Каталог
Блог директора
Новости
Промышленные биореакторы
Области применения
Пищевая
БиохимияПромышленный биореактор — герметичная технологическая установка, в которой создаются и поддерживаются заданные условия для культивирования микроорганизмов и клеточных культур, ферментации и других процессов биосинтеза. Оборудование применяют при производстве лекарственных препаратов и вакцин, ферментов, пищевых добавок, сиропов и другой продукции, получаемой с использованием биотехнологических процессов.
В отличие от лабораторных установок, рассчитанных прежде всего на исследования, подбор питательной среды и отработку технологии, промышленные биореакторы предназначены для ведения процесса в производственном масштабе. «Каскад-металл» изготавливает биореакторы с учетом параметров конкретного технологического процесса. При проектировании специалисты компании:
- определяют необходимый рабочий объем;
- подбирают материалы для контактирующих и не контактирующих с продуктом частей;
- предусматривают требуемую систему перемешивания и аэрации;
- выбирают состав контрольно-измерительного оборудования;
- рассчитывают количество и расположение технологических портов;
- закладывают в проект обвязку и другие элементы.
Что такое промышленный биореактор
В промышленном биореакторе проводятся управляемые биологические процессы в производственном масштабе. В рабочую емкость загружают питательную среду и биоматериал, после чего внутри поддерживают условия, необходимые для культивирования микроорганизмов или клеточных культур. В зависимости от технологии результатом процесса могут быть ферменты, компоненты биологических препаратов и другие продукты биосинтеза.
Работа биореактора строится на контроле параметров среды. Система перемешивания равномерно распределяет компоненты по объему и выравнивает температуру и концентрацию растворенных веществ. При аэробном культивировании через среду подается газовая смесь. В конструкции для этого предусматриваются система аэрации и барботер. Расход отдельных газов может регулироваться контроллерами.
Нюансы работы оборудования:
- температуру поддерживают с помощью теплообменной системы и рубашки, через которую подается тепло- или хладоноситель;
- датчики позволяют контролировать температуру, pH и содержание растворенного кислорода (DO);
- давление отслеживается отдельными приборами и регулируется соответствующей арматурой;
- для защиты емкости предусматриваются предохранительные устройства.
Области применения промышленных биореакторов
Фармацевтическая промышленность
В фармацевтическом производстве биореакторы применяют на стадиях получения биомассы и культивирования клеток или микроорганизмов для выпуска вакцин и биофармацевтической продукции. Для таких процессов существенное значение имеет защита культуры от посторонней микрофлоры. Поэтому конструкция предусматривает герметичную емкость, возможность стерилизации, фильтрацию поступающих и отработанных газов, асептический пробоотбор и контролируемую подачу компонентов.
Пищевая промышленность
Биореакторы применяют при промышленном получении ферментов, заквасочных культур, ряда пищевых ингредиентов и добавок биотехнологического происхождения. При масштабировании таких процессов необходимо обеспечить однородность среды в большой емкости. Для аэробных культур дополнительно требуется достаточный перенос кислорода из газовой фазы в жидкую, поэтому перемешивание работает совместно с системой аэрации.
Биотехнологические производства
Биореакторы используют как основное оборудование для наращивания микробной или клеточной биомассы и получения продуктов биосинтеза (ферментов, отдельных белковых продуктов и других веществ). Здесь очень важно управлять процессом по фактическому состоянию культуры, а не только по заданному времени цикла. Для этого отслеживают pH, температуру и содержание растворенного кислорода. Через отдельные порты можно подавать культуральную жидкость и отбирать пробы, не открывая основную емкость.
Производство ветеринарных препаратов
В биореакторах получают биологический материал, используемый при производстве вакцин и других препаратов для животных. Для воспроизводимости партий нужно выдерживать заданные параметры культивирования и исключать неконтролируемое загрязнение среды. Поэтому при проектировании учитываются не только объем и производительность установки, но и необходимость стерилизации, фильтрации газов, пробоотбора, подачи компонентов и санитарной обработки между производственными циклами.
Виды промышленных биореакторов
Биореакторы различаются конструкцией, способом перемешивания среды, назначением и рабочим объемом.
По принципу перемешивания
По способу движения культуральной среды выделяют три основных типа биореакторов:
- Механические. Оснащаются мешалкой с приводом. Вращение рабочего органа обеспечивает перемешивание среды и распределение поступающих газов.
- Аэрлифтные. Циркуляция жидкости создается за счет подачи газа и разницы плотности газожидкостной смеси в отдельных участках аппарата. Механическая мешалка для организации основного потока не требуется.
