Аппарат для выращивания микроорганизмов Советский патент 1991 года по МПК C12M1/10 

1

(61) 1275040

(21)4427968/13, 4430457/13

(22)17.05.88

(46) 23.04.91. Бюл, Р 15

(71)Институт микробиологии и вирусологии им. Д.К.Заболотного

(72)С.И.Писарев, А.Е.Евсеев, В.Г.Шаров и Е.В.Межбурд

(53) 628.8(088.8)

(56) Авторское свидетельство СССР

№ 1275040, кп. С 12 Л 1/10, 1984,

(54) АППАРАТ ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ

(57) Изобретение относится к микробиологической промышленности, а именно к аппаратам для выращивания микроорганизмов. Цель изобретения - повышение надежности и точности контроля физико-химического состояния культу- ральной жидкости. Аппарат содержит емкость 1 с мешалксй 3, установленной на валу 2, трубой Л для подачи

ю

Bo3a.Lj

Р

С

аэрирующего газа, аэратором 5 и теп- лообменной рубашкой 6. Кмкость имеет крышку 7, под которой установлены направляющие пластины 8. -К крышке ем- кости 1 подсоединены патрубок 9 для отвода отработанного газа и патрубок 10 для подачи питательной среды. На патрубке 9 в емкости 1 установлен входной конус 11. Иа крышке 7 вокруг патрубка 9 размещена камера 12, сообщенная с емкостью 1 и служащая для отвода дегазированной жидкости, при

Изобретение относится к микробио- логической промышленности, к аппаратам для выращивания микроорганизмов - и является усовершенствованием аппарата Ъо авт.св. № 1275040,

Целью изобретения является повышение надежности и точности контроля физико-химического состояния культу- ральной жидкости.

На фиг. 1 изображен аппарат с верхним соединением рециркуляционного трубопровода, продольный разрез; на фиг о 2 - то же, с нижним соединением рециркуляционного трубопровода на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1.

Аппарат для выращивания микр оорга-1 низмов содержит вертикальную цилинд-/ (рическую емкость 1 с соосно установ-/ ленным В1 ней валом 2, на котором закреплена мешалка 3, размещенная в нижней части емкости 1. В днище емкости 1 установлена труба 4 для подачи аэрирующего газа, к которой подключен аэратор 5, выполненный в виде кольцевой трубы с отверстиями. На боковой поверхности емкости 1 размещена теп- лообменная рубашка 6. Емкость 1 имеет крышку 7, на внутренней поверхносч1 ти которой равномерно укреплены по дуге окружности, диаметр которой ра- вен радиусу емкости 1, направляющие изогнутые пластины 8.

f

Пластины 8 наклонены к горизонтальной плоскости на периферии крышки, под углом 90°, а в центре 20-90°. Поверхность направляющих пластин 8, находящихся на периферии, расположена тангенциально боковой стенке емкости 1. По мере приближения к центру емкости 1 поверхность направляющих пластин 8 плавно наклонена к крьппэтом к камере 12 подключен рециркуляционный трубопровод 13, содержащий проточный блок 14 датчиков. Выходной участок 15 трубопровода 13 соединен с емкостью 1 на периферии крышки 7 или с центральной частью днища емкости 1 под мешалкой 3 в зонах разрежения. Аппарат обеспечивает надежный контроль параметров среды за счет исключения попадания пузырьков газа в блок 14 датчиков и образования в нем застойных зон. 3 ил.

0 5

0

5

0

5

0

5

ке 7. К крышке емкости 1 подсоединены патрубок и для отвода отработанного газа 9 и для подачи питательной среды 10.

На патрубке 9 в емкости 1 установлен входной конус 11, размещенный по оси емкости 1 под направляющими изогнутыми пластинами 8. На крышке 7 емкости 1 вокруг патрубка 9 для отвода отработанного газа размещена камера 12, сообщенная с емкостью 1 и служащая для отвода дегазированной жидкой среды, . при этом к камере 12 подключен рециркуляционный трубопровод 13, содержащий проточный блок 14 датчиков физико-химического состояния среды. Выходной участок 15 трубопровода 13 соединен с емкостью 1 на периферии крышки 7 (фиг. 1) или с центральной частью днища емкости 1 под мешалкой 3 (фиг. 2) в зонах разрежения внутри емкости 1.

