Апарат для вирощування мікроорганізмів

Апарат для вирощування мікроорганізмів, що містить ємкість з патрубками для підведення живильного середовища і повітря, відведення готового продукту і газів, та розміщені у ємкості на вертикальному пустотілому валу пристрій для аерації і перемішування культуральної рідини у вигляді сегнерівського колеса, розміщеного біля днища ємкості, і пристрій для гасіння ПІНІ, ЯКИЙ відрізняється тим, що пристрій для аерації та перемішування культуральної рідини оснащено другим сегнерівським колесом, розміщеним разом з першим колесом на нерухомому пустотілому валу у центральній частині ємкості, при цьому діаметр верхнього сегнерівського колеса складає 0,4-0,6 діаметра нижнього, а прямолінійні відрізки труб сегнерівських коліс деформовані з утворенням перемішуючих профілів, висота яких у поперечному перерізі не перевищує діаметрів труб, а сопла верхнього сегнерівського колеса направлені у протилежному напрямку відносно сопел нижнього, при цьому пристрій для гасіння піни виконаний у вигляді пустотілої маточини з лопатями та розміщений на валу над верхнім сегнерівським колесом, з яким маточина зв'язана тягами і має можливість переміщення по тягах з постійною відстанню її лопатей від поверхні культуральної рідини О Винахід відноситься до мікробіологічної промисловості, призначеної для вирощування аеробних мікроорганізмів, та може бути використаний у різних процесах мікробіологічного синтезу Існує пристрій для культивування кліток [1], який складається з циліндрового корпусу, кришки з патрубками для підведення та відведення повітря та живильного середовища, порожнистий вал та привід, який складається з магнітних півмуфт, при цьому ведена магнітна півмуфта розміщена у верхній частині корпусу, а ведуча магнітна півмуфта розташована під нею До недоліків цього пристрою слід віднести наявність додаткових елементів у вигляді магнітних півмуфт, які ускладнюють конструкцію, складність їх виготовлення та монтажу усієї конструкції Існує також апарат для вирощування мікроорганізмів [2], який складається з вертикальної ємності з теплообмінною оболонкою, кришки, патрубків для подавання живильного середовища, підведення та відведення повітря У ємності розміщено порожнистий вал, який обертається та служить для подавання повітря, та встановлений на ньому перемішуючий пристрій з двох циркуляційних труб, похило закріплених на валу та сполучених патрубками для подавання повітря з нижньою частиною валу При цьому циркуляційні труби постачені нагорі впускними розтрубами у вигляді зрізаних конусів, а знизу - випускними розтрубами у вигляді півсфер ВИХІДНІ створи патрубків підведення повітря, які розміщені всередині циркуляційних труб, також постачені розтрубами у вигляді півсфер При витіканні повітря з цих вихідних отворів виникають реактивні сили, які призводять до обертання валу та закріпленого на ньому перемішуючого пристрою До недоліків апарату слід віднести - складність його кінематичної схеми перемішуючий пристрій складається з елементів складної просторової конфігурації, патрубки підведення повітря технологічно важко з'єднати з циркуляційними трубами, ВИХІДНІ отвори патрубків та труб облаштовані насадками - розтрубами складної форми (півсфери, зрізані конуси), - складність просторового розташування циркуляційних труб відносно порожнистого валу, який обертається, - наявність ущільнюючого вузлу у верхній кришці ємності не забезпечує отримання асептичних ю ю 54579 умов процесу культивування, - просторове розташування циркуляційних труб у центральній частині ємності не гарантує у певній мірі аерацію та перемішування культуральноі рідини у нижній частині апарату (можливе утворення застійних зон), - конструкція перемішуючого пристрою має значний гідродинамічний опір, що потребує додаткових витрат енергії Перелічені недоліки знижують ефективність пристрою тому, що підвищують вартість виготовлення, зборки та експлуатації апарату, не забезпечують необхідні асептичні умови процесу культивування, що негативно позначається на якості та собівартості готового продукту Існує також апарат для культивування мікроорганізмів [3], прийнятий як найближчий аналог Апарат містить ємність, постачену паровологою оболонкою, патрубками для подання стислого повітря і живильного середовища та відведення готового продукту і відпрацьованих газів, пристрій для аерації та перемішування, який виконано у вигляді сегнерівського колеса і розміщено біля днища ємності Трубки сегнерівського колеса мають по всій довжині додаткові отвори діаметром 0,5 - 1мм і оснащені лопатями, які похило прикріплені до них і призначені для перемішування Ширина лопатей в проекції на вертикальну площину, що