- Газовихревые. Движение и газонасыщение среды обеспечиваются за счет организованного газового потока и создаваемого им вихревого движения жидкости.
Выбор способа перемешивания зависит в том числе от потребности культуры в кислороде, чувствительности клеток к механическому воздействию, вязкости среды и требуемой интенсивности массообмена.
По назначению
Функционально оборудование можно разделить на ферментеры, клеточные биореакторы, микробиологические установки и реакторы для биосинтеза. Такое деление во многом определяется технологией: один аппарат может решать несколько близких задач при соответствующей комплектации.
Ферментеры применяют для проведения ферментационных процессов. Микробиологические установки предназначены прежде всего для культивирования бактерий, дрожжей и других микроорганизмов. Клеточные биореакторы используют для выращивания клеточных культур, а установки для биосинтеза — в технологических процессах получения целевых продуктов биологического происхождения.
По объему
Масштаб биореактора выбирают в соответствии со стадией разработки технологии и требуемой производительностью.
| Тип установки | Объем, л | Основное назначение |
| Лабораторная | До 100 | Исследования, разработка и первичная отработка процесса |
| Пилотная | 100–10 000 | Масштабирование и проверка технологии перед промышленным выпуском |
| Промышленная | более 10 000 | Технологические процессы в серийном производстве |
Конструкция и основные элементы биореактора
Помимо самой емкости, установка включает системы перемешивания, газоснабжения, теплообмена и контроля параметров процесса, а также технологическую обвязку.
Корпус
Емкость выполняется герметичной и рассчитана на работу при заданных температуре и давлении. Конструкция оснащается технологическими портами для датчиков, подачи культуральной жидкости и газовой смеси, отбора проб, инокуляции и других операций. Для контроля состояния среды предусмотрено смотровое окно.
Система перемешивания
Чаще всего используется нижний магнитный привод с трехуровневыми мешалками Раштона. Частота вращения регулируется в диапазоне 10–100 об/мин. Внутри емкости есть три приваренные перегородки.
Перемешивание необходимо для распределения питательных компонентов и газов по рабочему объему, а также выравнивания температуры и состава среды. Интенсивность процесса подбирают с учетом свойств культуральной жидкости и требований выращиваемой культуры.
Система аэрации
Для аэробных процессов биореактор оснащается системой подачи газовой смеси и кольцевым барботером. В нашем оборудовании возможна автоматическая подача газовой смеси до 2,5 VVM. Расход O2, CO2 и N2 контролируется отдельными регуляторами массового расхода.
Система позволяет задавать газовый режим в соответствии с технологией культивирования. Параметры аэрации связаны с потребностью культуры в кислороде и контролируются совместно с показаниями датчика растворенного кислорода.
Контроль технологических параметров
Для наблюдения за состоянием процесса в конструкции имеются датчики pH, растворенного кислорода (DO), температуры и давления. Система теплового обмена включает рубашку, теплообменник и насос.
Контур давления состоит из манометра, датчика, регулирующего клапана и позиционера. Для защиты оборудования предусмотрены предохранительный клапан и разрывной диск. Набор средств контроля и автоматики определяется требованиями технологического процесса и комплектацией конкретной установки.
Очистка и стерилизация
Конструкция биореактора рассчитана на санитарную обработку без разборки основных узлов. Емкость оснащается специальной форсункой для CIP-мойки, через которую подается моющая среда и обрабатываются внутренние поверхности.
В технологической обвязке предусмотрены линии подачи технологического и чистого пара. Это позволяет учитывать требования к паровой стерилизации при проектировании конкретной установки. Состав CIP/SIP-решения, режимы мойки и стерилизации необходимо определять для конкретного производства с учетом технологического процесса и требований к чистоте оборудования.
Из каких материалов изготавливаются биореакторы
Биореакторы производятся из коррозионно-стойких марок стали. Части оборудования, непосредственно контактирующие с культуральной средой и продуктом, выполняются из AISI 316L. Этот сплав содержит молибден и обладает более высокой стойкостью к коррозии в агрессивных средах. Для элементов, не соприкасающихся с продуктом, используется нержавеющая сталь AISI 304L.
К контактным поверхностям предъявляются повышенные требования. Они должны выдерживать постоянное воздействие рабочей среды, многократную санитарную обработку и стерилизацию, а их состояние не должно затруднять очистку оборудования. Поэтому значение имеет не только марка стали, но и качество обработки металла.
Внутренние поверхности биореактора полируются до шероховатости 0,6 мкм и дополнительно подвергаются электрополировке. Чем меньше микронеровностей, тем меньше участков, в которых могут задерживаться остатки продукта и загрязнения. Гладкая поверхность облегчает CIP-мойку и последующую подготовку емкости к новому технологическому циклу. Внешние поверхности полируются до 1,2 мкм.
