Аппарат для выращивания микроорганизмов Советский патент 1991 года по МПК C12M1/04 

Изобретение относится к микробиологической промышленности, а именно к аппаратам для выращивания микроорганизмов.

Цель изобретения - увеличение производительности.

На фиг. 1 изображен аппарат, вертикальный разрез; на фиг. 2 - диспер- гатор.

Аппарат для выращивания микроорганизмов содержит вертикальную цилиндрическую емкость 1, разделенную по высоте горизонтальными перфорированными перегородками 2 на секции 3. В верхней части емкости 1 концентрично с ней установлен стакан 4, образующий со стенками емкости 1 кольцевую полость 5 для выделения концентрированной биомассы. Стакан снабжен перфорированной перегородкой 6, патрубком 7 для подвода аэрирующего агента и патрубком 8 для отвода осветленной жидкости. Аппарат имеет крышку 9. Под крышкой над емкостью 1 в зоне перелива газожидкостной среды из емкости 1 в стакан 4 установлен распределитель 10 потока. На крышке 9 размещен механический газоотделитель 11 с патрубками 12 для вывода концентрата и отходящего газа.

В нижней части емкости установлено устройство для диспергирования газожидкостной смеси. Устройство состоит из корпуса 13, в котором один над другим расположены два ротора 14 и 15, имеющие привод. Роторы выполнены в виде усеченных конусов, обращенных большими основаниями один к другому, имеют перфорацию 16. Между собой роторы образуют камеру для перемешивания газожидкостной смеси. Внутри камеры равномерно

по ее высоте размещены лопасти 17. Половина лопастей, расположенных в верхней части камеры, с помощью стержней 18, имеющих перемешивающие пальцы 19. соединена с валом 20, который посредством крестовины 21 и подшипников 22 связан с верхним конусом. Другая половина лопастей, размещенных в нижней части камеры, также с помощью стержней 18, имеющих

перемешивающие пальцы 16, соединена с валом 23. Вал 20 посредством зацепления шестерен 24 и 25, расположенных внутри полого шкива 26, внутренняя зубчатая поверхность которого зацеплена с шестерней

25, сообщен с полым валом 23, жестко связанным с полым шкивом 26 и ротором 15. Привод роторов 14 и 15 обеспечивает их вращение в противоположных направлениях. Внутренняя поверхность камеры имеет

нарифления 27 треугольного профиля. Периферийные участки лопастей 17 расположены у стенок камеры и имеют зубчатую кромку. Лопасти 17 выполнены перфорированными. В верхней части полого вала 23

установлены уплотнения 28, препятствующие попаданию дрожжевой суспензии в зазор между валами 20 и 23 и подшипниками 22, обеспечивающими соосное вращение валов 20 и 23. Шестерня 25 усыновлена с

возможностью вращения на жестко закрепленной консоли 29, Полый шкив 26 посредством клиноременной передачи 30 сообщен со шкивом 31 и мотор-редуктором 32. Корпус 13 имеет патрубок 33 для подачи воздуха и патрубок 34, соединенный с насосом 35 для организации циркуляционного контура. Аппарат работает следующим образом. В вертикальную емкость 1 циркуляционным насосом 35 в одну из секций 3 подается питательная среда, засевная биомасса

и субстрат для дальнейшего непрерывного выращивания микроорганизмов. Непрерывную аэрацию среды осуществляют путем подачи воздуха в патрубок 33 устройства для диспергирования газожидкостной смеси, размещенного в корпусе 13 под нижним ротором 15. Аэрирующий воздух, нагнетаемый под избыточным давлением, проходит через перфорацию 16 ротора 15 и барботируется через питательную среду, благодаря чему достигается эффективный массоперенос кислорода к микробным клеткам. Роторы 14 и 15 приводятся в противонаправленное движение приводом. Питательная среда с субстратом и микроорганизмами, интенсивно перемешиваемая аэрирующим воздухом, через перфорированные перегородки 2 попадает в нижнюю часть емкости 1 и через перфорацию в роторе 14 и его меньшее основание поступает в камеру, которую образуют между собой роторы 14 и 15. В камере под действием центробежных сил вращающихся роторов и благодаря взаимодействию со средой стержней 18 с пальцами 19. а также перфорированных поверхностей перемешивающихся лопастей 17 с нарифлениями 27 на внутренней поверхности роторов обеспечивается интенсивное диспергирование и перемешивание труднорастворимого углеродсодержащего субстрата в питательной среде до размеров, соизмеримых с микробными клетками. Гомогенизированная таким образом питательная среда через патрубок 34 и циркуляционный насос 35 подается в одну из секций емкости 1. Противонаправленное вращение роторов 14 и 15 обеспечивается путем передачи вращательного движения от их привода, шкива 31 и клиноременной передачи 30 малому шкиву 26, жестко соединенному с полым валом 23, обеспечивающим вращение нижнего ротора 15, а расположенные внутри полого шкива 26 зацепленные между собой шестерни 24 и 25 (причем последняя входит в зацепление с зубчатой поверхностью полого шкива 26) обеспечивают передачу вращательного движения валу 20, сообщенному посредством крестовины 21 с ротором 14. Установка шестерен 24 и 25 внутри полого шкива 26 обеспечивает соос- ное противонаправленное вращение вала 20 и трубчатого вала 23 и, соответственно, верхнего 14 и нижнего 15 роторов.

