Instalatia universala de sinteza

Instalatia universala de sinteza

Instalatia universala de biosinteza

Instalatia de distilare simpla

Schema instalatiei de distilare cu deflegmator

Schema instalatiei de distilare extractiva

Instalatia de antrenare cu vapori de apa

Cristalizator basculant Cristalizator rotativ

Vas pentru sublimarea iodului

Instalatia de sublimare a acidului salicilic

Instalatia pentru sublimare fractionata    Reactor de amestecare separare

Extractor cu agitare si filtrare

Extractorul Podbielniak

Extractorul Luwesta Instalatia de extractie tip coloana in contracurent

Extractor continuu in extracurent

Reactor adiabatic

Clorurator    Reductor

Nitrator Fermentator de regim

1.3. RANDAMENT. BILANT DE MATERIALE SI ENERGIE.

Randamentul unui proces este dat de raportul dintre cantitatea produsului obtinut practic Gp si cantitatea teoretica Gt care s-ar putea obtine din materiile prime corespunzatoare.

Randamentul se exprima in procente. Cu cat valoarea lui se apropie mai mult de 100% cu atat pretul produsului finit este mai scazut.

Daca procesul de fabricatie are mai multe faze si fiecarei faze ii corespunde un anumit randament, randamentul total in produs finit pentru intregul proces este:

unde η η η η_n reprezinta randamentele fazelor procesului.

In cazul proceselor chimice din care rezulta pe langa produsul principal mai multi produsi secundari, si ramane si materie prima netransformata, randamentul se exprima ca raportul intre conversia utila C_u si conversia totala C_t.

unde Stu = substanta transformata in produs util; Si = substanta introdusa; St = substanta transformata.

Pentru determinarea consumului de materii prime, a cantitatii de produsi rezultati, a dimensiunilor si capacitatilor de productie a instalatiilor, se realizeaza un bilant de materiale si energie.

Acest bilant are la baza legea conservarii materiei si energiei.

In cazul bilantului de materiale se aplica legea conservarii materiei, adica cantitatea G₁ a materiilor intrate in fabricatie ar trebui sa fie egala cu cantitatea G₂ a materiilor rezultate:

G₁ = G₂

Practic aceasta egalitate nu poate fi realizata datorita pierderilor inevitabile, astfel incat relatia de mai sus devine:

G₁ = G₂ + G_p, unde G_p = masa pierderilor

Bilantul general se raporteaza la toata instalatia si se aplica pentru toate substantele.

Bilantul partial se refera la una sau mai multe substante sau chiar la toate substantele pentru o anumita parte a instalatiei.

Pentru intocmirea bilantului de materiale la procesele chimice, se folosesc ecuatiile reactiilor chimice care stau la baza procesului respectiv. Rezultatele bilantului sunt prezentate in tabele.

Bilantul de materiale este foarte important pentru:

q      executarea corecta a procesului tehnologic;

q      alegerea corecta a schemei tehnologice si a dimensiunii aparatelor.

El permite gasirea pierderilor de materiale si cunoasterea compozitiei amestecului de reactie. Bilantul de materiale reflecta gradul de perfectionare al proceselor tehnologice si permite controlul cantitativ al procesului tehnologic.

Alaturi de bilantul de materiale trebuie intocmit si bilantul de energie caracteristic unui proces tehnologic dat.

Bilantul de energie (termica sau electrica) se exprima prin relatia:

Q_i + Q_p = Q_c + Q_r

unde:

Q_i = suma caldurilor (energiilor) intrate in proces

Q_p = suma caldurilor (energiilor) preexistente

Qc = suma caldurilor (energiilor) cedate

Q_r = suma caldurilor (energiilor) ramase la sfarsitul procesului

Bilantul energetic se alcatuieste sub forma de tabele sau grafice si se intocmeste pentru intreaga durata a procesului tehnologic sau numai pentru un anumit interval de timp.

1.4. CRITERII IN EVALUAREA PROCESELOR BIOTEHNOLOGICE

Pentru asimilarea industriala a proceselor biotehnologice, acestea trebuie sa indeplineasca urmatoarele cerinte:

q      produsul de reactie sa se obtina cu participarea agentului biologic;

q      costul produsului obtinut sa depaseasca foarte mult costul materiei prime initiale, astfel incat productia realizata sa poata compensa cheltuielile necesare pentru obtinerea agentului biotehnologic;

q      medicamentele obtinute prin biotehnologie sa fie eficiente si sa fie retinute in organismul uman in cantitati extrem de mici;

q      obtinerea produsului pe cale biotehnologica sa fie cea mai reantabila alternativa de preparare a produsului.