Как выбрать промышленный биореактор
Универсальной конфигурации для разных культур и производственных задач не существует, поэтому биореактор подбирают под конкретный технологический процесс. При подготовке технического задания необходимо определить несколько основных параметров:
- План производства. Учитывают требуемый рабочий объем, размер партии и производительность технологической линии. «Каскад-металл» изготавливает биореакторы разной вместимости — от 50 до 60 000 л в зависимости от исполнения.
- Тип биологического процесса. Культивирование микроорганизмов и клеточных культур может предъявлять разные требования к перемешиванию, газообмену и контролю среды. От этого зависит конструкция основных систем биореактора.
- Характеристики рабочей среды. Состав, вязкость и другие свойства культуральной жидкости учитывают при выборе мешалки, режима перемешивания, аэрации и материалов контактных частей.
- Требования к стерильности. Для асептических процессов важны герметичность емкости, качество обработки контактных поверхностей, возможность CIP-мойки и стерилизации, конструкция трубопроводов и арматуры.
- Оборудование для контроля процесса. Комплектацию выбирают по параметрам, которые необходимо отслеживать и регулировать. Биореактор может оснащаться средствами контроля температуры, давления, pH, растворенного кислорода и расхода газов.
- Возможность масштабирования. Если технология последовательно переносится с лабораторного на пилотный, а затем на промышленный уровень, параметры оборудования необходимо выбирать с учетом дальнейшего увеличения объема процесса.
Перед изготовлением специалисты «Каскад-металл» анализируют требования к технологическому процессу и определяют конфигурацию оборудования под задачи предприятия. На этапе проектирования согласовываются объем емкости, материалы, системы перемешивания и аэрации, средства контроля, технологические порты и обвязка. Такой подход позволяет заложить необходимые параметры еще при разработке биореактора, а не адаптировать готовую установку после монтажа.
Производство биореакторов на заказ
Работа над заказом включает несколько этапов:
- Получение технического задания. Определяем назначение биореактора, требуемый объем, условия эксплуатации и основные параметры технологического процесса. При необходимости уточняем исходные требования совместно с заказчиком.
- Расчет параметров. На основании исходных данных определяем основные характеристики емкости, требования к системам перемешивания, аэрации, теплообмена и контроля.
- Проектирование. Разрабатываем конструкцию биореактора и подбираем комплектацию: привод и мешалки, датчики, арматуру, технологические порты, элементы обвязки и другое необходимое оснащение.
- Изготовление. Производим корпус и другие металлические элементы, выполняем сварочные работы и обработку поверхностей. Для трубопроводов, контактирующих с продуктом, применяется орбитальная сварка, для общей линии — ручная.
- Доставка и монтаж. Готовый биореактор доставляем на объект, устанавливаем на предусмотренное проектом место и подключаем необходимые системы.
- Проверка и запуск. После монтажа проводим пусконаладочные работы и проверяем функционирование оборудования перед вводом в эксплуатацию.
Индивидуальное изготовление позволяет заранее предусмотреть нужное расположение портов, состав контрольно-измерительных приборов, параметры перемешивания и газоснабжения, технологическую обвязку и требования к обработке контактных поверхностей. Заказчик получает биореактор, спроектированный под конкретные производственные процессы и условия размещения.
Преимущества заказа биореактора в «Каскад-металл»
«Каскад-металл» реализует проекты под ключ, что дает заказчику следующие преимущества:
- На всех этапах работает один исполнитель. Проектирование, изготовление, доставка, монтаж и пусконаладка находятся в зоне ответственности одной компании. Заказчику не требуется отдельно координировать производителя емкости и подрядчика, устанавливающего оборудование.
- Можно изготовить нестандартную установку. Если типовое исполнение не соответствует технологии или компоновке производственного участка, параметры биореактора определяются индивидуально. Это касается не только вместимости, но и расположения присоединений, портов и элементов обвязки.
- Комплектация определяется до изготовления. Состав оборудования согласовывается на стадии проектирования. Поэтому необходимые датчики, арматура, системы подачи газов и технологические подключения закладываются в конструкцию изначально.
- Есть выбор по производительности. Выпускаются установки объемом от 50 до 60 000 л. Можно подобрать оборудование для производств разных масштабов и учесть дальнейшее увеличение выпуска при разработке проекта.
- Оборудование поставляется по всей России и в другие страны СНГ. Непосредственно на объекте выполняется монтаж и проверка установки перед запуском.
