В П Т Б Советский патент 1973 года по МПК C12M1/06 

1

Известен аппарат для выращивания микроорганизмов, выполненный в виде емкости с центрально установленным внутри нее приводным валом, снабженным мешалкой, с приспособлениями для подвода питательной ереды и аэрирующего газа, а также для отвода культуральной жидкости и пеногасителем.

Предлагаемый аппарат позволяет интенсифицировать процесс насыщения питательной среды аэрирующим газом, отделять углекислоту от аэрирующего газа и биомассы, проводить процесс под давлением, предотвращать взрывоопасность, поддерживать заданный температурный режим процесса биосинтеза, а также интенсивно перемешивать питательную среду и снижать энергозатраты на привод мешалки.

Для этого на валу укреплен массообменник, выполненный в виде заключенных один в другой сосудов чашеобразной формы, между которыми размещены кольцеобразные перегородки, образующие лабиринт. При этом сосуд на периферии выполнен с отогнутой внутрь кромкой и образует полость, служащую сборНИКОМ жидкости, насыщенной аэрирующим газом, выходящей из лабиринта, а в эту полость опущена заборная труба-черпак, образующая с емкостью и массообменником циркуляционный контур для жидкости.

Кроме того, корпус емкости имеет импеллер, а лопасти мещалки укреплены на заборнике массообменника. Емкость снабжена компрессором, сообщенным замкнутым циркуляционным контуром для газа с массообменником, и выполнена в виде сферы. В кожухе массообменника находятся предохранительные люки или мембраны для эффективного пеногашения с повторным отводом жидкой фазы суспензии в кожух массообменника. Пеноотделитель снабжен отстойником, расположенным в верхней части сферы над кожухом массообменника, имеющим отверстия для стока культуральной жидкости, полученной в процессе пеногашения.

Для высокодисперсного эмульгирования питательной среды, например твердых углеводородов, аппарат снабжен гидравлическим насосом и распылительными форсунками, а для поддержания заданного температурного режима процесса биосинтеза-системой охлаждения, выполненной в виде коллекторов и трубопроводов, расположенных внутри емкости; кроме того, нижний конец трубы-черпака вмонтирован в емкость тангенциально так, что направление движения жидкости совпадает с направлением вращения мещалки.

На фиг. 1 схематически изображен предлагаемый аппарат с разрезом по А-А; на фиг. 2 - массообменник с отстойником.

Аппарат для выращивания микроорганизмов включает емкость 1 сферической формы с центрально установленным внутри нее валом 2, на котором укреплена мешалка, выполненная в виде лопастей 3, и массообменник, заключенный в кожух 4.

Емкость снабжена пеноотделителем 5, трубопроводами 6 и 7 с регулирующими вентилями для подвода питательной среды и отвода культур а льной жидкости соответственно, а также трубопроводами 8 и 9 для подвода и отвода газов, системой охлаждения, выполненной в виде коллекторов 10 и трубопроводов 11. Хладагент подают по трубопроводу 12, а отводят по трубопроводу 13.

При использовании жидких парафинов как источника углерода в питательной среде подачу их осуществляют по трубопроводу 14, а при использовании твердых парафинов аппарат снабжают гидравлическим насосом и распылительными форсунками 15.

Массообменник выполнен в виде заключенных один в другой сосудов 16 и 17, в каждом из которых установлены кольцеобразные перегородки 18, образующие лабиринт для жидкости, и аэрирующего газа; диище одного из сосудов (17) переходит в цилиндр 19, служащий заборником для жидкости, направляемой в массообменник. Кожух массообменника снабжен люками 20 или мембранами для предотвращения взрыва.

Сосуд 17 на периферии выполнен с отогнутой внутрь кромкой и образует полость 21, служащую сборником насыщенной аэрирующим газом жидкости, выходящей из лабиринта. В полость 21 опущена труба-черпак 22, образующая с емкостью 1 и массообменником циркулирующий контур для жидкости.

Нижний конец трубы-черпака 22 вмонтирован в дно емкости 1 тангенциально, что способствует при совместном вращении жидкости; выходящей из труб 22 и лопастей 3 мещалки интенсивному перемещиванию культуральной жидкости и установлению параболического мениска.

: Внутрь цилиндра 19 вмонтированы лопасти 23 для дополнительного вращения жидкости, а снаружи - подвижные лопасти 24.

Нижняя стенка кожуха 4 массообменника переходит в цилиндр 25, внутри которого укреплены подвижные лопасти 26. Последние совместно с лопастями 24 образуют импеллер, который является гидродинамическим затвором, служащим для отделения полости с аэрирующим газом от параболического мениска с углекислотой.

В зазоре между нижней стенкой кожуха 4 и перегородкой 27 имеются три полости 28, 29 и 30 соответственно для подвода и отвода хладагента и для отвода углекислоты.

Над кожухом 4 массообменника размещен отстойник 31, имеющий отверстия 32 для стока культуральной жидкости, полученной в процессе пеноотделения.

Вал 2 приводится во вращение от электродвигателя 33 через редуктор 34.

Аннарат работает следующим образом.

Аппарат заполняют на 0,8 объема полости, расположенной ниже перегородки 27, предварительно подогретой культуральной жидкостью; при этом вентиль трубопровода 9 и отверстие 32 отстойника закрыты, а вентиль трубопровода 8 открыт.

