Установка для культивирования микроорганизмов Советский патент 1992 года по МПК C12M1/04 

71

J3

И

Изобретение относится к микробиологической промышленности и может быть использовано для производства кормовых дрожжей. Цель изобретения - обеспечение стерильности процесса, предотвращение газовых выбросов и снижение удельных энергозатрат. Установка для культивирования микроорганизмов содержит две герме- тичные емкости 1 и 2, снабженные технологическими патрубками, теплооб- менными устройствами 32 и 33 и патрубками 26 и 27 отвода газа. Нижние части каждой емкости 1 и 2 подключены к верхней

23

W

Ю V 35 29

етш

2k

VJ

О

VJ о о- о

части другой емкости при помощи циркуляционных трубопроводов 17, 18,16, 14 и 15 с вентилями 20 и 19 для передавлмвани куль- туральной жидкости из одной емкости в другую. В емкостях 1 и 2 установлены аэраторы 3 и 4 и трубопроводы 11 и 12 подачи свежего газа. Установка снабжена замкнутой системой циркуляции газа, содержащей компрессор 8, циркуляционные газовые трубопроводы 28, 29, 23 и 24 с устройствами 21 и 22 для очистки газа. Циркуляционные трубопроводы 23 и 24 подключены с помощью вентиля 25 к всасывающему патрубку компрессора 8, а трубопроводы 28 и 29 - к патрубкам отвода газа из емкостей

Изобретение относится к микробиологической промышленности, а именно к аппаратам для выращивания аэробных микроорганизмов, и может быть использовано для производства кормовых дрожжей.

Известен аппарат для выращивания микроорганизмов, включающий замкнутый циркуляционный контур, состоящий из цилиндрических емкостей, соединенных трубчатыми элементами. В нижней части каждой емкости установлены устройства для аэрации. Аппарат содержит по крайней мере один механический побудитель потока 1.

Недостаток этого аппарата в повышенных энергозатратах, которые обусловлены затратами энергии на перемешивание в емкостях и на работу побудителя расхода жидкости, а также во вредном воздействии газовых выбросов на окружающую среду.

Известен аппарат, содержащий емкость, внутри которой установлен диффузор в виде емкости с открытым нижним основанием и аэратором внутри, трубопровод для подачи и выпуска аэрирующего воздуха, за- порно-регулирующую арматуру 2.

Недостатками этого аппарата является неравномерность распределения энергии по обьему аппарата. В зоне аэратора при подаче или отборе воздуха турбулизация очень сильная, но объем этой зоны незначителен, и в целом в аппарате не достигается требуемая скорость массопередачи кислорода.

Ближайшим техническим решением к предлагаемому является установка для культивирования микроорганизмов, содержащая снабженные технологическими патрубками, теплообменными устройствами и патрубками отвода газа две герметичные отдельно расположенные и одинаковые по

1 и 2. К нагнетательному патрубку компрессора 8 при помощи вентиля 7 подключены газовые трубопроводы Б и 6 аэраторов 3 и 4, установленных в емкостях 1 и 2, В верхней части емкостей 1 и 2 установлены эжекторы 9 и 10 для смешивания культуральной жидкости с газом, каждый из которых подключен к циркуляционному трубопроводу 14 и 15 для культуральной жидкости и к трубопроводу И и 12 подачи свежего газа. Установка позволяет проводить процессы культивирования в более стерильных условиях, исключить газовые выбросы в атмосферу и на 25 - 40% снизить удельные энергозатраты. 1 ил. .

объему емкости, нижняя часть каждой из которых подключена к верхней части другой емкости при помощи циркуляционных трубопроводов для культуральной жидкости с

клапанами для передавливания ее на одной емкости в другую, установленные в емкостях аэраторы и трубопровод для подачи свежего гг:за 3.

Однако патрубки отвода отработанного

газз через фильтрующие устройства сообщены с атмосферой, поэтому недостатком известной установки является отсутствие полной замкнутости газовых потоков и вероятность вредного влияния газовых выбросов на окружающую среду. Кроме того, аэрирующий газ используется лишь однократно и не возвращается в рабочее пространство установки на повторное использование, поэтому расход газз очень

велик, что приводит к значительным удельным энергозатратам, а также снижает экономичность использования в системе аэрации чистого технического кислорода. Целью изобретения является обеспечение стерильности процесса, предотвращение газовых выбросов и снижение удельных энергозатрат.