Criteriile de evaluare a eficientei proceselor biotehnologice sunt:

1. Productivitatea procesului biotehnologic - reprezinta cantitatea de produs obtinut pe unitatea de volum a bioreactorului in unitatea de timp.

Productivitatea se noteaza cu P si depinde de foarte multi factori printre care:

q      randamentul de obtinere a produsului (Yp/s);

q      cantitatea de biomasa activa din reactor (X);

q      activitatea agentului biologic ce se concretizeaza prin viteza de consumare a substratului (qs).

Deci, productivitatea procesului biotehnologic se poate exprima prin relatia:

P = qs·Yp/s·X (g/lh)

Pentru fiecare proces biotehnologic analiza acestei interdependente permite rezolvarea problemei pe baza careia poate fi marita productivitatea. Astfel, cresterea productivitatii pe baza maririi valorilor parametrilor qs si Yp/s necesita cunostinte stiintifice foarte aprofundate asupra fiziologiei si biochimiei agentului biologic.

2. Randamentul - exprima eficienta de utilizare a substratului pentru biosinteza si este o caracteristica foarte importanta a procesului biotehnologic.

Randamentul de obtinere a produsului Yp/s este legat direct de productivitate. O crestere mica a parametrului Yp/s poate duce la o crestere semnificativa a productivitatii procesului si implicit o scadere a pretului de cost a produsului final.

Pentru evaluarea cat mai buna a biotransformarilor in procesele biotehnologice se utilizeaza urmatoarele tipuri de randamente:

q      Randamentul teoretic Yteor - caracterizeaza randamentul limita de obtinere atunci cand toata energia libera din substrat trece in produs. Valoarea Yteor este practic nerealizabila, dar este necesara pentru calculul de prognozare. Se determina pe baza bilantului de masa si de energie a procesului de biosinteza. O modalitate de determinare a Yteor frecvent utilizata este pe baza teoriei redoxonilor. In acest caz este necesara cunoasterea compozitiei elementare a substratului si produsului. Randamentul teoretic se determina pe baza bilantului de masa si energie atunci cand continutul energetic al substantelor organice se determina in echivalenti de electroni accesibili (redoxoni).

unde γ_s γ_p reprezinta gradul de reducere al substratului, respectiv al produsului, iar σ_s σ_p reprezinta cantitatea de carbon din substrat, respectiv din produs.

q      Randamentul experimental Yexp - reprezinta cantitatea de produs rezultat raportat la cantitatea de substrat utilizat.

,

unde ΔP = cantitatea de produs rezultat, ΔS = cantitatea de substrat utilizat. Valoarea randamentului experimental este limitata din mai multe cauze de natura fiziologica si tehnologica, precum si de aparatura.

q      Randamentul real Yprod - serveste la controlul si comanda procesului de biosinteza.

q      Randamentul energetic - al procesului de biosinteza:

Valorile cele mai ridicate (0,98) apar la procesele de bioconversie simpla (ce constau dintr-o reactie sau 2-3 reactii). Pentru procesele mai complexe care implica cresterea microorganismelor valoarea η este de aproximativ 0,6.

1.7. COROZIUNEA

Evans defineste coroziunea ca fiind fenomenul de distrugere a materialelor solide sub influenta mediului in urma unor reactii chimice, electrochimice sau biochimice.

Distrugerea mecanica fara actiunea mediului inconjurator poarta numele de eroziune.

Metalele si aliajele sunt cele mai expuse efectelor coroziunii.

Pentru majoritatea metalelor aflate in conditii atmosferice, starea elementara este termodinamic instabila. Tendinta metalelor de a trece in stare ionica (tendinta de coroziune) difera mult de la un metal la altul.

Fenomenele de coroziune sunt foarte complexe si apar sub cele mai variate forme, ceea ce face dificila o clasificare riguroasa a lor.

Coroziunea se poate clasifica dupa mai multe criterii.

