Патент аппарат для выращивания микроорганизмов

Аппарат для выращивания микроорганизмов Советский патент 1992 года по МПК C12M1/04

Описание патента на изобретение SU1751192A1

Изобретение относится к микробиологической промышленности, а именно к аппаратам для выращивания микроорганизмов, и предназначено для использования на предприятиях по производству кормовых дрожжей, белково-витаминных концентратов и прочих продуктов микробиологического синтеза.

Известен большой класс аппаратов для выращиванияЧшикроорганизмов, выполненных в виде цилиндрической емкости,содержащей циркуляционные трубы, размещенные внутри емкости или вне емко сти, сообщенные с верхней и нижней частью емкости.

Известен аппарат для выращивания микроорганизмов, содержащий вертикальную цилиндрическую емкость, расположенную в придонной части, систему аэраторов с коллектором и воз духо под водя щей трубой

и над аэраторами, рассредоточенные по окружности циркуляционные трубы.

Основным недостатком такого аппарата является то, что размещенные внутри емкости циркуляционные трубы, аэраторы, коллекторы, воздуховоды, вводы питания вместе с элементами их крепления: стойками, растяжками, кронштейнами очень сильно загромождают внутреннюю полость емкости — создают множество застойных, теневых мест, затрудняющих аэрацию куль- туральной среды.

С другой стороны на всех элементах внутренних устройств скапливаются и оседают при сливе среды микроорганизмы, что затрудняет промывку аппарата и поддержание асептических условий, что приводит к заражению среды, срыву технологического процесса, увеличивает количество остановок и в конечном счете снижает производительность оборудования,

Более выгодной с точки зрения эксплуатационных качеств является конструкция ферментатора с внешними циркуляционными трубами, с аэрирующими устройствами, расположенными в циркуляционных трубах. Данный аппарат представляет собою цилиндрическую емкость, с внешними циркуляционными трубами, нижние концы которых сообщены с придонной частью емкости, а верхние выведены выше крыши и заведены в емкость сверху, Воздухопод- водящие трубы расположены внутри циркуляционных труб. Аэраторы расположены в нижней части циркуляционных труб и выполнены в виде заглушенной с торца трубы с продольными щелями по образующей для выхода воздуха. Верхние концы воздухо- подводящих труб подсоединены к коллектору, размещенному на крыше емкости. На воздухоподводящих трубах закреплены перфорированные витки шнека.

Основным недостатком данного аппарата является то, что аэрируемый объем жидкости, заключенный в циркуляционных трубах, очень мал по сравнению с неаэрируемым объемом заключенным в емкости.

Данный недостаток усугубляется тем, что высота подъема аэрированной жидкости в циркуляционных трубах всего на 0,4 более высоты слоя жидкости в емкости при максимально достижимом газосодержании порядка 50% например, при выращивании дрожжей на гидролизатах древесины.

Откуда следует, что для обеспечения большей высоты подъема необходимо держать в емкости большее заполнение, что невыгодно.

При большом объеме неарируемой зоны, расположенный в емкости, большое количество микроорганизмов будет испытывать дефицит в кислороде, в условиях которого жизненные процессы микроорганизмов замедляются, угнетаются и микроорганизмы перестают размножаться и наращивать биомассу.

Цель изобретения заключается в повышении производительности за счет более полного насыщения культуральной среды газом и стерильности при подготовке аппарата к технологическому циклу.

Поставленная цепь достигается за счет того, что, верхняя часть емкости выполнена расширенной, а нижняя суженной, при этом высота нижней части равна 0,5-0,9 общей высоты емкости, а циркуляционные трубы выполнены также из двух частей, верхней расширенной, в которой размещены вертикальные параллельные перегородки для разобщения восходящего газожидкостного потока и нижней, суженной, в которой размещены аэраторы, причем соотношение общего аэрируемого объема труб к нижней части емкости составляет 0,25-10.

Аэраторы выполнены в виде сигарообразных полых тел с перфорированной стенкой установленных по продольной оси циркуляционных труб и сообщенных с коллектором.

По другому варианту поставленная цель

также достигается за счет того, что аэраторы представляют собою ряды отверстий, выполненных в стенке нижней части циркуляционных труб общей с коллектором.

