Hình 6.3. Thiết bị tiệt trùng hai mức tác động chu kỳ, dạng nằm ngang:

1- Phễu chứa nguyên liệu; 2- Định lượng nguyên liệu; 3- Khớp nối để nạp hơi; 4- Nồi tiệt trùng; 5- Áo hơi; 6- Bộ giữ; 7- Định lượng; 8- Khớp nối để nạp nước tiệt trùng; 9- Bộ làm ẩm;10- Áo nước;11- Định lượng nước tiệt trùng với huyền phù canh trường; 12- Khớp nối để tháo môi trường tiệt trùng; 13- Dẫn động vít tải của bộ làm ẩm; 14- Dẫn động vít tải của thiết bị tiệt trùng

Mức 2 của thiết bị tiệt trùng - máy khuấy trộn, là thiết bị hình trụ dạng nằm ngang được chế tao bằng loại thép X18H07. Bên trong có trục với các cánh khuấy. Đầu cánh khuấy có lưỡi nạo, cách thành thiết bị một khoảng cách nhỏ. Gối trục được đặt ở ngoài. Trong gối trục có phớt chắn. Số vòng quay của trục 0,166  0,2 vòng / s. Nếu số vòng quay lớn thì môi trường sẽ bị nén chặt và làm giảm độ rỗng làm cho canh trường phát triển yếu.

Trên nắp thiết bị có gắn bộ lấy mẫu. Bộ lấy mẫu là một vít tải kín được nằm trong ống có rãnh ở phía trên và cốc được bịt kín để chứa môi trường đã được tiệt trùng, vít tải chuyển môi trường vào cốc.

Cửa thoát liệu có đoạn ống dẫn được bố trí ở phần trụ phía dưới của bộ khuấy trộn. Tại đây môi trường tiệt trùng đã được cấy vi sinh vật vào phòng nuôi.

Đặc tính kỹ thuật của bộ khuấy trộn:

Năng suất, kg/h: 300  400

Thể tích, m3: 3,2

Áp suất, MPa:

bên trong thiết bị: 0,144

trong áo hơi: 0,288

Công suất động cơ cho cơ cấu khuấy trộn, kW: 7,5

Công suất động cơ cho cơ cấu đóng kín, kW: 0,8

Hệ số chứa đầy: 0,6

Tiêu hao nước để làm lạnh thiết bị, m3/h: 2,1

Tiêu hao nước tiệt trùng để làm lạnh 670 kg môi trường, m3: 0,27

Kích thước cơ bản, mm: 480014002100

Nhiệt độ tiệt trùng, 0C: 120  140

Tần số dao động, Hz:5  29,5

Biên độ dao động, mm: 4

Công suất động cơ, kW: 4,5

Kích thước cơ bản, mm: 1400  1500  1400

Dùng nhiệt từ nguồn truyền nhiệt bên ngoài để bổ sung nung nóng chất nền; nhiệt truyền vào bên trong chất nền do độ dẫn nhiệt của vật thể và sự tồn tại trong đó những trường không đều. Cho nên tốc độ đun nóng phụ thuộc vào hình dạng và thể tích của vật liệu và được hạn chế bởi đại lượng grandient nhiệt. Nhược điểm của việc sử dụng hơi để tiệt trùng là vỏ thiết bị phải kín và cách nhiệt. Sự phân bổ của nhiệt trong khối tiệt trùng không đồng đều khi khuấy trộn làm cho môi trường đun nóng không đều; phải sử dụng thiết bị nhiệt năng khác; tạo vón cục môi trường dinh dưỡng trong quá trình tiệt trùng; tạo hồ hoá tinh bột làm giảm đáng kể quá trình phát triển canh trường.

Máy phát điện dạng cao tần:

dạng: LФ1 - 40M

công suất, kW: 40

Dạng bộ giữ nhiệt:Ống xoắn

Sức chứa của bộ giữ nhiệt, l : 170

Đường kính ống, mm: 89

Tốc độ trung bình của môi trường trong bộ giữ nhiệt, m/s: 0,28

Dạng thiết bị trao đổi nhiệt để làm lạnh môi trường:Ống lồng ống

Diện tích bề mặt làm lạnh, m2: 20

Tiêu hao hơi, kg/h: 1000

Nhược điểm của hệ YHC - 5: năng suất thấp, kích thước cơ bản của thiết bị lớn, tiêu hao hơi nước lớn, hệ số sử dụng nhiệt thấp, ứng dụng dạng thiết bị trao đổi nhiệt không hoàn hảo, lượng kim loại của bộ giữ nhiệt lớn, diện tích chiếm chổ lớn, khó khăn cho việc làm sạch bề mặt bên trong và mức độ chảy rối của môi trường thấp.

