HU203288B - Apparatus for carrying out biocatalytic processes by means of biocatalyzer of solid phase - Google Patents

Apparatus for carrying out biocatalytic processes by means of biocatalyzer of solid phase Download PDF

Info

Publication number
HU203288B
HU203288B HU891631A HU163189A HU203288B HU 203288 B HU203288 B HU 203288B HU 891631 A HU891631 A HU 891631A HU 163189 A HU163189 A HU 163189A HU 203288 B HU203288 B HU 203288B
Authority
HU
Hungary
Prior art keywords
gas
reaction space
branch
nozzle
pump
Prior art date
Application number
HU891631A
Other languages
Hungarian (hu)
Other versions
HUT53558A (en
Inventor
Csaba Sisak
Peter Komaromy
Andras Egresi
Ilona Harsanyi
Bela Szajani
Original Assignee
Mta Mueszaki Kemiai Kutato Int
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mta Mueszaki Kemiai Kutato Int filed Critical Mta Mueszaki Kemiai Kutato Int
Priority to HU891631A priority Critical patent/HU203288B/en
Priority to FR909004107A priority patent/FR2645170B1/en
Priority to GB9007142A priority patent/GB2229649B/en
Priority to IT19908A priority patent/IT1240731B/en
Priority to DE4010587A priority patent/DE4010587A1/en
Priority to JP2088101A priority patent/JPH0343070A/en
Publication of HUT53558A publication Critical patent/HUT53558A/en
Publication of HU203288B publication Critical patent/HU203288B/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/02Form or structure of the vessel
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/34Internal compartments or partitions
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M25/00Means for supporting, enclosing or fixing the microorganisms, e.g. immunocoatings
    • C12M25/16Particles; Beads; Granular material; Encapsulation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M27/00Means for mixing, agitating or circulating fluids in the vessel
    • C12M27/18Flow directing inserts
    • C12M27/24Draft tube
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M29/00Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
    • C12M29/04Filters; Permeable or porous membranes or plates, e.g. dialysis
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M29/00Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
    • C12M29/06Nozzles; Sprayers; Spargers; Diffusers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M29/00Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
    • C12M29/18External loop; Means for reintroduction of fermented biomass or liquid percolate
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008Controlling the process
    • B01J2208/00017Controlling the temperature
    • B01J2208/00106Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00168Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements outside the bed of solid particles
    • B01J2208/00212Plates; Jackets; Cylinders

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)

Abstract

The reaction space (15, 75) of the apparatus where reaction between the liquid phase and solid granular biocatalyst takes place is separated from the space that serves for intensive contact between the gas - generally oxygen - and the liquid phase. The latter space is the interior of a circulation pipe (50, 85). One end of the circulation pipe (50) leads out from the reaction space (15, 75) and the other end leads into it. The circulation pipe (15, 75) is divided by a butt-in pump (38, 86) into suction branch (37, 87) and pressure branch (39, 88). In the direction of the medium-flow (g) proceeding from the pump (38, 86) towards the point of leading the pressure branch into the reaction space, successively first a flow-accelerating element (49, 89) is built into the pressure branch (39, 88), then a gas food pipe (48, 92) is leading in, and thereafter gas dispersing elements (45, 46) are built in. Filter 21 prevents loss of catalyst. <IMAGE>

Description

A találmány biokatalitikus folyamatok szilárd fázisú biokatalizátor segítségével történő megvalósítására szolgáló berendezésre vonatkozik.The present invention relates to an apparatus for carrying out biocatalytic processes using a solid phase biocatalyst.

A biotechnológia egyik legdinamikusabban fejlődő területének a szilárd fázisú biokatalizátorok alkalmazásával végrehajtott műveletek tekinthetők. A szilárd fázisú biokatalizátorokat ún. immobilizálási (rögzítési) technika segítségével hozzák létre, amelynek az a lényege, hogy katalitikusán aktív biológiai anyagokat reaktortérben lokalizálnak abból a célból, hogy meggátolják az áramló fázisba kerülésüket. (J. Chem. Techn. Biotechn., 1984. 34, 127.) A szilárd fázisú biokatalizátorok izolált enzimek, élettelen sejtek vagy sejtalkotók, vagy élő sejtek (mikrobák, növényi vagy állati sejtek) immobilizálásával állíthatók elő. Konkrét esetekben e lehetőségek közül gazdaságossági vagy/és stabili tási szempontok figyelembe vételével választják ki a legcélszerűbbet.One of the fastest growing areas of biotechnology is the use of solid phase biocatalysts. Solid phase biocatalysts are so-called. It is created by an immobilization (immobilization) technique, the essence of which is to locate catalytically active biological materials in the reactor space in order to prevent them from entering the flowing phase. (J. Chem. Techn. Biotechn., 1984, 34, 127) Solid phase biocatalysts can be prepared by immobilizing isolated enzymes, dead cells or cellular constituents, or living cells (microbes, plant or animal cells). In specific cases, the most appropriate of these options will be selected on the basis of economic and / or stability considerations.

A szilárd fázisú biokatalizátorok alkalmazásának jelentős gazdaságossági előnyei vannak a hagyományos biokatalitikus eljárásokhoz képest, nevezetesen:The use of solid phase biocatalysts has significant economic advantages over conventional biocatalytic processes, namely:

- lehetővé válik folyamatos vagy kvázi-folyamatos technológia megvalósítása;- enabling continuous or quasi-continuous technology;

- növelhető a térfogati produktivitás;- increase in volumetric productivity;

- csökkenthetők a működési (például szennyvízkezelési) és termék-kinyerési költségek.- reduce operational (eg wastewater) and product recovery costs.

Szekunder metabolitok rögzített sejtes fermentációval történő termelése esetén további előnynek tekinthető, hogy a folyamatos üzemmód alkalmazásának köszönhetően csökken a fermentlc viszkozitása, ezért javul az oxigénátadás; bizonyos túlszaporodási problémák elkerülhetők, és kémiailag'instabil terméknél csökken a veszteség. (Biotechnol, Bioeng. 1983.25,2399-2411.)Another advantage of producing secondary metabolites by fixed cellular fermentation is that the continuous mode of operation reduces the viscosity of the fermentlc, thereby improving oxygen delivery; certain overgrowth problems can be avoided and the loss of a chemically unstable product is reduced. (Biotechnol, Bioeng. 1983.25,2399-2411.)

A szilárd fázisú biokatalitikus műveletek végrehajtásához számos különéle reaktortípust fejlesztettek ki. Ipari méretben a leggyakrabban az ún. állóágyas reaktort alkalmazzák, például glükózizomeráció, aminosavrezolválás, vagy etanolfermentáció céljára. (Chem. Eng. Sci. 1985.40,1321-1354.) Ipari méretű fluidizációs reaktorok rögzített biomasszával végzett szennyvízkezelés során használatosak (J. Walter Pllut, Control Ced. 1977,49,816). Membránreaktor ipari méretű alkalmazására ugyancsak van példa (Chem. Ing. Tech. 1988, 60, 16-23.)A variety of reactor types have been developed to perform solid phase biocatalytic operations. The most common in industrial size is the so-called. for example, glucose isomerization, amino acid resolution, or ethanol fermentation. (Chem. Eng. Sci. 1985.40, 1321-1354.) Industrial-size fluidization reactors are used in the treatment of wastewater with fixed biomass (J. Walter Pllut, Control Ced. 1977,49,816). There are also examples of industrial applications of membrane reactors (Chem. Ing. Tech. 1988, 60, 16-23).

Számos fajtája ismeretes a „pilot plant”-nak és a laboratóriumi méretű reaktoroknak. A leggyakrabban használt állóágyas és fluidizációs reaktorokat többegységes formában (horizontális és vertikális kaszkád kivitelben) is megvalósították. Egyebek között a folyamat során keletkező CO2 feldúsulásának a meggátlása céljából (J. Chem. Tech. Biotech., 1987, 39, 75-84.), illetve az axiális irányú szubsztrátoldat-visszakeveredés csökkentése érdekében (Proc. 4th Eur. Congr. Biotech. Vol 1, 1987, 273276). Az ún. külső és belső hurok(loop)-reaktorok főként a rögzített sejtes fermentációs folyamatok megvalósítására szolgálnak. (Biotech. Bioerg. 1987, 30, 498-504; J. Chem. Tech. Biotechnol. 1986,36, 415-426.)There are many types of pilot plant and laboratory-sized reactors. The most commonly used fixed bed and fluidization reactors have been implemented in multi-unit form (horizontal and vertical cascade design). Among other things, in order to prevent process CO2 enrichment (J. Chem. Tech. Biotech. 1987, 39, 75-84) and to reduce axial substrate solution re-mixing (Proc. 4th Eur. Congr. Biotech. Vol. 1, 1987, 273276). The so-called. external and internal loop reactors are mainly used to implement fixed cellular fermentation processes. (Biotech. Bioerg. 1987, 30, 498-504; J. Chem. Tech. Biotechnol. 1986, 36, 415-426.)

