[화학공학 플랜트 설계] Fermenter 발효조

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소개글
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목차
1. 발효공학이란?

2. 발효조의 역사(발전 과정)

1) 제 1차 세계대전 (1914~1918년)

2) 1930년대 - 최초의 대형 호기 발효조

3) 1943년

4) 1944년

3. 발효공정의 개요 및 운전원리

4. 배양장치 분류 및 구조

1)배양장치의 분류

① 용기 형태와 주 혼합방식에 따른 분류
② 세 가지 기본 발효조의 장단점
2) 표준형 발효조의 구조

① 교반기

5. 공정변수

1) 밀도(density)

2) 부피유속(volumetric flow rate)

3) g-mole(mol)

4) 압력

6. 운전조건 및 운전특성

1)운전특성
2)운전조건
① 온도 조건

② PH 조건

③ 산소 전달률(OTR; oxygen transfer rate)
④ 용존산소(DO; Dissolved Oxygen)
⑤ 열 발생 (Heat generation)
3) 전형적 운전요건

① 장치 특성
② 조작 특성

③ 전형적 운전 조건 : 화학 장치에 비해 온화한 조건이다.

7. 산업적 적용사례
8. 국내외 공급사
9. Bio-Process의 경제성과 안전성
10. 응용분야

본문내용
비중이 0.6(20°/4°)로 표시된 것은 4℃의 물의 밀도를 기준으로 하여 측정물질의 밀도를 20℃에서 잰 것의 비가 0.6이라는 뜻이다.

2) 부피유속(volumetric flow rate)
부피유속은 부피/시간으로 표시하며 부피는 이 쓰이며 시간은 day, 시간, 분, 초로 표시한다. 질량은 g, kg, ton, lb가 사용되는 데 1lt=2200lb이나 편의상 2000lb를 사용하기도 한다.

3) g-mole(mol)
mol이란 분자량과 같은 수치의 질량이다. 물 1kg-mol은 18.0kg을 의미한다. 기체를 표시하는 데는 몰분율이, 액체를 표시하는 데는 질량분율이 사용된다. 그러나 반응은 몰분율로 표시된다. 농도는 질량, 몰수, 몰라리티(molarity;M)으로 표시되고, 1M 수용액은 용액 1L에 들어있는 용질의 1g-mole수를 의미한다.

4) 압력
압력은 힘이 적용하는 면적에 대한 그 힘의 비 , psi이다. 1기압은 inHg로 표시된다. 반응기의 높이가 높거나 깊은 땅 속으로 묻혀 있는 경우의 압력은 로 표시된다.

6. 운전조건 및 운전특성

1)운전특성
① 탱크는 몇 일간 이라도 무균성을 유지하면서 운전할 수 있는 것이어야 하고 장기간의 운전에 견뎌야 한다.
② 미생물의 대사에 따라서 그것을 만족하는 통기교반이 될 수 있어야 한다. 이 때 미생물에 기계적 충격을 주지 않을 정도의 교반 강도여야 한다.
③ 소비동력은 낮은 것이 바람직하다.
④ 온도제어 장치가 붙어있어야 한다.
⑤ pH 조절이 될 수 있어야 한다.
⑥ 시료채취가 가능해야 한다.
⑦ 발효조로부터의 증발손실이 극히 적어야 한다.
⑧ 발효, 배양물의 배출, 세정, 보수유지 등에 필요한 노동력은 극히 적어야 한다.
⑨ 공정에 적합한 규모의 크기여야 한다.
⑩ 탱크내부는 불룩한 테두리를 없애고 매끈한 용접 마무리를 함과 동시에 탱크내부표면은 철저히 반반하게 마무리되어야 한다.
⑪ Pilot plant(중간시험공장)로부터 대형 생산탱크로 규모를 확대하는 경우는 쌍방이 기하학적으로 닮은꼴이 되게끔 설계한다.
⑫ 만족할 수 있는 결과가 얻어지는 범위 내에서 값싼 재료를 사용한다.
⑬ 각각의 발효에 따라 다른 부대설비가 부착되어야 한다.

2)운전조건

① 온도 조건
미생물은 최적온도가 20℃ 이하인 psychrophiles, 20℃~50℃인 mesohiles, 50 ℃ 이상인 thermophiles 등으로 변한다. 성장온도를 최적온도에 가깝게 할수록 성장속도가 증가 하지만 그 이후에 급격히 감소한다. 그림은 온도에 따른 성장곡선을 보여주고 있는데 15℃~21℃까지와 21℃~37℃까지의 두 단계의 성장곡선을 나타낸다.