Кроме того, при подключении рециркуляционного трубопровода 13 к днищу емкости 1 он содержит патрубок 16 с вентилем 17, соединенный с днищем емкости 1 на ее периферии непосредственно около стенки, и вентиль 18, установленный перед блоком 14 датчиков (фиг. 2). i

Аппарат работает следующим образом.

Емкость 1 (фиг. 1) через патрубок 10 заполняется заданным объемом куль- туральной жидкости. Газовое пространст-| во емкости 1 через трубу 4 и аэратор 5 заполняют исходной газовой смесью. Включают мешалку 3 и производят тер- мостатирование культуральной жидкости путем подачи теплоносителя в рубашку 6, а также рН статирование за счет подачи в емкость титранта. По мере размножения микроорганизмов в культуральную жидкость подают питательные соли, вод и исходную газовую смесь через трубу 4 и аэратор 5. Избыток культураль- ной жидкости сливают. При включении мешалки 3 культуральная суспензия принимает вращательное движение и по стенкам емкости 1 поступает на направляющие пластины 8. С направляющих пластин 0 благодаря их профилю часть культуральной зкидкости сливается равномерно по радиусу емкости 1 в основной объем перемешиваемой среды, а другая часть с большой скоростью устремляется к центру емкости 1, создавая под крышкой 7 емкости 1 в ее центре повышенное давление. При этом на периферии емкости 1 за направляющими пластинами 8 образуются зоны разрежения. Из зоны повышенного давления часть культуральной жидкости, освобожденной от пузырьков газа, через трубопровод 13 поступает в блок 14 датчиков и далее через его выходной участок 15 сливается в зону разрежения,, находящуюся за направляющей пластиной 0. Полость, образованная камерой 12 и трубопроводом 13, способствует интенсивной сепарации газовых пузырей. Другая часть культуральной жидкости из зоны повышенного давления совместно с газовыми пузырями вихревым потоком поступает на наружную поверхность конуса 11. На нижней кромке конуса 11 происходит сепарация культуральной суспензии. При этом культуральная жидкость по- ступает в основной объем перемешиваемой среды, а отработанный газ - в газовое пространство конуса 11, и далее в патрубок 9 для отвода отработанных газов. В результате такой организации модели движения потоков во всем объеме аппарата образуется эмульгационный режим с сильно развитой поверхностью контакта фаз, а в циркуляционном контуре достигается скоростное движение культуральной жидкости, освобожденной от газовых пузырей.

Таким образом, при выполнении аппарата с верхним соединением рециркуляционного трубопровода (фиг. 1) обеспечивается надежный контроль и управление процессом выращивания микроорганизмов при сильно развитой поверхности контакта фаз в системе газ - жидкость. Сочетание повышенного массооб

мена и надежного управления процессрм позволяет повысить производительность аппарата.

При подключении рециркуляционного трубопровода 13 к днищу емкости 1 (фиг. 2) последняя через патрубок 10 заполняется заданным объемом культуральной жидкости. Газовое пространство емкости 1 через трубу 4 и аэратор 5 заполняют исходной газовой смесью. Включают мешалку 3 и. производят термостатирование культуральной жидкости путем подачи теплоносис теля в рубашку 6. При умеренном перемешивании в аппарате образуется воронка, при которой жидкость не достигает направляющих пластин 8. При этом режиме работы культуральная

0 жидкость под действием перепада давления между периферией и центральной зонами емкости 1 поступает через вентиль 17, трубопровод 13 и вентиль 18 в блок 14 датчиков и далее через вы5 ходной участок 15 в зону разрежения мешалки 3.