Dupa natura agentului corosiv se poate distinge:

q      coroziunea uscata - produsa de gaze la temperaturi ridicate, cand pe suprafata metalului se formeaza pelicule solide, aderente, constituite din produsi de coroziune;

q      coroziunea umeda - apare atunci cand metalul vine in contact cu un mediu corosiv lichid sau cu umiditatea din sol;

Dupa gradul de extindere al fenomenului se distinge:

q      coroziunea generalizata - care poate fi de suprafata sau in volum;

q      coroziunea localizata - atunci cand atacul este restrans ca arie.

Dupa aspectul macroscopic si microscopic al efectelor agentilor corozivi asupra metalelor sau aliajelor exista mai multe tipuri de coroziune:

q      coroziunea uniforma;

q      coroziunea neuniforma.

Dupa mecanismul de producere coroziunea este de trei tipuri:

q      chimica;

q      electrochimica;

q      biochimica.

Coroziunea uniforma (figura 1.4) - apare in urma faptului ca viteza de atac a agentului corosiv este egala pe suprafata metalului, agentul corosiv neformand pelicule protectoare. Ea se mai poate produce si in cazul unor aliaje formate din zone anodice si catodice cu granulatie fina, uniform distribuita. Ca exemple, literatura citeaza corodarea unor oteluri inoxidabile sub actiunea acidului clorhidric, corodarea cuprului in acid azotic, a fierului in acid clorhidric, a aluminiului in hidroxizi alcalini sau a zincului in acid sulfuric. Coroziunea uniforma poate fi exprimata prin grosimea stratului corodat in functie de timp, de exemplu in mm/an.

Figura 1.4 Coroziune uniforma

Coroziunea neuniforma - in cadrul acestui tip de coroziune pot apare mai multe subtipuri de coroziune si anume:

In pete (figura 1.5) - este o forma accentuata a coroziunii neuniforme. Se poate intalni ca efect corodant al apei asupra unor oteluri.

Figura 1.5 Coroziune in pete

Perforanta (figura 1.6) - se mai numeste coroziune in cratere sau ciupituri datorita aspectului sau. Este forma extrema a coroziunii neuniforme. Acest tip de coroziune poate fi produsa sub actiunea unor bacterii sau sub actiunea diverselor medii asupra unor metale care pasiveaza (Cr, Al, otel-Cr-Ni) si apare ca rezultat al distrugerii peliculei protectoare in diferite zone. Se intalneste cel mai adesea in cazurile in care intr-un mediu agresiv exista simultan ioni de clor si un oxidant. Coroziunea perforanta este rezultatul atacului agentului corosiv intr-un singur punct al suprafetei metalului. Ea inainteaza cu repeziciune, perforand intr-un timp relativ scurt, o placa de metal, scotand din uz un reactor, un rezervor, o conducta. Coroziunea perforanta se exprima prin numarul si adancimea craterelor formate pe unitatea de suprafata, in functie de timp.

Figura 1.6 Coroziune perforanta

Intercristalina (figura 1.7) - apare in cazul unor anumite aliaje tratate termic si la care fenomenul de cristalizare a fost perturbat. Este foarte periculoasa din cauza distrugerii metalului la marginea cristalitelor. Legatura dintre cristalite slabeste, coroziunea patrunde de-a lungul limitelor lor, ceea ce reduce brusc rezistenta si plasticitatea metalelor. Acest tip de coroziune se manifesta la numeroase aliaje ca: oteluri inoxidabile cu un continut ridicat de crom, oteluri de crom si nichel, aliaje Cu-Al (duraluminiu), aliaje Mg-Al (magnaliul), etc.;

Figura 1.7 Coroziune intercristalina

Selectiva (figura 1.8) - se poate intalni in cazul unor aliaje de cupru si zinc, in care zincul este atacat de agentul corodant, in timp ce cuprul ramane neatacat. In acest mod se produce dezincarea alamei.

Figura 1.8 Coroziune selectiva

Transcristalina sub tensiune (figura 1.9) - se intalneste in cazul otelurilor austenitice (V₂A care contin 0,1% C, 18% Cr, 8% Ni, 73,9% Fe), asupra carora actioneaza solutii de cloruri. Ultimele trei tipuri de coroziune se evalueaza prin masurarea variatiilor proprietatilor mecanice ale materialelor supuse coroziunii.