Annak ellenére, hogy — amint a fent ismertetettekből is kitűnik — számos reaktortípus létezik a szilárd fázisú biokatalízis végrehajtására—meglehetősen sok reaktortechnikai probléma megoldatlan, elsősorban azoknál a folyamatoknál, amelyeknél az egyik szubsztrát gázfázis (rendszerint oxigén). A gáz-folyadék anyagátadásnak a hagyományos biokatalitikus rendszerek többségénél is nagy a jelentősége, például levegőigényes mikrobák szükségessé teszik, hogy az ún. oxigéntranszfer-ráta (OTR) elérje a 150 mmól/dm3/h értéket. A hasznos készüléktérfogat jó kihasználása érdekében igény továbbá, hogy az említett OTR-érték mérsékelten nagy szellőztetési ráta (1-1,5 wp) mellett elérhető legyen. Mivel a bioaktív anyagok immobilizálására szolgáló hordozószemcsék jelenléte az esetek többségében rontja a gáz-folyadék anyagátadást — a hordozószemcsék ugyanis fokozzák a gázbuborékok agglomerációját (Proc. 4th Eur. Congr. Biotech. 1987. Vol 1.101-104.) — a hgyományos gázelosztókkal rendelkező háromfázisú fluidizációs buborék-kolonna vagy „loop” rendszerekben a fent említett CTR értéknek legfeljebb a töredéke érhető el (Chem. Eng, Sci. 1987, 42, 543-553; Biotech. Bioeng. 1988,32,677-688). Nehezíti a gázelosztás intenzifikálását, hogy a hordozóanyagok nagy részének viszonylag kicsi a mechanikai stabilitása, emiatt kerülni kell a jelentős erőhatások fellépését a katalízis zónájában, például a gélek és a nagyporozitású szerves és szervetlen anyagok nagy része nemcsak a mechanikus keveréssel járó nyíróerők, de a nagy turbulenciájú folyadék, vagy folyadék-gáz sugarak okozta erőhatások elviselésére is képtelen.Although many reactor types exist to perform solid phase biocatalysis, as noted above, quite a number of reactor engineering problems remain unresolved, primarily for processes where one of the substrates is a gas phase (usually oxygen). Gaseous-liquid transfer is of great importance in most conventional biocatalytic systems, for example, air-demanding microbes require the use of so-called gaseous effluents. oxygen transfer rate (OTR) to 150 mmol / dm 3 / h. In addition, to utilize the useful volume of the device, it is desirable that said OTR value be achieved at a moderately high ventilation rate (1-1.5 wp). Because the presence of carrier particles for immobilizing bioactive materials in most cases impairs gas-liquid transfer, the carrier particles enhance agglomeration of gas bubbles (Proc. 4th Eur. Congr. Biotech. 1987, Vol. 1.101-104) - with three conventional gas distribution fluidizers. in bubble column or loop systems, up to a fraction of the aforementioned CTR value is achieved (Chem. Eng. Sci. 1987, 42, 543-553; Biotech. Bioeng. 1988, 32,677-688). It is difficult to intensify gas distribution because of the relatively low mechanical stability of most carriers, thus avoiding the application of significant forces in the catalytic zone, e.g. it is also unable to withstand the forces of liquid or liquid-gas rays.

Egyes fermentációs folyamatoknál, amelyeket fertőzésre különösen érzékeny mikroba-, növényi és állati sejttenyészetekkel hajtanak végre, további nehézséget jelent, hogy a rendszerint gélbe zárt sejteket steril körülmények között kell a fermentorba juttatni. A fermentor szerkezete ugyanis általában nem — vagy csak igen bonyolult eljárással — teszi lehetővé in situ a steril katalizátorszemcse-képzést.In some fermentation processes, which are carried out with microbial, plant, and animal cell cultures that are particularly susceptible to infection, the additional difficulty is to transfer the normally gel-encapsulated cells to the fermentor under sterile conditions. Namely, the structure of the fermenter generally does not allow, or only by a very complicated process, the formation of sterile catalyst particles in situ.

A találmány feladata, hogy olyan berendezést szolgáltasson biokatalitikus folyamatok szilárd fázisú biokatalizátor segítségével történő megvalósítására, amely intenzív gáz-folyadék anyagátadást biztosít, amelynek üzemeltetése során a kis mechanikai stabilitású katalizátorhordozó szemcsék sem károsodnak, és amely berendezés különleges sterilitási igények esetén egyesíteni képes a géltípusú hordozószemcse-képző berendezés és a bioreaktor funkcióit.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an apparatus for carrying out biocatalytic processes using a solid phase biocatalyst that provides intense gas-liquid material transfer which does not adversely affect catalyst carrier particles of low mechanical stability and which combines gel-type carrier particles with specific sterility requirements. training equipment and bioreactor functions.

A találmány az alábbi felismeréseken alapul:The present invention is based on the following findings:

Ha a berendezésnek a nagy fajlagos gáz-folyadék átadási felületet biztosító részét elkülönítjük a szilárd fázisú biokatalizátort tartalmazó készülékrésztől, a gázdiszpergálást elősegítő turbulens erőhatások a katalizátorszemcséket nem terhelik, következésképpen azok nem károsodnak. További felismerésünk, hogy a gáz- és folyadékfázis keveredése jelentősen intenzifikálható azáltal, hogy a gáz- és folyadékfázis keveredése jelentősen intenzifikálható azáltal, ha a keverés olyan cirkulációs vezetékben történik, amelybe diszpergáló elemek vannak beépítve, és amelynek a térfogata a berendezés katalízis-zónája térfogatának csak viszonylag kis hányadát, célszerűen legfeljebb 10%-át teszi ki. Felismertük továbbá, hogy a gáz-folyadék éritnkeztetéséreWhen the part of the apparatus providing the high specific gas-liquid transfer surface is separated from the device part containing the solid phase biocatalyst, the turbulent forces promoting gas dispersion do not burden the catalyst particles and consequently do not damage them. It is further recognized that the gas-liquid phase mixing can be significantly intensified by substantially increasing the gas-liquid phase mixing by circulating in a dispersion element containing only a volume of the catalytic zone of the apparatus. a relatively small proportion, preferably not more than 10%. We have further discovered that the gas-liquid is transported

-2HU 203288Β szolgáló berendezés-részben létrehozott gáz-folyadék emulzió reakciótérbe lépési irányának és sebességének, valamint a reakciótér szerkezetének (kialakításának) megfelelő megválasztásával ez utóbbiban a katalizátorszemcsék egyenletes cirkulációs áramlása, valamint a gázbuborékok tartózkodási idejének a megnövelése biztosítható, és hogy a reakciózóna — megfelelő kialakítása révén — alkalmassá tehető arra, hogy a berendezés fedeléhez illeszkedő cseppképző egység által a biokatalízist megelőző időszakban létrehozott szólcseppek — amelyek biokatalizátort (például sejt- vagy spóraszuszpenziót) tartalmaznak — a reakciózónában koaguláljanak, miáltal a biokatalizátorszemcséket in situ a berendezésben intenzifikált körülmények között hozhatjuk létre.E felismerések alapján a kitűzött feladatot a találmány értelmében olyan berendezéssel hajtottuk végre, amelynek betétcsövet tartalmazó reakciótere, a reakciótérbe a katalizátor, valamint tápfolyadék és gáz betáplálására szolgáló eszköze, valamint a biokatalízis révén kapott termék és a folyamat során kivált gáz kibocsátására szolgáló eszköze, továbbá cirkulációs szivattyúja van, és amely berendezésre az jellemző, hogy a két végével a reakciótérbe egymás felett levő helyeken betorkolló recirkulációs vezetéke van, amelynek a reaktortérből az abban kezelt közeg kivezetésére szolgáló kilépőnyílása előtt a szilárd katalizátor-hordozóknak a reaktortérben visszatartására szolgáló szűrőelem helyezkedik el; a recirkulációs szivattyú a recirkulációs vezetékbe van beépítve, amelyet nyomóágra és szívóágra oszt meg, és a nyomóágba a kezelt közeg áramlásirányát tekintve a szivattyú után előbb egy áramlásgyorsító elem van beépítve, majd egy gázbevezető cső torkollik be, ezt követően pedig a nyomóág gázdiszpergáló elem(ek)et tartalmaz.By selecting the reaction direction and velocity of the gas-liquid emulsion formed in the equipment part of the serving unit, and the structure (design) of the reaction space, the latter can ensure uniform circulation of the catalyst particles and increase the residence time of the gas bubbles. design, it can be adapted to coagulate the droplets formed by the drip forming unit on the device cover prior to biocatalysis containing a biocatalyst (e.g., a cell or spore suspension) in the reaction zone, thereby enabling the inoculation of the biocatalyst particles in situ. Based on these findings, the object of the present invention has been accomplished with an apparatus having a liner It has a reaction space, means for feeding the catalyst and a fluid and gas into the reaction space, means for discharging the product obtained by biocatalysis and the process gas, and a circulation pump, characterized in that the two ends of the reaction space an overflow recirculation line at the locations above which has a filter element for retaining solid catalyst supports in the reactor space prior to the exit from the reactor space for the discharge of the treated medium; the recirculation pump is integrated into the recirculation line, which divides into a pressure branch and a suction branch, and a flow accelerator element is inserted in the pressure branch after the pump, followed by a gas inlet pipe and then a pressure branch gas dispenser ).

Egy előnyös kiviteli példa szerint areaktortérhez felül fázisszétválasztó kamra csatlakozik, amelynek gázkivezető csonkja van, és a cirkulációs vezeték szívóága e kamra alsó részéből indul ki, ahova a reakciótérben elhelyezkedő betétcső benyúlik.In a preferred embodiment, a phase separation chamber having a gas outlet stump is connected to the area extending above the area, and the suction branch of the circulation line extends from the lower part of this chamber to which the liner in the reaction space extends.

Egy másik előnyös találmányi ismérvnek megfelelően a hengeres reaktorteret alul ugyancsak hengeres alátételem zárja le, amelyben a cirkulációs vezeték nyomóágának a betorkolló nyílásához tangenciálisan csatlakozó csatorna van. Célszerű, ha az alátételem felső felülete a nyomóág betorkolló nyílásának az aljától kiinduló, e nyílás tetejéig terjedő ferde íve — homokmenetszerű — felületként van kiképezve, valamint ha az alátételemen kívül szeleppel ellátott, felül pedig a reaktortér felől szűrőelemmel takart leeresztő csonk van keresztülvezetve, a szűrőelem felett pedig a betétcső belsejébe nyúló, felfelé csökkenő keresztmetszetű kúpos áramlásmódosító elem van rögzítve.According to another advantageous feature of the invention, the cylindrical reactor space is also enclosed at the bottom by a cylindrical substrate having a channel tangentially connected to the opening of the collector opening in the pressure branch of the circulation line. It is expedient that the upper surface of my support is provided with an oblique curve from the bottom of the pressure collector opening to the top of this opening, which is a sand-threaded surface, and that the outlet provided with a valve outside the support and covered by a filter element from the reactor compartment above, a conical flow modifying element extending downwardly into the inside of the liner is mounted.

Előnyös az a kiviteli példa is, amely szerint a kezelendő folyadéknak a betáplálására szolgáló csonk a cirkulációs vezeték nyomóágába a szivattyú és az áramlásgyorsító elem között torkollik be, és a biokatalitikus folyamat eredményeként nyert termék kibocsátására szolgáló csonk a cirkulációs vezeték szívóágából torkollik ki.It is also preferred that the nozzle for supplying the fluid to be treated is inserted into the pressure line of the circulation line between the pump and the flow accelerator and the nozzle for discharging the product obtained as a result of the biocatalytic process from the suction line of the circulation line.

Egy további találmányi ismérv szer in t a berendezésnek a szilárd biokatalizátor-anyagnak a reakció4 térbe táplálásához a fázisszétválasztó kamrába torkolló csonkja van.A further feature of the invention is that the device has a nozzle in the phase separation chamber for feeding the solid biocatalyst material into the reaction space.