На фиг. 1 изображен аппарат для выращивания микроорганизмов, продольный разрез; на фиг, 2 — аэратор, выполненный в виде сигарообразного полого тела с перфорированной стенкой, установленного по оси циркуляционной трубы; на фиг 3 — аэратор,

выполненный в виде нескольких рядов отверстий в стенке нижней части циркуляционных труб, общей с коллектором; на фиг 4 — то же, поперечный разрез.

Аппарат для выращивания микроорганизмов содержит емкость 1. нижняя часть 2 которого выполнена суженной до высоты 0,5-0,9 общей высоты емкости 1. По окружности нижней части 2 емкости 1 размещены внешние циркуляционные трубы 3, нижние

концы 4 которых сообщены с нижней частью 2 емкости 1, а верхние концы 5 присоединены к низу верхней расширенной части б емкости 1. В нижних концах 4 циркуляционных труб 3, общий суммарный объем которых составляет от 0,25 до 10 объемов нижней части 2 емкости 1, размещены аэраторы 7, представляющие собою сигарообразные полые тела снабженные перфорацией 8 и каналами 9 и сообщенные

с коллектором 10 для подаваемого на аэрацию воздуха.

Аэраторы 7 могут быть выполнены также в виде нескольких рядов отверстий,просверленных в стенке нижней части 4

циркуляционных труб 3, общей с коллектором 15, выполненным в виде короба, охватывающего емкость 1,

Участки циркуляционных труб 3, расположенные над аэраторами 7, расширены и

разобщены на параллельные ходы 11 с помощью трубообразных вертикальных параллельных перегородок 12 и поперечных перегородок 13. Кроме того, емкость 1 снабжена необходимыми штуцерами для ввода компонентов питания, отбора культуральной жидкости с биомассой, сброса отработанных газов, установки приборов КИП и др.

Аппарат для выращивания микроорганизмов работает следующим образом

Перед пуском аппарата в работу внутреннюю полость его промывают водой с помощью моечных головок, расположенных в верхней части, и дезинфицируют специальными дезинфицирующими растворами, пропуская их через те же моечные головки. Благодаря тому, что полость аппарата максимально освобождена от металлоконструкций: стоек, растяжек, кронштейнов, коллекторов и пр., обеспечивается высокое качество промывки, являющееся основным условием стабильной безостановочной работы. Посторонняя микрофлора, менее требовательная к условиям культивирования в условиях ферментационкых процессов, развивается очень бурно и, обладая антибиотическими свойствами, подавляет рост культурных микроорганизмов, из-за чего приходится прерывать технологический процесс, сливать культуральную среду и проводить внеочередную промывку и дезинфекцию. Качество мойки и дезинфекций в процессах ферментации имеет исключительное значение. В данном случае благодаря тому, что конструкция максимально соответствует условиям мойки, обеспечивается высокое качество промывки и дезинфекции.

После промывки и дезинфекции аппарат заполняют питательной средой, засевают чистую культуру микроорганизмов и включают подачу воздуха на аэрацию. Пузырьки воздуха, выходя из отверстий 8 аэра- торов 7, устремляются вверх по циркуляционным трубам 3, увлекая жидкость, создают восходящий поток. Благодаря обтекаемой перфорированной конструкции аэраторов 7, установленных по осям циркуляционных труб 3, обеспечивается высокая дисперсность дробления воздуха при минимальном гидравлическом сопротивлении. Благодаря тому, что участки 5 циркуляционных труб 3, находящиеся над аэраторами, разбиты на параллельные ходы 11с помощью трубообразных перегородок 12, газожидкостный поток, возникающий над аэраторами 7, идет по этим ходам 11. Такая конструкция устраняет коалеСцен- цию (слияние) пузырьков. Кроме того, при движении пузырьков около стенок перегородок 12 создается пристенный эффект трения и перекатывания пузырька по стенке, благодаря чему происходит интенсивный

обмен поверхности пузырьков и интенсивность массообмена возрастает. Далее газожидкостный поток, выходя из ходов 11, стекает по конусной поверхности верхней

5 расширенной части 6 емкости 1 в нижнюю часть 2 емкости 1, откуда всасывается в нижние концы 4 циркуляционных труб 3, образуя таким образом контуры циркуляции. Таким образом, благодаря сужению

0 нижней части 2 емкости 1 и сокращения до минимума неактивной зоны, а также благодаря созданию условий для более полного насыщения культуральной среды газом в активной зоне-циркуляционных трубах 3 — пу5 тем создания раздельных ходов 11 и повышения стерильности подготовки аппарата к технологическому циклу достигается повышение производительности.

