Биореактор Советский патент 1992 года по МПК C12M1/40 

сл

С

Использование: микробиологическая промышленность и биотехнология, получение метаболитов микроорганизмов, иммобилизованных на носителях. Сущность изобретения: биореактор содержит корпус с иммобилизованными на носителе микроорганизмами, дегазатор, сообщенный с полостью корпуса, который представляет собой емкость с теплообменником, нижняя часть которой соединена с нижней частью корпуса трубопроводом для отвода газожидкостной смеси. Верхняя часть корпуса сообщена с нижней частью емкости трубопроводом с обратным клапаном, а патрубок для подвода газа размещен на крышке корпуса и снабжен клапаном для периодической подачи газа и сброса давления в корпусе. Выходной участок трубопровода для отвода газожидкостной смеси в емкости, снабжен отражателем потока. 1 з.п., 1 ил.

Изобретение относится к микробиологической промышленности, в частности к аппаратурному оформлению процессов биосинтеза метаболитов иммобилизованными микроорганизмами, и может быть использовано в медицинской и пищевой промышленности.

Известен реактор с неподвижным слоем катализатора для биохимических процессов. Реактор состоит из жесткого корпуса, разделенного промежуточными стенками на отдельные секции и снабженного патрубками для подвода субстрата и отвода газа и продукта. Корпус представляет собой цилиндр, в средней части которого имеются две колпачковые тарелки. В пространствах под ними находятся по 14 цилиндрических емкостей для заполнения неподвижным катализатором, параллельно расположенных на одинаковом расстоянии

одна от другой. Пространство между стенками емкостей используется в качестве каналов для рециркуляции, в днище реактора находятся трубопроводы для подвода газа и субстрата, входные отверстия которых расположены строго под емкостями. В пространстве между крышкой реактора и верхней колпачковой тарелкой расположен открывающийся сверху патрубок для отбора продукта.

Недостатком этого реактора яляется сложность конструкции и связанная с этим сложность загрузки катализатора в цилиндрические емкости. Кроме того, подвод газа и субстрата в емкости с катализатором не обеспечивает их равномерного распределения в неподвижном слое, что приводит к ухудшению массообмена между фазами в реакторе и, как следствие, к снижению выхода целевого продукта.

XI

О

со

N

00

N

Наиболее близким к предлагаемому является реактор-сепаратор на основе иммобилизованных клеток с одновременным отделением продукта. Реактор предназначен для проведения катализируемых иммо- билизованными клетками процессов, в результате которых образуется летучее вещество, являющееся ингибитором. Реактор включает два последовательно соединенных цилиндрических модуля с неподвиж- ным слоем катализатора, через первый из которых параллельно с потоком субстрата пропускается газ в режиме восходящего прямотока. Затем газ отделяется от жидкости в сепараторе, а оставшаяся жидкость поступает во второй модуль. Через второй модуль газ пропускается навстречу потоку.

Недостатком этого реактора является неравномерность распределения газовой и жидкой фаз в неподвижном слое катализа- тора, что ведет к образованию застойных зон и ухудшению массообмена реактора и, как следствие этого, снижению производительности реактора. Кроме того, следует отметить сложность поддержания оптимальной температуры процесса в реакторе.

Цель изобретения - повышение степени массообмена, более полного отделения отработанного газа и повышения тем самым производительности по целевому продукту.

Указанная цель достигается тем, что биореактор, содержащий вертикальный корпус и размещенный в нем неподвижно носитель с иммобилизованными микроорганизмами, патрубки для подвода газа и жидкой питательной среды, и дегазатор, сообщенный с полостью корпуса, согласно изобретению дегазатор представляет собой емкость с теплообменником, нижняя часть которой соединена с нижней частью корпуса трубопроводом для отвода из последнего газожидкостной смеси, при этом верхняя часть корпуса сообщена с нижней частью емкости трубопроводом с обратным клапаном для подвода газожидкостной, частично, дегазированной среды, а патрубок для подвода газа размещен на крышке корпуса и снабжен клапаном для периодической под- ачи газа и сброса давления в корпусе, кроме того выходной участок трубопровода для отвода газожидкостной смеси в емкости снабжен отражателем потока.