Figura 1.9 Coroziune transcristalina sub tensiune

1.11. CATALIZA SI CATALIZATORII

Cataliza este fenomenul prin care se influenteaza viteza reactiilor chimice cu ajutorul unor substante straine fata de reactanti, substante care poarta denumirea de catalizatori.

Actiunea catalizatorilor se manifesta prin micsorarea energiei de activare a moleculelor reactantilor. Astfel reactia chimica se poate realiza in timp mai scurt si la o temperatura mai scazuta.

Catalizatorii nu afecteaza echilibrul chimic. Ei ofera o cale alternativa de reactie, in general cu un alt mecanism de reactie fata de reactia necatalizata.

Dupa sistemul in care au loc reactiile catalitice, cataliza se clasifica in:

q      cataliza omogena - reactantii si catalizatorii se gasesc in aceeasi faza (gaz-gaz, lichid-lichid);

q      cataliza pseudoomogena - sunt utilizate solutii coloidale de catalizatori;

q      cataliza heterogena - reactantii si catalizatorul se gasesc in faze diferite (gaz-solid, gaz-lichid, lichid-solid).

In cazul catalizei omogene catalizatorul este implicat direct in mecanismul de reactie. Cel mai simplu mecanism presupune o combinare intre catalizator si unul dintre reactanti A numit substrat. In urma acestei reactii de combinare se formeaza un complex (intermediar), care apoi se descompune dand nastere la produsii de reactie P.

O reactie necatalizata este de tipul:

O reactie in care sunt implicati catalizatorii poate fi schematizata in modul urmator:

Diagramele energetice ale unei reactii catalizate prin intermediar si a unei reactii necatalizate sunt redate in figura 1.10.

Figura 1.10 Diagrame energetice

Pentru realizarea reactiei este nevoie de o energie de activare E₁ care este necesara pentru depasirea barierei de potential. In prezenta catalizatorului au loc reactii intermediare cu energiile E₂ si E₃ a caror suma E₂+E₃ este mai mica decat valoarea E₁ (energia de activare a reactiei necatalizate).

Un mecanism mai rar intalnit este cel care implica o ciocnire trimoleculara intre substratul A, reactantul B si catalizator.

Diferentele intre valorile medii ale energiilor de activare (in cal/mol) pentru reactiile catalizate si cele necatalizate sunt mari.

Pentru reactiile necatalizate valorile energiei de activare sunt mai mari de 30000, pentru reactiile catalizate sunt cuprinse intre 30000-16000, dar pentru reactiile enzimatice sunt mai mici de 10000.

In cataliza heterogena se folosesc in cele mai multe cazuri catalizatori solizi sub forma de pulberi fine, semiconductori sau oxizi. Reactia chimica se desfasoara cu o viteza crescuta la interfata dintre o faza fluida si una solida (catalizatorul). Actiunea catalitica a interfetei este aceeasi ca a oricarui catalizator in sensul ca ofera o cale alternativa de reactie, care se caracterizeaza printr-o energie de activare mai mica.

Etapele parcurse in mecanismul reactiilor pe suprafete solide (cataliza heterogena) sunt urmatoarele (figura 1.11):

difuzia reactantilor la suprafata externa a catalizatorului solid;

difuzia interna in porii catalizatorului;

adsorbtia reactantului pe suprafata catalizatorului;

reactia chimica ce are loc la suprafata catalizatorului;

desorbtia produsilor;

contradifuzia interna a produsilor;

difuzia produsilor de la suprafata catalizatorului.

Figura 1.11 Etapele implicate in cataliza heterogena

Activitatea catalizatorilor solizi depinde de marimea si proprietatile suprafetei, compozitia chimica a stratului superficial. Viteza de reactie si randamentul procesului catalitic sunt influentate in mare masura de raportul cantitatilor dintre reactant si catalizator. Viteza de volum (V_vol) este o marime ce exprima acest raport cantitativ reactant/catalizator si este raportul dintre volumul fluidului (V_fluid) ce trece prin sistem in unitatea de timp si volumul de umplere a catalizatorului (V_cat).

Timpul de contact dintre reactanti si catalizator, precum si suprafata catalizatorului influenteaza mult viteza de reactie.