Включают электродвигатель 33, который через редуктор 34 приводит во вращение вал 2.

При интенсивном вращении жидкости лопастями 3 мещалки в емкости под перегородкой 27 образуется параболический мениск.

В пространство, образовавщееся над мениском, по трубопроводу 9 через отстойник 31, трубопровод 35 и полость 30 вводят углекислый газ под давлением, при этом жидкость вытесняется в цилиндр 19. В последнем она дополнительно приводится во вращение лопастями 23 и под действием центробежных сил проходит лабиринт массообменника и собирается в полости 21. В зазор между цилиндрами 19 и 25 жидкость подняться не может, так как -этому препятствует импеллер.

В массообменник противоточно направлению движения жидкости под давлением подают аэрирующий газ, например кислород.

Жидкость, насыщенная аэрирующим газом, захватывается трубой-черпаком 22 и направляется к днищу аппарата, где ей вновь сообщают вращательное движение, при этом происходит выделение углекислого газа, образовавщегося в процессе выращиванич микроорганизмов.

Под действием выделившегося углекислого газа параболический мениск жидкости начинает опускаться, что может привести к его прорыву в массообменник. Для предотвращения этого следует прекратить подачу углекислого газа и начать отбор его по трубопроводу 9. Целесообразно уровень параболического мениска жидкости поддерживать постоянным, что достигается регулировкой отбора углекислого газа. При установивщемся режиме работы аннарата необходимо, чтобы перепад давлений между углекислым газом и кислородом был достаточен для подъема жидкости по цилиндру 19. При уменьщении этого перепада уровень жидкости в полости 21 снижается, в результате чего труба-черпак 22 начинает нагнетать в емкость аэрирующий газ. Иногда это целесообразно для дополнительного барботажа жидкости. Такой режим работы возможен при ведении процесса биосинтеза на атмосферном воздухе.

Для этого компрессором 36 нагнетают атмосферный воздух в кожух массообменника, причем трубопровод 37 отсоединяют от трубопровода 38. Уровень жидкости в цилиндре зависит от аэродинамического сопротивления вентиля трубопровода 9 и производительности компрессора 36.

Соотношение расхода газа в газовом циркуляционном контуре 36-37-38-39-36 с расходом жидкости регулируют, изменяя производительность комнрессора и число оборотов вала.

При достижении стационарной фазы роста микроорганизмов осуществляют подачу свежей питательной среды, а по трубопроводу 7 - отбор культуральной жидкости для выделения биомассы.

Таким образом, работающий аппарат является своеобразной газо- и гидродинамической системой, где давления, расходы, гидравлические и тепловые характеристики регулируются в зависимости от биосинтеза.

Предмет изобретения

1.Аппарат для выращивания микроорганизмов, выполненный в виде емкости с центрально установленным внутри нее приводным валом, снабженным мещалкой, с приспособлениями для подвода питательной среды и аэрирующего газа, а также для отвода сброженной культуральной жидкости, и пеногасителем, отличающийся тем, что, с целью интенсивного насыщения питательной среды аэрирующим газом и компактности аппарата, на валу укреплен массообменник, выполненный Б виде заключенных один в другой сосудов чащеобразной формы, между которыми размещены кольцеобразные перегородки, образующие лабиринт, при этом сосуд на периферии выполнен с отогнутой во внутрь кромкой и образует нолость, служащую сборником жидкости, -Насыщенной аэрирующим газом, выходящей из лабиринта, а в эту полость опущена заборная труба-черпак, образующая с емкостью и массообменником циркуляционный контур для жидкости.

2.Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что, с целью отделения в процессе выращивания

углекислоты от аэрирующего газа и биомассы, корпус емкости снабжен импеллером, а лопасти мещалки укреплены на заборнике массообменника.

3. Аппарат по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что, с целью проведения процесса под давлением, емкость снабжена компрессором, сообщающимся замкнутым циркуляционным контуром для газа с массообменником, причем

емкость выполнена в виде сферы.

4. Аппарат по пп. 1-3, отличающийся тем, что, с целью предотвращения взрыва, кожух массообменника снабжен предохранительными люками или мембранами.

5. Аппарат по пп. 1-4, отличающийся тем, что, с целью эффективного пеногащения с повторным отводом жидкой фазы суспензии в кожух массообменника, пеноотделитель снабжен отстойником, расположенным над кожухом массообменника, имеющим отверстия для стока культуральной жидкости, полученной в процессе пеноотделения.

6.Аппарат по пп. 1-5, отличающийся тем, что, с целью высокодисперспого эмульгирования питательной среды, например углеводородов, он снабжен гидравлическими насосами и распылительными форсунками.

7.Аппарат по пп. 1-6, отличающийся тем, что, с целью поддержания заданного температурного режима процесса биосинтеза аппарат снабжен системой охлаждения, выполненной в виде коллекторов и трубопроводов, расположенных внутри емкости.

8.Аппарат по пп. 1-7, отличающийся тем, что, с целью интенсивного перемещивания

жидкости и снижения энергозатрат на привод мещалки, нижний конец трубы-черпака вмонтирован в емкость тангенциально так, что наравление движения жидкости совпадает с направлением движения мещалки. А Гц -02 - пена Суспензия - TenjioHOcumeJii W jg

4--/-- /

- Т7/ Г

I / у у

Фиг. 1 22 35