эмпирических наблюдений. Известно, например, что соплоконус-ные биореакторы обеспечивают эффективный синтез аминокислот бактериями (М. Ж. Кристапсонс, 1984), эрлифтные аппараты успешно используются для получения бактериального белка на базе метанола (В.А.Быков и др., 1985) или этанола (В. Sikyta, 1984в).

Общие теоретические положения о соответствии между типами процессов и аппаратов находятся в стадии разработки. И. Адлер и др. (I. Adler et al., 1985) сравнивают характеристики питательных сред и технолого-экономические параметры процессов в реакторах различных типов на основе трехмерной диаграммы:

Технолого-экономические характеристики

Экономичность Маосообмен Турбулентность Перемешивание Межфазный перенос Теплообмен

Свойства среды

Циркуляционный

Типы

биореакторов

Авторы детально исследовали взаимосвязь между потребляемой мощностью аэрирующего устройства и эффективностью аэрации в биореакторах различных типов. Для не слишком высоких [до 4 кг/(м3»ч)] скоростей массопередачи между газом и жидкостью наибольшую экономию мощности дает аппарат с механическим перемешиванием. Если необходимы большие скорости массопередачи, наиболее экономичен циркуляционный реактор. Естественно, что выбор конкретного типа и варианта биореактора должен производиться не только в зависимости от экономичности системы аэрации, но и по всему массиву различных параметров. Это является одним из стимулов, побуждающих технологов к экспериментальному исследованию биореакторов.

В настоящее время разрабатываются новые способы аэрации. Воздух подается через специальные полипропиленовые мембраны. Такой способ позволяет избежать пенообразования и выдержал испытание в биореакторах для культивирования клеток эукариот, в частности при промышленном получении р-интерферона.

Эффективность аэрации может быть повышена с помощью переносчиков кислорода, добавленных в среду для выращивания клеток. Существуют различные механизмы действия таких пере-

ев

ю

о

. механическим перемешиванием

Пневматический носчиков: а) переносчик принимает кислород при контакте с газовой фазой и отдает его в жидкую фазу; б) переносчик принимает кислород в жидкой фазе и отдает его при контакте с клеткой; в) переносчик принимает кислород из газовой фазы и отдает его непосредственно клетке.

§ 4. Системы теплообмена, пеногашения и стерилизации биореакторов

Рассмотрим системы, общие и в равной степени необходимые для биореакторов всех типов.

Система теплообмена. Теплообмен достигается с помощью труб с охлаждающим или нагревающим агентом, оплетающих корпус аппарата (в целом образующие рубашку биореактора) или пропущенных непосредственно через его полость. Внутренние трубы часто скручивают в виде змеевиков. Такие змеевики широко применяются, поскольку, непосредственно контактируя с куль-туральной жидкостью, они обеспечивают более эффективный теплообмен, чем внешняя рубашка.

При этом стараются в максимальной степени уменьшить помехи для перемешивания и аэрации, поэтому используют внутренние трубы, размещенные в отражательных перегородках, или пучки труб, проходящие через определенный участок внешней циркуляционной трубы реактора. Не получил большого распространения метод пленочного стекания охлаждающего или нагревающего агента по простенку между корпусом аппарата и специальным внешним легким кожухом.

При конструировании системы теплообмена в согласии с уравнением (1) на с. 55 необходимо стремиться к увеличению как площади ее поверхности, так и общего коэффициента теплопередачи. Для повышения разности температур А Г в качестве охлаждающего агента применяют, например, воду с низкой температурой (артезианскую или пропущенную через холодильную установку). Для более глубокого охлаждения используют этилен гликоль, фреоны. Нагревающим агентом служит горячая вода или пар.

Система пеногашения. Пеногашение — средство борьбы с избыточным ценообразованием. Различают химические, механические, акустические и некоторые другие виды пеногасителей. Широко применяются два первых типа пеногасителей, нередко их комбинации.

Химические пеногасители представляют собой поверхностно-активные вещества, которые, внедряясь в стенки пузырей воздуха, становятся центрами их неустойчивости. Пеногасящие вещества различаются по своей эффективности, которую можно оценивать по уменьшению слоя пены при заданной концентрации пе-ногасителя. Остатки пенного слоя устраняются с большим трудом и требуют большого расхода пеногасителя. Это экономически невыгодно, тем более что до известного предела пенообразование стимулирует рост культур. На практике пену удаляют лишь частично, до определенного приемлемого уровня (К. Г. Федосеев, 1977).

Эффективными химическими пеногасителями служат растительные (соевое, рапсовое, кокосовое, подсолнечное, горчичное масла), животные (сало, рыбий жир) и минеральные жиры. Коварство этих пеногасителей состоит в том, что продукты их утилизации микробной культурой сами способствуют пенообра-зованию. Преимущество жир