Установка для выращивания микроорганизмов Советский патент 1980 года по МПК C12B1/10 

I

Изобретение относится к области технической микробиологии или пищевой промышленности и может быть использовано цля выращивания в анаэробных и аэробных условиях различных микроорганизмов, например, дрожжей, бактерий, а также культур изолированных клеток и тканей.

Установка оля глубинного культивирования микpoopгaниз oв обеспечивать проведение процесса в условиях , максимально приближенных к оптимальным условиям выращивания,а именно обеспечивать необходимую скорость массопереноса необходимых Источников питания из газовой фазы в среду культивирования и интенсивное перемешивание культуральной жидкости для создания одинаковых условий по всему ее объему. В связи с этим в последнее время наибольшее распространение получила аппаратура с вынесенным контуром циркуляции культуральной жидкости.

Ближайшим техническим решением к изобретению является установка для ферментации, включающая диспергатор газа в жидкости, выполненный в виде цилиндрического корпуса с прикрепленными к его стенке кольцевыми перегородками и расположенными между ними вставками, смонтипованными на валу, побудитель расхода жидкости, связанный с диспергатором, и емкость опя выращивания микроорганизмов, выполненную в виде пучка труб, соединенного с одной стороны с диспергатором и снабженного с другой стороны общей крышкой спатруб ком для отбора суспензии микрйорганизмов. Длина труб выбирается так, чтобы при данной производительности побудителя расхода обеспечить время, необходимое для пребывания микроорганизмов 2JJ в емкости для выращивания ij .

