Установка для культивирования микроорганизмов

 

Использование: в микробиологической промышленности при получении биомассы микроорганизмов и продуктов метаболизма их жизнедеятельности. Сущность изобретения: установка содержит ферментер и систему очистки и подвода газа, включающую внешний циркуляционный контур, содержащий рециркуляционные трубопроводы для отвода и подвода газа, побудитель расхода и газообменное устройство. Последнее содержит корпус, разделенный ядерной газоселективной мембраной на две параллельные проточные камеры, одна из которых подключена трубопроводом для отвода газа к ферментеру, а другая снабжена вентилятором для подвода в нее свежего воздуха о При этом указанный трубопровод и вентилятор подключены соответственно к входным участкам камер для обеспечения движения газа и воздуха в них вдоль мембраны. 2 ил. (Л

{ g )g C 12 M 1/08

ГОСУДАРС ГВЕННЫЙ КОМИТЕТ

\Ю ФВ

П{эИ П{НТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н k4TOPGNOMV C V

1 (21) 4751568/13 (22) 23.10.89

Ф (46) 07.06.92. Бюл. Р 21 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт новых видов пищевых продуктов и д.обав,ок (72) В. В.Овчинников, И.А. Белушкина, Е.Д. Воробьев, В.А. Кузенков, С.Т. Олийничук, Ю.В Заднепряный и В.A. Вакуленко (53) 663 ° 18 033(088 8) (56). Гапонов Е.П. и др. Кислород в ферментационных процессах. - Обзор, M., 1984,, с. 36.

Хомутов H.A. Сравнительный техни".. ко химический анализ обеспечения кислородом микробиологических производств. Биотехнология, 1985, Ю 1, с. 116-119.

Борисов В-.Л. и др. Замкнутая система газообеспечения ферментера с механическим перемешиванием, Научи.сб.

Киев.: Пищевая промышленность, 1989, с. 55-69.

Изобретение относится к микробиологической промышленности а именно к системам культивирования и воздухо- обеспечения аппаратов глубинного типа для выращивания аэробных микроорганизмов на жидких питательных средах с целью получения биомассы и продуктов метаболизма, и может быть использовано в отраслях микробиологической, химико-фармацевтической, медицинской и пищевой промышленности.

Известные системы газообеспечения ферментера представляют собой схему

2 (54) УСТАНОВКА ДЛЯ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ

ИИКРООРГАНИЗИОВ . (57) Использование: в микробиологической промышленности при получении био". массы микроорганизмов и. продуктов метаболизма их жизнедеятельности. Сущность изобретения: установка содержит ферментер и систему очистки и подвода . газа, включающую внешний циркуляционный контур, содержащий рециркуляционные трубопроводы для отвода и подвода газа, побудитель расхода и газообменное устройство. Последнее содержит корпус, разделенный ядерной газоселективной мембраной на две параллельные проточные камеры., одна из которых а подключена трубопроводом для отвода газа к ферментеру, а другая снабжена вентилятором для подвода в нее свежего воздуха. При этом указанный.трубо- . провод и вентилятор подключены соот". ветственно к входным участкам камер для обеспечения движения газа и воздуха. в них вдоль мембраны. 2 ил. прямой продувки культуральной жид" кости воздухом с помощью компрессора через стерилизующий Фильтр на входе . в аппарат и Фильтр очистки газовоздушных выбросов на выходе..

Однако такая система газообеспече" ния ферментера в значительной степени Ь энергоемка и малоинтенсивна по массопереносу кислорода, а энергозатраты на прокачку воздуха возрастают rio мере забиваемости фильтров и уменьшения их стерилизующей способности..

3 173884

Пзвестны системы газообеспечения ферментера по схеме прямой продувки культуральной жидкости воздухом через компрессор, содержащие стерилиэующие

Фильтры на входе и выходе аппарата, а также магистраль подачи чистого кислорода на входе.

