Аппарат для выращивания микроорганизмов
О Il И С А Н И Е (ii) 5)9469
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Реслублик (61) Дополнительное к авт. свид-ву 494407 (22) Заявлено 14.02.74 (21) 1996839/13 с присоединением заявки № (23) Приоритет
Опубликовано 30.06.76. Бюллетень № 24
Дата опубликования описания 03.08.76 (51) М. Кл С 12В 1/10
Государственный комитет
Совета Министров СССР ла делам изобретений и открытий (53) УДК 663.14 (088.8) (72) Автор изобретения
П. Г. Псалом
1. (71) Заявитель (54) АППАРАТ ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ
М И КРОО Р ГА Н ИЗМО В
Изобретение относится к области микробиологии.
Известен аппарат для выращивания микроорганизмов по основному авт. св. № 494407, содержащий соо|бщающиеся в верхней и нижней частях колонны для создания восходящего и нисходящего потока газожидкостной 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
1о 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
15 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 11, нижний конец которого снабжен направляющими 12, расположенными на спирали, для закручиваЗО ния воздушной струи, и промежуточные
519469
65 трубные решетки 13, установленные с образованием верхней воздушной камеры В и нижней теплообменной камеры Г.
Под каждым эжектором многоярусно расположены на горизонтальных балках 14 конические отражатели 15, которые снабжены лопастями 16, например, эвольвентного профиля для закручивания отражаемой струи газожидкостной эмульсии.
B нижней части колонны 2 с нисходящим потоком имеется секция 17 дозревания микроорганизмов, 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, меньше диаметра обечаек, расположенных в вышележащих секциях.
При этом верхние участки нижерасположенных 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 рН, 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, нагнет аемого от турбовоздуходувки (не показана) в аэраторы 27 эрлифт5
55 ных 25 и сообщенных с ними гидродинамических 26 труб.
По заполнении второй секции 21 жидкость по эрлифтным и гидродинамическим трубам 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 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 заполнении ее жидкость подается в четвертую секцию 21 и так далее вплоть до заполнения всех секций колонны 1 с восходящим потоком, кроме нижней.
В случае черезмерного повышения уровня пены в секциях 21 колонны 1 с восходящим потоком избыток ее по наклонным патрубкам 29 и вертикальной трубе 30 поступает в секцию 17 дозревания колонны 2 с нисходящим потоком.
Из верхней секции колонны 1 культуральпая жидкость по трубе 3 самотеком поступает в верхнюю часть колонны 2 на верхнюю трубную решетку 13 верхней секции 6, заполняя сопла 11.
B этот момент включается система подачи воздуха в камеры В всех устройств для насыщения жидкости газом от низ конапорных воздуходувных машин (не показаны), например вентиляторов.
Проходя через кольцевые щели между нижними концами сопл 11 и верхними концами диффузоров 10, воздух, поступающий из камеры В в эжекторы, приобретает спиралеобразное (вихревое) движение.
Под действием собственного веса и направленного вниз избыточного давления жидкость из сопл 11 поступает в диффузоры 111 и попадает в вихреобразные потоки воздуха, диспергирующегося в ней с образованием 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.
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
5 без образования большого количества пены.
Жидкость со взвешенными в ней мелкими газовыми пузырьками падает на верхнюю трубную решетку 13 нижерасположенной секции 6, заполняя сопла 11.
При этом в установившемся режиме работы аппарата динамический уровень жидкости в секции 6 выше верхней трубной решетки 13Ä а при заполнении апарята 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 6 отработанных газов от деэмульгирования газожидкостной эмульсии, выходящей из эжекторов вышерасположенной секции 6.
Под действием избыточного давления отработанные газы из секции 6 поступают в расположенную в ней цилиндрическую обечайку 7, а из нее через патруоок 9 выходят в атмосферу. Огибая нижние кромки обечайки 7, поступающие в нее газы изменяют направление движения на противоположное, что способствует выделению из них капель жидкости.
При движении в обечяйке 7 газы освобождаются от оставшихся капель, скорость осаждения которых больше скорости восходящего газового потока, в котором они взвешены.
Пройдя аналогичным образом все секции 6 колонны 2 сверху вниз, культуряльная жидкость поступает во вторую снизу секцию 6, 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 эрлифтных 25 и гидродинамических 26 труб. По этим трубам жидкость подается в вышерасположенную 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 источником инфицирования культуральной жидкости.
519469
60 обменника 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 поддер65 живается постоянным.
6
В верхней части каждой обечайки предусмотрено смешение питательной среды с реагентом-регулятором рН, подаваемым на ее внутреннюю поверхность с помощью кольцевого коллектора с отверстиями на наружной поверхности, гри это. ".". и азуемые в результате реакции замещения летучие вещества, ингибпрую цие рост микроорганизмов (например, сернистый ангидрид SO>, высвобождаемый при добавлении минеральной кислоты), будут переходить в свободное состояние и выделяться из тонкой пленки стекающей питательной среды в восходящий поток отработанных газов.
В случае ппименения легколетучего реагепта-регулятора рН (аммиачная вода, соляная кислота) во избежание потерь от испарения ппедстявляется целесообразным основную его часть добавлять в питательную среду до поступления ее в аппапят, с автоматической почячей остального его количества во вторую снизу секцию 21 колонны 1 через патрубок 24 по сигналу, поступающему от датчика рН, установленного в вышерасположенной тпетьей секции 21.
Питательная среда стекает с каждой обечайки 7 в нижерасположенную секцию 6, смешивается с культуральной средой и поступает в эжекторы, где насыщается воздухом.
Рассредоточение питательной среды, вводимой в аппарат, блягоприятно действует на рост микроорганизмов.
Проходя все секции колонны 2 сверху вниз, культур альная жидкость многократно насыщается воздухом и освобождается от отработанных газов, при этом массообмен между жичко ThIo н газом осуществляется в условиях непрерывного обновления весьма развитой поверхности контакта фаз, что обеспечит м аксим альную скорость м ассопередачи.
Температура культур альной жидкости в яппапате поддерживается в необходимых пределах с помощью теплохладоносителя, вводимого в теплообменные камеры Г через патпубки 32.
Уповень ктльтупяльной жидкости и каждой секпии 6 может колебаться в зависимости от расхода воздуха, вводимого в камеры В, его давления и других факторов. При снижении производительности какой-либо секции 6 и черезмерном повышении уровня находящейся в ней жидкости избыток ее переливается в нижерасположенную секцию 6 через верхние кромки цилиндрической обечайки 7.
В секции 17 культуряльная жидкость аэрируется воздухом, подаваемым в нижнюю часть диффузора ЗЗ через аэратор 34, а ее температура регулируется с помощью тепло519469
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, отл ич а ющ ийся 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
5 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.
10 2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что диаметр обечаек, установленных в нижележащих секциях, меньше диаметра обечаек, расположенных в вышележащих секциях.
3. Аппарат по пп. 1 и 2, отличающийся
15 тем, что верхние участки нижерасположенных обечаек установлены в нижних участках вышерасположенных с образованием кольцевого зазора между ними,