Thiết bị tiệt trùng liên tục có năng suất 20 m3/h. Hiện tại đã có những loại thiết bị tiệt trùng liên tục với năng suất 20, 50, 100, 200 và 300 m3/h. Khác với YHC - 5, thiết bị YHC - 20 có đề cập đến khả năng thu hồi nhiệt đến 77%, ứng dụng thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm có hiệu quả hơn và bộ giữ nhiệt có kết cấu đặc biệt nhằm kéo dài quảng đường của dòng môi trường và tăng cường quá trình khuấy trộn.

YHC - 20 (hình 6.7) bao gồm thùng chứa môi trường dinh dưỡng, các bơm ly tâm, bộ đun nóng, bộ giữ nhiệt, bộ thu hồi nhiệt, bộ trao đổi nhiệt và hệ thống điều chỉnh tự động các thông số của quá trình.

Trước khi bắt đầu hoạt động tất cả các thiết bị, đường ống dẫn và phụ tùng YHC được thanh trùng bằng hơi quá nhiệt. Hơi nước được đưa vào bộ đun nóng theo đường viền của van điều chỉnh tiêu hao hơi, sau đó vào bộ giữ nhiệt, thu hồi nhiệt và theo đường viền của van giảm áp suất vào thiết bị làm mát. Cùng lúc mở các van giảm xả nước ngưng và khi đạt được nhiệt độ lớn hơn 1400C thì bắt đầu ổn định thời gian tiệt trùng. Trong quá trình tiệt trùng phải đóng ngay van xả nước ngưng, mở các dụng cụ điều chỉnh tự động và thiết lập chế độ làm việc của YHC. Chuyển tất cả các van đường viền và nối với các rãnh của môi trường dinh dưỡng trong máy lạnh với nồi lên men tiệt trùng. Cùng lúc đó nạp ngay nước hồi lưu đã được làm sạch vào thiết bị lạnh. Khi nhiệt độ và áp suất trong nồi phản ứng đạt trị số ổn định thì khuấy đảo các cấu tử của môi trường dinh dưỡng, môi trường mới lại cho vào thùng chứa để bơm đẩy qua khe đứng nhỏ vào bộ đun nóng với tốc độ 3,5 m/s. Miệng loe sẽ được hình thành khi mức môi trường trên lỗ hút của thùng chứa bị nhỏ lại trong thời gian tháo cặn, khi đó sẽ xảy ra hiện tượng hút không khí ngoài môi trường chưa được tiệt trùng làm nhiễm bẩn môi trường. Để ngăn ngừa hiện tượng này trên bề mặt song song với tiết diện ngang của lỗ rót có chiều cao 40 mm ta lắp vòng đệm chắn phẳng.

Hình 6.7. Thiết bị tiệt trùng liên tục YHC - 20:

1- Thùng chứa; 2- Bơm; 3- Bộ đun nóng; 4- Bộ giữ; 5- Bộ lấy mẫu; 6- Thiết bị trao đổi nhiệt- thu hồi; 7- Thiết bị trao đổi nhiệt- thiết bị làm mát; 8- Thiết bị lên men.

Hơi có áp suất 0,6 MPa được nạp vào bộ đun nóng (hình 6.8) qua vòi phun có đường kính 2,5 mm lắp trên vỉ cứng của ống nối tiếp tuyến 4, còn qua ống nối 3- môi trường với lượng 1,5 m3/h. Bộ đun nóng là hình trụ 1 có nắp hình elip 2 với sức chứa 100 l. Môi trường được đun nóng nhanh đến 1300C và khi đó tạo ra nước ngưng với một lượng 0,5 m3/h. Từ bộ đun nóng môi trường được đưa vào ống dưới của bộ giữ nhiệt. Bên trong bộ giữ nhiệt có một số bộ phận để tạo ra những phòng hình trụ thông nhau, sau đó môi trường vào bộ trao đổi nhiệt kiểu tấm - bộ thu hồi nhiệt. Trong bộ thu hồi nó sẽ đun nóng môi trường ban đầu chưa được tiệt trùng để cho vào bộ đun nóng, còn chính nó được làm lạnh đến 900C. Từ bộ thu hồi nhiệt môi trường được đẩy vào phòng lên men khi đã được làm lạnh sơ bộ trong thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm, còn môi trường dinh dưỡng chưa được tiệt trùng được đẩy vào bộ đun nóng từ bộ thu nhiệt.

Bộ giữ nhiệt (hình 6.9) là bình hình trụ hai đáy dạng elip, bên trong theo chiều cao được bố trí 10 lô. Mỗi lô có đoạn ống trung tâm 1 với đĩa 2, đĩa 3 được gắn trên đoạn ống, đoạn ống hàn ở cuối và các đoạn ống dẫn hướng 4. Các lô này tạo ra hai dãy hình trụ: môi trường từ các phòng dưới số 5 qua các rãnh số 6 vào đoạn ống trung tâm 1 và môi trường có tốc độ lớn ra khỏi đoạn ống trung tâm qua khe hở nhỏ 8 vào các phòng trên số 7. Nhờ các đoạn ống hướng mà môi trường chuyển động xoáy làm cho quá trình khuấy - trộn tốt hơn. Sau đó vào bộ phận khác qua khe vòng giữa đĩa số 3 và đoạn ống của thiết bị số 4. Khi qua liên tục từ dưới lên trên môi trường được giữ lại ở nhiệt độ đã cho trong thời gian định trước, môi trường thoát ra từ đoạn ống trên nắp bộ giữ nhiệt và qua đoạn ống dưới vào bộ giữ nhiệt thứ 2 và sau đó tiếp tục vào bộ giữ nhiệt thứ 3. Đường kính của bộ giữ nhiệt 600 mm, chiều cao 6000 mm, sức chứa của bộ giữ nhiệt 1,7 m3.