A berendezés egy előnyös kiviteli alakjára az jellemző, hogy a fázisszétválasztó kamrába torkolló, a biokatalizátor-anyagot, például baktériumokat bezáró szólcseppek betáplálására szolgáló cseppképző feje van, amely a szólanyag befogadására keverőeszközt tartalmazó tartállyal áll kapcsolatban. Ebben az esetben célszerű, ha a cseppképző fej és a tartály közé szelep van beiktatva, valamint ha a cseppképző fejnek a fázisszétválasztó kamra belseje felé irányuló cseppképző elemei vannak.In a preferred embodiment of the apparatus, there is provided a drip-forming head for feeding into the phase separation chamber a droplet of a barrel containing biocatalyst material, such as bacteria, which is connected to a mixing vessel for receiving the solids. In this case, it is preferable to have a valve inserted between the dropper head and the container, and if the dropper head has drip forming elements directed towards the inside of the phase separation chamber.

Amennyiben a szilárd katalizátor-testecskék sűrűsége kisebb, mint a biokatalitikus folyamatban résztvevő folyékony fázisé, célszerű a berendezésnek azt a kiviteli példáját alkalmazni, amelynek az a lényege, hogy az alul kúpos, felül hengeres reakciótérben húzódó betétcső nagyobb átmérőjű felső hengeres résszel és ahhoz közbenső kúpos résszel csatlakozó kisebb átmérőjű alsó hengeres résszel rendelkezik, és a berendezésnek lefelé a reakciótér kúpos alsó részének a folytatásába eső kúpos kamrája van, amelyhez a cirkulációs vezeték szívóága csatlakozik, és a cirkulációs vezeték nyomóága a betétcső felső hengeres részének az alsó tartományába tangenciálisan van bevezetve, és a szívóágnak a kamrából kitorkolló nyílása előtt szűrőelem van elhelyezve. Ebben az esetben előnyös, ha a kúpos kamrát alul határoló falon segédgázáram-betápláló fúvóka van átvezetve, amely a betétcsőnek a kamrába nyúló alsó hengeres részének a nyílása felé irányul.If the density of the solid catalyst particles is lower than that of the liquid phase involved in the biocatalytic process, it is expedient to use an apparatus embodiment in which the bottom taper, the upper cylindrical reaction tube, has a larger diameter upper cylindrical portion and an intermediate taper. having a smaller diameter lower cylindrical portion and having a conical chamber downstream of the continuation of the conical lower portion of the reaction space to which the suction branch of the circulation line is connected and the pressure section of the circulation line being tangentially introduced into the lower region of the upper a filter element is provided in front of the suction branch opening out of the chamber. In this case, it is advantageous for the auxiliary gas flow nozzle to be guided through the wall defining the conical chamber towards the opening of the lower cylindrical portion of the liner extending into the chamber.

Egy további találmányi ismérvnek megfelelően a cirkulációs vezeték nyomóágának a hosszúsága többszörösen meghaladja a szívóág hosszúságát. Ennek köszönhetően növelhető a diszpergáló elemek száma, és így fokozható a gáz-folyadék anyagátadás intenzitása.According to a further feature of the invention, the length of the pressure branch of the circulation pipe is several times greater than the length of the suction branch. As a result, the number of dispersants can be increased and thus the gas-liquid transfer rate can be increased.

Egy további kiviteli példa szerint a berendezésnek konfúzorral, diffúzorral és ezeket összekötő réssel rendelkező gázdiszpergáló eleme(i) van(nak). Ilyen gázdiszpergáló elemeket elsősorban a cirkulációs vezeték nyomóágának a függőleges vagy ahhoz közelálló helyzetű szakaszába vagy szakaszaiba építünk be. A nyomóág vízszintes vagy közel vízszintes szakaszába vagy szakaszaiba rúddal és azt körülfogó spirális taggal rendelkező gázdiszpergáló elemek kerülnek.In a further embodiment, the apparatus has a gas dispersion element (s) having a configurator, a diffuser and a gap between them. Such gas dispersing elements are primarily incorporated in the vertical or proximal section or sections of the pressure line of the circulation line. Gas dispersion elements having a rod and a spiral member surrounding it are introduced into the horizontal or near-horizontal section or sections of the ram.

A találmányt a továbbiakban a csatolt rajzok alapján ismertetjük részletesen, amelyek a berendezés néhány előnyös kiviteli példáját és szerkezeti részletét tartalmazzák. A rajzokon az la. ábrán a berendezés egy kiviteli alakja vázlatos függőleges tengelymetszetben, részben nézetben látható;The invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings, which show some preferred embodiments and structural details of the apparatus. In the drawings la. FIG. 4A is a schematic, partially sectional view of an embodiment of the apparatus;

az lb. ábra az la. ábrán bejelölt A τA vonal mentén vett metszet;lb. 1a. Figure 6 is a sectional view taken along line A τA;

az le. ábrán nagyobb méretarámyú függőleges tengelymetszetben ábrázoltunk egy cseppképző elemet;it's down. Fig. 2A is a vertical sectional view of a larger scale with a drop forming element;

az ld. ábrán nagyobb méretarányú axonometrikus rajzon tüntetünk fel egy diszpergáló elemet;see ld. Fig. 4A is a larger scale axonometric drawing of a dispersing element;

az 1 e. ábrán a diszpergáló elem egy másik kiviteli példája elölnézetben látható;1 e. Fig. 2A is a front view of another embodiment of a dispersing element;

a 2a. ábrán a berendezés egy másik kiviteli alak32a. FIG

-3HU 203288Β ját tüntettük fel vázlatos függőleges tengelymetszetben;203288Β is a schematic vertical sectional view;

a 2b. ábrán három 2a. ábra szerinti berendezés kaszkádsorrá történő összekapcsolásának a módja látható;2b. three 2a. FIG. 3B illustrates a way of connecting the apparatus of FIG.

a 3a. ábrán a berendezés egy további kiviteli példáját ugyancsak függőleges tengelymetszetben ábrázoltuk;3a. FIG. 4a is a vertical sectional view of a further embodiment of the apparatus;

a 3b. ábra a 3a. ábrán bejelölt F-F vonal mentén vett metszet.3b. 3a. Fig. 6 is a sectional view taken along the line F-F in Fig. 4A.

Az 1 a-1 e. ábrákon látható berendezés levegőlgényes mikroorganizmusoknak, vagy ezek spóráinak gélbe zárására, és a gélbe zárt mikroorganizmusokkal (spórákkal) történő kvázifolyamatos fermentáció megvalósítására alkalmas formában van kialakítva (például Brevibacterium flavum rögzítése Kkarragenát hordozón, és alkalmazása L-triptofán bioszintézisére).1a to 1e. The apparatus shown in FIGS. 1 to 4 is a form suitable for encapsulating airborne microorganisms or their spores in a gel and for carrying out quasi-continuous fermentation with microorganisms (spores) encapsulated in the gel (e.g., fixing Brevibacterium flavum on Carrageenan and using it for L-tryptophan biosynthesis).

A berendezés fő részei az alul elhelyezkedő I fiúi dumbevezető egység; az e felett elhelyezkedő autorecirkulációs H reakció-egység; a III fázisszétválasztó egység; az ennek fedeléhez csatlakozó IV szólcseppképző-egység, valamint a kényszercirkulációs V gázdiszpergáló egység, amely az I fluídumbevezető egységet és a III fázisszétválasztó egységet a Π reakció-egység megkerülésével köti össze egymással.The main parts of the equipment are the boy drum entry unit I located below; an autorecirculation reactor unit H above this; a phase III separation unit; a sputtering unit IV attached to its lid and a gas-dispersing unit V for forced circulation, which interconnect the fluid introduction unit I and the phase separation unit III bypassing the reaction unit Π.

Az I fluiidumbevezető egységnek hengeres 1 alátételeme van, amelyre kívülről tangenciálisan a fiúi dumbetápláló 2 csonk torkollik, amely — amint az lb. ábrán látható — az 1 alátételemben kialakított, ugyancsak tangenciális 3 csatornában folytatódik. A 4 térrész (la. ábra) alsó határoló 5 felülete (lásd az lb. ábrát is) a berendezés hosszanti x függőleges geometriai középtengelyére nézve homlokmenetalakban emelkedik, a 3 csatorna 6 betorkollónyílása függőleges belépési síkjának az alsó határoló élétől kezdődően ugyanezen belépési sík felső határoló élénél végződően.The fluid delivery unit I has a cylindrical base member 1 which is tangentially exterior to the male dumb feeding nipple 2 which, as shown in FIGS. As shown in FIGS. 1 to 4, it continues in the tangential channel 3 formed in my sub-base 1. The lower bounding surface 5 of the space 4 (Fig. 1a) (see also Fig. 1b) rises in a forehead with respect to the longitudinal vertical vertical axis of the device, starting from the lower boundary edge of the vertical entry plane ending.

Az 1 alátételem felett távközzel, csúcsával az x függőleges geometriai középtengelyen a kúp alakú 8 áramlásmódosító elem van elhelyezve, amely az 1 alátételemhez a 7 csavarral van rögzítve. A 8 áramlásmódosító elem alapja és az 1 alátételem felülnézetben kör alakú 9 centrális részének (lásd az lb. ábrát is) homloklapja között hengeres, korongszerü hosszanti 10 szűrőelem helyezkedik el. A 8 áramlásmódosító elem kúpszöge célszerűen 50-70° között van, az alaplapjának dk átmérőjéhez úgy aránylik, mint(l-l,2):2-höz.A cone-shaped flow modifying element 8 is fixed at a distance, with its apex, on the vertical central geometric axis x above my support 1, which is secured to my support 1 by the screw 7. A cylindrical disk-like longitudinal filter element 10 is located between the base of the flow modifier 8 and the front face of the circular central portion 9 (see also Fig. 1b) of the base member 1. Preferably, the cone angle of the flow modifier 8 is between 50 and 70 ° and is proportional to the diameter dk of its base board as (l-1, 2): 2.