проходить через поздовжню вісь трубки, дорівнює її діаметру У верхній частині ємності розташовано пристрій для гасіння піни, який виконано також у вигляді сегнерівського колеса, на трубках якого закріплені гвинтоподібні сектори товщиною 0,5-0,8мм До недоліків апарата, прийнятого як найближчий аналог, слід віднести - наявність додаткових отворів на трубках сегнерівського колеса, що різко зменшує швидкість випуску повітря із сопла Це при значній різниці густот рідини і повітря та наявності додатково прикріплених до трубок колеса лопатей призводить практично до зупинки сегнерівського колеса Пристрій для перемішування по суті працює як барботер, і інтенсивного перемішування культуральної рідини по всій ємності апарату не досягається Також слід відзначити, що верхні шари рідини при цьому практично не перемішуються, а лише аеруються, - надійно прикріпити з необхідним похилом до трубок сегнерівського колеса лопатей із листової нержавіючій сталі товщиною 0,5 - 0,8мм без обваження конструкції технологічно неможливо Це в свою чергу, потребує підвищених витрат стислого повітря і ВІДПОВІДНО зменшує економічність пристрою, - пристрій для гасіння піни розміщено у верхній частині ємності, він працює не враховуючи рівня культуральної рідини, що дозволяє лише частково руйнувати піну, що утворилася, але не чинить ніяких перепон саме процесу піноутворення Завдання, на розв'язанні якого спрямовано запропонований винахід - апарат для вирощування мікроорганізмів - є збільшення питомої продуктивності апарату та підвищення титру готового продукту і зниження його собівартості шляхом створення сприятливих умов для вирощування мікроорганізмів, що забезпечується ефективним перемішуван ням та аеруванням культуральної рідини при одночасному подавленні піноутворення Рішення цього завдання у запропонованому винаході забезпечується тим, що пристрій для аерації та перемішування культуральної рідини виконано у вигляді двох сегнерівських коліс, розміщених на нерухомому пустотілому валу біля днища та у центральній частині ємності, діаметр верхнього сегнерівського колеса дорівнює 0,4 - 0,6 діаметра нижнього, прямолінійні відрізки труб сегнерівських коліс деформовані з утворенням перемішуючих профілів, висота яких у поперечному перерізі не перевищує діаметра труб, а сопла верхнього сегнерівського колеса спрямовані у протилежній бік соплам нижнього сегнерівського колеса Над верхнім сегнерівським колесом на вертикальному пустотілому валу встановлено пристрій для гасіння піни у вигляді пустотілої маточини з пропелероподібними лопатями, яка з'єднана тягами з верхнім сегнерівським колесом та має можливість вільно переміщуватись по тягах при зберіганні постійної відстані її лопатей від поверхні культуральної рідини У запропонованому апараті діаметр верхнього сегнерівського колеса складає 0,4 - 0,6 діаметра нижнього, що знаходиться біля днища ємності на мінімальній відстані від її стінок і запобігає утворенню застійних зон у нижній частині ємності та забезпечує ефективність процесу перемішування та аерирування по усьому об'єму культуральної рідини Ефект перемішування культуральної рідини та насичення киснем повітря її об'єму досягається за рахунок використання енергії напірних струменів та збільшення площі контакту рідинної та газоподібної фаз при їх перехресному русі Додатковий ефект перемішування досягається деформацією прямолінійних відрізків труб сегнерівських коліс з утворенням перемішуючих профілів, висота яких у поперечному перерізі не перевищує діаметра труб Наявність таких профілів зменшує гідродинамічний опір трубок сегнерівського колеса, що збільшує інтенсивність перемішування культуральної рідини У запропонованому пристрої напрямок сопел верхнього сегнерівського колеса протилежний напрямку сопел нижнього сегнерівського колеса, що забезпечує їх обертання у протилежні сторони та отже, більш інтенсивне перемішування культуральної рідини по усьому об'єму апарату Тоді як у найближчому аналогу додаткові отвори в трубках сегнерівського колеса гасять швидкість обертання його і ВІДПОВІДНО зменшують інтенсивність перемішування культуральної рідини, яке практично здійснюється лише за рахунок барботажу повітря через додаткові отвори трубок сегнерівського колеса Пшоутворювання у запропонованому апараті пригнічується пристроєм для гасіння піни у початковій стадії пшоутворювання на відміну від прототипу, в якому заходи по заглушенню піноутворення недостатні У найближчому аналогу пристрій для гасіння піни гасить лише піну, яка вже утворилася В пропонуємому апараті пристрій для гасіння піни, який уявляє собою пустотілу маточину з пропелероподібними лопатями, розміщено на пустотілому нерухомому вертикальному валу