Marirea suprafetei catalizatorului se realizeaza prin depunerea acestuia pe un suport cu porozitate mare (carbune activ, silicagel, alumina, Al₂O₃, alumino-silice, Al₂O₃/SiO₂, etc.).

In unele cazuri pentru imbunatatirea activitatii catalitice se adauga promotori. Acestia sunt substante care au o activitate catalitica slaba sau nula, dar care adaugati in cantitate mica la un catalizator au ca efect ridicarea activitatii catalitice sau marirea selectivitatii catalizatorului.

Prin selectivitatea catalizatorului se intelege capacitatea acestuia de a orienta o reactie chimica spre obtinerea preferentiala a unui anumit produs, atunci cand prin procesul catalitic se pot obtine mai multi produsi.

Un exemplu clasic de selectivitate a catalizatorului este procesul de transformare a alcoolului etilic in diversi produsi (tabelul 1.4).

Tabelul 1.4

In anumite procese catalitice, pentru a controla reactia chimica, se micsoreaza viteza ei prin folosirea unor inhibitori sau otravuri de catalizatori. Acestia sunt substante straine de sistemul de reactie care scad viteza prin reducerea centrilor activi ai catalizatorului. Otravirea catalizatorului poate fi temporara sau permanenta.

Substantele otravitoare sunt chemosorbite pe suprafata de contact. Daca adsorbtia este reversibila si constanta de echilibru a procesului este relativ mica, efectul de otravire este temporar si poate fi anulat prin eliminarea substantei otravitoare din alimentarea reactorului. Astfel azotul din aer serveste ca otrava temporara in oxidarile catalitice.

Cele mai frecvente otraviri sunt ireversibile si se produc prin efectul unor substante straine asupra centrilor activi ai catalizatorului pe care ii reduc ca numar pe unitatea de suprafata.

Un exemplu de selectivitate pentru catalizatori otraviti il constituie catalizatorul de Ni otravit cu saruri de Pb²⁺ folosit in reactia de hidrogenare a alchinelor la alchene.

Principalele tipuri de reactii catalitice realizate la scara industriala sunt:

q      Reactii de oxidare - se utilizeaza drept catalizatori o serie de metale (Cu, Ag, Pt), oxizi (V₂O₅, Fe₂O₃, CuO, oxizi de azot), saruri de Mn, Fe, Co, Ni;

q      Reactii de dehidrogenare - sunt catalizate de metale (Cu, Ag, Ni, Pd, Pt) sau oxizi metalici (Al₂O₃, Cr₂O₃, Me₂O₃);

q      Reactii de hidrogenare - sunt catalizate de metale (Fe, Co, Ni, Pt, Pd, Cu) si oxizi (Cr₂O₃, MnO, Fe₂O₃);

q      Reactii de hidratare si hidroliza - se utilizeaza acizi (H₂SO₄, H₃PO₄, HCl), baze (NaOH, KOH, Ca(OH)₂), oxizi (SiO₂, Al₂O₃, ThO₂, ZnO/Cr₂O₃);

q      Reactii de deshidratare - sunt catalizate de acizi (H₂SO₄, H₃PO₄), oxizi (Al₂O₃/ SiO₂, ThO₂ ) sau saruri (sulfati, fosfati ai unor metale);

q      Reactii de condensare si polimerizare - sunt catalizate de halogenuri (AlCl₃, SnCl₄), acizi (H₂SO₄, HCl), baze (NaOH, KOH), compusi organometalici (Al(C₂H₅)₃+TiCl₄), saruri de sodiu (acetati. carbonati, bicarbonati).

Tipuri de reactoare utilizate in procesele fermentative

Procesele fermentative au loc in reactoare numite fermentatoare sau bioreactoare.

Bioreactoarele pot fi clasificate in patru tipuri:

o      cu rezervor si cu sistem de agitare (figura 14);

o      prin barbotare de aer (figura 15),

o      cu microtransportoare (bioreactor cu strat fix) (figura 16);

o      cu membrane (bioreactor cu strat fluidizat) (figura 17).

Reactoarele utilizate cel mai frecvent datorita rezistentei, a experientei in design (in proiectare) si a potentialului de dimensionare, sunt reactoarele cu rezervor prevazute cu agitare.