Az I fluídumbevezető egység hengeres 1 alátételemébe kétazonátmenőfüggőleges 11,12csonkvan beépítve. All csonk folyadékfázisnak a katalizátorhordozó szemcséktől mentes formában történő eltávolítására szolgál (a 10 szűrőelem ugyanis — amint látni fogjuk — ezeket a szemcséket visszatartja), míg a 12 csonk a folyadék-szilárd szuszpenzlónak a berendezésből történő teljes eltávolításához van előirányozva. A 11,12 csonkok a hozzájuk tartozó, de az 1 alátételemen kívül (azalatt) levő 13, illetve 14 szelep segítségével nyithatók-zárhatók.Incorporated into the cylindrical base 1 of the fluid delivery unit I is a two-pass vertical 11,12 truncated. All stubs are used to remove the liquid phase in the catalyst carrier-free form (as the filter element 10 will retain these particles as will be seen), while stub 12 is intended to completely remove the liquid-solid suspension from the apparatus. The stubs 11,12 can be opened and closed by means of the valves 13 and 14, respectively, which are located below (below) the base 1.

Az autocirkulációs Π reakció-egységnek henger alakú 15a házzal határolt 15 reakciótere van. A 15a ház Di belső átmérője azonos a hengeres 1 alátételem Da átmérőjével. A 15a házat távközzel 16 ter4 mosztáló köpeny veszi körül, így a ház és e köpeny között keskeny, keresztmetszetben gyűrű alakú 16 termosztáló tér van. A15 reakciótérben centrálisán d i átmérőjű 17 betétcső helyezkedik el, más szóval: a 15a ház, aló termosztáló köpeny és a 17 betétcső azx függőleges geometriai középtengellyel koncentrikusak. Az említett D i átmérő a d ι -hez célszerűen úgy aránylik, mint 2:1-hez. A17 betétcső alsó pereme a kúp alakú 8 áramlásmódosító elem csúcsa alá nyúlik, vagyis a betétcső az áramlásmódosító elemet — annak felső részét — részben körülveszi. Az a függőleges Ai távolság, amely a 17 betétcső alsó pereme és a betétcső függőleges vetülete által a kúpon kimetszett dk átmérőjű kör között van, úgy van megválasztva, hogy az e kör és a betétcső alsó pereme közötti képzeletbeli hengerpalást felszíne és a betétcső keresztmetszeti területe közel azonos legyen·The autocirculation reaction unit van has a reaction space 15 bounded by a cylindrical housing 15a. The inside diameter DI of the housing 15a is the same as the diameter Da of my cylindrical base 1. The housing 15a is spaced apart by a spacer housing 164 so that there is a narrow annular thermostatic space 16 between the housing and this housing. Inside the reaction space 15, a liner 17 having a diameter d i is centrally located, in other words, the housing 15a, the bottom thermostatic jacket and the liner 17 are concentric to the vertical geometric center axis. Said diameter D i is suitably proportioned to d ι as 2: 1. The lower edge of the liner 17 extends below the tip of the cone-shaped flow modifier 8, i.e. the liner partially encircles the upper part of the flow modifier. The vertical distance Ai between the lower edge of the liner 17 and the circle of diameter dk cut out by the vertical projection of the liner is selected such that the surface of the imaginary cylindrical surface between this circle and the lower edge of the liner is close to the cross-sectional area of the liner be the same ·

A ΙΠ fázisszétválasztó egységnek felfelé bővülő csonkakúp alakú 19 alsó résszel, és felfelé annak folytatásába eső henger alakú 20 felső résszel rendelkező 18 kamrája van. A19 alsó rész a 15 reakciótérhez csatlakozik. A 20 felső rész £>2 átmérője célszerűen mintegy 1,5-2-szeresea 15 reakciótér Dt átmérőjének. A III fázisszétválasztó egység fi2 magassága mintegy 1/3-1/4 része a 15 reakciótér 1 magasságának. AIII fázisszétválasztó egység kúpos 19 alsó része a 20 felső rész magasságának célszerűen mintegy 1/3-a. Az I fluídumbevezető egység, a Π reakcióegység és a ΠΙ fázisszétválasztó egység — vagyis a tulajdonképpeni reaktor — L magassága célszerűen nem haladja meg a 15 reakciótér Di átmérőjének 5-6-szorosát.The phase separation unit ΙΠ has a chamber 18 having an upwardly extending truncated conical portion 19 and a cylindrical upper portion 20 extending therethrough. The lower portion 19 is connected to the reaction space 15. The upper portion 20 preferably has a diameter >2 of about 1.5 to 2 times the Dt diameter of the reaction space 15. The height β2 of the phase III separation unit is about 1/3 to 1/4 of the height of the reaction space 15. The conical lower portion 19 of the phase separation unit AIII is preferably about one third of the height of the upper portion 20. The height L of the fluid introduction unit I, the reaction unit és and the phase separation unit vagy, i.e. the reactor itself, should preferably not exceed 5-6 times the diameter DI of the reaction space.

A csonkakúp alakú 19 alsó részt határoló köpenyt belül — célszerűen szitaszövetből készült — 21 szűrőelem borítja, amely így értelemszerűen csonkakúppalást alakú. A 21 szűrőelem lyukmérete úgy van megválasztva, hogy a gáz számára oly mértékű akadályt képezzen, hogy az a kisebb ellenállás irányában, a 18 kamra belsejébe távozzék a folyadékból. A19 alsó részből folyadékelvezető 22 csonk és mintavevő 23 csonk torkollik ki. A függőleges 17 betétcső benyúlik a III fázisszétválasztó egység 19 alsó részének a belső terébe, mégpedig a 23 és 22 csonkok középvonalai által meghatározottszlnt fölé mintegy 0,01 -0,02 m-rel (a 22 és 23 csonkok célszerűen vízszintesek és középtengelyeik egyazon vízszintes síkban helyezkednek el).The mantle-shaped lower portion 19 is enclosed within a sheath enclosing a filter element 21, preferably made of mesh fabric, which is thus of a truncated cone shape. The aperture size of the filter element 21 is selected such that it impedes the gas from escaping from the liquid in the direction of the lower resistance inside the chamber. From the lower portion 19, a drainage outlet 22 and a sampling outlet 23 protrude. The vertical insertion tube 17 extends into the interior of the lower portion 19 of the phase separation unit III, about 0.01-0.02 m above the plane defined by the center lines of the stubs 23 and 22 (preferably the stubs 22 and 23 are horizontal and centered in the same horizontal plane). are located).

AIII fázisszétválasztó egység 20 felső részét 24 f edél (lap) zárja le. A 24 fedélbe az x függőleges geometriai középtengelyre szimmetrikusan van a IV szólcseppképző egység hengeres 25 cseppképző feje beépítve. így a cseppképző fej, valamint a ΙΠ fázisszétválasztó egység 19 alsó része és 20 felső része azx függőleges geometriai középtengellyel koncentrikusak. A 25 cseppképző fej 26 szelep és 36 csonk közbeiktatásával csatlakozik a IV szólcseppképző fej is (nem ábrázolt) termosztáló köpennyel lehet körülvéve, és térfogata célszerűen mintegy 1/10-e a 27 tartály (szóltartály) térfogatának, amely ugyancsak a IV szólcseppképző egység része.The upper 20 of the AIII phase separation unit is closed by 24 sheets (sheets). Inside the lid 24 is mounted symmetrically to the vertical geometric central axis x, the cylindrical drop forming head 25 of the spool forming unit IV. Thus, the dripping head and the lower part 19 and the upper part 20 of the phase separation unit ΙΠ are concentric with the central vertical axis x. The dripping head 25 may also be connected by a valve 26 and a nozzle 36, and the dripping head IV may be surrounded by a thermostatic jacket (not shown) and preferably have a volume of about one tenth the volume of the container 27 (tumbler).

az alul kúpos, felül hengeres 27 tartály — amely azx függőleges geometriai középtengellyel koncentrikus — 27a fedéllel van lezárva, és a tartályból e fedélen át 30 oltócsonk, 31 töltőcsonk (töltőnyílás),the lower conical, top cylindrical container 27, which is concentric with the vertical axis geometric axis x, is closed by a lid 27a, and from the container through this lid 30 injection ports 31 filling ports (filling port),

-4HU 203288Β valamint 34 csonk torkollik ki, amely utóbbihoz egy (nem ábrázolt) túlnyomásos vezeték csatlakozik. A 27 tartály köpenyét 27b hivatkozási számmal jelöltük; ezt a köpenyt távközzel 27c termosztáló köpeny veszi körül, amely a 27b köpennyel keskeny 27d termosztáló teret határol. A 27 tartály térfogata célszerűen mintegy 50%-a a H reakcióegység 15 reakciótere térfogatának. A 27 tartályba — mégpedig annak a csonkakúp alakú alsó részébe — a 33 keverőpropeller nyúlik be, amelynekha jtórúd ja azx függőleges geometriai középtengelybe esik, és amelynek ahajtására az A motor szolgál.-432 203288Β and 34 stub outlets with an overpressure line (not shown) connected to the latter. The casing of the container 27 is designated 27b; this mantle is spaced apart by a thermostatic mantle 27c which defines a narrow thermostatic space 27d with the mantle 27b. The volume of the container 27 is preferably about 50% of the volume of the reaction space 15 of the H unit. The mixing propeller 33 extends into the reservoir 27, and in the lower part of its frustoconical shape, the driving rod of which is in the center of the vertical axis geometry and driven by the motor A.

A 25 cseppképző fej alapjába 35 cseppképző elemek vannak beépítve, amelyek közül egyet metszetben és nagyobb méretarányban az le. ábrán tüntettünk fel. A 25 cseppképző fejben az alaplap felett — célszeren mintegy 0,1 mm lyukátmérőjű szitaszövetből készült — 36 szűrő van beépítve. Az alaplapon körszimmetrikusan kiosztott 35 cseppképző elemek közelítő száma az alábbi tapasztalati képlettel határozható meg:At the base of the drip-forming head 25 there are incorporated drip-forming elements 35, one of which is in section and in larger scale. FIG. A filter 36 is formed in the drop head 25 above the base plate, preferably of a mesh size of about 0.1 mm. The approximate number of drop forming elements 35 circularly distributed on the motherboard can be determined by the following empirical formula:

/ 100.Di [mA2 ír/ 100.Di [mA 2 Irish

A 35 cseppképző elemek dt lyukátmérője (le. ábra) — a szol jellegétől függően — 0,3-0,5 mm.Depending on the nature of the sol, the dt hole diameter (dt) of the droplets 35 is 0.3-0.5 mm.