0 Формула изобретения

1. Аппарат для выращивания микроорганизмов, содержащий емкость с технологи- ческими патрубками и внешние циркуляционные трубы, подключенные к

5 нижней и верхней частям емкости, снабженные встроенными аэраторами и коллекторами для подвода к нй Шоздуха, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности зё счет более полного

0 насыщения культуральной среды газом и повышения стерильности подготовки аппарата к технологическому циклу, верхняя часть емкости выполнена расширенной, а нижняя суженной, при этом высота нижней

5 части равна 0,5-0,9 общей высоты емкости, а циркуляционные трубы выполнены также из двух частей, верхней, расширенной, в которой размещены вертикальные параллельные перегородки для разобщения вос0 ходящего газожидкостного потока, и нижней, суженной, в которой размещены аэраторы, причем соотношение общего объема труб к нижней части емкости составляет 0,25-10.

5 2. Аппарат поп, 1,отличающийся тем, что аэраторы представляют собой сигарообразные полые тела с перфорированной стенкой, установленные вертикально по продольной оси циркуляционных труб.

0 3. Аппарат по п. 1,отличающийся тем, что аэраторы представляют собой ряды отверстий, выполненных в стенке нижней части циркуляционных труб с коллектором.

Отработан Htie gffj6/

Похожие патенты SU1751192A1

Иллюстрации к изобретению SU 1 751 192 A1

Реферат патента 1992 года Аппарат для выращивания микроорганизмов

Использование: микробиологическая промышленность, производство кормовых дрожжей, витаминных концентратов и других продуктов микробиологического синтеза Сущность изобретения: аппарат содержит емкость с технологическими патрубками и внешние циркуляционные трубы, подключенные к нижней и верхней частям емкости, снабженные встроенными аэраторами и коллекторами для подвода к ним воздуха Верхняя часть емкости выполнена расширенной, а нижняя — суженной, при этом высота нижней части равна 0,5-0,9 общей высоты емкости, а циркуляционные трубы выполнены также из двух частей, верхней, расширенной, в которой размещены вертикальные параллельные перегородки для разобщения восходящего газожидкостного потока, и нижней, суженной, в которой размещены аэраторы, причем отношение общего объема труб к нижней части емкости составляет 0,25-10 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Формула изобретения SU 1 751 192 A1

Фаг.з

Источник

Аппарат для выращивания микроорганизмов Советский патент 1976 года по МПК C12B1/10

Описание патента на изобретение SU519469A2

Изобретение относится к области микробиологии.

Известен аппарат для выращивания микроорганизмов по основному авт. св. N° 494407, содержащий сообщающиеся в верхней и нижней частях колонны для создания восходящего и нисходящего потока газожидкО|Стной 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

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

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 И, нижний конец которого снабжен направляющими 12, расположенными на спирали, для закручивания воздушной струи, и промежуточные

трубные решетки 13, установленные с образованием верхней воздушной камеры В и нижней тенлообменной камеры Г.

Под каждым эжектором многоярусно расноложены 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 Л1икроорганизмов, 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, меньще диаметра обечаек, расположенных в выщележащих секциях.

При этом верхние участки нижера сположенных 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 рП, 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, нагнетаемого от турбовоздуходувки (не показана) в аэраторы 27 эрлифтных 25 и сообщенных с ними гидродинамических 26 труб.

По заполнении второй секции 21 жидкость по эрлифтным и гидродинамическим трубам 5 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 10 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 запол15 нении 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 20 пены в секциях 21 колонны 1 с восходящим потоком избыток ее но наклонным патрубкам 29 и вертикальной трубе 30 поступает в секцию 17 дозревания колонны 2 с нисходящим потоком.

25 Из верхней секции колонны 1 культуральиая жидкость по трубе 3 самотеком поступает в верхнюю часть колонны 2 на верхнюю трубную решетку ГЗ верхней секции 6, заполняя сопла 11.

