Биотехнология. принципы и применение - Бич Г.
ISBN 5-03-000058-5
Скачать (прямая ссылка):
многих культуральных жидкостей вязкость меняется с изменением скорости
сдвига. Подобные жидкости называют неньютоновскими. Для них отношение
напряжения сдвига к скорости сдвига равно кажущейся вязкости, которая,
разумеется, зависит от скорости сдвига. Неньютоновские жидкости можно
классифицировать по форме соотношения между напряжением сдвига и
скоростью сдвига.
Очень многие культуральные среды для выращивания бактерий и дрожжей по
существу являются ньютоновскими жидкостями даже при очень высокой
плотности клеток, если только в среду не экскретируются в значительном
количестве синтезируемые этими микроорганизмами биополимеры. Напротив,
культуральные жидкости, в которых растут плесневые грибы или
актиномицеты, часто являются неньютоновскими, причем степень отклонения
их от поведения ньютоновских жидкостей зависит как от концентрации
мицелия, так и от его морфологии. При удалении мицелия из большинства
культуральных жидкостей плесневых грибов и актиномицетов они становятся
ньютоновскими.
Многие культуральные среды для выращивания плесневых грибов и
актиномицетов ведут себя как псевдопластические
Химическая технология и биотехнология
459
жидкости, т. е. с увеличением скорости сдвига их кажущаяся вязкость
сначала уменьшается. График зависимости напряжения сдвига от скорости
сдвига для псевдопластиче-ской жидкости сначала имеет форму выпуклой
кривой, а затем становится линейным. При экстраполяции линейного участка
до пересечения с осью напряжений сдвига мы получим точку, отвечающую
предельному напряжению сдвига.
Для пластических жидкостей предельное напряжение сдвига соответствует
предельной точке. На рис. 10.13 приведены типы зависимостей между
напряжением сдвига и скоростью сдвига. Иногда мицелиальные культуральные
жидкости оказываются тиксотропными, т. е. кажущаяся вязкость уменьшается
не только с увеличением скорости сдвига, но и по мере перемешивания при
данной скорости сдвига.
В общем виде зависимость между напряжением сдвига и скоростью сдвига для
неньютоновских жидкостей имеет вид
7 = (108)
где К и п - константы. Псевдопластическую жидкость можно в первом
приближении охарактеризовать величиной предельного напряжения сдвига и
пластической вязкости, т. е. наклоном прямолинейного участка зависимости
между напряжением сдвига и скоростью сдвига в линейных координатах.
Однако, если построить зависимость напряжения сдвига от скорости сдвига в
логарифмических координатах, то линейный участок с наклоном п и точка
пересечения К будут определяться начальным участком графика. В истинных
бингхэмовских пластических жидкостях движение начинается только после
того, как напряжение сдвига превышает предельное значение. В
псевдопласти-ческих жидкостях некоторое движение возникает даже при
низких напряжениях сдвига. При одинаковой энергоемкости и одинаковой
геометрии реакторы с псевдопластической жидкостью заметно отличаются от
реакторов с ньютоновской средой по задержке газа, распределению пузырьков
по размеру и времени перемешивания.
Бингхэмовскгя
Рис. 10.13. Связь между напряжением сдвига и скоростью сдвига для
жидкостей с разными реологическими свойствами.
460
Глава 10
10.4. Вспомогательное оборудование,
использующееся в биотехнологических процессах
Основное внимание в предыдущей части этой главы было уделено вопросам,
связанным с центральным звеном любого биотехнологического процесса -
биореактором. Однако, каким бы ни был процесс, это основное звено не
может существовать изолированно. При получении высокоценных продуктов
тонкого химического синтеза в биореакторах периодического действия иногда
удается осуществлять некоторые дополнительные процессы, например
приготовление и стерилизация сред, концентрирование и экстрагирование
продуктов, хотя и не обязательно в оптимальных условиях. Несмотря на то,
что концепция использования одного и того же элемента технологической
установки для осуществления нескольких процессов представляет
значительную ценность при получении некоторых продуктов, в целом она
изжила себя. Исключение составляют приготовление и стерилизация сред. Все
чаще, несмотря на возможное увеличение капитальных затрат, для каждой
стадии технологического процесса применяется специально созданное
оборудование. Это облегчает осуществление процесса в целом и повышает его
эффективность.
При получении продуктов валового синтеза биотехнологическими методами из
экономических соображений независимо от сырья или технологической схемы в
промышленном масштабе обычно реализуют непрерывный процесс производства.
Такие производства включают ряд последовательных или параллельных
элементарных процессов, обеспечивающих надежное получение продукта на
протяжении 300-330 дней в году. Основная задача состоит в оптимальном
использовании ресурсов. К сожалению, подобный путь параллельного
проведения элементарных процессов обычно затрудняет управление
производством в целом и поддержание больших скоростей потребления сырья и
