Аппарат для культивирования микроорганизмов Советский патент 1992 года по МПК C12M1/02 

(Л

С

Использование: микробиологическая промышленность, культивирование микроорганизмов, преимущественно мицели- альных форм грибов. Сущность изобретения: содержит цилиндрическую емкость с технологическими патрубками, устройство для перемешивания среды, состоящее из упругих цилиндрических сильфонов, имеющих гофрированную поверхность, размещенных по всей высоте емкости и снабженных приводом, подключенным к ним с возможностью их возвратно-поступательного сжатия в осевом направлении, кольцевой горизонтальной аэратор и циркуляционную обечайку в виде усеченного конуса, обращенного большим основанием вверх. Гофрированная поверхность сильфонов выполнена по винтовой линии, высота циркуляционной обечайки соответствует высоте сильфонов, а кольцевой аэратор размещен внутри обечайки на уровне еЈ нижней кромки. 1 ил.

Изобретение относится к микробиологической промышленности, в частности к аппаратам для культивирования микроорганизмов, преимущественно мицелиальных грибов.

Широкое распространение в микробиологической промышленности получили емкостные аппараты, отличающиеся высокой эффективностью, производительностью, простотой в обслуживании и относительно низкой стоимостью. Так, известен аппарат, содержащий цилиндрическую емкость с технологическими патрубками, снабженную перемешивающим устройством и аэратором, Однако недостатрчная поверхность тепломассообмена не позволяет достигать достаточно высокой производительности.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому

решению относится аппарат для культивирования микроорганизмов, содержащий цилиндрическую емкость с технологическими патрубками, устройство для перемешивания среды, состоящее из упругих цилиндрических сильфонов, имеющих гофрированную поверхность, размещенных по всей высоте емкости и снабженных приводом, подключенным к ним с возможностью из возвратно-поступательного сжатия в осевом направлении, кольцевой горизонтальный аэратор и циркуляционную обечайку в виде усеченного конуса, обращенного большим основанием вверх. Гофры сильфонов имеют кольцевую форму.

Конструкция аппарата благодаря наличию развитой поверхности теплообмена, активно (путем пульсаций) воздействующая на потоки теплообменивающихся сред (хладагента и культуральной жидкости), обеспечивает достаточную эффективность устройства. Однако аппарат имеет существенные недостатки. Так, циркуляционная обечайка гарантируют перемешивание только в нижней части емкости. В средней же и верхней частях емкости перемешивание осуществляется практически только в радиальном на- правлении за счет пульсаций стенок сильфонов. Кроме того, размещение аэратора вблизи внутренних стенок сильфонов и направление движения воздушных пузырьков к стенкам посредством циркуляционной обечайки обеспечивает движение воздуха вблизи стенок сильфонов (вертикально снизу вверх). Движение же охлаждаемой через стенки культуральной жидкости под действием возрастающей плотности направлено вниз, Таким образом, противодвижение по- токову стенок сильфонов и в гофрах последних приводит к образованию застойных зон в гофрах сильфонов. Наконец, кольцевые выступы и впадины сильфонов (никогда плотно не сжимающиеся и не распрямляющиеся под действием перемещений штока) удерживает внутри гофр определенный обь- ем культуральной жидкости, что не только снижает эффективность работы аппарата, но и уменьшает эффективность теплопередачи, сводя на нет эффект развития теплоперё- дающей поверхности перемешивающего устройства. Наконец, поперечное расположение гофр сильфонов и продольное обтекание их хладагентом также снижает эффективность теплообмена, а значит, производительность аппарата.

Цель изобретения - повышение производительности за счет более полного перемешивания среды по всему объему и ликвидации застойных зон.

Поставленная цель достигается тем, что в аппарате для культивирования микроорганизмов, содержащем цилиндрическую емкость с технологическими патрубками, устройство для перемешивания среды, состоящее из упругих цилиндрических сильфонов, имеющих гофрированную поверхность, размещенных по всей высоте емкости и снабженных приводом, подключенным к ним с-возможностью их возвратно-поступательного сжатия в осевом направлении, кольцевой горизонтальный аэратор и циркуляционную обечайку в виде усеченного конуса, обращенного большим основанием вверх, гофрированная поверхность сильфонов выполнена по винтовой линии, высота циркуляционной обечайки соответствует высоте сильфонов, а кольцевой аэратор размещен внутри обечайки на уровне ее нижней кромки.

Отличительными признаками изобретения являются: выполнение гофрированной поверхности сильфонов по винтовой линии; соответствие высоты циркуляционной обечайки высоте сильфонов; размещение кольцевого аэратора внутри обечайки на уровне ее нижней кромки.