подання 54579 повітря над верхнім сегнерівським колесом та зв'язано з цим колесом тягами, по яких має можливість вільно пересуватися Маточина з лопатями має позитивну плавучість, що забезпечує їй плавання у культуральній рідині зі зберіганням постійної відстані и лопатей від поверхні культуральної рідини При ЗМІНІ рівня культуральної рідини маточина пересувається потягах у вертикальному напрямку і обертається, так як зв'язана з верхнім сегнерівським колесом При цьому руйнується піна, яка утворюється при культивуванні на початковій стаДЦ Таким чином, запропоноване конструктивне виконання пристрою для аерації і одночасно для перемішування культуральної рідини у вигляді двох сегнерівських коліс в апараті для вирощування мікроорганізмів, а також просте і надійне конструктивне виконання пристрою для гасіння піни дозволяє підвищити надійність його роботи та отримати готовий продукт з більш високим титром та меншою собівартістю Запропонований апарат для вирощування мікроорганізмів наданий на фіг1, розріз А-А - на фіг 2, розріз Б-Б - на фіг 3, розріз В-В - на фіг 4 Апарат складається з ємності 1, обладнаної оболонкою 2, в яку подається термостатуюче середовище (вода, пара), патрубки для подавання стислого стерильного повітря 3 та живильного середовища 4, патрубки для відведення використаного повітря 5 та готового продукту 6, пристрій піногасіння, що складається з пустотілої маточини 7 та пропелероподібних лопатей 8, пристрій для аерації та перемішування, який виконано у вигляді двох сегнерівських коліс (верхнього та нижнього), які складаються з трубок 9 із соплами 10 Трубки сегнерівських коліс 9 закріплені у маточинах 11, що обертаються по нерухомому пустотілому валу 12 Пустотіла маточина 7 пристрою піногасіння з'єднана з верхнім сегнерівським колесом тягами 13 Ємність 1 герметично зачиняється кришкою 14 за допомогою гвинтових притискувачів 15 Апарат працює наступним чином Ємність 1, яка пройшла стерилізацію, заповнюють культуральною рідиною крізь патрубок 4, подають крізь патрубок 3 стерильне повітря, яке далі крізь нерухомий пустотілий вал 12 проникає у порожнину маточини 11 та, проходячи по трубках 9 сегнерівських коліс, витікає крізь сопла 10 у об'ємі культуральної рідини При витіканні повітря крізь сопла 10 на трубки 9 починає діяти реактивна сила, що забезпечує обертання пристрою на нерухомому валу 12 без використання зовнішньо го приводу та ущільнюючого пристрою Трубки 9 на прямолінійних відрізках здеформовані під кутом 45° у вигляді овалів, утворюючих перемішуючі профілі, висота яких у поперечному перерізі не перевищує діаметра трубок 9 Діаметри сегнерівських коліс різні (діаметр верхнього складає 0,4 - 0,6 діаметру нижнього), вони обертаються у протилежні сторони за рахунок ВІДПОВІДНОГО напрямку сопел 10 Розміщення коліс біля днища та у центральній частині ємності забезпечує ефективність аерації та перемішування по усьому об'єму культуральної рідини Піногасіння здійснюється руйнуванням бульбашок піни, які утворюються, пропелероподібними лопатями 8, закріпленими на обертовій пустотілій маточині 7 Маточина 7 плаває у культуральній рідині та вільно пересувається по тягах 13 Обертання маточини забезпечується за рахунок тяг 13, зв'язаних з верхнім сегнерівським колесом Порожнистість маточини 7 забезпечує и плавучість та дозволяє пристрою для піногасіння ВІДПОВІДНО змінам рівня культуральної рідини забезпечувати постійну оптимальну відстань пропелероподібних лопатей маточини 7 від поверхні рідини, що і забезпечує ефективне піногасіння Додатково збільшити ефект піногасіння можливо за рахунок перфорації лопатей Пропонуємии винахід дозволяє істотно спростити конструкцію апарата, збільшити його питому продуктивність та титр продукту, що отримується, за рахунок використання енергії напірних струменів сегнерівських коліс, які забезпечують перемішування та аерацію всього об'єму культуральної рідини, збільшення поверхні контакту фаз та усунення застійних зон Частково, енергія струменів використовується також для стримування процесу пшоутворення В порівняні з розглянутими вище конструкціями у запропонований апараті забезпечується рівномірно розподілення компонентів живильного середовища по усьому робочому об'єму, практично повністю виключаються грубі механічні впливи на вирощуєму культуру, що сприяє збільшенню титру та стандартності готового продукту Джерела інформації 1 Аппарат для культивирования клеток А С СССР №1233480, МПК С12М 3/00, опубл 10 02 84 2 Аппарат для выращивания микроорганизмов А С СССР №1423583, МПК С12М 1/06, опубл 15 09 88 Б №34 3 Аппарат для культивирования микроорганизмов А С СССР №1349241, 6МПК С12М 1/06, опубл 27 11 95 - найближчий аналог 54579 A-A