Поставленная цель достигается тем, что установка для культивирования микроорганизмов, включающая снабженные технологическими патрубками, теплообменными устройствами и патрубками отвода газа две герметичные емкости, нижняя-часть каждой из которых подключена к верхней части другой емкости при помощи циркуляционных трубопроводов АЛЯ культуральной жидкости с вентилями для передавливяния ее из одной емкости в другую, установленные в емкостях аэраторы и трубопровод для подачи

свежего газа, снабжена замкнутой системой

циркуляции газа,содержащий компрессор,циркуляционные газовые трубопроводы с устройствами для очистки газа, подключенные при помощи вентиля к всасывающему патрубку компрессора и к патрубкам отвода газа из емкостей, газовые трубопроводы, подключенные также при помощи вентиля к нагнетательному патрубку компрессора и к аэраторам, установленным в емкостях, и эжекторы для смешивания культуральной жидкости с газом, каждый из которых подключен к циркуляционному трубопроводу для культуральной жидкости и к трубопроводу подачи свежего газа.

На чертеже схематично показана предлагаемая установка для культивирования микроорганизмов.

Установка включает две герметичные емкости 1 и 2 одинакового объема. Каждая емкость 1 и 2 снабжена аэраторами 3 и 4 барботажного типа. Оба аэратора 3 и 4 подключены посредством газовых трубопроводов 5 и 6 через один трехходовой вентиль 7 к нагнетательному патрубку компрессора 8, играющему роль побудителя расхода газа. В верхней части емкостей 1 и 2 установлены эжекторы 9 и 10, к которым подведены трубопроводы 11 и 12 для подачи чистого технического кислорода через трехходовой вентиль 13 из специального источника. Эжекторы 9 и 10 имеют тангенциальные вводы, подсоединенные к циркуляционным трубопроводам 14 и 15, которые связаны трубопроводами 16 - 18 с нижней частью емкостей 1 и 2 через трехходовые вентили 19 и 20, образуя таким образом циркуляционный контур установки по жидкости. Выходные патрубки эжекторов 9 и 10 расположены внутри верхней части емкостей 1 и 2.

Установка снабжена устройствами 21 и 22 для очистки газа, с одной стороны подключенными циркуляционными газовыми трубопроводами 23 и 24 при помощи вентиля 25 к всасывающему патрубку компрессора 8, а с другой стороны - к верхней части емкостей 1 и 2 через патрубки 26 и 27 отвода газа и трубопроводы 28 и 29. На трубопроводе 16 установлен патрубок 30 для ввода субстрата и патрубок 31 для отбора готового продукта. Внутри емкостей 1 и 2 размещены теплообменные устройства 32 и 33. Трубопроводы 28 и 29 имеют вентили 34 и 35. К всасывающему патрубку компрессора 8 предусмотрен подвод воздуха и чистого технического кислорода через специальные патрубки (не показаны) для осуществления аэраци ,1 культуральной среды в емкости 1 при запуске. В верхней части емкости 1 имеется специальный штуцер (не показан), который открывается только на период запуска установки и служит для выхода отработанного газа, направляемого на очистку и выбрасывание в атмосферу. Установка работает следующим образом.

В емкость 1 через патрубок 30 заливают свежую воду в смеси с питательными солл- ми и посевной культурой. Компрессором 8

0 подают по трубопроводу 5 воздух из атмосферы через аэратор 3 в емкость 1. По мере накопления биомассы постепенно заменяют подачу через аэратор 3 атмосферного воздуха на чистый технический кислород,

5 который подведен к компрессору 8 через специальный патрубок.

На весь период запуска установки вентили 13, 19, 20, 25, 34 и 35 находятся в закрытом положении, а отработанный газ

0 очищается и выбрасывается в атмосферу из емкости 1 через специальный штуцер (не показан). При достижении заданной концентрации биомассы установку переводят на непрерывный режим работы. Для этого

5 посредством переключения вентилей 20 и 19 сообщают емкость 1 с емкостью 2 через трубопроводы 17, 16 и 15 и эжектор 10, э также перекрывают штуцер выброса отработанного газа из емкости 1, и нз весь пери0 од непрерывной работы установки перекрывают специальные патрубки для подачи чистого кислорода и воздуха, подключенные к всасывающему патрубку коми-. рессора 8. Одновременно открывают

5 вентиль 35 на трубопроводе 29, сообщают с помощью вентиля 25 трубопровод 24 со всасывающим патрубком компрессора 8 и переключают вентиль 13 на подзчу чистого кислорода по трубопроводу 12 в емкость 2

0 через эжектор 10.

