Установка для культивирования микроорганизмов Советский патент 1992 года по МПК C12M1/08 

Изобретение относится к микробиологической промышленности а именно к системам культивирования и воздухе- обеспечения аппаратов глубинного типа для выращивания аэробных микроорганизмов на жидких питательных средах с целью получения биомассы и продуктов метаболизма, и может быть использовано в отраслях микробиологической, химико-фармацевтической, медицинской и пищевой промышленности.

Известные системы газообеспечения ферментера представляют собой схему

прямой продувки культуральной жидкости воздухом с помощью компрессора через стерилизующий фильтр на входе в аппарат и фильтр очистки газовоздушных выбросов на выходе. ,

Однако такая система газообеспечения ферментера в значительной степени энергоемка и малоинтенсивна по массо- переносу кислорода, а энергозатраты на прокачку воздуха возрастают по мере забиваемости фильтров и уменьшения их стерилизующей способности.

-vl

оо

00 00 42ь

Известны системы газообеспечения ферментера по схеме прямой продувки купьтуральнойжидкости воздухом через компрессор, содержащие стерилизующие фильтры на входе и выходе аппарата, а также магистраль подачи чистого кислорода на входе.

Введение кислорода интенсифицирует процесс массопередачи даже при снижении продувки культуральной жидкости воздухом, но.приводит к увеличению энергозатрат. Так, расход энергии на производство кислорода составляет порядка 0,35-0,45 кВт.ч/мЭо

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой установке является система газообесГпечения ферментера, включающая замкнутый контур с компрессором для подачи воздуха, систему фильтрации и магистраль для подачи чистого кислорода, связанную с входом ферментера.

к входным участкам камер для обеспечения движения газа и воздуха в них вдоль мембраны.

Установка для культивирования микроорганизмов, снабженная газообменным устройствсм, содержащим две параллельные проточные камеры, позволяет соз-, дать два продуваемых вдоль мембран . объема. То, что одна из: камер сообщается с ферментером, а другая - с вентилятором для„ ПОДЕОДЭ в нее. свежего воздуха, создает в системе фильтрации два контура - внешний и внутренний. Поскольку в этом случае нет принудительной фильтрации воздуха через мембрану, то нет закупорки пор микрочастицами и аэрозолями.

Размеры пор ядерной мембраны долж- ны-лежать в диапазоне 50-500 нм, причем нижняя граница определяется величиной, равной средней длине свободного пробега газовых молекул (при атмосферном давлении), при которой проис5

Использование: в микробиологической промышленности при получении биомассы микроорганизмов и продуктов метаболизма их жизнедеятельности. Сущность изобретения: установка содержит ферментер и систему очистки и подвода газа, включающую внешний циркуляционный контур, содержащий рециркуляционные трубопроводы для отвода и подвода газа, побудитель расхода и газообменное устройство. Последнее содержит корпус, разделенный ядерной газоселективной мембраной на две параллельные проточные камеры, одна из которых подключена трубопроводом для отвода газа к ферментеру, а другая снабжена вентилятором для подвода в нее свежего воздуха о При этом указанный трубопровод и вентилятор подключены соответственно к входным участкам камер для обеспечения движения газа и воздуха в них вдоль мембраны. 2 ил. (Л

Недостатком известной установки яв- „ ходит переход к промежуточному, а заляются высокие энергозатраты на прокачку воздуха через систему фильтрации , содержащую скруббер, фильтр и абсорбер для улавливания двуокиси углерода, причем возрастают затраты : по мере забиваемости фильтра; низкая эффективность обеспложивания микроорганизмов в целевом потоке воздуха, а следовательно, невысокая степень стерильности процесса культивирования

тем к кнудсеновскому режимам течения газа, характеризующимся меньшими коэффициентами диффузии газа, а верхняя граница -.значением, которое достаточно для защиты от проскока микрочастиц 30 и микроорганизмов (например, при появлении перепада давления на мембране) . ,.

На фиг. t изображена установка для культивирования микроорганизмов;

микроорганизмов, невысокие сроки эффек-35 на Фиг. 2 - газообменное устройство.

тивной эксплуатации,с частыми регене- рациями.

Целью изобретения является сокращение энергозатрат на подвод газа и повышение стерильности процесса культивирования микроорганизмов.

Указанная цель достигается тем, что в установке культивирования микроорганизмов, содержащей ферментер и систему очистки и подвода газа, включающую внешний циркуляционный контур, содержащий отводящий и подводящий рециркуляционные трубопроводы для газа, побудитель расхода и газообменное

устройство, последнее содержит корпус,50 а служит для наружного обдува мембра- разделенный ядерной газоселективной ны. На входе в ферментер подключен мембраной.на две параллельные проточные камеры, одна из которых подключена трубопроводом для отвода газа к ферментеру, а другая снабжена вентилято-ч ром для подвода в нее свежего воздуха, при этом указанный:трубопровод и

баллон 8 с кислородом.

Установка работает следующим образом.

55 Воздух циркулирует по замкнутому контуру ферментера 1 с помощью компрессора 7. Газообменное устройство обеспечивает диффузию избытка двуокиси

вентилятор подключены соответственно

тем к кнудсеновскому режимам течения газа, характеризующимся меньшими коэффициентами диффузии газа, а верхняя граница -.значением, которое достаточно для защиты от проскока микрочастиц 0 и микроорганизмов (например, при появлении перепада давления на мембране) . ,.