30 В этот момент включается система подачи воздуха в камеры В всех устройств для насыщения жидкости газом от низконапорных воздуходувных машин (не показаны), например вентиляторов.

5 Проходя через кольцевые щели между нижними концами сопл 11 и верхними концами диффузоров 10, воздух, ноступающий из камеры В в эжекторы, приобретает спиралеобразное (вихревое) движение.

0 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 5 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.

0 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 без образования большого количества пены. Жидкость со взвешенными в ней мелкими газовыми пузырьками падает на верхнюю трубную решетку 13 нижерасположенной секции 6, заполняя сопла И. При этом в установившемся режиме работы аппарата динамический уровень жидкости в секции 6 выше верхней трубной решетки 13, а при заполнении апарата 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 б отработанных газов от деэмульгирования газожидкостной эмульсии, выходяш,ей из эжекторов вышерасположенной секции б. Под действием избыточного давления отработанные газы из секции б поступают в расположенную в ней цилиндрическую обечайку 7, а из нее через патрубок 9 выходят в атмосферу. Огибая нижние кромки обечайки 7, поступаюпхие в нее газы изменяют направление движения на противоположное, что способствует выделению из них капель жидкости. При движении в обечайке 7 газы освобождаются от оставшихся капель, скорость осаждения которых больше скорости восходяш:его газового потока, в котором они взвешены. Пройдя аналогичным образом все секции 6 колонны 2 сверху вниз, культуральная жидкость поступает во вторую снизу секцию б, 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 эрлифтньтх 25 и гидродинамических 26 труб. По этим трубам жидкость подается в выщерасположенную 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 источни ком инфицирования культуральной жидкости, В верхней части каждой обечайки предусмотрено смешение питательной среды с реагентом-регулятором рН, подаваемым на ее внутреннюю поверхность с помош,ью кольцевого коллектора с отверстиями на наружной поверхности, при этом сбоазуемые в результате реакции замешения летучие вешества, ингибнрующие рост микроорганизмов (например, сернистый ангидрид SO, высвобождаемый при добавлении минеральной кислоты), будут переходить в свободное состояние и выделяться из тонкой пленки стекаюшей питательной среды в восходящий поток отработанных газов. В случае ппименения легколетучего реагента-регулятора рН (аммиачная вода, соляная кислота) во избежание потерь от испарения представляется целесообразным основную его часть добавлять в питательную среду до поступления ее в аппарат, с автоматической подачей остального его количества во вторую снизу секцию 21 колонны 1 через патрубок 24 по сигналу, поступающему от датчика рН, установленного в вышерасноложенной тоетьей секции 21. Питательная среда стекает с каждой обечайки 7 в нижерасположенпую секцию б, смешивается с культуральной средой и поступает в эжекторы, где насыщается воздухом. Рассредоточение питательной среды, вводимой в аппарат, благоприятно действует на рост микроорганизмов. Проходя все секции колонны 2 сверху вниз, культуральная жидкость многократно насыщается воздухом и освобождается от отработанных газов, при этом массообмен между жил костью и газом осуществляется в условиях непрерывного обновления весьма развитой поверхности контакта фаз, что обеспечит максимальную скорость массопередачи. Температура культуральной жидкости в аппарате поддерживается в необходимых пределах с помощью теплохладоносителя, вводимого в теплообменные камеры Г через патрубки 32. Уровень культлральной жидкости в каждой секции 6 может колебаться в зависимости от расхода воздуха, вводимого в камеры В, его давления и других факторов. При снижении производительности какой-либо секции б и чрезмерном повытиении уровня находящейся в ней жидкости избыток ее переливается в нижерасположенную секцию 6 через верхние кромки цилиндрической обечайки 7. В секции 17 культуральная жидкость аэрируется воздухом, подаваемым в нижнюю часть диффузора 33 через аэратор 34, а ее температура регулируется с помощью теплообменника 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 поддерживается постоянным. 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, отличающийся 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 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. 2.Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что диаметр обечаек, установленных в нижележащих секциях, меньше диаметра обечаек, расположенных в вышележащих секциях. 3.У ппарат по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что верхние участки нижерасположенпых обечаек установлены в нижних участках вышерасноложенных с образованием кольцевого зазора между ними.

i

Источник