A berendezés kényszercirkulációs V gázdiszpergáló egysége egészében 50 hivatkozási számmal jelölt cirkulációs vezetékkel rendelkezik, amelynek az egyik vége az I fluidumbevezető egység 2 csonkjához, a másik vége pedig a III fáziosszétválasztó egység folyadékelvezető 22 csonkjához kapcsolódik. Az 50 cirkulációs vezeték (amelynek legnagyobb átmérője célszerűen mintegy 1/4-1/6-a a 15 reakciótér Di átmérőjének) két szakasszal rendelkezik: a 37 szívóága a folyadékelvezető 22 csonktól a változtatható szállítóteljesítményű keringtető 38 szivattyúig terjed, 39 nyomóága pedig a 38 szivattyútól a fluidumbevezető 2 csonkig húzódik. A 38 szivattyú helye az 50 cirkulációs vezetékben úgy van megválasztva, hogy a 22 csonkhoz a lehető legközelebb essék, vagyis hogy az 50 cirkulációs vezeték 39 nyomóága minél hosszabb legyen. A szívóág és a 39 nyomóág a 40 kerülővezetékbe iktatott 41 szelep segítségével rövidre zárható.The forced gas dispersion unit V of the apparatus is provided with a circulating line, all of which has a 50 end, one end of which is connected to the 2 port of the fluid inlet unit I and the other end to the liquid outlet port 22 of the phase separation unit. The circulation line 50 (having a maximum diameter preferably about 1/4 to 1/6 of the diameter DI of the reaction space 15) has two sections: the suction branch 37 extends from the fluid outlet 22 to the variable flow circulation pump 38 and the discharge section 39 from pump 38 fluid inlet extends to 2 stumps. The location of the pump 38 in the circulation pipe 50 is selected so as to be as close as possible to the nozzle 22, i.e., the longitudinal extension 39 of the circulation pipe 50 is as long as possible. The suction branch and the pressure branch 39 can be short-circuited by means of a valve 41 in the by-pass 40.

A 39 nyomóágba épített 42 áramlásgyorsító elem, célszerűen konfuzor (az la. ábrán a csőfal kitörésével tettük láthatóvá) a folyadékáram nagy sebességre történő felgyorsítására szolgál. A gázáramlás egyenletessé tételéhez a 43 fúvóka van előirányozba, amely a biokémiai reakció végbemeneteléhez szükséges gz, általában oxigén (levegő)p nyíl irányú (la. ábra) bevezetésére szolgáló, a 39 nyomóágba a g nyíllal jelölt közegáramlási irányt tekintve a 42 konfúzor után betorkolló 44 csőben helyezkedik el. A 39 nyomóágnak a 44 cső és a 2 csonk közötti szakaszába — ugyancsak a cső kitörésével láthatóvá tett — 45 diszpergáló elemek vannak beépítve, amelyek közül egyet nagyobb méretarányú axonometrikus rajzon az ld. ábrán is feltüntettünk, és amelyek az intenzív gáz-folyadék keveredést és a gázfázis apró buborékokká diszpergálását biztosítják. Az la. és ld. ábrán látható 45 diszpergálóelem8 nek középen összeszűkített rése van, amelynek a g nyíllal jelölt (la. ábra) közegáramlási irányt tekintve elülső végéhez konfuzor, a másik végéhez pedig diffúzor csatlakozik (illetve a 45a rés — amint az ld. ábrán látható — egyrészt 45 bkonfúzorba, másrészt 45 c diffőzorba megy át) és célszerűen függőleges csőszakaszba építhető be felülről lefelé irányuló gáz-folyadékáramlás esetén. Az le. ábrán feltüntetett 46 diszpergáló elemet egy 46a rúd és azt körül10 fogó 46b spirális tag alkotja; ezt a 46 diszpergáló elemet vízszintes helyzetű csőszakaszba célszerű beépíteni. A 45,46 diszpergáló elemek cserélhetők, és jellemző méreteik az adott sejt-tenyészet levegőszükséglete és a reaktor méretei alapján határozha15 tők meg.The flow accelerator element 42, which is embedded in the ram 39, is preferably a configurator (shown in Fig. 1a by breaking the tube wall) to accelerate the flow of liquid at high speed. A nozzle 43 is provided for smoothing the gas flow, which is provided in the conduit 42, after the confluent 42, for the flow of vapor required for biochemical reaction in the downstream direction of the confluent 42 in order to introduce steam, generally oxygen (air) p located. Dispersing elements 45, also visible by bursting of the tube, are incorporated in the section of the ram 39 between the pipe 44 and the nipple 2, one of which is illustrated in larger scale in axonometric drawing. 1 to 3, which provide intensive gas-liquid mixing and dispersion of the gas phase into tiny bubbles. The la. and see. The dispersion element 45 shown in Fig. 1b has a centrally tapered slit having a confuser at its front end, a diffuser, and a diffuser 45a, as shown in Fig. 1d, on the one hand and a bifurcator 45 on the other hand. 45 c) and preferably can be installed in a vertical pipe section in a top-down flow of gas-liquid. That's down. The dispersion member 46 shown in FIG. 4B is formed by a rod 46a and a spiral member 46b which surrounds it 10; it is desirable to incorporate this dispersing element 46 in a horizontal tube section. The 45.46 dispersant elements are interchangeable and their typical dimensions are determined by the air requirement of the particular cell culture and the reactor size.

A kényszercirkuláeiós V gázdiszpergáló egység részét képezi a tápoldat bevezetésére (o nyíl, la. ábra) szolgáló 48 csonk, valamint a termék-elvételre (/ nyíl, la. ábra) szolgáló 49 csonk is, amelyek a hozzá20 juk tartozó 47a, 47b szelepek segítségével zárhatóknyithatók.The forced-circulation gas dispersion unit V also includes a strainer 48 for inlet medium (arrow o, Fig. 1a) and a strainer 49 for product removal (/ arrow, fig. La), which, by means of their associated valves 47a, 47b zárhatóknyithatók.

A fent ismertetett berendezés a következőképpen működik:The apparatus described above operates as follows:

AIV szólcseppképző egység 27 tartályát a 26 sze25 lep zárt állása mellett a 31 töltőnyíláson át megfelelő koncentrációjú vizes Na-alginát szollal töltjük fel, majd a töltőnyílást lezárjuk, és az egész reaktort (bioreaktort) a fermentoroknál általánosan alkalmazott gőzsterilezési eljárással sterilezzük. E mű30 velet végrehajtásához az V gázdiszpergáló egység 44 csövén át vezetünk be gőzt, amelynek a rendszerből történő kivezetése a ΙΠ fázisszétválasztó egység 18 kamrából ki torkolló 28 csonkon át történik. AIV szólcseppképző egység 27 tartályát is a 25 cseppképző fejet a 27d termosztáló térbe vezetett 120 ’C-os gőzzel sterilezzük, miközben a 33 keverőpropellerrel a 27 tartályban levő oldatot hőátadás javítása céljából keverjük. A sterilezési művelet befejeztével a reaktorteret és az 50 cirkulációs vezeté40 két az I fluidumbevezető egységhez tartozó 12 csonkon át víztelenítjük, majd a reaktort a 16a termosztáló térben, a szóloldatot pedig a 27d termosztáló térben cirkuláltatott hűtővízzel szobahőmérsékletre hűtjük.The container 27 of the AIV droplet forming unit is filled with a suitable concentration of aqueous Na-alginate salt through the filling port 31, with the valve 26 closed, and the filling port is sealed and the entire reactor (bioreactor) sterilized by steam sterilization. In order to carry out this operation, steam is introduced through the gas dispersion unit V pipe 44, which is discharged from the system through the outlet port 28 from the chamber 18 of the phase separation unit. Also, the container 27 of the AIV droplet forming unit is sterilized with the 120 'C steam introduced into the thermostatic space 27d while stirring the solution in the container 27 to improve heat transfer. After completion of the sterilization operation, the reactor compartment and the circulation conduit 50 are dewatered through two inlets 12 of fluid inlet unit I, and the reactor is cooled to room temperature with cooling water circulating in thermostatic space 16a and cooling water circulating in thermostatic space 27d.

A következő lépésben a 15 reakcióteret — és részben a 18 kamrát — a 17 betétcső felső peremének a magasságáig a 38 szivattyú segítségével steril CaCl2 kicsapószer-oldatával töltjük fel, amelynek a rendszerbe táplálása a 48 csonkon át történik.In the next step, the reaction space 15 and part of the chamber 18 are filled up to the height of the upper rim of the liner 17 by means of a pump 38 with sterile CaCl 2 precipitant solution fed into the system via the 48 port.

A 27 tartályban levő szóloldatot a 30 oltócsonkon át Brevibacterium flavum sejtszuszpenzióval oltjuk be, és a beoltott oldatot az egyenletes sejtkoncentráció eléréséig a 3 3 keverőpropellerrel homogenizáljuk. Ezután a 26 szelep nyitásával a kapott, ho55 mogenizált szól-sejt szuszpenzót a 27 tartályból a ΙΠ szólcseppképző egység henger alakú 25 cseppképző fejébe juttatjuk. Itt a 36 szűrő felfogja az esetleg a szuszpenzióban levő durvább szemcséket, maga a szuszpenzió pedig a 35 cseppképző elemek áramlik. A szuszpenzió a 34 csonkon át a 27 tartályba táplált steril túlnyomásos levegő hatására áramlik lefelé; az áramlás sebessége a levegő nyomásának a változtatásával szabályozható.The solution of the solution in the tank 27 is inoculated with the Brevibacterium flavum cell suspension through the inoculum 30, and the inoculated solution is homogenized with the mixing propeller until uniform cell concentration is reached. Subsequently, by opening valve 26, the resulting ho55 mogenized sol-cell suspension is transferred from the container 27 to the cylindrical droplet forming head 25 of the solder forming unit ΙΠ. Here, the filter 36 captures coarse particles that may be present in the suspension, and the suspension itself flows into the droplets 35. The suspension flows down through the nozzle 34 under the action of sterile pressurized air fed into the container 27; the flow rate can be controlled by varying the air pressure.

A 25 cseppképző egység maximálisanThe maximum of 25 drop-forming units

-5HU 203288Β w = 0,4. n [dm /h] térfogatáramú sejt/szól szuszpenzió adagolására alkalmas (a képletben na 35 cseppképző elemek száma). A képlet alapján például egy 0,2 m átmérőjű 5 reaktorral ~ 20 dm3-1h adagolási sebesség érhető el, és ez az érték megközelíti a nagylaboratóriumi méretben alkalmazott legnagyobb tejesítményű ismert vibrációs szólcseppképzők teljesítményét, azokkal ellentétben azonban nem roncsolja a sejte- 10 két.-5HU 203288Β w = 0.4. is suitable for dispensing a suspension of cell volume / volume (n = 35 dm / h) (number of droplets in the formula: na 35). According to the formula, for example, a 0.2 m diameter reactor 5 achieves a feed rate of ~ 20 dm 3-1 h, which approximates the performance of the highest-performance known vibration word dropper used in a large laboratory size, but does not, in contrast, .

