Аппарат для выращивания микроорганизмов Советский патент 1983 года по МПК C12M1/00 C12M3/02 

Изобретение относится к микробиологической промышленности и сель скому хозяйству, а именно к аппаратам для выращивания микроорганизмов Предпочтительной областью применени является микробиологическая промышленность. Известен аппарат с двухфазной ин жекцией, отличительной особенностью которого является наличие вспомогательного смесителя, выполненного в виде двухфазного инжектора, (эжек тора ), установленного непосредствен но на реакционном сосуде ферментера Такое ,размещен|1е инжектора однознач но определяет и тип реакционного со суда , а именно реакционный сосуд с внутренним циркуляционным перемешиванием 1 3; Достоинством такого аппарата является простота устройства. К сущес венным недостаткам относятся: низ.ка эффективность процесса, реализуемог устройством, и низкая эксплуатацион ная надежность.самого устройства. Указанные недостатки обусловлены тем, что устройство не реализует функции пеногашения и сепарации рабочего тела. В результате ферментация протекает экстенсивно и неустойчиво, процесс не может быть автоматизирован без применения сложных систем управления, а сам аппарат теряет работоспособность через короткое время эксплуатации из-за снижения ферментативной активности рабочего тела и засорения продуктами разложения. Область применения аппарата ограничена случаями, когда для выращивания используются культуры с низкой интенсивностью пенообразования. Известен аппарат с внутренним циркуляционным перемешиванием и сепарацией рабочего тела. Отличительной особенностью его является то, что сам реакционный сосуд выполнен в виде циркуляционного контура, эле ментами которого являются побудител расхода и механический сепаратор, выполняющий функцию пеногашения Эффективность такого устройства несколько выше за счет расширения функциональных возможностей: в конструкцию введен дополнительный элемент - пеногаситель, выполненный в риде механического сепаратора. Одна аппарат обладает, хотя и в меньшей степени, всеми указанными недостатками. Сохранение недостатков сбуслов лено тем, что сепаратор здесь не пре дотвращает пенообразование, а раз- рушает образующуюся в ферментации ° пену. Соответственно, эффективность пеногашения низка В то же время сепаратор не используется по своему прямому назначению: разделенные потоки рабочего тела вновь смешиваются в циркуляционном контуре. Дополнительным недостатком устройства является усложнение конструкции за счет введения дополнительного сложного элемента - пеногасителя, выполнен- V ного в виде механического сепаратора Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является аппарат для выращивания микроорганизмов, выполненный в-виде замкнутого трубчатого циркуляционного контура, снабженного побудителем расхода, инжектором для подвода питательной среды и десорбером газов L 3 3Недостатком известного аппарата является низкий выход готового прО дукта. Причина этого заключается в том, что аппарат не обеспечивает пеногашение и формирование оптимальной возрастной структуры популяции микроорганизмов. Цель изобретения - повышение выхода готового продукта.Поставленная цель достигается тем, что в аппарате для выращивания микроорганизмов, выполненном в виде замкнутого трубчатого циркуляционного контура, снабженного побудителем расхода, инжектором для подвода питательной среды и десорбером газов, десорбер газов представляет собой горизонтально расположенную закрытую емкость, впускная часть которой выполнена в виде сопла Лаваля, а выпускная - в виде дозвукового сопла для образования гидравлического прыжка, при этом сопло Лаваля и дозвуковое сопло снабжены патрубками для отвода газов и готового продукта. На фиг. 1 показана принципиальная схема предлагаемого аппарата на фиг. 2 - конструкция десорбера, paiрез; на фиг. 3 - гидрогазодинамическая обстановка в десорбере при работе предлагаемого artniapara. Аппарат содержит побудитель 1 расхода, инжектор 2, трубопроводы 3, десорбер k, которые соединены друг с другом в замкнутый циркуляционный контур. Дёсорбер ( представляет собой горизонтально расположенную закрытую емкостъ, впускная часть которой выполнена.в виде сопла Лаваля 5, а выпускная.часть - в виде дозвукового сопла 6 для образования гидравлического прыжка, при этом соп ло Лаваля 5 и дозвуковое сопло 6 снабжены патрубками для отвода газов 7и готового продукта; Аппарат работает следующим образом. Побудитель 1 расхода создает поток рабочего тела в циркуляционном контуре. С помощь10 инжектора 2 в аппарат подают свежую питательную среду (жидкость) и газ. Двигаясь в контуре, рабочее тело проходит через де сорбер , испытывая ускорение на входе его, выполненном в виде сопла Лаваля 5, и торможение на выхЬде, вьн полненном в виде дозвукового сопла 6 8результате этого и наличия связи десорбера через патрубок 7 с атмосфё рой в десорбере образуется свободная поверхность потока рабочего тела, с которой осуществляется дехГорбция газов. Отвод газов осуществляют через патрубок 7 в атмосферу. При переходе из сопла -Лаваля 5 в емкость течение потока изменяет .характер: из спокойного превращается в бурное течение. Такой характер течения, как у тановлено экспериментально, препятст вует пенообразованию на свободной поверхности рабочего тела. Далее поток тормозится дозвуковым соплом .6 и переходит в спокойное течение в трубопроводе 3- Переход бурного течения в спокойное сс провождается воз никновением гидравлического прыжка перед дозвуковым соплом 6. Валец гид равлического прыжка, взаимодействуя с набегающим потоком, дополнительно ингибйрует пенообразрвание. Кроме того, наличие водоворота в прыжке создает эффект сепарации рабочего тела, котфрый наиболее сильно выражен в верхней части десорбера U перед дозвуковым соплом 6. Соответст- венно, установленный в верхней части дозвукового сопла 6 патрубок 8 позг воляет отводить готовый продукт,пред ста.вляющий собой суспензию крупных клеток микроорганизмов. Более наглядно гидрогазодинамическую обстановку в десорбере Л во время .работь аппарате представляет нижняя часть фиг.2. Поток рабочего тела смесь жидкости, газа и клеток) поступает через сопло Лаваля в емкость с образованием свободной поверхности. Со свободной поверхности осуществляется десорбция газообразных продуктов метаболизма, которые отводятся в атмосферу. Перед выходом, выполненным в виде дозвукового сопла, имеется гидравлический прыжок с водоворотной зоной, показанной окружностью и сплошной стрелкой. Как видно, выполнение конфузора в виде дозвукового сопла не только обеспечивает плавность перехода, но и способствует возникновению водоворотНой зоны, в которой происходит разделение крупных и мелких клеток микроорганизмов. Отвод суспензии крупных клеток в качестве готоврго продукта изменяет возрастную структуру популяции и непосредственно обеспечивает повышение- выхода готового продукта. Экспериментальная проверка-нового аппарата, устройства-прототипа и базового устройства выполнена в одинаковых условиях с использованием микроорганизмов рода Chlorella/ 3 качестве базового принят аппарат, в котором пеногаситель и сепаратор выполнены отдельно от реакционного сосуда . Результаты экспериментальной проверки предлагаемого аппарата в сравнении с базовым и известным представлены в таблице.

Отличия (% к базовому аппарату)

186,7

185,9

Как видно.из таблицы, предлагаемый аппарат имеет более высокие характеристики как по сравнению с известным устройством, так сравнению с базовым устройством.

Ожидаемый годовой экономический эффект or максима/гьного объема использования изобретения составляет не менее ,S млн.руб.

5

Фиг. /

Фиг, 2.

Фмг.З