Аппарат для выращивания микроорганизмов Советский патент 1976 года по МПК C12B1/10 

Изобретение относится к области микробиологии.

Известен аппарат для выращивания микроорганизмов по основному авт. св. N° 494407, содержащий сообщающиеся в верхней и нижней частях колонны для создания восходящего и нисходящего потока газожидкО|Стной смеси с системой для ввода питательной среды, воздуха и отвода готового продукта и отработанных газов.

С целью предотвращения инфицирования процесса предлагаемый аппарат снабжен цилиндрическими обечайками, расположенными в центре каждой секции (кроме секции дозревания) колонны нисходящего потока газожидкостной эмульсии, кольцевыми коллекторами, укрепленными в верхней части каждой обечайки и имеющими отверстия, расположенные на их наружной поверхности, а патрубок для отвода газов - на крышке над верхней обечайкой, при этом верхние кромки обечаек расположены над эжекторами.

Диаметр обечаек, установленных в нижележащих секциях, меньше диаметра обечаек, расположенных в вышележащих секциях.

Кроме того, верхние участки нижерасположенных обечаек установлены в нижних участках вышерасположенных с образованием кольцевого зазора между ними.

На фиг. 1 схематически изображен аппарат для выращивания микроорганизмов, общий вид и разрезы по А-А и по Б-Б; на фиг. 2 - эжектор для насыщения жидкости газом; на фиг. 3 - конический отражатель с лопастями.

Аппарат состоит из колонн 1 и 2 восходящего и нисходящего потоков газожидкостной эмульсии, сообщающихся между собой

В верхней части переливной трубой 3, а в нижней - трубой 4 с автоматически закрывающейся задвижкой 5.

Колонна 2 нисходящего потока газожидкостной эмильсии разделена на секции 6, в

центре каждой из которых (кроме секции дозревания) расположены цилиндрические обечайки 7.

В верхней части каждой обечайки укреплены кольцевые коллекторы 8, имеющие отверстия, расположенные на их наружной поверхности (не показаны).

На крышке колонны 2 над верхней обечайкой 7 установлен патрубок 9 для отвода отработанных газов.

Верхние кромки обечаек расположены над эжекторами, включающими цилиндроконический диффузор 10, коническое сопло И, нижний конец которого снабжен направляющими 12, расположенными на спирали, для закручивания воздушной струи, и промежуточные

трубные решетки 13, установленные с образованием верхней воздушной камеры В и нижней тенлообменной камеры Г.

Под каждым эжектором многоярусно расноложены на горизонтальных балках 14 конические отражатели 15, которые снабжены лопастями 16, например, эвольвентного профиля для закручивания отражаемой струи газожидкостной эмульсии.

В нижней части колонны 2 с нисходящим потоком имеется секция 17 дозревания Л1икроорганизмов, которая переливной трубой 18 с заслонкой 19 сообщена с нижней частью колонны 1 с восходящим потоком газожидкостной эмульсии.

Диаметр обечаек 7, установленных в нижележащих секциях 6 колонны 2, меньще диаметра обечаек, расположенных в выщележащих секциях.

При этом верхние участки нижера сположенных обечаек 7 установлены в нижних участках вышерасположенных с образованием между ними кольцевого зазора (не показан).

Горизонтальными перегородками 20 колонна 1 разделена на секции 21 и снабжена расположенными в каждой из них патрубками 22 для выхода отработанных газов, дополненными вертикальными отражателями 23 и патрубками 24 для ввода посевной культуры микроорганизмов, а в период заполнения аппарата также питательной среды и реагентарегулятора рП, с подачей их, например, во вторую снизу секцию 21.

Аэрирующие устройства выполнены в виде эрлифтных и гидродинамических труб 25 и 26, нижние участки которых связаны с аэраторами 27, которые выполнены в виде эжекторов, а их ось параллельна оси труб.

Над выходными участками труб 26 самой верхней секции 21 имеются конические отражатели 28, которые могут быть установлены и над трубами 26 в нижерасположенных секциях 21.

Каждая секция 21 колонны 1 соединена патрубками 29 с вертикальной трубой 30, сообщенной внизу с верхней частью секции 17 дозревания продукта колонны 2 с нисходящим потоком.

Колонна 2 с нисходящим потоком газожидкостной эмульсии и труба 30 в верхней части снабжены распылителями 31, подключенными к системам подачи пеногасящей эмульсии и воды для мойки аппарата. Аппарат работает следующим образом. Во вторую секцию 21 колонны 1 с восходящим потоком через патрубок 24 вводится культуральная жидкость с посевной культурой микроорганизмов, выращенных в аппарате малой емкости. Одновременно включаются система для ввода питательной среды и реагента-регулятора рН, подаваемых в эту секцию через патрубки 24, и система подвода воздуха, нагнетаемого от турбовоздуходувки (не показана) в аэраторы 27 эрлифтных 25 и сообщенных с ними гидродинамических 26 труб.