Достижение поставленной цели по сравнению с прототипом заключается в следующем: повышение степени массообмена, более полного отделения отработанного газа и повышения тем самым производительности по целевому продукту путем

периодической подачи газа и жидкости в вертикальный корпус биореактора, что обеспечивает пульсационный режим контактирования жидкой и газовой фаз с неподвижно размещенным в корпусе носителем с иммобилизованными микроорганизмами.

На чертеже представлена схема биореактора. Биореактор содержит вертикальный корпус 1 и размещенный в нем неподвижно носитель 2 с иммобилизованными микроорганизмами, патрубки для подвода газа 3 и жидкой питательной среды 4, и дегазатор 5, сообщенный с полостью корпуса, причем дегазатор представляет емкость 6 с теплообменником 7, нижняя часть которой соединена с нижней частью корпуса трубопроводом 8 для отвода из последнего газожидкостной смеси, при этом, верхняя часть корпуса сообщена с нижней частью емкости трубопроводом 9 с обратным клапаном 10, а патрубок 11 размещен на крышке корпуса и снабжен клапаном 12, кроме того, выходной участок трубопровода 8 в емкости б снабжен отражателем потока 13.

Биореактор работает следующим образом. После загрузки через штуцер 4 в верти- кальный корпус 1 носителя 2 с иммобилизованными микроорганизмами и жидкой питательной среды через патрубок 12 при открытом клапане 13 подается сжатый газ. Жидкость передавливается по трубопроводу 8 в дегазатор 5, Жидкость поступает в емкость 6, заполняя трубопровод 10 до обратного клапана 11. Газ, проходя влед за жидкостью по трубопроводу 8, барботирует через жидкость и стравливается через патрубок 3 в атмосферу, при этом падает давление в корпусе 1 и открывается обратный клапан 11. Порция жидкости из дегазатора 5 поступает в корпус 1, где движется в режиме нисходящего прямотока с газом через неподвижно размещенный носитель 2, скапливаясь в нижней части корпуса и перекрывая проход газу в трубопровод 8. Давление газа в корпусе 1 повышается, при этом закрывается обратный клапан 11, а скопившаяся жидкость передавливается в дегазатор 5. Таким образом, происходит циркуляция жидкости в биореакторе при подаче в него сжатого газа. Однако жидкость недостаточно равномерно распределяется по слою носителя, а сам слой несколько уплотняется в нижней части корпуса. Поэтому целесообразно периодически перекрывать подачу газа в биореактор.

В биореакторе клапан 13, установленный на патрубке 12, периодически перекрывает подачу газа и одновременно Обеспечивает выход газа из корпуса 1 в атмоферу. При этом жидкость стекает в корпус 1 из дегазатора 5, как по трубопроводу 10, так и по трубопроводу 8. По мере заполнения слоя носителя 2 жидкостью происходит его разуплотнение, перемешивание и полное смачивание. Затем прекращается стравливание и начинается подача газа в корпус 1. Биореактор входит в режим циркуляции жидкости, приведенный выше.

Использование биореактора для проведения аэробных процессов биосинтеза метаболитовиммобилизованнымимикроорганизмами позволяет повысить степень массообмена в условиях неподвижного размещения носителя, за счет периодической подачи газа и жидкости в вертикальный корпус аппарата, что обеспечивает пульсационный режим контактирования жидкости и газа с носителем.

В биореакторе обеспечивается более полное отделение отработанного газа в результате периодического вытеснения газа из слоя носителя в результате заполнения последнего жидкостью. Все перечисленные выше факторы способствуют повышению производительности биореактора по целевому продукту.

W

Формула изобретения

газа и жидкой питательной среды и дегазатор, сообщенный с полостью корпуса, отличающийся тем, что, с целью повышения степени массообмена, более полного отделения отработанного газа и повышения тем самым производительности по целевому продукту, дегазатор представляет собой емкость с теплообменником, нижняя часть которой соединена с нижней частью корпуса трубопроводом для отвода

из последнегоо газожидкостной смеси, при этом верхняя часть корпуса сообщена с нижней частью емкости трубопроводом с обратным клапаном для подвода газожидкостной, частично дегазированной среды, а

патрубок для подвода газа размещен на крышке корпуса и снабжен клапаном для периодической подачи газа и сброса давления в корпусе.

для отвода газожидкостной смеси в емкости снабжен отражателем потока.