Чтобы рассчитать проект биореактора, направьте исходные данные по технологическому процессу и требуемой производительности. Инженеры определят основные параметры установки и подготовят комплектацию под производственную задачу.
Спецификации
| 1. Емкость (отношение длины к диаметру: 2/1) | |
| Общий объем | 1000-3000 л |
| Рабочий объем | 800-2400 л |
| Материал изготовления | Нержавеющая сталь марки 316L (для частей, контактирующих с продуктом) |
| Нержавеющая сталь марки 304L (для частей, не контактирующих с продуктом) | |
| Расчетное давление | 3,0 кг/см3 (емкость) |
| 4,0 кг/см3 (рубашка) | |
| Расчетная температура | 143°С (емкость) |
| 151°С (рубашка) | |
| Обработка поверхностей | Внутренняя полировка 0,6 μm + электрополировка |
| Внешняя полировка 1,2 μm | |
| Порты на емкости | |
| Верх | Порт для мембранного манометра |
| Порт для мембранного передатчика давления | |
| Разрывная мембрана | |
| Выпуск и конденсор отработанных газов | |
| Инокуляция | |
| Смотровое окно | |
| Порт для датчика пены | |
| Форсунка для CIP | |
| Запасной порт | |
| Верхние боковые стенки | Подача газовой смеси |
| Смотровое окно | |
| Подача культуральной жидкости х 3 | |
| Кольцевой барботер | |
| Запасной порт | |
| Нижние боковые стенки | Порт для резисторного датчика температуры PT100 |
| Порт для датчика pH | |
| Порт для датчика растворенного кислорода | |
| Запасной порт | |
| Порт для пробоотбора | |
| Рубашка | Подача пара / выход захоложенной воды |
| Выход пара / Подача захоложенной воды (включая предохранительный клапан и манометр) |
|
| Низ | Дренажный клапан |
| 2. Механизм перемешивания | |
| Нижний магнитный привод | |
| Двигатель постоянного тока | |
| Скорость 10-100 об./мин. (управление инвертором) | |
| Регулируемые трехуровневые мешалки Раштона | |
| 3 приваренные перегородки | |
| 3. Механизм аэрации | |
| Автоматическая подача газовой смеси 2,5 VVM | |
| 5" высокоэффективный фильтр 0,2 μm и корпус фильтра из нержавеющей стали марки 316L Контроллер массового расхода O2 |
|
| Контроллер массового расхода CO2 Контроллер массового расхода N2 |
|
| 4. Механизм давления | |
| Разрывной диск | |
| Манометр | |
| Позиционер | |
| Датчик давления | |
| Клапан контроля давления | |
| 5. Механизм контроля pH/DO | |
| Датчик pH | |
| Держатель датчика pH | |
| Кабель для датчика pH | |
| Датчик DO | |
| Держатель датчика DO | |
| Кабель для датчика DO | |
| Перистальтический насос (фиксировано 40 об./мин.) х 3 | |
| Бутыль 5 л х 2 | |
| 6. Механизм контроля температуры | |
| Датчик температуры (PT 100) | |
| Теплообменник | |
| Насос | |
| 7. Обвязка и рама | |
| Поддержка | Углы и каналы – STS304 |
| Изготавливаемая обвязка | Подача газовой смеси |
| Подача технологического пара | |
| Подача чистого пара | |
| Подача охлаждающей воды | |
| Возврат охлаждающей воды | |
| Слив отработанной воды | |
| Слив отработанных жидкостей | |
| Вывод отработанного газа | |
| Приборы | Мембранный клапан |
| Прямоточный клапан | |
| Конденсатоотводчик | |
| Мембранный манометр | |
| Шаровой клапан и пневматический угловой клапан | |
| Обратный клапан | |
| Предохранительный клапан | |
| Коленчатая труба, тройник | |
| Сварка труб | Орбитальная сварка (линия в контакте с продуктом) |
| Ручная сварка (общая линия) | |
Технические характеристики
| Объем, л |
Диаметр, мм |
Высота, мм |
Мощность мешалки, кВт |
|
| FXZ0.05 | 50 | 400 | 990 | 0,55 |
| FXZ0.1 | 100 | 500 | 1135 | 0,55 |
| FXZ0.2 | 200 | 500 | 2330 | 0,75 |
| FXZ0.5 | 500 | 700 | 2600 | 1,1 |
| FXZ1.0 | 1000 | 900 | 2900 | 3 |
| FXZ2.0 | 2000 | 1100 | 3800 | 3 |
| FXZ5.0 | 5000 | 1400 | 4545 | 5,5 |
| FXZ10.0 | 10000 | 1800 | 5250 | 11,5 |
| FXZ20.0 | 20000 | 2300 | 6550 | 23 |
| FXZ50.0 | 50000 | 3100 | 8550 | 55 |
| FXZ60.0 | 60000 | 3200 | 10730 | 55 |
Похожая продукция
Калькуляторы
Сертификаты
Сертификат соответствия техническому регламенту таможенного союза ТР ТС 032 (для емкостного оборудования под давление)
Сертификат соответствия таможенному союзу ТР ТС 010 (для горизонтальных и вертикальных резервуаров объемом до 200 м³, а также для подземных емкостей)