По заполнении второй секции 21 жидкость по эрлифтным и гидродинамическим трубам 5 подается в виде газожидкостной эмульсии в вышерасположенную третью секцию 21

На выходе из труб 26 газожидкостная эмульсия от удара о конические отражатели . 28 разрушается, при этом отработанные газы 10 под действием избыточного давления выходят в атмосферу через патрубки 22, огибая вертикальные отражатели 23, уменьшающие унос капель жидкости, а жидкость падает в нижнюю часть третьей секции 21. По запол15 нении ее жидкость подается в четвертую секцию 21 и так далее вплоть до заполнения всех секций колонны 1 с восходящим потоком, кроме нижней.

В случае чрезмерного повышения уровня 20 пены в секциях 21 колонны 1 с восходящим потоком избыток ее но наклонным патрубкам 29 и вертикальной трубе 30 поступает в секцию 17 дозревания колонны 2 с нисходящим потоком.

25 Из верхней секции колонны 1 культуральиая жидкость по трубе 3 самотеком поступает в верхнюю часть колонны 2 на верхнюю трубную решетку ГЗ верхней секции 6, заполняя сопла 11.

30 В этот момент включается система подачи воздуха в камеры В всех устройств для насыщения жидкости газом от низконапорных воздуходувных машин (не показаны), например вентиляторов.

5 Проходя через кольцевые щели между нижними концами сопл 11 и верхними концами диффузоров 10, воздух, ноступающий из камеры В в эжекторы, приобретает спиралеобразное (вихревое) движение.

0 Под действием собственного веса и направленного вниз избыточного давления жидкость из сопл 11 поступает в диффузоры 10 и попадает в вихреобразные потоки воздуха, диспергирующегося в ней с образованием 5 тонкодисперсной воздушно - жидкостной эмульсии.

При этом в эжекторах осуществляется интенсивный обмен массами между жидкостью и газом, в результате чего жидкость насыщается кислородом воздуха и освобождается от продуктов метаболизма, в частности от углекислого газа.

После установления динамического равновесия концентраций компонентов газовой смеси в жидкости и газовых пузырьках последние отделяются от нее при ударе газожидкостной, эмульсии о конические отражатели 15, которые она достигает большой скоростью после выхода из эжекторов.