Выполнение циркуляционной обечайки высотой, соответствующей высоте сильфо0 нов, и размещение аэратора внутри обечайки на уровне ее нижней кромки обеспечивает перемешивание культуральной жидкости по всему ее объему. При этом организуется такая циркуляция жидкости,

5 при чоторой поток в центре емкости является восходящим, а в кольцевом пространстве между сильфонами и циркуляционной обечайкой - нисходящим. Охлаждаемый со стороны стенок перемешивающего устройства

0 пограничный слой культуральной жидкости, имеющей повышенную плотность, увлекается ее нисходящим потоком. Расположение гофр каждого из сильфонов, по винтовой линии исключает образование за5 стойных зон культуральной жидкости у стенок перемешивающего устройства (в гофрах). Так, наличие при сжимании гофр составляющей усилия, направленной к нижней части емкости, пониженное давление в

0 нижней части последней (благодаря образованию здесь жидкостно-воздушной смеси, имеющей низкую плотность) и стекание охлажденной культуральной жидкости по винтовым гофрам под действием силы тяжести

5 гарантирует эффективность перемешивание среды при благоприятных условиях теплопередачи. Кроме того, обеспечивается и винтовое течение хладагента в охлаждающей рубашке.

0 Изобретение поясняется чертежом, на котором изображен продольный разрез аппарата.

Аппарат для культивирования микроорганизмов, преимущественно мицелиальных

5 грибов, содержит цилиндрическую емкость 1 с патрубком 2 для подвода аэрирующего газа (воздуха), патрубок 3 для отвода отработанного газа и технологическими патрубками 4 и 5. Емкость 1 снабжена устройством

0 для перемешивания среды 6, циркуляционной обечайкой 7 в виде усеченного конуса, обращенного большим основанием вверх, и кольцевым горизонтальным аэратором 8, размещенным внутри обечайки 1 на уровне

5 ее нижней кромки.

Перемешивающее устройство 6 состоит из упругих цилиндрических сильфонов 9 и 10, имеющих гофрированную поверхность 11м размещенных по всей высоте емкости 1 один над другим. Гофрированная поверхность выполнена по винтовой линии, Силь- фоны 9 и 10 прикреплены своими торцами к стенке емкости и жестко соединены в средней части посредством тяг 12 с вертикальным штоком 13, установленным с возможностью возвратно-поступательного перемещения. Крепление сильфонов 9 и 10. к стенке емкости осуществляется посредством колец 14, образующих теплообменную рубашку 15 емкости 1, снабженную штуцерами подвода 16.хладагента и его отвода 17. Среднее кольцо 14 выполнено с отверстиями 18 для перетекания хладагента. Возвратно-поступательное перемещение; штока 13 осуществляется приводом 19.

Аппарат работает следующим образом.

После заполнения емкости 1 питательной средой и посева мицелиальных грибов в аэратор 8 через патрубок 2 подается воздух. После этого включают привод 19 возвратно-поступательного перемещения штока 13, которое передается от него через тяги 12 сильфонам 9 и 10, вследствие чего происходит периодическое сжатие и растяжение соответствующих частей сильфонов.

При сжатии гофр сильфонов 9 и 10 жидкость, находящаяся в них, перемещается в кольцевую полость между перемешивающим устройством 6 и циркуляционной обечайкой 7, а также благодаря винтовой поверхности гофр, - по винтовой поверхности (по спирали) к нижней части емкости 1. Аэрирующий воздух образует в циркуляционной обечайке жидкостногазовую смесь, которая под действием разности плотностей движется вверх. Благодаря этому образуется циркуляционное движение жидкости с восходящим потоком по центру емкости 1 и с нисходящим - у стенок перемешивающего устройства. Таким образом осуществляется эффективное перемешивание среды по всему объему емкости.

При выполнении циркуляционной обечайки конической, расширяющейся вверх, газовые пузырьки, движущиеся внутри обечайки 7, постепенно снижают свою скорость благодаря увеличению поперечного сечения канала, дробятся на более мелкие, что увеличивает общую площадь массооб- мена. С наружной же стороны обечайки при

периодическом сокращении гофр выталкиваемая жидкость за счет сужения циркуля- ционной обечайки вниз приобретает дополнительную скорость, направленную к аэратору 8 и совпадающую с основным направлением циркуляции.

При этом работоспособность аппарата сохраняется и при неподвижном штоке 13: охлаждаемая культуральная жидкость, благодаря разности плотностей, движения по

винтовым гофрам сильфонов 9 и 10; исключая образование застойных зон, а значит, увеличивая производительность аппарата, Предлагаемый аппарат, несложный в изготовлении и эксплуатации, существенно

повысит эффективность культивирования микроорганизмов.

Формула изобретения Аппарат для культивирования микроорганизмов, содержащий цилиндрическую емкость с технологическим патрубками, устройство для перемешивания среды, состоящее из упругих цилиндрических сильфонов, имеющих гофрированную поверхность,

размещенных по всей высоте емкости и снабженных приводом, подключенным к ним с возможностью их возвратно-поступательного сжатия в осевом направлении, кольцевой горизонтальный аэратор и циркуляционную обечайку в виде усеченного конуса, обращенного большим основанием вверх, отличающийся тем. что, с целью повышения производительности за счет более полного перемешивания среды по всему

объему и ликвидации застойных зон, гофрированная поверхность сильфонов выполнена по винтовой линии, высота циркуляционной обечайки соответствует высоте сильфонов, а кольцевой аэратор размещен внутри обечайки на уровне ее нижней кромки.

20

г15

77

а