Сертификат соответствия ГОСТ Р (для вертикальных резервуаров объемом более 200 м³)
Свидетельство Роспотребнадзора и ГОСТ Р (для пищевых емкостей)
Свидетельство о допуске СРО (для монтажа выпускаемых емкостей и резервуаров)
Технология сварки, применяемая специалистами ООО «Каскад-металл», аттестована в системе НАКС
Международный сертификат стандарта ИСО-9001 подтверждает наивысший уровень системы менеджмента качества
ГОСТы и типовые проекты
Вопросы и ответы
Бак-аккумулятор горячей воды (БАГВ) — это теплоизолированная стальная емкость, предназначенная для накопления и хранения горячей воды с целью оптимизации работы систем отопления и горячего водоснабжения. Он выполняет функцию буфера между источником тепла и потребителями, обеспечивая эффективное распределение энергии в периоды пиковых нагрузок и сокращая количество циклов включения-выключения теплогенерирующего оборудования.
Использование БАГВ позволяет:
- Сглаживать пиковые нагрузки потребления горячей воды;
- Оптимизировать режимы работы котельного оборудования;
- Снижать эксплуатационные расходы на 15–30%;
- Увеличивать срок службы основного оборудования;
- Обеспечивать стабильность гидравлических режимов системы.
При подборе объема БАГВ учитываются:
- Пиковый расход горячей воды (л/час);
- Мощность источника тепла (кВт);
- Время работы в пиковом режиме;
- Температурный график системы;
- Коэффициент неравномерности потребления.
- Рекомендуется проконсультироваться с инженером для точного расчета.
Баки-аккумуляторы могут изготавливаться из различных материалов в зависимости от условий эксплуатации:
- Углеродистая сталь (S235JR, P265GH): для стандартных условий эксплуатации;
- Нержавеющая сталь (AISI 304, AISI 316): при высоких санитарных или агрессивных требованиях;
- Эмалированная сталь: для систем питьевого водоснабжения.
- Внутреннее покрытие может быть эмалевым, эпоксидным, полимерным или без покрытия (для баков из нержавеющей стали).
- КВОиТ
Условия эксплуатации БАГВ включают:
- Нормативная температура воздуха снаружи: от -40 °C и более;
- Предельная температура воды: 95 °C;
- Ветровое воздействие: до 0,6 кПа;
- Сейсмические условия в зоне строительства: не выше 9 баллов;
- Нагрузка снега: до 2,0 кПа;
- Гарантийный период: 10 лет.
Термины близки и на практике нередко используются как взаимозаменяемые. Однако биореактор — более широкое понятие. Так называют оборудование для различных процессов с участием живых клеток, микроорганизмов или биологических компонентов. Ферментером обычно называют биореактор, предназначенный для проведения ферментации.
Биореакторы востребованы при выпуске вакцин, ферментов, пищевых добавок и другой продукции, технология которой предусматривает культивирование микроорганизмов или клеток.
Для изготовления частей биореактора, контактирующих с продуктом, мы используем нержавеющую сталь AISI 316L. Это низкоуглеродистая хромоникельмолибденовая сталь, в составе которой есть 2–3 % молибдена. Для частей оборудования, которые не контактируют с продуктом, применяется AISI 304L. Это низкоуглеродистая хромоникелевая нержавеющая сталь.
Да. Мы проектируем оборудование под требования конкретного производства с учетом параметров процесса и условий размещения оборудования.
При расчете обязательно учитываются характеристики среды, особенности культивирования и требуемая производительность. Мы выпускаем биореакторы объемом от 50 до 60 000 л, что позволяет подобрать оборудование практически для любой технологической задачи.
Стоимость индивидуальна. Для расчета итоговой цены необходимо определить основные параметры будущего оборудования.
Да, оборудование необходимо установить на подготовленное место и подключить к предусмотренным проектом инженерным и технологическим системам.
Порядок обслуживания зависит от конструкции и режима эксплуатации конкретной установки. Он включает санитарную обработку внутренних поверхностей и контроль состояния оборудования.
В зависимости от комплектации контролируются температура, давление, pH и содержание растворенного кислорода (DO).