Hình 8

Để giữ nhiệt độ môi trường, bộ giữ nhiệt cần phải được phủ một lớp cách nhiệt có chiều dày 35 mm, còn các ống nối liên kết bằng lớp 50 mm.

Bộ thu nhiệt là thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm có bề mặt trao đổi nhiệt 100 m2.

Trong quá trình thu hồi nhiệt các môi trường đã được tiệt trùng và chưa tiệt trùng được chuyển động thành lớp mỏng trong các rãnh hình thành từ mỗi cặp tấm. Mỗi tấm được bao bọc một hướng từ môi trường nóng và hướng khác từ môi trường làm lạnh, nhờ bề mặt uốn sóng của các tấm mà thiết lập được chế độ chảy rối của dung dịch nhằm bảo đảm trao đổi nhiệt mạnh. Hiệu suất làm việc của bộ thu hồi nhiệt được đặc trưng bởi hệ số thu hồi nhiệt. Hệ số này đối với YHC - 20 đạt 77%.

Hệ thống thiết bị được lắp đặt các dụng cụ đo - kiểm tra nhằm đảm bảo việc tự động quá trình.

Thiết bị tiệt trùng liên tục có năng suất 50 m3/h. Thiết bị gồm bộ đun nóng có sức chứa 0,25 m3, bộ thu hồi nhiệt dạng tấm có diện tích bề mặt trao đổi nhiệt 125 m2, bộ trao đổi nhiệt dạng tấm có diện tích bề mặt trao đổi nhiệt 80 m2, ba bộ giữ nhiệt sức chứa 5,1 m3, lọc môi trường dinh dưỡng có bề mặt lọc 0,6 m2 và bơm ly tâm năng suất 65 m3 môi trường /h, thời gian giữ ở nhiệt độ tiệt trùng là 6 phút, nhiệt độ của môi trường được làm lạnh 300C.

Trong công nghiệp vi sinh thường ứng dụng bộ giữ nhiệt dạng thùng chứa và dạng ống. Dạng thùng chứa có kết cấu phức tạp hơn, khó đạt được độ đồng đều của dòng môi trường so với loại ống. Bộ giữ nhiệt dạng ống làm việc ở chế độ của dòng piston, điều đó đảm bảo hiệu quả ổn định đối với tất cả các phần tử vi sinh xảy ra trong ống. Bộ giữ nhiệt dạng ống gồm các ống đứng với đường kính 400  600 mm, nối liên tục và được phủ bởi lớp cách nhiệt. Chiều dài của các ống phụ thuộc vào thời gian giữ nhiệt môi trường.

Thiết bị tiệt trùng liên tục của Hãng DE - laval (Pháp). Thiết bị (hình 6.10) gồm có thùng cân bằng nước 3, bơm nạp liệu 5, bộ thu hồi nhiệt 6, bộ đun nóng để sấy nóng sản phẩm cuối cùng, bộ giữ nhiệt, trao đổi nhiệt để làm lạnh cuối cùng cho sản phẩm, bộ trao đổi nhiệt để làm lạnh nước trung gian, các dụng cụ đo kiểm tra và băng tải điều chỉnh thiết bị.

Có thể phân chia hoạt động của thiết bị tiệt trùng liên tục ra làm 3 chu kỳ: tiệt trùng thiết bị, tiệt trùng môi trường dinh dưỡng, rửa và làm sạch.

Môi trường được bơm vào thiết bị từ máy khuấy trộn. Lượng tiêu hao được điều chỉnh nhờ bơm nạp liệu. Môi trường qua bộ trao đổi nhiệt, bộ giữ nhiệt quay về được đun nóng sơ bộ đến 90  1200C đun đến 1400C, sau đó được đun nóng ở nhiệt độ tiệt trùng (ví dụ 1400C) trong bộ trao đổi nhiệt. Môi trường được giữ trong vòng1  2 phút trong bộ giữ nhiệt. Trước khi cho vào nồi lên men môi trường được làm lạnh bổ sung đến 400C trong bộ trao đổi nhiệt dạng tấm.

Hệ số thu hồi nhiệt 60  70%

Thiết bị tiệt trùng tác động liên tục có thể điều khiển bằng thủ công và có thể bằng tự động cho tất cả các quá trình công nghệ.