При планировании биотехнологического производства часто считают только время роста культуры. На деле полный цикл ферментера состоит из восьми этапов, и вспомогательные операции занимают заметную долю времени. Посчитаем на условном примере, как это влияет на производительность.
Исходные данные: восемь этапов цикла
Цифры — условный пример для аэробной бактериальной культуры; у вашей культуры и аппарата они будут своими.
| Этап | Что происходит | Длительность, ч |
|---|---|---|
| 1. Подготовка среды | растворение компонентов, корректировка pH | 3 |
| 2. Стерилизация | нагрев среды и аппарата паром, выдержка при 121 °C | 2 |
| 3. Охлаждение | до температуры культивирования | 1,5 |
| 4. Посев | внесение посевного материала | 0,5 |
| 5. Рост культуры | лаг-фаза и активный рост при контроле кислорода и pH | 20 |
| 6. Стационарная фаза | накопление целевого продукта | 6 |
| 7. Съём продукта | выгрузка на отделение биомассы | 2 |
| 8. Мойка и подготовка | CIP-мойка, проверка герметичности | 3 |
Рабочий объём ферментера — 750 л при номинальном 1000 л: запас нужен под пену и аэрацию.
Считаем производительность
Шаг 1. Длительность цикла. Tц = 3 + 2 + 1,5 + 0,5 + 20 + 6 + 2 + 3 = 38 ч.
Шаг 2. Число циклов в неделю. N = 168 / Tц = 168 / 38 ≈ 4,4. Реально — 4 полных цикла, остаток уходит на переходы между сменами и непредвиденные задержки.
Шаг 3. Объём культуральной жидкости в неделю. V = N × Vраб = 4 × 750 = 3000 л.
Шаг 4. Доля непроизводительного времени. Этапы 1–4, 7 и 8 занимают 12 ч из 38, то есть около 32% цикла ферментер не выращивает культуру.
Шаг 5. Эффект от сокращения вспомогательных операций. Если готовить среду в отдельном реакторе, пока ферментер ещё работает, а мойку и стерилизацию автоматизировать, вспомогательное время можно сократить примерно до 7 ч. Цикл станет 33 ч, число циклов — 168 / 33 ≈ 5,1, то есть 5 партий в неделю вместо 4.
Прибавка в одну партию в неделю — это плюс 25% продукции на том же ферментере. Её дают не режимы культивирования, а организация вспомогательных этапов.
Где ещё искать резерв
Два ферментера со сдвигом по фазе позволяют загружать участок отделения биомассы равномерно. Отдельный парогенератор под стерилизацию снимает зависимость от общей котельной. Датчики растворённого кислорода и pH помогают вовремя определить окончание роста, а не держать культуру «с запасом».
Оборудование для полного цикла ферментации
Промышленный ферментер объёмом от 10 до 200 000 л поддерживает стерилизацию на месте острым паром при 121 °C и архивирование параметров. Среду удобно готовить заранее в промышленном реакторе с рубашкой и мешалкой. Пар для стерилизации даст электрический парогенератор производительностью от 25 до 500 кг/ч, а биомассу после съёма отделяет декантерная центрифуга.
Пришлите длительность этапов вашего процесса — посчитаем, какая конфигурация даст нужный выпуск. Консультация: +7 906 968-1922, sales@sushilka22.ru.