0 В результате соприкосновения с отражателями 15 скорость газожидкостной эмульсии изменяется по величине и направлению, при этом жидкая фаза опережает газовые пузырьки, которые обедняются ею, укрупняюття путем коалесценции и затем разрушаются без образования большого количества пены. Жидкость со взвешенными в ней мелкими газовыми пузырьками падает на верхнюю трубную решетку 13 нижерасположенной секции 6, заполняя сопла И. При этом в установившемся режиме работы аппарата динамический уровень жидкости в секции 6 выше верхней трубной решетки 13, а при заполнении апарата он может колебаться. Однако и в случае его расположения ниже верхней, решетки 13 жидкость в соплах 11 служит гидрозатвором, препятствующим всасыванию в эжекторы нижерасположенной секции б отработанных газов от деэмульгирования газожидкостной эмульсии, выходяш,ей из эжекторов вышерасположенной секции б. Под действием избыточного давления отработанные газы из секции б поступают в расположенную в ней цилиндрическую обечайку 7, а из нее через патрубок 9 выходят в атмосферу. Огибая нижние кромки обечайки 7, поступаюпхие в нее газы изменяют направление движения на противоположное, что способствует выделению из них капель жидкости. При движении в обечайке 7 газы освобождаются от оставшихся капель, скорость осаждения которых больше скорости восходяш:его газового потока, в котором они взвешены. Пройдя аналогичным образом все секции 6 колонны 2 сверху вниз, культуральная жидкость поступает во вторую снизу секцию б, расположенную над секцией 17 дозревания. Из нее по трубе 3 жидкость самотеком поступает в нижнюю секцию 21 колонны 1 с восходящим потоком. По заполнении ее включается система подачи воздуха в аэраторы 27 расположенных в ней эрлифтньтх 25 и гидродинамических 26 труб. По этим трубам жидкость подается в выщерасположенную вторую секцию 21. При этом циркуляционный контур в аппарате замыкается. Аппарат загружается жидкостью вплоть до поступления ее избытка в секцию 17 дозревания по переливным трубам 30, после чего на трубе 18 открывается заслонка 19 с таким расчетом, чтобы из нижней секции 21 колонны 1 в секцию 17 дозревания колонны 2 поступало столько жидкости, сколько подается в аппарат питательной среды через патрубок 24. По заполнении аппарата жидкостью переключают непрерывное поступление в него питательной среды, подавая ее через кольцевые коллекторы 8, при этом питательная среда, поступающая в коллектор 8 под избыточным давлением, вытекает из отверстий на его наружной поверхности в виде тонких струек, падает по всему периметру на внутреннюю поверхность обечайки 7 и стекает тонкой пленкой вниз, препятствуя осаждению на ней пены и капель жидкости, смываемых в нижерасположенную секцию 6. Этим устраняется образование на внутренних поверхностях обечаек 7 загрязнений, могущих стать источни ком инфицирования культуральной жидкости, В верхней части каждой обечайки предусмотрено смешение питательной среды с реагентом-регулятором рН, подаваемым на ее внутреннюю поверхность с помош,ью кольцевого коллектора с отверстиями на наружной поверхности, при этом сбоазуемые в результате реакции замешения летучие вешества, ингибнрующие рост микроорганизмов (например, сернистый ангидрид SO, высвобождаемый при добавлении минеральной кислоты), будут переходить в свободное состояние и выделяться из тонкой пленки стекаюшей питательной среды в восходящий поток отработанных газов. В случае ппименения легколетучего реагента-регулятора рН (аммиачная вода, соляная кислота) во избежание потерь от испарения представляется целесообразным основную его часть добавлять в питательную среду до поступления ее в аппарат, с автоматической подачей остального его количества во вторую снизу секцию 21 колонны 1 через патрубок 24 по сигналу, поступающему от датчика рН, установленного в вышерасноложенной тоетьей секции 21. Питательная среда стекает с каждой обечайки 7 в нижерасположенпую секцию б, смешивается с культуральной средой и поступает в эжекторы, где насыщается воздухом. Рассредоточение питательной среды, вводимой в аппарат, благоприятно действует на рост микроорганизмов. Проходя все секции колонны 2 сверху вниз, культуральная жидкость многократно насыщается воздухом и освобождается от отработанных газов, при этом массообмен между жил костью и газом осуществляется в условиях непрерывного обновления весьма развитой поверхности контакта фаз, что обеспечит максимальную скорость массопередачи. Температура культуральной жидкости в аппарате поддерживается в необходимых пределах с помощью теплохладоносителя, вводимого в теплообменные камеры Г через патрубки 32. Уровень культлральной жидкости в каждой секции 6 может колебаться в зависимости от расхода воздуха, вводимого в камеры В, его давления и других факторов. При снижении производительности какой-либо секции б и чрезмерном повытиении уровня находящейся в ней жидкости избыток ее переливается в нижерасположенную секцию 6 через верхние кромки цилиндрической обечайки 7. В секции 17 культуральная жидкость аэрируется воздухом, подаваемым в нижнюю часть диффузора 33 через аэратор 34, а ее температура регулируется с помощью теплообменника 35. По достижении определенного уровня в секции 17 дозревания готовый продукт отводится из нижней ее части через патрубок 36, при этом уровень в секции 17 дозревания поддерживается постоянным. В случае аварийного отключения электроэнергии задвижка 5 на трубе 3 автоматически закрывается, что устраняет выход культуральной жидкости из колонны 2 с нисходящим потоком газожидкостной эмульсии. Перед вводом аппарата в действие после вынужденной его остановки приводят в действие систему подачи пеногасящей эмульсии в верхнюю часть колонны 2 и трубы 30 через распылители 31. Формула изобретения 1. Аппарат для выращивания микроорганизмов по авт. св. № 494407, отличающийся тем, что, с целью предотвращения инфицирования процесса, он снабжен цилиндрическими обечайками, расположенными в центре каждой секции (кроме секции дозревания) колонны нисходящего потока газожидкостной эмульсии, кольцевыми коллекторами, укрепленными в верхней части каждой обечайки и имеющими отверстия, расположенные на их наружной поверхности, а патрубок для отвода газов - на крышке над верхней обечайкой, при этом верхние кромки обечаек расположены над эжекторами. 2.Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что диаметр обечаек, установленных в нижележащих секциях, меньше диаметра обечаек, расположенных в вышележащих секциях. 3.У ппарат по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что верхние участки нижерасположенпых обечаек установлены в нижних участках вышерасноложенных с образованием кольцевого зазора между ними.

28

i