АППАРАТ ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ Российский патент 1994 года по МПК C12M1/02 C12M1/04 

Изобретение относится к микробиологической промышленности, а именно к аппаратам для выращивания микроорганизмов, и предназначено для использования на предприятиях по производству кормовых дрожжей, белково-витаминных концентратов и прочих продуктов микробиологического синтеза.

Известен большой класс аппаратов для выращивания микроорганизмов, выполненных в виде цилиндрической емкости с расширенной верхней частью, содержащей циркуляционные трубы, размещенные вне емкости, сообщенные с верхней и нижней частью емкости, аэрирующее устройство, расположенное в нижней части емкости.

В качестве примеров таких аппаратов может быть приведен аппарат [1], основным недостатком которого является то, что в нем отсутствуют условия для организованной циркуляции культуральной жидкости и отбора тепла в период разбраживания, когда аппарат заполнен на 1/3 или 1/4 рабочего объема и культуральная жидкость при аэрации не поднимается до уровня врезки циркуляционных труб. При этом культуральная жидкость не циркулирует через циркуляционные трубы и поскольку теплообменники расположены на циркуляционных трубах, то и отбор тепла при этом отсутствует. Для того, чтобы имела место циркуляция, необходимо заполнить аппарат на полный рабочий объем. Но при таком заполнении резко ухудшаются условия для разбраживания, так как засевная культура оказывается сильно разбавленной, что осложняет условия усвоения микроорганизмами питания и соответственно размножение микроорганизмов, т.е. очень сильно замедляет разбраживание.

Кроме того, в условиях отсутствия организованной циркуляции происходит расслоение культуральной жидкости, заключающееся в том, что большая часть микроорганизмов флотирует в верхний слой, в то время как нижние слои жидкости обеднены микроорганизмами. В таких условиях микроорганизмы испытывают дефицит в питательных веществах и кислороде, что также приводит к замедлению разбраживания. Вследствие того, что длительность разбраживания возрастает, сокращается время производственного цикла, когда аппарат выдает товарную продукцию. В результате аппарат показывает пониженную производительность.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является аппарат [2], содержащий цилиндрический корпус с расширенной верхней частью, циркуляционные трубы с теплообменными устройствами, расположенные вне емкости и присоединенные к ней верхними и нижними концами, аэраторы, расположенные в нижних концах циркуляционных труб, выбрасывающие аэрированную жидкость в нижнюю часть емкости.

Указанные выше недостатки полностью имеют место в данном аппарате, так как в нем не созданы условия для организованной циркуляции в период разбраживания.

Цель изобретения заключается в повышении эффективности работы аппарата, сокращении времени разбраживания и увеличении времени производительного цикла для большего съема продукции.

Согласно предлагаемому изобретению поставленная цель достигается за счет того, что внутри емкости, по ее оси, установлена циркуляционная труба с равномерно распределенными по ее стенке отверстиями, над которыми с внутренней стороны трубы укреплены отражательные щитки, а в кольцевом промежутке с внешней стороны циркуляционной трубы размещены дополнительные теплообменные устройства, под которыми расположено аэрирующее устройство, укрепленное на некотором расстоянии от дна емкости, выше врезки нижних концов циркуляционных труб.

Благодаря тому, что внутри емкости установлена циркуляционная труба, снабженная отверстиями, равномерно распределенными по ее стенке, дополнительные теплообменные устройства и устройство для аэрации, размещенные в кольцевом пространстве, в аппарате обеспечивается отличное перемешивание и теплоотвод при любом объеме заполнения, в том числе при разбраживании аппарата по методу доливок, когда первоначально заливают аппарат ориентировочно на 1/3 рабочего объема и засевают чистую культуру, а затем путем доливок питательной среды доводят объем и концентрацию биомассы до рабочих параметров и переводят аппарат на непрерывный режим работы.

При такой конструкции аппарата разбраживание осуществляется ориентировочно в три раза быстрее (например, 1 сутки вместо 3 сут), что дает существенное увеличение рабочего времени и, следовательно, увеличение производительности.

Таким образом, новые конструктивные признаки придают конструкции аппарата новые свойства и обеспечивают получение нового результата.

На фиг. 1 показана конструкция аппарата для выращивания микроорганизмов; на фиг. 2 - поперечный разрез А-А аппарата на фиг. 1 с радиально расположенными теплообменными устройствами; на фиг. 3, 4 - дополнительное теплообменное устройство, выполненное в виде плоских панелей с зигзагообразными ходами; на фиг. 4 - разрез Б-Б фиг. 3.

Аппарат для выращивания микроорганизмов содержит емкость 1 с расширенной верхней частью 2. По окружности нижней части 3 емкости 1 размещены циркуляционные трубы 4, сообщенные с верхней частью 2 и нижней частью 3 емкости 1, снабженные теплообменными устройствами 5.