A sejt/szól szuszpenzió cseppjei a 25 cseppképző fejből a 15 reakciótérben levő CaCl2 kicsapószeroldatba hullnak, és ott géllé szilárdulnak, és a 17 betétcsövön át a reaktor aljára ülepednek. A gélszem- 15 csék képzésének az ideje alatt a 44 csövön és az abba épített 43 fúvókán át kb. 1 cm/s üres berendezés-keresztmetszetre vonatkoztatott lineáris sebességnek megfelelő térfogati sebességű steril levegőáramot táplálunk az 50 cirkulációs vezetéken, a 2 csonkon 20 és a 3 csatornán (lb. ábra) keresztül a reaktorba. A tangenciálisan bevezetett, és a homlokmenet-jellegű 5 felülettel (b. ábra) spirális felfelé áramlásra kényszerített levegősugár hatására az 1 alátételemre kiülepedett gélszemcsék a CaCl2 oldattal együtt a 25 15a ház fala és a 17 betétcső külső felülete közötti hengergyűrű alakú térben felemelkednek, majd a 17 betétcső felső pereméig jutva és azon befelé átbukva ismét lesüllyednek, és íly módon a gélszemcsék a 15 reakciótérben církulálnak. A steril levegőárammal 30 előidézett áramlás hatására javul a szilárd-folyadék anyagátadás, azaz a Ca2* ionok bejutása a gélszemcsékbe, így azok — az ismert eljárásokhoz képest rövidebb idő alatt teljes keresztmetszetükben gélesednek, következésképpen a gélbezárt sej tek ke- 35 vésbé vannak kitéve a CaCl2 oldat esetleg káros hatásának.The droplets of the cell / sol suspension drop from the drop head 25 into the CaCl2 precipitator solution 15 in the reaction space and solidify therein and settle through the liner 17 to the bottom of the reactor. During the formation of the gel granules, the tube 44 and the nozzle 43 embedded therein have an approx. A sterile air stream of volume velocity corresponding to a linear velocity relative to a 1 cm / s blank plant cross-section is fed to the reactor via the circulation line 50, through port 20 and through channel 3 (Figure 1b). As a result of the air jet tangentially introduced and forced by a helical upward flow through the face-threaded surface 5 (Fig. B), the gel particles deposited on the substrate 1 together with the CaCl2 solution rise in the cylindrical space between the wall 15a and the outer surface of the liner 17. Upon reaching the top edge of the liner 17 and falling through it, they sink again, thereby circulating the gel particles in the reaction space 15. The flow generated by the sterile air stream 30 improves the solid-liquid transfer, i.e. the Ca 2 * ions, into the gel particles so that they gel in their entire cross-section in a shorter time than the known processes and consequently the gel-sealed cells are less exposed. CaCl2 solution may cause adverse effects.

A gélszemcsék kialakulásának a befejeződése után a 26 szelepet zárjuk, és a 34 csonkon át a 27 tartály belső terére gyakorolt túlnyomást megszün- 40 tétjük, a 13 szelepet nyitjuk, és a 11 csonkon át a berendezésből a CaCl2 oldatot eltávolítjuk, majd az autocirkulációs 41 szelep nyitott állása mellett a 38 szivattyúval megkezdjük a steril tápoldatnak a reaktorba adagolását. (Szükség esetén a tápoldat be- 45 adagolása előtt a gélszemcséket steril desztillált vízzel átöblítjük.) A tápoldatot a 48 csonkon át vezetjük az 50 cirkulációs vezetékbe. Amint a tápoldat szintje a 17 betétcső felső peremét elérte, a tápoldat adagolását megszüntetjük, és a 41 szelepet lezárjuk, 50 a 38 szivattyúval azonban a tápoldatot tovább cirkuláltatjuk. A44 csövön és a 43 fúvókán át (az utóbbi a gázáram egyenletessé tételét szolgálja) sterilre szűrt levegőáramot táplálunk az 50 cirkulációs vezeték 39 nyomóágába (p nyíl, la. ábra) olyan térfo- 55 gatárammal, amely a baktériumtenyészet levegőszükségletét 1-1,5 wp szellőztetési ráta-érték mellett biztosítja. Levegőigényes mikroorganizmusok esetén kívánatos, hogy az ún. oxigéntranszf er-ráta (OTR) értéke a 150-250 mmól O2/dm3h tartó- 60 mányban legyen. Ez az OTR-intervallum a berendezésben úgy érhető el, hogy a 38 szivattyúval cirkuláltatott folyadékáram térfogati sebességét a gázáram (steril levegőáram) tényleges térfogati sebességének a 30-80%-ára állítjuk be. Az 50 cirkulációs 65 vezetékbe épített 45 és 46 diszpergáló elemekben (lásd az ld. és le. ábrákat is) a nagy turbulenciájú gáz-folyadék áramlás hatására nagy finomságú gáz-folyadék diszperzió alakul ki, és az anyagátadási felület megújulása is rendkívül intenzíven megy végbe. A 45,46 diszpergáló elemeken fellépő nyomásesés összességében nem haladja meg a (0,81,0).105 Pa-t.After completion of the gel particle formation, valve 26 is closed and the overpressure exerted through the nozzle 34 to the interior of the container 27 is opened, the valve 13 is opened, and the CaCl2 solution is removed from the device via the nozzle 11 and the autocirculation valve 41 is removed. with the pump open, the pump 38 begins to add sterile medium to the reactor. (If necessary, the gel particles are rinsed with sterile distilled water prior to the addition of the medium.) The medium is passed through the 48 nozzle into the circulation line 50. As soon as the level of the nutrient solution reaches the upper edge of the liner 17, the nutrient solution is discontinued and the valve 41 is closed, however, the pump 38 is used to circulate the nutrient solution further. A sterile filtered air stream is fed through tube 44 and nozzle 43 (the latter serving to balance the gas flow) to the pressure branch 39 (arrow p, Fig. 1a) of the circulation line 50 with a flow rate of 1 to 1.5 watt of bacterial culture. ventilation rate. In the case of air-demanding microorganisms, it is desirable that oxygen transfer rate (OTR) should be within the range of 150-250 mmol O2 / dm 3 h. This OTR interval in the apparatus can be achieved by adjusting the volume flow rate of the liquid stream circulated by the pump 38 to 30-80% of the actual volume flow rate of the gas stream (sterile air flow). In the dispersion elements 45 and 46 embedded in the circulation conduit 65 (see also Figures 1 and 2), a very fine gas-liquid dispersion is produced by the high turbulence gas-liquid flow and the material transfer surface is also intensively regenerated. The pressure drop in the dispersing elements 45,46 do not exceed .10 5 Pa (0,81,0) overall.

A fluidumbevezető 2 csonkon és a tangenciális 3 csatornán (lb. ábra) a gáz-folyadék diszperzió a reaktor 1 alátételemébe lép be, és — az 5 felület homokmenet-szerű kialakításának is köszönhetően — felfelé irányuló spirális mozgásra kényszerül. A1020 m/s sebességgel beáramló, folyadék-emelő hatású gázfázist is tartalmazó közeg a 15 reakciótérben spirális pályán emelkedő folyadékmozgást idéz elő. A gázbuborék — emelkedés közben agglomerálódva — a folyadékfázisénál elnyújtottabb, de ugyancsak spirális pályán mozognak, miáltal egyrészt megnövekszik a buborékok átlagos tartózkodási ideje a reakciótérben, másrészt a különböző irányú erők eredőjeként olyan nyírófeszültségek lépnek fel, amelyek a már agglomerálódott buborékokat aprítják, tehát növelik a fajlagos gáz-folyadék érintkezési felületet a 15 reakciótérben, A folyadékáram a katalizátorhordozó gélszemcséket magával ragadja, és azok a III fázisszétválasztó egységbe, a 17 betétcső pereme fölé emelkednek, majd a betétcsövön át a gázbuborékok által előidézett autocirkulációs folyadékárammal együtt visszaáramlanak a 15 reakciótér aljába. A gélszemcsék (szilárd fázisú biokatalizátor) és a folyadékfázis áramlását a 8 áramlásmódosító elem egyenletesebbé teszi, és emellett holttér kialakulását is meggátolja a berendezésben. A 17 betétcsövön át lefelé áramló folyadék finomeloszlású gázbuborékokat is magával ragad,At the fluid inlet 2 and tangential channel 3 (Fig. 1b), the gas-liquid dispersion enters the substrate 1 of the reactor and, due to the sand-like design of the surface 5, is forced upwardly in a spiral movement. The fluid containing the liquid-lifting gas phase flowing at a rate of 1020 m / s causes the fluid to move in a spiral path in the reaction space 15. The gas bubble, agglomerated during elevation, is more elongated than its liquid phase, but also moves in a helical path, increasing both the average residence time of the bubbles in the reaction space and the resulting shear stresses due to different directional forces that increase the agglomeration of the bubble. The liquid stream captures the catalyst carrier gel particles and rises into the phase III separator unit, above the rim of the liner 17, and through the liner to the back stream of the autocirculation fluid generated by the gas bubbles. The flow modifying element 8 makes the flow of gel particles (solid phase biocatalyst) and liquid phase smoother and also prevents dead space in the apparatus. The liquid flowing down through the liner 17 also entices finely divided gas bubbles,

A gáz a III fázisszétválasztó egységben lép ki a folyadékfázisból, és a 28 csonkon át hagyja el a berendezést. A folyadékáram a 22 csonkon át hagyja el a III fázisszétválasztó egységet, a 22 csonkba azonban csak a 21 szűrőn át tud beáramolni, amely a biokatalizátor szemcséket (gélszemcséket) visszatartja. A 22 csonkból a folyadék az 50 cirkulációs vezeték 37 szívóágába jut, onnan pedig a 28 szivattyún keresztül a 39 nyomóágba áramlik vissza.The gas exits the liquid phase in the phase III separator and exits through the nozzle 28. The liquid stream leaves the phase separation unit via the nozzle 22, but can only flow into the nozzle 22 through the filter 21, which retains the biocatalyst particles (gel particles). From the nozzle 22, the liquid enters the inlet branch 37 of the circulating pipe 50 and from there through the pump 28 to the discharge branch 39.