Таким образом постоянно за счет рециркуляционного контура обеспечивается гомогенизация питательной среды в поле центробежных сил роторов, ее взаимодействие с поступающим аэрирующим газом и диспергирование субстрата (дезинтегрирование нерастворимого субстрата), что способствует интенсивности его утилизации микроорганизмами, высокой скорости образования биомассы и повышению произво- дительности аппарата в целом.

Образующаяся в процессе выращивания биомассы пена, содержащая клетки микроорганизмов, поднимается вместе с аэрирующим газом в верхнюю часть емкости

0 1 и по коническим поверхностям распределителя 10 потока поступает в кольцевую полость 5. Аэрирующий агент для флотирования пены поступает через патрубок 7 в перфорированную перегородку 6, в резуль5 тате чего обеспечивается такое диспергирование пузырьков воздуха и эффективное флотационное разделение газожидкостной среды, содержащей клетки. В результате флотационного процесса пена с клетками

0 микроорганизмов, закрепленных на пузырьках воздуха, поднимается вверх в зазоре между крышкой 9 аппарата и распределителем 10 потока и поступает в газоотделитель 11, откуда в виде концентри5 рованной суспензии микроорганизмов выводится через патрубок 12 из аппарата Осветленная культуральная жидкость собирается в нижней части кольцевой полости 5 и отводится из аппарата через патрубок 8.

0Конструкция устройства для диспергирования газожидкостной смеси интенсифицирует процесс диспергирования и истирания частиц растительного субстрата до размеров 20-100 мкм за счет активного

5 взаимодействия газа, жидкости и грубого субстрата. При этом создаются микрозоны турбулизации с разнонаправленными потоками, завихрениями, что способствует интенсивной турбулизации среды. Наклонный

0 ввод газа к оси емкости, обусловленный конической конструкцией нижнего ротора, увеличивает время контакта газ-жидкость (т.е. время нахождения воздуха в зоне турбулизации), что способствует повышению

5 скорости его растворения.

Устройство для диспергирования газожидкостной смеси позволяет дезинтегрировать грубые частицы растительного субстрата, при этом увеличивается выход

0 биомассы от сырья, более полно используется субстрат, тонко измельченный субстрат находится во взешенном состоянии, не оседает на дно поверхности, не забивает отверстий, т.е. применение такого устройст5 ва в ферментерах может значительно стабилизировать его работу

В целом использование аппарата позволяет увеличить производительность процесса по биомассе при выращивании микроорганизмов на труднорастворимых

углеродсодержащих субстратах на 25 -30%, а также использовать грубые (растительные) субстраты.

Формула изобретения

Аппарат для выращивания микроорганизмов, содержащий вертикальную цилиндрическую емкость с технологическими патрубками, разделенную по высоте горизонтальными перфорированными перегородками на секции, и размещенное в нижней части емкости устройство для диспергирования газожидкостной смеси, включающее два расположенных один над другим перфорированных ротора, снабженные приводом и установленные с возможностью вращения в противоположных

направлениях, отличающийся тем, что. с целью увеличения производительности, роторы выполнены в виде усеченных конусов, обращенных большими основаниями

один к другому и образующих между собой камеру для перемешивания газожидкостной смеси, внутри камеры равномерно по ее высоте размещены лопасти, одна половина которых, расположенных в верхней части

камеры, прикреплена посредством вертикального вала к верхнему ротору, а другая половина - размещенных в нижней части камеры - к нижнему ротору, при этом внутренняя поверхность камеры выполнена с

нарифлениями треугольного профиля, а периферийные участки лопастей расположены непосредственно у Стенки камеры и имеют зубчатую кромку.

Изобретение относится к микробиологической промышленности, а именно, к аппаратам для выращивания микроорганизмов. Целью изобретения является увеличение производительности. Аппарат содержит вертикальную цилиндрическую емкость 1, разделенную по высоте горизонтальными перфорированными перегородками 2 на секции 3. В верхней части емкости концентрично с ней установлен стакан 4, образующий со.стенками емкости 1 кольце

11

16

27

20

16

14

29