переваги: низькі експлуатаційні витрати; тривалі робочі цикли; можливість контролювання розміру кристала; можливість вибору діапазону розмірів кристала; покращена фільтрації та центрифугування [24].

Застосування:використовується для отримання дуже високої щільності розчину в робочому обсязі кристалізатора; вибірковий діапазон дрібних кристалів може бути видалений і розчинений; безперервний режим експлуатації.

Рисунок 2.3. Вакуум-кристалізатор [25].

5) Горизонтальна фільтруюча центрифуга періодичної дії з ножовим вивантаженням осаду.

Фільтруючі центрифуги ( ФГН ) (Рисунок 2.4) застосовуються для розділення суспензій з середньо- і дрібнозернистою (розмір часток більше 30 мкм), переважно розчинної твердою фазою, коли допускається дроблення частинок осаду [26].

Робота центрифуг найбільш ефективна при об'ємному вмісті суспензії більше 10%. У їх конструкціях передбачена можливість хорошого віджимання і ефективної промивки осаду. Конструктивні модифікації центрифуги з осаджувальним ротором призначені для поділу малоконцентрованих погано фільтруючих суспензій з нерозчинної твердої фазою. (розмір часток 5 - 40 мкм) Осад в цих центрифугах не промивається [26].

Основна перевага центрифуг типу ФГН полягає в можливості проведення всіх стадій процесу в автоматичному режимі і при постійній частоті обертання ротора. До їх недоліків слід віднести подрібнення кристалів при зрізі осаду, великі труднощі регенерації фільтруючого перегородки при обробці суспензій з нерозчинної твердої фазою [26].

1 - розвантажувальний бункер, 2 - живильна труба, 3 - механізм зрізу осаду, 4 - кожух, 5 - ротор, 6 - опори вала; 7 - вал, 8 - станина; 9 - привід.

Рисунок 2.4. Конструктивна схема центрифуг типу ФГН з консольним ротором [26].

Загальний конструктивна ознака таких центрифуг - горизонтальне розташування осі ротора 5, вал 7 якого обертається в підшипниках кочення, встановлених в станині 8. Привід центрифуги від електродвигуна через клиноременну передачу. У передній кришці центрифуги змонтований механізм зрізу осаду 3, розвантажувальний бункер 1, що живить труба 2, труба промивання і регенерації (для фільтруючих центрифуг), регулятор рівня шару завантаження і перемикач ходу ножа. Повоpoтна кришка підвішена на петлях, ущільнена гумовою прокладкою [26].

При роботі фільтруючої центрифуги суспензія через регульований завантажувальний клапан і живильну трубу вступає у обертовий з повною швидкістю ротор і рівномірно розподіляється по поверхні сит.

Фільтрат, промивний фільтрат і рідина після регенерації сит відводяться роздільно. При досягненні заданої товщини шару осаду в роторі подача суспензії автоматично припиняється, після чого відбувається віджимання і промивання осаду. Віджатий після промивання осад зрізається ножем (або скребком) і вивантажується з центрифуги.

Типовий цикл роботи фільтруючих центрифуг складається з операції фільтрування суспензії з утворенням осаду, його промивання, відцентрового віджиму осаду після промивки, вивантаження осаду і регенерації фільтруючої перегородки. Остання операція залежно від проникності шару, що залишається після зрізу осаду, може проводиться в кожному циклі або через кілька циклів.

6) Одновальцева сушарка під тиском нижче атмосферного.

Вальцова вакуум-сушарка (Рисунок 2.5) застосовується в тих випадках, коли необхідно знизити температуру сушки [27].

1-вальці; 2-скребки, 3-патрубок для вологого матеріалу; 4-патрубок для відводу газу; 5,7-дзвони; 6-камера для збору сухого матеріалу.

Рисунок 2.5. Вальцова вакуум-сушарка [27].

Від звичайної вальцьовий сушарки вона відрізняється тим, що вальці 1 оточені кожухом, у внутрішньому просторі якого створюється вакуум. Вологий матеріал подається через патрубок 3. При обертанні вальців матеріал прилипає до них, висушується і висушений зрізається скребками 2. Утворений пар відсмоктується через патрубок 4 [27].

В апаратах, безперервно перероблюючих сипучий матеріал під вакуумом, особливо важким завданням є пристрій завантаження і вивантаження матеріалу, оскільки сам кусковий матеріал, що має канали між частинками, не може служити затвором, як рідина [27].

Це завдання , зокрема і для вакуум-сушарок безперервної дії, вирішується двома шляхами.

1. Завантаження та розвантаження ведеться періодично, наприклад, один раз на зміну. У цьому випадку сирий матеріал засипається в закритий живильний бункер і витрачається звідти, а висушений накопичується в збірному бункері сушарки протягом певного часу (зміни), після чого відключається вакуум і здійснюється розвантаження збірного бункера [27].

2 . Застосовуються герметичні затвори. Для розвантаження застосовується, наприклад, шлюзовий затвор. У цьому затворі дзвони відкриваються в наступному порядку: при закритому дзвоні 7 відкривається дзвін 5, матеріал пропускається з конуса сушарки в камеру 6, потім закривається дзвін 5 і відкривається дзвін 7 - матеріал випускається із сушарки. При необхідності підвищити герметичність число камер- шлюзів збільшується до 3 - 5. Закриває і відкриває заслінок шлюзів і їх чергування може бути легко автоматизовано [27].