A fermentációs folyamat lelőrehaladását és a tápoldat állapotát a III fázisszétválasztó egységből kitorkolló 23 csonkon át vett minták elemzésével kísérhetjük figyelemmel. A fermentáció termelő szakaszában a 48 és/vagy 49 csonkokra kötött (nem ábrázolt) betápláló szivattyúval és túlfolyással, vagy betápláló és elvevő szivattyúkkal a folyamatos tápoldatbetáplálás és termékelvétel is megoldható.The progress of the fermentation process and the state of the culture medium can be monitored by analyzing samples taken from the 23 stumps that flow out of the phase III separation unit. In the production stage of the fermentation, the feed medium and overflow (not shown) connected to the stubs 48 and / or 49, or the feed and take-off pumps can also be used for continuous feed and product feed.

Tápoldat-csere szükségessége esetén a 13 szelep (la. ábra) nyitásával all csonkon át a fermentlevet leengedjük, és a korábban már részletesen leírt módon a reaktort friss tápoldattal töltjük fel,When a medium change is required, opening the valve 13 (Fig. 1a) through the all nozzle will drain the fermentation broth and fill the reactor with fresh medium as described in detail above.

A teljes fermentációs ciklus befejezése után a fermentlevet a katalizátorhordozó gélszemcsékkel együtta 14 szelep megnyitásával a 12 csonkon át leengedjük, majd a berendezést a gőzzel sterilezzük.After completion of the complete fermentation cycle, the fermentation broth is lowered through the nozzle 12 by opening the valve 14 together with the catalyst carrier gel particles and the equipment is sterilized by steam.

A berendezésnek a 2a., 2b. ábrák szerinti kiviteli alakja — a szóleseppképző egység hiányától eltekintve — gyakorlatilag megegyezik az la-le. ábrák2a, 2b. The embodiment of Figures 1 to 4 is, with the exception of the absence of a barrier forming unit, essentially the same as Ia. Figures

-6HU 203288Β szerinti kiviteli példával, ezért a korábban már használt hivatkozási számokat az azonos berendezés-részek jelölésére értelemszerűen alkalmazzuk. A 2a., 2b. ábra szerinti berendezés preformált, szemcsés hordozóanyagra rögzített mikroorganizmusokkal történő kvázifolyamatos fermentáció megvalósítására alkalmas formában van kiképezve. A folyamat sajátossága, hogy anaerob, illetve kis levegőigényű, ugyanakkor a melléktermékként keletkező gáz (például széndioxid) gátolja a fermentációt — például Saccharomyces sejtekkel végzett etanolfermentációt —, ezért a CO2-nek a folyadékfázisból történő kiszorítására inért gázt (például nitrogént), vagy inért gáz-levegő keveréket használunk. További jellemzője a folyamatnak, hogy a termék ugyancsak fermentációt gátló hatású, ezért a folyadék-visszakeveredés csökkentése érdekében több berendezést kaszkád-elrendezésben üzemeltetünk.-32EN 203288Β, therefore, the previously used reference numerals are used mutatis mutandis to denote the same equipment parts. 2a, 2b. The apparatus of FIG. 1B is configured in a form suitable for quasi-continuous fermentation with microorganisms fixed on a preformed particulate carrier. A special feature of the process is that anaerobic or low-air gas, but also a by-product (such as carbon dioxide), inhibits fermentation, such as ethanol fermentation with Saccharomyces cells, and is therefore an inert gas (e.g. nitrogen) or inert gas to displace CO2 from the liquid phase. air mixture is used. A further feature of the process is that the product also has an inhibitory effect on fermentation, therefore, to reduce fluid re-mixing, several equipment is operated in a cascade arrangement.

Amint erre már utaltunk, a 2a. ábra szerinti berendezés I fluidum bevezető egysége csak abban tér el az la. ábra szerinti ilyen egységtől, hogy az 51 termosztát köpennyel van ellátva, amely a keskeny 51a termosztát teret határolja. A ΠΙ fázisszétválasztó egységhez felül nem a szólcseppképző egység csatlakozik, hanem a 18 kamrába annak az 53 fedelén át hordozó szemcse adagoló 51 csonk, a sejtszuszpenzió beadagolásához előirányzott 54 csonk, valamint a gáz (levegő) kibocsátására szolgát 55 csonk torkollik. A18 kamrát az 56a termosztát teret kívülről határoló 56 termosztát köpeny veszi körül. A jellemző célszerű geometriai méretek e kiviteli példa esetében a következők: dk: Di - 1:1,7; Di '.di Z 1,8:1. AkényszercirkulációsVgázdiszpergáló egység ebben az esetben a kaszkád-elrendezés egyes tagjai közötti kapcsolatot is biztosítja, és 50 cirkulációs vezetékének az átmérője mintegy 1/5-e a 15 reakciótér Di átmérőjének. Az 50 cirkulációs vezetékbe épített 42 áramlásgyorsító elem, előnyösen konfúzor ebben az esetben is a folyadékáram sebességének nagymértékű megnövelésére, a 43 fúvóka pedig a 44 csövön betáplált gázáram egyenletessé tételére szolgál, és a 45,46 diszpergáló elemek az intenzív gáz-folyadék keveredésének, valamint a gázfázis kisméretű buborékokká történő szétosztásának a biztosításához van előirányozva.As already indicated, FIG. The fluid inlet unit I of the apparatus of FIG. 5a, the thermostat 51 is provided with a jacket which defines the narrow thermostat space 51a. Above the phase separation unit nem, there is not a solder drop unit, but a pellet feeding strain 51 carrying the chamber 53 through its lid 53, a strain 54 for feeding the cell suspension and a gas (air) outlet 55. The chamber 18 is surrounded by a thermostat jacket 56 that defines the thermostat compartment 56a from the outside. Typical preferred geometric dimensions for this embodiment are: dk: Di-1: 1.7; Di '.di Z 1.8: 1. In this case, the pressure gas circulation gas dispersion unit also provides a connection between the individual members of the cascade arrangement, and the diameter of its 50 circulation lines is about one-fifth of the diameter DI of the reaction space. The flow accelerator 42, preferably a confuser, in the circulating pipe 50 is again used to greatly increase the velocity of the liquid stream, the nozzle 43 is used to smooth the gas flow through the pipe 44, and the dispersing elements 45,46 for intensive gas-liquid mixing and is intended to ensure the dispersion of the gas phase into small bubbles.

A 47a és 40b szelepekhez csatlakozó 49, illetve 48 csonkok szolgálnak a 2b. ábrán látható kaszkádelrendezés egyes tagjainak a kaszkádsorba való bekötésére. Ha a 2a. ábra szerinti berendezést a 2b. ábra szerinti kaszkád-elrendezés másodiké tagjának tekintjük, akkor a 48 csonk szolgál a tápfolyadék betáplálására, ami az elsőéi tag szempontjából folyadékelvétel, amit célszerűen az 57 szivattyúval hajtunk végre. A 49 csonkon át (2a. ábra) történik a folyadékelvétel, ami a kaszkádsor harmadikKy tagja szempontjából betáplálás, és e művelethez az 58 szivattyú van előirányozva (2b. ábra). A kaszkádsor egészének az 59 szivattyú a betápláló eszköze. Az 57, 58, 59 szivattyúk által szállított folyadékáramok térfogati sebességének az összehangolása célszerűen szintszabályozással történik. Akaszkádelemek olyan vezeték- és szeleprendszerrel is összeköthetők, amelynek révén a sorrendjük az üzemeltetés során változtatható. . A kaszkádreaktor (kaszkádsor) Xi-X 3 tagjait (reaktorait) a 60, 61 vezetékek kötik össze egymással.The stubs 49 and 48 connected to the valves 47a and 40b, respectively, are provided in FIGS. 4A to the individual members of the cascade arrangement shown in FIG. If the process of FIG. 2a. 2b. Referring to FIG. 2a, the second member of the cascade arrangement illustrates that the stub 48 serves to supply the feed fluid, which is a fluid withdrawal for the first member, preferably performed by the pump 57. Fluid is drawn through the port 49 (Fig. 2a), which is fed to the third member of the cascade, and pump 58 is provided for this operation (Fig. 2b). The pump 59 is the feed means for the entire cascade line. The volumetric velocity of the liquid streams carried by the pumps 57, 58, 59 is preferably adjusted by level control. The cascade elements can also be connected to a system of wires and valves, which allows changing their order during operation. . The Xi-X 3 members (reactors) of the cascade reactor (cascade series) are connected by lines 60, 61.

A 2a., 2b. ábra szerinti berendezés a következőképpen működik:2a, 2b. The apparatus according to Figure 1B shall function as follows:

a kaszkádsor ÁT 1-£3 tagjait (2b. ábra) az 57-59 szivattyúk segítségével tápoldattal töltjük fel. Ezután a 47b szelepeket zárjuk, és a kaszkádsor reaktorait — a fermentorok általánosan ismert sterilezési eljárásának megfelelően — gőzzel sterilezzük. A sterilezési művelet befejezése után a reaktorokat hűtjük, majd a fermentáció hőfokát beállítjuk, és a sterilezett növesztő tápoldatba az adagoló 52 csonkon át juttatjuk be a rögzített Saccharomyces sejteket tartalmazó biokatalizátor-szemcséket, vagy az 52 csonkon keresztül sterilhordozó szemcséket, az 54 csonkon keresztül pedig Saccharomyces sejtszuszpenziót adagolunk, és a tápoldat szintjét a 17 betétcső felső peremének a szintjére állítjuk be (2a. ábra).1-3 pounds of the cascade series (Fig. 2b) are filled with nutrient solution using pumps 57-59. The valves 47b are then closed and the cascade reactors are steam sterilized according to the generally known sterilization procedure for fermenters. After completion of the sterilization process, the reactors are cooled, the fermentation temperature adjusted, and biocatalyst particles containing fixed Saccharomyces cells, or sterile carrier particles through Saccharomyces cells 52 are introduced into the sterilized growth medium via the 52 the cell suspension is added and the medium is adjusted to the level of the upper rim of the liner 17 (Fig. 2a).