Cinetica cresterii celulelor si formarea produsului nu depinde numai de tipul bioreactorului utilizat, ci si de modul cum este condus procesul de crestere a masei celulare.

Se folosesc trei tipuri de procedee de fermentatie:

o      procedeul discontinuu (batch);

o      procedeul semicontinuu (feed-batch);

o      procedeul continuu.

Figura 14. Bioreactor cu rezervor si cu sistem de agitare

Figura 15. Bioreactor prin barbotare de aer

Figura 16. Bioreactor cu strat fix

Figura 17. Bioreactor cu strat fluidizat

Separarea produselor obtinute prin biosinteza

Una dintre problemele de importanta majora pentru industria de biosinteza este separarea produselor obtinute prin fermentatie.

Acestea se gasesc fie in lichidul de cultura, fie in masa celulara, iar separarea lor se realizeaza prin urmatoarele procese:

filtrarea masei celulare;

extractia produselor din lichidele filtrate;

purificarea produselor separate.

Filtrarea masei celulare din lichidul de fermentatie

In industria de biosinteza, procesul de filtrare a masei celulare este foarte dificil datorita naturii miceliului care poate fi fibros, mucilaginos sau sub forma de pasta.

Pentru filtrarea lichidelor care contin masa celulara fibroasa provenita din culturile diferitelor specii de microorganisme din clasa Penicillium si Aspergillus sunt utilizate filtre rotative cu vid. Acestea functioneaza continuu, ofera o mare suprafata de filtrare si posibilitati de spalare a miceliului pe filtru, iar caracterul fibros al miceliului permite detasarea usoara de pe suprafata filtrului.

Filtrul rotativ cu vid (figura 3) este format dintr-un tambur rotativ compus din doi cilindri orizontali coaxiali. Cilindrul exterior este perforat si acoperit cu material filtrant, iar spatiul dintre cei doi cilindri este impartit in 10-12 celule etanse, fiecare celula functionand succesiv si independent ca filtru nuce.

Legatura dintre celule si conductele de vid se realizeaza prin intermediul capului de distributie. Indepartarea miceliului de pe tambur se face cu ajutorul unui cutit.

Tamburul filtrului rotativ cu vid are un grad diferit de scufundare in suspensia ce se filtreaza. Stabilirea adancimii de scufundare se face in functie de caracterul stratului filtrant si de necesitatile de filtrare si uscare.

Filtrele rotative cu vid pot fi construite din otel carbon, otel inoxidabil, otel captusit cu cauciuc sau epoxid, aliaje, etc.

Alegerea materialului de constructie este determinata de caracterul agresiv al solutiilor ce se supun filtrarii.

Alegerea tipului de filtru se face functie de suprafata de filtrare. Filtrele sunt caracterizate prin: diametrul tamburului (m), suprafata de filtrare (m²), lungimea tamburului (m), turatia (rot./min), puterea motorului (KW).

Figura 3. Filtrul rotativ cu vid

1-tambur; 2-capul distribuitorului; 3-cutit razuitor, 4-buncar, 5-cuva pentru suspensie, 6-conducta de apa de spalare, 7-celule filtrante, 8-strat depus, I-zona filtrarii, II si IV-zonele uscarii, III-zona de spalare, V-zona de indepartare a stratului depus.

Alegerea materialelor filtrante pentru diferite suspensii se face in mod empiric. Se pot folosi tesaturi din bumbac, lana sau fibre sintetice. In alegerea panzei este necesar sa se tina seama de natura chimica a mediului, temperatura, presiune si modul de functionare al diferitelor tipuri de filtre. Tesaturile utilizate ca material filtrant trebuie sa prezinte anumite proprietati fizice si chimice ce se caracterizeaza prin rezistenta la rupere, rezistenta la acizi, la baze, temperatura admisibila (tabelul 2).

Tabelul 2. Caracteristicile principalelor materiale filtrante

Separarea miceliului de lichidele de cultura ale antibioticelor de provenienta bacteriana (streptomicina, tetraciclina) sau gramicidina, vitamina B₁₂ se face destul de greu, din cauza miceliului care are caracter mucilaginos si astupa rapid porii materialului filtrant.