Внутри емкости 1 по ее оси установлена циркуляционная труба 6 с равномерно распределенными по ее стенке отверстиями 7, над которыми с внутренней стороны трубы 6 укреплены отражательные щитки 8, предупреждающие проникновение пузырьков воздуха из кольцевого пространства внутрь трубы 6. С внешней стороны циркуляционной трубы 6 в кольцевом пространстве размещены дополнительные теплообменные устройства 9, которые могут быть выполнены либо в виде змеевиков (фиг. 1), либо в виде плоских панелей (фиг. 3 и 4) с зигзагообразными ходами, установленных радиально.

Под теплообменными устройствами 9 в кольцевом промежутке расположено аэрирующее устройство 10 на некотором расстоянии от дна емкости 1, выше врезки нижних концов циркуляционных труб 4, которые, в свою очередь, врезаны также не у самого дна, а на некотором расстоянии, таким образом, чтобы у дна оставалось некоторое свободное пространство 11, необходимое для осаждения и сбора шлама в период работы аппарата.

Емкость 1 снабжена необходимыми штуцерами для ввода компонентов питания, отбора культуральной жидкости с биомассой, сброса отработанных газов, установки приборов КИП и др.

Работа аппарата для выращивания микроорганизмов осуществляется следующим образом.

Перед пуском аппарата в работу внутреннюю полость его промывает моющими растворами и теплой водой с помощью моечных головок, расположенных в верхней части аппарата. После промывки аппарат заполняют на 1/3 рабочего объема питательной средой, засевают чистую культуру микроорганизмов и включают подачу воздуха в аэрирующее устройство. Таким образом начинается разбраживание аппарата.

Пузырьки воздуха, выходя из аэрирующего устройства 10, поднимаются по кольцевому промежутку между стенкой емкости 1 и циркуляционной трубой 6 и создают восходящий поток.

Уровень жидкости в кольцевом промежутке поднимается вследствие аэрации, пузырьки воздуха проходят через жидкость и, покидая ее, отводятся из аппарата через штуцер, расположенный в крыше емкости 1, а жидкость сливается через отверстия 7 внутрь циркуляционной трубы 6, опускается и, огибая нижнюю кромку трубы 6, попадает снова в восходящий поток. При этом отражательные щитки 8, установленные над отверстиями 7, не позволяют пузырькам воздуха проникать внутрь трубы 6, отражая их и направляя в кольцевой промежуток.

При движении вверх по кольцевому промежутку культуральная жидкость омывает теплообменные устройства 9, отдавая тепло, выделяемое микроорганизмами в процессе жизнедеятельности. В процессе разбраживания ежечасно делают доливки питательной среды. По достижении заданного рабочего объема культуральная жидкость начинает переливаться во внешние циркуляционные трубы 4 и далее циркуляция идет одновременно по внешним циркуляционным трубам 4 и внутренней 6.

По достижении концентрации микроорганизмов до заданного значения переводят аппарат на непрерывный режим - режим постоянной подачи питания и отбора дрожжевой суспензии.

Благодаря тому, что в течение всего разбраживания поддерживается оптимальная концентрация микроорганизмов и питательных веществ в среде и благодаря циркуляции этой среды через центральную циркуляционную трубу 6 и теплообменные устройства 9, обеспечиваются оптимальные условия для микроорганизмов и разбраживание протекает быстро и эффективно.

Аппарат в более короткий срок выводится на непрерывный режим и начинает выдавать товарную продукцию.

Использование: микробиологическая промышленность, аппараты для выращивания микроорганизмов. Сущность изобретения: аппарат содержит вертикальную емкость с расширенной верхней частью, циркуляционные трубы, расположенные вне емкости и подключенные в верхней и нижней ее частям, теплообменные устройства, совмещенные с циркуляционными трубами, аэрирующее устройство, расположенное в нижней части емкости. Внутри емкости по ее оси установлена циркуляционная труба с равномерно расположенными по высоте ее стенки отверстиями, над которыми с внутренней стороны трубы укреплены отражательные щитки, отогнутые вниз, а с внешней стороны трубы в образованном кольцевом промежутке размещены дополнительные теплообменные устройства, под которыми расположено аэрирующее устройство в виде кольца, размещенного между нижним срезом циркуляционной трубы и нижними выходными участками внешних циркуляционных труб, которые, в свою очередь, расположен таким образом, что между ними и дном емкости образовано свободное пространство для осаждения и сбора шлама. 4 ил.

АППАРАТ ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ, содержащий вертикальную емкость с расширенной верхней частью, циркуляционные трубы, расположенные вне емкости и подключенные к верхней и нижней частям емкости, теплообменные устройства, совмещенные с циркуляционными трубами, аэрирующее устройство, расположенное в нижней части емкости, отличающийся тем, что внутри емкости по ее оси установлена циркуляционная труба с равномерно расположенными по всей высоте ее стенки отверстиями для прохода среды, над которыми с внутренней стороны трубы укреплены отражательные щитки, отогнутые вниз, а в образованном кольцевом промежутке с внешней стороны циркуляционной трубы размещены дополнительные теплообменные устройства, под которыми расположено аэрирующее устройство в виде кольца, расположенного между нижним срезом циркуляционной трубы и нижними выходными участками внешних циркуляционных труб, при этом нижние выходные участки расположены у дна емкости таким образом, что между ними и дном образовано свободное пространство для осаждения и сбора шлама.