На фиг. t изображена установка для культивирования микроорганизмов;

Установка представляет собой замкнутый контур, включающий собственно ферментер 1 с барботером 2, мешалкой 3, рубашкой 4 водяного охлаждения

и двигателем 5 привода мешалки,

фильтр-влагоотделитель 6, компрессор 7 внутренней камеры и подключенное к ферментеру через трубопровод гаэооб менное устройство, содержащее корпус,

состоящий из верхней крышки 9, разделительных пластин 10, ядерных мембран И на разделительных пластинах, нижней крышки 12, внутренней 14 и внешней 13 камер. Вентилятор внешнего возду а служит для наружного обдува мембра- ны. На входе в ферментер подключен

баллон 8 с кислородом.

Установка работает следующим образом.

Воздух циркулирует по замкнутому контуру ферментера 1 с помощью компрессора 7. Газообменное устройство обеспечивает диффузию избытка двуокиси

51

углерода в циркулирующем воздухе внуренней камеры через ядерную мембрану 1t во внешнюю камеру.

Если на выходе ферментера 1 благодаря интенсивному потреблению наблюдается меньшее по отношению к атмосферному количество кислорода то на мембране 11 создается аналогичный дифузионный поток, но уже направленный в сторону внутренней камеры. Это приводит к восстановлению в установке состава воздуха по С0г и Ог практически атмосферного прокачиваемого во внешнем контуре вдоль ядерной мембраны вентилятором.

Баллон с чистым кислородом служит для интенсификации роста биомассы в ферментере 1. Однако во избежание

больших потерь кислорода на газообмен- 20 тивирования„ Помимо этого, за счет ном устройстве его концентрация на вы- замкнутой циркуляции газа во внутрен- ходе из ферментера не должна превы- , ней камере (внутреннем контуре) вышать 25-30 об,%.

Газообменное устройство может быть выполнено в виде камеры, содержащей пакет плоских перфорированных разделительных пластин, размещенных между верхней и нижней крышками, с жестко закрепленными на них по периметру ядерными мембранами с диаметром пбр 0,1 мкм. Внешняя камера снабжена двумя вентиляторами типа ВН-2 потребляемой мощностью 20 Вт.

Газообменное устройство подключено к ферментеру с побудителем расхода (компрессором) во внутренней циркуляционной камере.

Благодаря имеющимся двум камерам газообменного устройства отсутствует закупорка пор микрочастицами и аэрозолями (так как нет принудительной фильтрации воздуха через мембрану). При этом имеющиеся градиенты концентрации кислорода и углекислого газа по отношению к атмосферному воздуху вызыполняются условия экологической чистоты - ликвидируются выбросы в атмо25 сферу.

В случае необходимости (условия очень сильных загрязнений, проскок пены культуральной жидкости и т.п.) газообменное устройство может быть

,д легко регенерировано путем промывки в воде или в другой не агрессивной к материалам конструкции жидкости.

Формула -изобретения

35 Установка для культивирования микроорганизмов,, содержащая ферментер и систему очистки и подвода газа, включающую внешний циркуляционный контур, содержащий отводящий и подводящий циркуляционные трубопроводы для газа, побудитель расхода и газообменное устройство, отличающаяся тем, что, с целью сокращения энергозатрат на подвод газа и повышения стевают взаимодиффузию компонентов и вое- 45 рильности процесса культивирования, становление воздушной среды в замкну- газообменное устройство содержит корпус, разделенный ядерной газоселективной мембраной на две параллельные проточные камеры, одна из .которых

том контуре ферментере, что снижает энергозатраты.

Это обеспечивает, с одной стороны,

постоянный массоперенос газовых компо- 50 подключена трубопроводом для отвода нентов через ядерную мембрану, поры газа к ферментеру, а другая снабжена которой препятствуют проскоку микроорганизмов, а с другой - практически бессрочную работу фильтрационного элемента - ядерной мембраны, на которой 55 отсутствует перепад давлений. Обеспевентилятором для подвода в нее свежего воздуха, при этом указанный трубопровод и вентилятор подключены соответственно к входным участкам камер для обеспечения движения газа и воздуха в них вдоль мембраны.

чение условий свободного массопереноса компонентов воздуха через систему {фильтрации требует создания принудительной продувки частей камеры потоками воздуха о помощью компрессоров, вентиляторов либо иными способами. Однако при этом гидродинамическое давление с обеих сторон мембраны должно быть равно.

Расположение мембраны параллельно оси магистрали и ее жесткое закрепление по периметру на стенках камеры позволяют организовать вдоль ее поверхностей тангенциальные потоки воз- 5 ДУха которые увлекают микрочастицы и аэрозоли. Газоселективная ядерная мембрана, поры которой препятствуют проскоку микроорганизмов, повышает стерильность проведения процесса куль0

полняются условия экологической чистоты - ликвидируются выбросы в атмосферу.

В случае необходимости (условия очень сильных загрязнений, проскок пены культуральной жидкости и т.п.) газообменное устройство может быть

легко регенерировано путем промывки в воде или в другой не агрессивной к материалам конструкции жидкости.

Формула -изобретения

Установка для культивирования микроорганизмов,, содержащая ферментер и систему очистки и подвода газа, включающую внешний циркуляционный контур, содержащий отводящий и подводящий рециркуляционные трубопроводы для газа, побудитель расхода и газообменное устройство, отличающаяся тем, что, с целью сокращения энергоподключена трубопроводом для отвода газа к ферментеру, а другая снабжена

вентилятором для подвода в нее свежего воздуха, при этом указанный трубопровод и вентилятор подключены соответственно к входным участкам камер для обеспечения движения газа и воздуха в них вдоль мембраны.

i&

ойЈ

(Риг. 2