Введение кислорода интенсифицирует процесс массопередачи даже при снижении продувки культуральной жидкости воздухом, но.приводит к увеличению энергозатрат. Так, расход энергии на производство кислорода составляет порядка 0,35-0,45 кВт ч/и .

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой установке является система газообеспечения Ферментера, включающая замкнутый контур с компрессором для подачи воздуха, систему фильтрации и магистраль для подачи чистого кислорода, связанную с входом ферментера.

Недостатком известной установки являются высокие знергоэатраты на прокачку воздуха через систему фильтрации, содержащую скруббер, фильтр и абсорбер для улавливания двуокиси углерода, причем возрастают затраты, по мере эабиваемости фильтра; низкая эффективность .обеспложивания микроорганизмов в целевом потоке воздуха, а следовательно, невысокая степень стерильности процесса культивирования микроорганизмов, невысокие сроки зффек-З тивной эксплуатации,с частыми. регене". рациями. .. Целью. изобретения является сокращение энергозатрат на подвод газа и повышение стерильности процесса куль-. 40 тивирования микроорганизмов.

Указанная цель достигается тем, что в установке культивирования микро" организмов, содержащей ферментер и систему очистки и подвода газа, вклю- g5 чающую внешний. циркуляционный контур, содержащий отводящий и подводящий рециркуляционные трубопроводы для газа, побудитель расхода и газообменное . устройство,. последнее содержит корпус, Я разделенный ядерной гаэоеелективной мембраной,на две параллельные проточные камеры, одна из которых подключена трубопроводом для отвода газа к ферментеру, а другая снабжена вентилято-, у ром для подвода в нее свежего воздуха, при этом указанный-.трубопровод и,, вентилятор подключены ссответственно:.

4 4 к входным участкам камер для обеспечения движения газа и воздуха .в них вдоль мембраны.

Установка для культивирования мик" роорганиэмов, снабженная гаэообменным устройствсм, содержащим две параллельные проточные камеры, позволяет создать два продуваемых вдоль. мембран объема. То, что одна из: камер сообщается с Ферментером, а другая " с вентилятором для„ подвода в нее. свежего воздуха, создает в системе фильтрации два контура " внешний и внутренний. Поскольку в этом случае нет при" нудительной фильтрации воздуха через мембрану, то нет закупорки пор микрочастицами и аэрозолями.

Размеры пор ядерной мембраны долж" ны лежать в диапазоне 50-500 нм, при" чем нижняя граница определяется зели" чиной, равной средней длине свободного пробега газовых молекул (при атмосферном давлении), при которой происходит переход к промежуточному, а затем к кнудсеновскому режимам течения газа, характеризующимся меньшими козффициентами диффузии газа, а верхняя граница -.значением, которое достаточно для защиты от проскока микрочастиц и микроорганизмов (например,- при появлении перепада давления на мембране).

На фиг. 1 изображена установка для культивирования микроорганизмов;. на Фиг. 2 - газообменное устройство.

Установка представляет собой замкнутый контур, включающий собственно

Ферментер 1 с барботером 2, мешалкой

3, рубашкой 4 водяного охлаждения и двигателем 5 привода мешалки, фильтр-влагоотделитель 6, компрессор

7 внутренней камеры и подключенное к. ферментеру через, трубопровод гаэооб менное устройство, содержащее корпус, состоящий из верхней крышки 9, разделительных пластин 10, ядерных мембран

11 на разделительных пластинах, нижней крышки 12, внутренней 14 и внешней

13 камер. Вентилятор внешнего воздуха служит для наружного обдува.мембраны. На входе в Ферментер подключен баллон 8 с кислородом.

Установка работает следующим образом.