Умеренный режим работы характеризуется незначительным газосодержанием, при котором в блок 14 датчиQ ков пузырьки газа не попадают. При повышении числа оборотов мешалки 3 в трубопровод 13 начинают попадать газовые пузыри. Однако в месте разветвления трубопровода 13 пузыри газа, отделяясь от жидкости, посту5 пают в верхнюю часть трубопровода 13 и далее в газовое пространство емкости 1, а культуральная жидкость - в блок датчиков 14 и далее в зону всасывания мешалки 3.

При интенсивном перемешивании в промышленных аппаратах культуральная суспензия принимает вращательное движение и по стенкам емкости 1 поступает на направляющие пластины 8.

В аппарате образуется эмульгационный режим, при котором вся внутренняя поверхность конструктивных элементов аппарата омывается культуральной суспензией, что предотвращает зарастание ее микроорганизмами. С направляющих пластин 8 благодаря их профилю часть культуральной жидкости сливается равномерно по радиусу емкости 1 в основной объем перемешиваемой среды, а другая часть с большой скоростью устремляется к центру емкости 1, создавая под крышкой 7 емкости 1 в ее центре повышенное давление, величи-

0

5

0

5

на которого больше, чем давление на периферии днища емкости 1 и в зоне всасывания мешалки 3 в центральной части днища емкости 1. Благодаря установке камеры 12 часть культуральной жидкости освобожденная от газовых пузырей, из зоны повышенного давления поступает в трубопровод 13. Другая часть культуральной жидкости из зоны повышенного давления совместно с газовыми пузырями вихревым потоком поступает на наружную поверхность конуса 11. На нижней кромке конуса 11 происходит сепарация культуральной суспензии и пеногашение. При этом культуральная жидкость поступает в основной объем перемешиваемой среды, а отработанный газ - в газовое пространство конуса 11 и далее в патрубок 9 для отвода отработанных газов.

В момент поступления культуральной жидкости в трубопровод 13 в нем образуется подвижная газовая пробка. Для предотвращения попадания этой газовой пробки в блок 14 датчиков в момент образования пробки закрывают вентиль 18 При этом газовая пробка из трубопровода 13 через вентиль 17 выбрасывается в емкость 1„ После прокачки трубо провода 13 вентиль 17 прикрывается, а вентиль 18 открывается При этом культуральная жидкость, освобожденная от больших газовых пузырей, из камеры 12 и вентиль 17 через трубопровод 13 и вентиль 8 с большой скоростью по- ступает в блок 14 датчиков и далее через выходной участок 15 в зону вса сывания мешалки 3« При интенсивном -. перемешивании движение жидкости в контуре происходит в основном за счет пе репада давления по высоте емкости 1, который значительно больший, чем перепад давления между центром и перифе

0

5 5

0

рией емкости 1. Суммарное действие этих перепадов давления обеспечивает большую скорость протока культуральной жидкости через циркуляционный трубопровод 13, что предотвращает накопление газа в блоке 14 датчиков.

В результате такой организации модели движения потоков во всем объеме емкости 1 образуется эмульгацион- ный режим с сильно развитой поверхностью контакта фаз, а в циркуляционном контуре при любых режимах работы аппарата достигается движение культу-

.ральной жидкости, освобожденной от газовых пузырей,

Таким образом, предлагаемый аппарат обеспечивает возможность повышения

надежности и точности контроля физико-химического состоянии - культуральной среды и управление процессом выращивания микроорганизмов, при различных режимах его работы. Формула изобретения

Аппарат для выращивания микроорганизмов по авт.св. № 1275040, о т- личающийся тем, что, с целью повышения надежности и точности контроля физико-химического состояния культуральной жидкости, на крышке емкости вокруг патрубка для отвода отработанного газа размещена камера, сообщенная с емкостью и служащая для отвода дегазированной жидкой среды, при этом к камере подключен рециркуляционный трубопровод, содержащий проточный блок датчиков физико-химического состояния среды, причем выходной участок трубопровода сообщен с емкостью путем подсоединения к периферии крышки или к центральной части днища емкости под мешалкой, в зонах разрежения внутри емкости.

П

9V J3

15