Культуральная жидкость из емкости 1 под действием избыточного давления, со- здасаемого компрессором 8, нагнетающем очищенный газ (кислород) из емкости 2 в

5 емкость 1 через аэратор 3, передавливается в емкость 2 по трубопроводам 17. 16 и 15 и в виде газожидкостной эмульсии подается и ее внутреннее пространство через эжектор 10. Одновременно производится подача чи0 стого кислорода в эжектор 10 по трубопроводу 12, сообщенному вентилем 13 со специальным источником чистого технического кислорода. По мере заполнения емкости 2 культуральной жидкостью имеющийся

5 в ней объем газа предварительно очищается от СОг в устройстве 22 и возвращается в емкость 1 с помощью компрессора 8 по трубопроводам 24 и 5. После того, как весь объем культуральной жидкости передавлен из емкости 1 в емкость 2, в емкости 1 оказывается только газ, имеющий избыточное давление около 0,3 МПа. В этот момент автоматически переключаются вентили 20 и 19, сообщающие емкость 2 с емкостью 1 через трубопроводы 18, 16 и 14 и эжектор 9. Одновременно вентиль 7 переключает нагнетательный патрубок компрессора 8 на подачу газа в емкость 2 по трубопроводу 6 через аэратор 4, а вентиль 25 отключает трубопровод 24 и подключает к всасывающему патрубку компрессора 8 трубопровод 23. При этом закрывается вентиль 35 и открывается вентиль 34, а также переключается вентиль 13 на подачу чистого кислорода по трубопроводу 11 в емкость 1 через эжектор 9. Газ из емкости 1 с помощью компрессора 8 подается в объем культуральной жидкости емкости 2 по трубопроводам 28, 23 и 6 через аэратор 4, проходя предварительно очистку от СОь в устройстве 21. В результате в емкости 2 происходит аэрация жидкости с одновременным ее передавли- ванием в емкость 1 по трубопроводам 18,16 и 14 и через эжектор 9, в который дополнительно подается чистый технический кислород по трубопроводу 11 через вентиль 13. По мере перекачивания аэрирующего газа из емкости 1 в емкости 2 создается избыточное давление и весь объем культуральной жидкости из емкости 2 передавливается в емкость 1. Далее весь описанный цикл циркуляции жидкости и газа повторяется. Отбор готового продукта осуществляется непрерывно из патрубка 31, а для восполнения объема культуральной жидкости в патрубок 30 непрерывно подается необходимое количество свежей воды в смеси с субстратом, в данном случае - раствором гидролизата.

Таким образом, в предлагаемой герметичной системе ферментации осуществлен непрерывный и замкнутый процесс рециркуляции всего объема культуральной жидкости и газовой фазы, при этом полностью

исключены газовые выбросы в атмосферу, а в результате очистки аэрирующего газа в устройствах 21 и 22 дополнительно получают товарную углекислоту.

По сравнению с известным предлагаемый аппарат позволяет проводить процессы культивирования микроорганизмов в более стерильных условиях за счет использования замкнутой системы циркуляции газовой фазы, а также снизить удельные энергозатратц на 25-40% за счет более полного использования аэрирующего газа и создания избыточного давления в рабочем объеме аппарата.

Формула изббретения

Установка для культивирования микроорганизмов, включающая снабженные технологическими патрубками, теплооб- менными устройствами и патрубками отвода газа две герметичные емкости, нижняя часть каждой из которых подключена к верхней части другой емкости при помощи цир- куляционных трубопроводов для культуральной жидкости с вентилями для

передавливания ее из одной емкости в другую, установленные в емкостях аэраторы и трубопровод для подачи свежего газа, о т- л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью обеспечения стерильности процесса, предотвращения газовых выбросов и снижения удельных энергозатрат, она снабжена замкнутой системой циркуляции газа, содержащей компрессор, циркуляционные газовые трубопроводы с устройствами для очистки

газа, подключенные при помощи вентиля к всасывающему патрубку компрессора и к. патрубкам отвода газа из емкостей, газовые трубопроводы, подключенные также при помощи вентиля к нагнетательному патрубку

компрессора и к аэраторам, установленным в емкостях, и эжекторы для смешивания культуральной жидкости с газом, каждый из которых подключен к цигжуляционному трубопроводу для культуральной жидкости и к

трубопроводу подачи свежего газа.