Аппарат для выращивания микроорганизмов

О П И С А Н И Е р 59469ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Реслублик) М. Кл С 12 В 1/1 Государственный комитет Совета Министров СССР ло делам изобретений, Псалом етени 71) Заявител АРАТ ДЛЯ ВЫРАМ И КРООР ГАН ИЗМ АНИЯ(54) ей обечайотвода отсположены над илиндроконичесопло 11, нижний авляющими 12, для закручива- промежуточные Изобретение относится к области микробиологии.Известен аппарат для выращивания микроорганизмов по основному авт. св.494407, содержащий сообщающиеся 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 аппаратдля выращивания микроорганизмов, общийвид и разрезы по А - А и по Б - Б; на фиг.2 - эжектор для насыщения жидкости га 5 зом; на фиг. 3 - конический отражатель слопастями.Аппарат состоит из колонн 1 и 2 восходящего и нисходящего потоков газожидкостной эмульсии, сообщающихся между собой10 в верхней части переливной трубой 3, а внижней - трубой 4 с автоматически закрывающейся задвижкой 5,Колонна 2 нисходящего потока газожидкостной эмильсии разделена на секции 6, в15 центре каждой из которых (кроме секциидозревания) расположены цилиндрическиеобечайки 7,В верхней части каждой обечайки укреплены кольцевые коллекторы 8, имеющие от 20 верстия, расположенные на их наружной поверхности (не показаны).На крышке колонны 2 над верхикой 7 установлен патрубок 9 дляработанных газов,2 а Верхние кромки обечаек раэжекторами, включающими цкий диффузор 10, коническое сконец которого снабжен напррасположенными на спирали,30 ния воздушной струи, и65 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.В 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 газо- жидкостной 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, нагнетаемого от турбовоздуходувки (не показана) в аэраторы 27 эрлифт 5 10 20 25 30 35 40 45 50 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 чрезмерного 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.В этот момент включается система подачи воздуха в камеры В всех устройств для насыщения жидкости газом от низконапорных 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 10 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 отражате. лями 15 скорость газожидкостной эмульсии изменяется по величине и направлению, при этом жидкая фаза опережает газовые пузырьки, которые обедняются ею, укрупняюття путем коалесценции и затем разрушаются5без 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 13, 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 аэпаторы 27 расположенных в ней эрлифтных 25 и гидро- динамических 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 ЗО, 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 нике- расположенную секцию 6. Этим устраняется образование на внутренних поверхностях обечаек 7 загрязнений, могущих стать источником инфицирования культуральной жидкости.В секции 17 культуральная жидкость аэрируется воздухом, подаваемым в нижнюю часть диффузора ЗЗ через аэратор 34, а ее температура регулируется с помощью тепло 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 поддеркивается постоянным,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 96В верхней части каждой обечайки предусмотрено смешение питательной среды с реагентом-регулятором рН, подаваемым на еевнутреннюю поверхность с помощью кольцевого коллектора с отверстиями на наружнойповерхности, гри это. с".пазуемые в результате реакции замещения летучие вещества, ингибпрующие рост микроорганизмов (например,сернистый ангидрид Ю, высвобождаемыйпри 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 вовторую 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 нарост микроорганизмов.Проходя все секции колонны 2 сверху вниз,культуральная жидкость многократно насып 1 ается воздухом и освобождается от отработанных газов, при этом массообмен междукичкостью н газом осуществляется в условиях непрерывного обновления весьма развитой поверхности контакта фаз, что обеспечитм аксим альную скорость м ассопередачи.Температура культур альной жидкости вяппапате поддерживается в необходимыхпределах с помощью теплохладоносителя,вводимого в теплообменные камеры Г черезпатпубки ЗРУповень ктльтупяльной жидкости в каждойсекпии 6 может колебаться в зависимости отрасхода воздуха, вводимого в камеры В, егодавления и других факторов, При снижениипроизводительности какой-либо секции 6 ичрезмерном повышении уровня находящейсяв ней жидкости избыток ее переливается в нижерасполокенную секцию 6 через верхниекромки цилиндрической обечайки 7.В случае аварийного отключения электроэнергии задвижка 5 на трубе 3 автоматически закрывается, что устраняет выход культу- ральной 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 изобретения1, Аппарат для выращивания микроорганизмов по авт, св.494407, о т л и ч а ю щ и йся 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 каждой5 обечайки и имеющими отверстия, расположенные на их наружной поверхности, а патрубок для отвода газов - на крышке надверхней 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, отличающийся15 тем, что верхние участки нижерасположенных обечаек установлены в нижних участкахвышерасположенных с образованием кольцевого зазора между ними, 519469