Воздух циркулирует по замкнутому контуру Ферментера 1 с помощью ком" прессора 7. Газообменное устройство обеспечивает диффузию избытка двуокиси

5 1138844 углерода в циркулирующем воздухе внут- са компонентов воздуха через систему ренней камеры через ядерную мембрану, фильтрации требует создания принуди11 во внешнюю камеру. тельной продувки частей камеры потокаБсли на выходе ферментера 1 бла- ми воздуха а помощью компрессоров

5 годаря интенсивному потреблению наб" вентиляторов либо иными способами." людается меньшее по отношению к атмо- Однако при этом гидродинамическое давсфериому количество кислорода, то на ление с обеих сторон мембраны должно мембране .11 создается аналогичный диф- быть равно. фузионный поток, но уже направленный 1g Расположение мембраны параллельно в.сторону внутренней камеры. Это при- оси магистрали и ее жесткое закреплеводит к восстановлению в установке ние по периметру на стенках камеры состава воздуха по С0 и 0 практи" позволяют организовать вдоль ее почески атмосферного, прокачиваемого во верхностей тангенциальные потоки возвнешнем контуре вдоль ядерной мембра" духа, которые увлекают микрочастицы ны вентилятором. и аэрозоли. Газоселективная ядерная

Баллон с чистым кислородом служит мембрана, поры которой препятствуют для интенсификации роста биомассы в проскоку микроорганизмов, повышает ферментере 1. Однако во .избежание . стерильность проведения процесса куль.больших потерь кислорода на газообмен- 2р тивирования. Помимо этого, за счет ном устройстве его концентрация на вы- замкнутой циркуляции газа во внутренходе из ферментера не должна превы-, ней камере (внутреннем контуре) вышать 25-30 об.Ф. полняются условия экологической чисГазообменное устройство может быть таты - ликвидируются .выбросы в атмо-. выполнено в виде камеры, содержащей 2д сферу. . пакет плоских перфорированных раздели- В случае необходимости (условия тельных пластин, размещенных между очень сильных загрязнений, проскок певерхней и нижней крышками, с жестко ны культуральной жидкости и т.n.) закрепленными на них по периметру газообменное устройство может быть ядерными мембранами с диаметром пор - легко регенерировано путем промывки

0,1 мкк. Внешняя камера снабжена дву- в воде или в другой не агрессивной мя вентиляторами типа ВН-2 потребляе- к материалам конструкции жидкости. мой мощностью 20 Вт.

Гаэообменное устройство подключено ф о .р м у л а и з о б р е т е н и я к ферментеру с побудителем расхода (компрессором) во внутренней циркуля- Ы Установка для культивировайия микционной камере. роорганизмов,. содержащая ферментер и

Благодаря имеющимся двум камерам систему очистки и подвода газа, вклюгазообменного устройства отсутствует чающую внешний циркуляционный контур, закупорка пор микрочастицами и аэрозо- содержащий отводящий и подводящий релями (так как нет принудительной 4О циркуляционные трубопроводы для гафильтрации воздуха через мембрану). за, побудитель расхода и газообменное

При этом имеющиеся градиенты концент- устройство, о т л и ч à ю щ а я с я рации кислорода и углекислого газа по тем, что, с целью сокращения энергоотношению к атмосферному воздуху вызы- затрат на подвод газа и повышения стевают взаимодиффузию компонентов и вос- 4э рильности, процесса культивирования, становление воздушной среды в замкну- газообменное устройство содержит кортом контуре ферментерв, что снижает . пус, разделенный ядерной газоселекэнергозатраты. тивной мембраной на две параллельЗто обеспечивает, с одной стороны, ные проточные камеры, одна из .которых постоянный массоперенос газовых компо" подключена трубопроводом для отвода нентов через ядерную мембрану, поры газа к ферментеру, а другая снабжена которой препятствуют проскоку микроор- вентиЛятором для подвода в нее свежеганизмов, а с другой - практически ro воздуха, при этом указанный трубобессрочную работу фильтрационного эле- провод и вентилятор подключены соотмента " ядерной мембраны, на которой Ы ветственно к входным участкам камер отсутствует перепад давлений. 06ecne" для обеспечения движения газа и возду" четкие условий- свободного массоперено- ха в них вдоль мембраны.

173S844 б

Составитель

Техред М.Моргентал

Корректор И. Самборская

Редактор В.Петраш

Заказ 1977 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГЕНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Рауаская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, уп. Гагарина, 101