Дата опубликования описания 25 04.80 (53) УДК 663.14. .032 (088.8) В, И. Бойко, В. . P. Боровский, А. Н. Григорян, О. A. Кремнев, B. В. Лалов, В. В. Лопатин, В. A. Осипов, А. А. Складнев, Т. А. Усик и А. А. Шмучпкин (72) Авторы изобретения

Всесоюзный научно-исследовательский институт биосинтеза белковых веществ и Институт технической теппофнзик!!

АН Украинской ССР (7l ) Заявители (54) УСТАНОВКА ДЛЯ В6!РАШИВАНИЯ

МИКРООРГАНИЗМОВ

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

Установка дпя глубинного культивирования микроорганизм ов должна обеспечивать проведение процесса в условиях, максимально приближенных к оптимальным условиям выращивания а именно обеспечивать необходимую скорость массопереноса необходимых источиNKoB 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 купьтуральной 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 кольцевь.ми перегородками и расположенными между ними вставками, смонтипованными на валу, побудйтель расхода жидкости, связанный с диспергатором, и емкость для выращивания ! о микроорганизмов, выполненную в виде пучка труб, соединенного с одной стороны с диспергатором и снабженного с другой стороны общей крышкой с патруб!

Ю ком для отбора суспензии микроорганизмов, Длина труб выбирается так, чтобы при данной производительности побудителя расхода обеспечить время, необходимое для пребывания микроорганизмов в емкости для выращивания flj

Однако применение прямоточной по жидкой фазе с сЪмы не г.озвопяет выращивать в известной установке микроорганизмы при небольших скоростях росз 7292 та, например в накопительном пронессе, так как вследствие непрерывного разбавления концентрация микроорганизмов неизбежно достигнет величины ниже минимально возможной. Кроме того ис5 пользование диспергатора известной конструкции с лабиринтным течением жидкой фазы снижает эффективность использования механической энергии вследствие .больших потерь энергии на трение, 10 при этом степень дисперсности газовой фазы целиком определяется зазорами между перегородками и вставками и размер элементов газовой фазы не может быть существенно меньше, чем величина указанного зазора.

Бель изобретения заключается в увеличении степени дисперности газа в жидкости путем создания пульсаций газожидкостного потока и увеличения тем самым поверхности межфазного контакта.

Это достигается тем, что в предложенной установке впускной патрубок побудителя расхода сообщен с емкостью для выращивания микроорганизмов с

25 образованием замкнутого циркуляционвЂ” ного контура жидкости. Установка снабжена циклоном, связанным с диспергатором и емкостью для выращивания микроорганизмов и служащим для выделенчя крупнодисперсной газовой фазы из поступающего газожидкостного потока, причем патрубок для отвода этой фазы оцключен к напорному патрубку побудителя расхода. Кольцевые перегородки и вставки диспергатора имеют окна для прохода газожидкостного потока. Кроме того, кольцевые перегородки могут быть выполнены полыми и снабжены патрубками цля подвода хладагента, а вставки могут иметь цилиндрическую форму.

На фиг. 1 схематически изображена предложеная установка, общий виц; на фиг. 2 вЂ” диспергатор, вертикальный разрез; на фиг. 3 вЂ” разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 вЂ” циспергатор с цилиндрическими вставками; на фиг. 5 вЂ” разрез Б-Б на фиг. 4.

Установка для выращивания микроорганизмов состоит из диспергатора 1 газа в жидкости, побудителя 2 расхода жидкости, напорный патрубок которого подключен к диспергатору 1, а впускной патрубок подключен к емкости 3 для выращивания микроорганизмов с образо55 ванием замкнутого циркуляпионного контура жидкости, циклона 4, связанного с циспергатором 1 и емкостью 3 цля выращивания микроорганиэмов и служащего для

q9 4 выделения крупнодисперсной газовой фазы

В нз поступающего газового потока, причем патрубок 5 для отвода этой фазы подключен к напорному патрубку побудителя 2 расхода, Лиспергатор 1 газа в жидкости имеет цилиндрический корпус 6, прикрепленные к его стенке кольцевые nepегоpoqKH7 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 10 для подвода и отвода хладагента. Вставки 8 смонтированы на валу 1 1.

Билиндрический корпус 6 (см, фиг. 2) диспергатора 1 снабжен крышками 12 и 13 с патрубками 14 и 15 для подвода и отвода газожидкостного потока.

На крышке 12 монтируется привод 16 и торцовое уплотнение 17 вала 11, Между вставками 8 расположены кольцевые барботеры 18, присоединенные к патрубку 1 9.

К корпусу 6 диспергатора 1 (см. фиг. 4) с патрубком 14 крепятся кольцевые перегородки 7 и крышка 12 с патрубком 15, на которой смонтирован привод 16 с 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 происхоцит процесс массообмена, интенсифицируемый пульсациями газожидкостного потока и высоким градиентом скоростей потока в радиальном напра влении. Газожидкостной поток, содержащий диспергированную газовую фазу, через патрубки 15 по трубопроводу 21 поступает и циклон 4, гце выделяется крупнодисперсная газовая фаза, которая по патрубку 5 засасывается инжектором 22, установленным на напорном патрубке побудителя 2 расхода жидкости, откуда по трубопроводу 20 попе29239 родками и вставками диспергятора; в- третьих, этому способствуют цуиьсапии газожипкостного потока, возникаюц1ие вследствие периодического изменения проходного сечения писпергатора из-зя периопи кского перекрыт я окон перегоропоК и вставок их неперфорированными частями.