De asemenea apar dificultati la filtrare datorate nestandardizarii lichidelor de cultura. Astfel, principalele proprietati care determina filtrabilitatea ca: vascozitatea, continutul de substanta suspendata, natura miceliului, etc., nu sunt identice pentru diferite sarje ale aceluiasi microorganism.

Studiile privind intensificarea procesului de fermentatie in vederea cresterii productiei de principii active, prin utilizarea mediilor de cultura concentrate, au dus la obtinerea de lichide care se filtreaza extrem de greu. Aceasta duce la pierderi in produs finit ca rezultat al degradarii de 10-20%.

Rezolvarea problemei filtrarii lichidelor de cultura nu se poate face numai prin perfectionarea echipamentului de filtrare, ci si prin modificarea radicala a proprietatilor de filtrare a lichidelor de cultura.

Astfel de metode de prelucrare a lichidelor greu filtrabile utilizate in productie includ:

o      coagularea termica si acida a particulelor proteice semicoloidale;

o      prelucrarea lichidelor cu electroliti pentru favorizarea agregarii miceliului;

o      adaugarea de ingredienti in lichidul de filtrare;

o      metode combinate.

Desfasurarea procesului de coagulare este determinata de influenta factorilor fizico-chimici si hidrodinamici.

Cantitatile de coagulant si pH-ul influenteaza filtrabilitatea solutiilor de antibiotice. Exista o valoare optima a acestora, valoare ce este dependenta de diferite lichide de cultura.

Asocierea coagularii acide cu coagularea termica mareste viteza de filtrare, dar incalzirea trebuie facuta cu grija pentru a nu se produce pierderi in produs.

Pentru coagularea acida se foloseste in mod obisnuit acidul oxalic. Ca umplutura se utilizeaza materiale poroase maruntite, obtinute prin tratarea speciala a unor sortimente de pamanturi sau roci vulcanice.

Reducerea rezistentei la filtrare prin prelucrarea lichidelor de cultura, a permis utilizarea filtrelor cu functionare continua de tipul filtrelor tambur cu vid si cu strat adjuvant, a caror viteza de filtrare este de 100-300 l/m²h.

Se utilizeaza mult filtrul tambur cu vid (figura 4), cu strat adjuvant si cu reinoirea suprafetei de filtrare.

Figura 4. Filtru tambur cu vid si cu strat filtrant

1-tambur, 2-capul distribuitorului, 3-cutit micrometric, 4-buncar, 5-cuva suspensie, 6-duza de spalare, 7-strat depus, 8-strat filtrant, I-zona filtrarii, II si IV-zone de uscare, III-zona de spalare, V-zona de indepartare a stratului depus

Acest filtru este asemanator cu filtrul tambur obisnuit, dar are in plus un cutit special cu avansare micrometrica care in timpul functionarii filtrului se deplaseaza spre tambur, indepartand miceliul filtrat impreuna cu stratul superior de substanta adjuvanta. Depunerea adjuvantului pe suprafata filtrului se face inainte de inceperea filtrarii, iar actionarea cutitului se realizeaza cu dispozitive hidraulice sau mecanice.

Viteza de filtrare a suspensiei in timpul depunerii stratului adjuvant este reglata cu ajutorul vidului, astfel incat durata depunerii unui strat de 20-100nm sa fie de 40-60min. Dupa depunerea adjuvantului, se regleaza cutitul micrometric astfel incat la o turatie a tamburului sa avanseze cu 0,15-0,45mm.

Ca material filtrant se foloseste o sita metalica sau o tesatura sintetica.

In cuva filtrului se introduce lichidul de cultura tratat si se incepe procesul de filtrare care continua pana cand pe suprafata tamburului ramane un strat filtrant cu grosimea de 5-8mm.

Turatia tamburului influenteaza foarte mult procesul de filtrare, cea mai intensa sporire a vitezei de filtrare se produce la o turatie n (rot./min.) de 0,5-0,66. La valori mai mari ale lui n, ritmul de crestere a vitezei de filtrare se micsoreaza, iar stratul de miceliu depus nu se deshidrateaza suficient, datorita micsorarii exagerate a duratei de uscare (figura 5).

Figura 5. Influenta turatiei tamburului asupra vitezei de filtrare (___) si a consumului de adjuvant (---) la filtrarea lichidelor de cultura a oxitetraciclinei(1) si a kanamicinei (2)