Однако применение прямоточной по жидкой фазе cffiM i не позволяет выращивать в известной установке микроорганизмы при небольших скоростях роста, например в накопительном процессе, так как вслецствие непрерывного раэбавленИя концентрация микроорганизмов неизбежно достигнет величины нИже минимально возможной. Кроме того, использование диспергатора известной конструкции с лабиринтным течением жидкой фазы снижает эффективность использования механической энергии вследствие .больших потерь энергии на трение, при этом степень дисперсности газовой целиком определяется зазорами между перегородками и вставками и раз мер элементов газовой фазы не может быть существенно меньше, чем величИна указанного зазора. 11ель изобретения заключается в увеличении степени дисперности газа в жидкости путем создания пульсаций газожицкостного потока и унзеличения тем самым поверхности межфазного контакта Это достигается тем, что в предложенной установке впускной патрубок побудителя расхода сообщен с емкостью для выращивания микроорганизмов с образованием замкнутого циркуляционного контура жидкости. Установка снабжена циклоном, связанным с диспергатором и емкостью для выращивания мик роорганизмов и служащим для выделения крупнодисперсной газовой фазы из посту пающего газожидкостного потока, причем патрубок для отвода этой фазы под ключен к напорному патрубку побудителя расхода. Кольцевые перегородки и вставки диспергатора имеют окна для прохода газожидкостного потока. Кроме того, кольцевые перегородки могут быт выполнены полыми и снабжены патрубками для подвода хладагента, а вставки могут иметь цилиндрическую форму. На фиг, 1 схематически изображена предложеная установка , общий вид; на фиг, 2 - диспергатор, вертикальный раз рез; на фиг, 3 - разрез А-А на фиг, 2 на фиг, 4 - диспергатор с цилиндрическими вставками; на фиг, 5 - разрез Бна фиг, 4, Установка для выращИвания микроорганизмов состоит Из диспергатора 1 га в жидкости, побудителя 2 расхода жидкости, напорный патрубок которого подключен к диспергатору 1, а впускной патрубок подключен к емкости 3 для выращивания микроорган змов с образо ванием замкнутого циркуляционного кон ра жидкости, циклона 4, связанного с пергатором 1 и емкостью 3 для вьтрага ния икpoopгaнизмoв и служащего для 04 ыделения крупнодИсперсной газовой фпзы з поступающего газового потока, причем атрубок 5 для отвода этой |изм подклюен к напорному патрубку побудителя 2 асхода, Лиспергатор 1 газа в жидкости име- . ет цилиндрический корпус 6, прикрепленные к его стенке кольцевые перегородки и расположенные между ними вставки 8, выполненные в виде дисков (см, фиг, 2) Или в виде цилиндров (см, фиг, 4). Кольцевые перегородки 7 полые и снабжены патрубками 9 и Ю для подвода и отвода хладагента. Вставки 8 смонтированы на валу 11, Цилиндрический корпус 6 (см, фиг, 2) диспергатора 1 снабжен крыщками 12 и 13 с патрубками 14 и 15 для подвода и отвода газожидкостного потока. На крыщке 12 монтируется привод 16 и торцовое уплотнение 17-вала 11. Между вставками 8 расположены кольцевые барботеры 18, присоединенные к патрубку 19. К корпусу 6 диспергатора 1 (см. фиг. 4) с патрубком 14 крепятся кольцевые перегородки 7 и крышка 12с патрубком 15, на которой смонтирован привод 16с торцовым уплотнением 17 вала. 11, Кольцевой барботер 18 с патрубком 19 расположен между полыми перегородками 7. Установка для выращивания микроорганизмов работает следующим образом. Культуральная жидкость из емкости 3 побудителем расхода жидкости 2 подается по трубопроводу 20 через патрубок 14 в диспергатор 1, куда одновременно подается свежее газовое питание через патрубок 19. При вращении вставок 8 периодически изменяется проходное сечение диспергатора 1 из-за перекрывания окон перегородок 7 неперфорированными частями вставок 8. В результате между перегородками происходит процесс массообмена, интенсифицируемый пульсациями газожицкостного потока и высоким градиентом скоростей потока в радиальном направлении. ГазожИдкостной поток, содержащий диспергированную газовую фазу, через патрубки 15 по трубопроводу 21 поступает в циклон 4, где выделяется крупнодисперсная газовая фаза, которая по ггатрубку 5 засасывается инжектором 22, установленным на напорном патрубке побудителя 2 расхода жидкости, откупа по трубопроводу 20 попается на пор:1торное циспергирование вцисп гатор 1, ГазожИцкостной поток, соаержагиий о норопную мелкодисперсную газовую фазу обеспечивающую благоприятные условия для массообмена, по трубопроводу подают в емкость 3, где осуществляется процесс потребления .растворенных в кул туральной среде компонентов питания и массоперекос компонентов питания из мелкодисперсной газовой фазы в культуральную жидкость. Из нижней части, емкости 3 культуральная жидкость побудителем 2 расхода подается на повторную аэрацию. Для стабилизации темпера туры процесса в области диспергирования и наиболее интенсивной массоцередачи через патрубки 9 и внутрь полых перегородок 7 непрерывно подается хлад агент, например вода, и отводится через патрубки 10. Аппарат снабжен штуцерами 23 и 24 соответственно для подачи свежей питательной минеральной среды и отвода суспензии микроорганизмов и клеток. Стабилизация температуры процесса выращивания микроорганизмов в предлагаемом аппарате может осуществляться либо подачей хладагента в рубашку емкости 3, либо включением в циркуляции культуральной жидкости теплообменного устройства, например теплооб менника пластинчатого типа (на чертеже теплообменные устройства не показаны). Описанная установка для выращИванИя микроорганизмов с замкнутым контуром циркуляции жидкости, циспергатором включающим перегородки и вращающиеся вставки с окнами для прохода газожИдкостного потока и циклона, позволяющег выравнивать степень дисперсности газовой фазы в газожидкостном потоке, подаваемом в емкость для выращИвания микроорганизмов, позволлет значительно увеличить Интенсивность массообмена между газовой и жидкой фазами. Это происходит, во-первых/ в результате разделения газожидкостного потока в циклоне на фракцию, обогащенную мелкодисперсным газом, поступающую в емкость для выращивания микроорганизмов, и фракцию, обогащенную крупнодисперсным газом, подаваемую на повторную диспергацию; во-вторых, в результате уменьшения размеров элементов газовой фазы, диспергированной в жицкости вслед ствие наличия высокого градиента окружной скорости в зазоре между церего396родка 1И и вставками диспе лгатора; втретьих, этому способствуют пульсации газожицкостного потока, возникающие вследствие периодического изменения проходного сечения циспергатора из-за периодического перекрытия окон перегородок и вставок Их неперфорированными частями. ИамвЕтением зазора между неподпижными и подвихсными ЭлекюнтамИ диспергатора, а такйш скорости вращения вставок можно получать необходимый размер элемента газовой фазы, дИспергИрованной в жИдкости, обеспечивая при этом широкий диапазон гидродинамически условий от жестких до мягких, что позволяет в предлагаемом аппарате культивировать, помимо различных микроорганизмов, культуры Изолированных клеток и тканей. Наличгге в предлагаемом аппарате возврата фракции газожидкостной суспензии, обогащенной крупнодисперсным газом, на повторную анспергацию в диспергаторпозво- ляет довести степень использования подаваемого газа до 90%. Результаты лабораторных испыта ний макета для ы трвщивания мик эоорганизмов показали ЕЮЗМОЖНОСТЬ его Использования для выращивания микроорганизмов на различных субстратах, причем степень использовання подаваемого воздуха составляла 65-90% в зависимости от соотношения потоков циркулируемой кульТуральной жидкости и подаваемого воздуха при размерах ачементов газовой фазы, циспергирова1шой в жидкости, 0,2 мм. Градиент скорости в зазоре между перегородками и вставками устройства для насыщения жидкости газом состаачял 10-10 1/сек при соответствующей скорости вращения ротора 100О 8000 об/мин. Формула Изобретения 1, Установка для выращ-. микрорганизмов, содержащая диспергатор газа жидкости, .включающий цилиндрический орпус с прикрепленными к его стенке ольцевыми перегородкак к и располоенные между вставки, смонтироанные на валу, побудитель расхода жИдости, связанный с диспергатором, и мкость для выращИванИя квикроорганизмов, ообщенную с последним, о т л и ч а юа я с я тем, что, с целью уве.пичения тепени дисперсности газа в жидкости пу77тем создания пульсации газожидкостного потока, итускной патрубок побупителя рас хода жидкости сообщен с емкостью ипя иыращивагния микроорганизмов с образованием замкнутого циркуляционного контура жидкости, а установка снабжена циклоном связанным с диспергатором и емкостью цля выращивания микроорганизмов и служащим для выделения крупнодисперсной, газовой фазы иэ поступающего газожидкостного потока, причем патрубок для отвода этой фазы подключен к напорному патрубку побудителя расхода, при этом кольцевые перегородки и вставки диспергатора имеют окна для прохода газожидкостного потока.

08 2. Установка по п. 1, о т л и ч аю щ а я с я тем, что кольцевые перегородки цИспергатора выполнены полыми и снабжены патрубками для подвода хладагента. 3. Установка поп. l,oтлИчaю щ а я с я тем, что вставки имеют цилиндрическую форму. Источники информации у принятые во внимание при экспертизе 1. Патент Великобритании № 1145561, кл. С 12 В 1/16, опубл. 1969.