Изменением зазора между непопвижными и подвижными элементами диспергатора, а также скорост вращения Bcтавок можно получать необходимый размер элемента газовой фазы, диспергированной в жидкости, обеспечивая при этом широкий пиапазон гидродииамически усповий от жестких по мягких, что позволяет в предлагаемом аппарате купьтивировать, помимо различных микроорган змов, культуры изопированных клеток и тканей. Наличие в предлагаемом аппарате возврата фракции газожидкостной суспензии, обогащенной крупнодисперсным газом, на повторную д исперга цию в диспергатор позволяетет довести степень использования подаваемого газа до 90";..

Результаты лабораторных испытаний макета аппарата для выращивания микроорганизмов показали возможность его использования пля Выращивания микроорвЂ” ганизмов tta различных субстратах, причем степень -cn пьзовяиия подаваемого воздуха состарляла 65-90 в зависимости от соотношения потоков циркупируемой купьтурапьной жидкости и попаваемого воздуха при размерах элементов газовой фазы, диспергированной в жидкости, 0,2 мм.

Градиент скорости B зазоре межпу перегородками и вставками устройства дпя насыщения жидкости газом составчяп

10 -10 1/сек при соответствующей

5 6 скорости вращения ротора 1ррр

8000 об/мин.

1. Установка дпя выращ-:вания микроорганизмов, содержащая писпергатор газа

0 в жипкости, . включающий цилиндрический корпус с прикрепленными к его стенке копьцевыми перегородками и распопов женные между н" ми вста вки, смонтированные на валу, побудитель расхода жидкости, связанный с диспергатором, емкость дпя выращивания микроорганизмов, сообщенную с последним, о т л и ч а IoвЂ” щ а я с я тем, что, с цепью увечичения степени дисперсности газа в жидкости пуется на повторное писпергирование в диспергятор 1, Газожипкостной поток, содержащий опнородную мепкодисперсную газовую фазу, обеспечивающую бпагоприятные условия ппя массообмена, по трубопроводу подают в емкость 3, гпе осушествпяется процесс потребления растворенных в культуральной среде компонентов питания и массоперенос компонентов питания из 10 мепкодисперсной газовой фазы B культурапьную жипкость. Из нижней части емкости 3 купьтуральная жидкость побудитепем 2 расхода подается на повторную аэрацию. Лпя стабипизации температуры процесса в области диспергирования и наиболее интенсивной массопередачи через патрубки 9 и внутрь попых перегородок 7 непрерывно подается хладагент, например вода, и отвопится через патрубки 10.

Аппарат снабжен штуцерами 23 и

24 соответственно дпя попачи свежей питательной минеральной среды и отвода суспензии микроорганизмов и клеток.

Стабилизация температуры процесса выращивания микроорганизмов в преппагаемом аппарате может осушествпяться либо подачей хпадагента в рубгшку емкости 3, либо вкпючением в контур цир30 купяции культурапьной жидкости тепло обменного устройства, например теппообменника ппастинчатого типа (на чертеже теппообменные устройства не показаны).

Описанная установка дпя вь ратпивания микроорганизмов с замкнутым контуром циркупяции жидкости, писпергатором, включающим перегородки и вращающиеся вставки с окнами дпя прохода газожип40 костного потока и циклона, позволяющего выравнивать степень дисперсности газовой фазы в газожидкостном потоке, подаваемом в емкость ппя выращивания микроорганизмов, позволяет значитепь45 но увеличить интенсивность массообмена Формула изобретения между газовой и жидкой фазам, Это происходит, во-первых р в результате разделения газожидкостного потока в циклоне на фракцию, обогащенную мелкодисперсным газом, поступаюшую в емкость дпя выращивания микроорганизмов, и фракцию, обогащенную крупнописперсным газом, подаваемую на повторную диспергацию; во-вторых, в результате уменьшения размеров эпементов газовой фазы, диспергированной в жидкости Bcëånствие наличия высокого градиента окружной скорости в зазоре между переготем созпания пульсации газожипкостного потока, впускной патрубок побудителя расхода жидкости сообщен с емкостью для выращивания микроорганизмов с образованием замкнутого циркуляпионного контура жидкости, а установка снабжена циклоном, связанным с писпергатором и емкостью пла выращивания микроорганизмов и служащим пля выделения крупнодисперсной, газовой фазы из поступающего газожидкостного потока, причем патрубок пля отвода этой фазы подключен к напорному патрубку побудителя расхода, при атом кольцевые перегородки и .вставки диспергатора имеют окна пля прохода газожидкостного потока.

9239 е

2. Установка по и, 1, о т л я ч ею щ а я с я тем, что кольпевые перегоропки писпергатора выполнены полыми и снабжены патрубками для попвода хла дагента. 3. Установка по и. 1, о т л и ч а ю ш а я с я тем, что вставки имеют цилиндрическую форму.

Источники информации > принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Великобритании

15 ¹ 1145561, кл. С 12 В 1/16, опубл.

1 969.

729239

Составитель А. Шмушкнн

Текред М. Кузьма Корректор Т. Скунс рнова

Редактор A. Бер

Филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная. 1

Заказ 1 91 3/25 Тираж 522 Подписное

ЦИИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1.13035, Москва, Ж-35, Раушская наб„д. 4/5