A következő lépésben steril inért gázt, vagy inért gáz-levegő elegyet adagolunk a 43 fúvókát tartalmazó 44 csonkon át a kaszkádreaktor K1-K3 tagjaiba olyan térfogatárammal, amely elegendő a fermentáció során keletkező CO2 kiszorítására, és biztosítja a reaktortérben a folyadék/szilárd szuszpenzió autocirkulációját. Az intenzív gáz-folyadék anyagátadás biztosítása érdekében a cirkulációs 38 szivattyúkkal kaszkádtagonként cirkuláltatjuk a folyadékot az 50 cirkulációs vezetékekben levő 45 és 46 diszpergáló elemeken keresztül (lásd az la-le. ábrákkal kapcsolatban elmondottakat is). A O2 tartalmú gáz mindegyik áj-£3 tagban (reaktorban) a III fázisszétválasztó egység 18 kamrájában lép ki a folyadékfázisból, és az 55 csonkon át hagyja el a reaktort, a folyadék pedig a 21 szűrőn és a 22 csonkon át hagyja el a 15 reakcióteret (a 21 szűrő a katalizátor-szemcséket visszatartja), és az 50 cirkulációs vezeték 37 szívóágán a 38 szivattyúba, onnan pedig a 39 nyomóágba jut vissza.In the next step, a sterile inert gas or inert gas-air mixture is introduced through the nozzle 44 into the K1-K3 members of the cascade reactor at a flow rate sufficient to displace the CO2 generated during the fermentation and to autocirculate the liquid / solid suspension in the reactor space. In order to ensure intense gas-liquid material transfer, the circulation pumps 38 circulate the liquid through cascade members through the dispersing elements 45 and 46 in the circulation lines 50 (see also with reference to Figs. 1a-le). The O2-containing gas exits from the liquid phase in each of 18 cells (reactors) in the chamber 18 of the phase III separation unit and leaves the reactor through the nozzle 55 and the liquid leaves the reactor space 15 through the nozzle 21 (the filter 21 retains the catalyst particles) and returns to the pump 38 at the intake branch 37 of the circulation line 50 and from there to the discharge branch 39.

Előre meghatározott sejtszám elérése után az 57-59 szivattyúkkal (2b. ábra) megindítjuk a folyamatos steril tápoldat-betáplálást, és végezzük a folyamatos termékelvételt.After reaching a predetermined cell count, pumps 57-59 (Fig. 2b) are used to initiate continuous sterile nutrient feeding and perform continuous product harvesting.

A találmány szerinti berendezés 3a. és 3b. ábra szerinti kiviteli alakja olyan rögzített enzimmel katalizált biokémiai reakció megvalósítására szolgál, amely enzim egyik szubsztrátja folyadékfázisban, a másik szubsztrátja pedig gázfázisban van, és az enzim kis sűrűségű, deformációra hajlamos, aprószemcsés hordozóanyagra van rögzítve. Ilyen reakció például a glükóz oxidációja glukonsawá, poliakrilamid gyöngypolimer-hordozóra rögzített glükózoxidáz enzim jelenlétében.The device according to the invention is shown in FIG. and 3b. The embodiment of Figure 1B is a biochemical reaction catalyzed by a fixed enzyme, one substrate of the enzyme in a liquid phase and the other substrate in a gas phase, which is fixed on a low density, deformable, tiny particulate carrier. An example of such a reaction is the oxidation of glucose to gluconic acid in the presence of a glucose oxidase enzyme fixed to a polyacrylamide bead polymer support.

A berendezés fő részei a VI folyadékelvezető egység felfelé bővülő csonkakúp alakú 63 kamrával rendelkezik, amelyből folyadékelvezető 64 csonk torkollik ki, és amelybe segédgáz-áram betáplálására szolgáló 65 csonk torkollik be. A berendezésben levő folyadék a katalizátorhordozó szemcséktől mentes állapotban való eltávolításához a 66 szeleppel ellátott 69 csonk van előirányozva. A 64,67 és 69 csonkoknak a 63 kamrába torkolló nyílásait a kamra belső felületei mentén elhelyezkedő, ugyancsk csonkakúp alakú, célszerűen szitaszövetből készült 70 szűrőelem határolja el a kamra belső terétől. A 70 szűrőelem nyílásmérete ebben az esetben és úgyThe main parts of the apparatus are provided with an upwardly expanding truncated cone chamber 63 of the fluid outlet unit VI, from which a fluid outlet section 64 extends, into which a flow section 65 for feeding auxiliary gas flow is inserted. A nozzle 69 provided with a valve 66 is provided for removing fluid in the apparatus in a state free of catalyst particles. The openings of the stumps 64,67 and 69 extending into the chamber 63 are delimited by the same truncated cone-shaped filter element 70, preferably made of mesh, from the interior of the chamber. The aperture size of the filter element 70 is in this case and such

-7HU 203288Β van megválasztva, hogy olyan mértékű ellenállást jelentsen a gázfázis számára, hogy az a reakciótérben a kisebb ellenállás irányában emelkedjék felfelé. A segédgáz-áram bevezetésére szolgáló 65 csonkhoz a 63 kamra belseje felé irányuló 71 fúvóka csatlakozik, amely a gázáram egyenletessé tételére szolgál. A 63 kamra kúpszöge célszerűen 50-70° között van, közepes.Sa átmérője mintegy 1/3-a lehet a reaktor Β i átmérőjének, ba magassága pedig mintegy ötödé lehet a reaktor teljes L magasságának.-7H 203288Β is chosen to impart a resistance to the gas phase that increases upward in the reaction space towards a lower resistance. A nozzle 71 directed to the interior of the chamber 63 is connected to the auxiliary gas flow nozzle 65 for smoothing the gas flow. The taper angle of the chamber 63 is preferably 50-70 °, medium. The diameter Sa may be about one-third the diameter of the reactor, and the height b may be about one-fifth of the total height L of the reactor.

A VI. folyadékelvezető egységhez felülről az autocirkulációs Π reakció-egység csatlakozik, amelynek felfelé bővülő csonkakúp alakú 73 alsó része, és hengeres 74 felsőrésze van. A73 alsórésza 63 kamra folytatásának (felbővítésének) tekinthető. A 73 alsó rész magassága célszerűen körülbelül úgy aránylik a 74 felső rész magasságához, min 11:3 -hoz. A raktor (amelyet a VI folyadékelvezető egység és a II reakció-egység együttesen alkot) teljes E magassága célszerűen nem nagyobb, mint a 75 reakciótér (a hengeres 74 felső rész) Β i átmérőjének 1,8-2,5szöröse. A reaktor Xi függőleges geometriai középtengelyében az egészében 76 hivatkozási számmal jelölt betétcső helyezkedik el, amely három részből áll: a kisebb ei átmérőjű 77 alsó hengeres részből, a nagyobb e3 átmérőjű 78 felső hengeres részből, és az ezeket összekötő, felfelé bővülő csonkakúp alakú 79 közbenső kúpos részből, amelyeknek a hosszúságát alulról felfelé haladva hí, h2 és h3 hivatkozási betűkkel jelöltük. Célszerű, ha c i :c2:c3 = 3:1:3 és e i :e2 = 1:4, továbbá, ha e3'T?i - 1:2. A 75 reakciótér Hí magassága azonos, vagy közel azonos a 76 betétcső teljes magasságával, de a betétcső 77 alsó hengeres részének az alsó vége benyúlik a 63 kamra belső terébe, és a 71 fúvókának az e kamrába nyúló csúcsa felett mintegy Ba/3 távközzel helyezkedik el. A VI folyadékelvezető egységet és a Π reakció-egységet 80 termosztáló teret határoló 80a termosztáló köpeny veszi körül.VI. A fluid circulation unit is connected from above with an autocirculation reaction unit, having an upwardly expanding truncated conical lower part 73 and a cylindrical upper part 74. The lower part of the A73 is considered to be an extension (expansion) of 63 chambers. The height of the lower part 73 is preferably proportional to the height of the upper part 74 at least 11: 3. The total height E of the compactor (formed by the fluid drainage unit VI and the reaction unit II) is preferably not greater than 1.8-2.5 times the diameter Βi of the reaction space 75 (cylindrical upper part 74). The reactor is provided with a reference numeral 76 in the vertical central geometric axis Xi, which is comprised of three parts: a lower cylindrical section 77 of smaller diameter E1, an upper cylindrical section 78 of larger diameter E3 and an upwardly extending truncated cone 79 The tapered part, the length of which is from bottom to top, is designated by the reference letters h2 and h3. Preferably, ci: c 2 : c3 = 3: 1: 3 and ei: e 2 = 1: 4, and e3'T? I - 1: 2. The height H1 of the reaction space 75 is equal to or nearly equal to the total height of the insert tube 76, but the lower end of the lower cylindrical portion 77 of the insert extends into the interior of the chamber 63 and is spaced approximately Ba / 3 above the tip of the nozzle 71. . The liquid discharge unit VI and the reaction unit Π are surrounded by a thermostatic jacket 80a defining a thermostatic space 80.

A 76 betétcső 78 felső hengeres részébe a C3 magasságának mintegy az alsó negyedében — tangenciálisan fluidumbetápláló 81 csonk torkollik be, amely a 72 tartály falán (és a 80a termosztáló köpenyen) át van vezetve. A 81 csonk célszerűen vízszintes, és átmérője mintegy 1/10-e lehet a 78 felső hengeres rész ¢3 átmérőjének.In the upper cylindrical portion 78 of the liner 76, about a lower quarter of its height C3 extends tangentially to the fluid-fed nozzle 81 which passes through the wall of the container 72 (and the thermostatic jacket 80a). The stub 81 is preferably horizontal and may have a diameter of about 1/10 of the diameter ¢ 3 of the upper cylindrical section 78.

A 75 reakciótér felül 82 fedéllel van lezárva, amelyen át a gázelvezető 83 csonk torkollik ki a reakciótérből, és a katalizátor adagolására szolgáló 84 csonk torkollik be abba.The reaction space 75 is closed at the top by a lid 82 through which the gas outlet nozzle 83 protrudes from the reaction space and into which the catalyst supply nozzle 84 enters.

A VI folyadékelvezető egység 64 csonkjához az egyik végével, a reaktortér fluidumbetápláló 81 csonkhoz pedig a másik végével egy 85 cirkulációs vezeték csatlakozik, amelybe ld. és le. ábra szerinti 45, 46 diszpergáló elemek vannak beépítve. A 85 cirkulációs vezetéknek a 64 csonktól a keringtető 86 szivattyúig terjedő 87 szívóága, valamint a 86 szivattyútól a fluidumbetápláló 81 csonkig terjedő 88 nyomóága van. Ezutóbbiba 89 konfúzor van beépítve, amely a folyadékáram sebességének a nagymértékű megnövelésére szolgál. A gázáram betáplálásához a 91 fúvókát tartalmazó 92 csonk van előirányozva. A 88 nyomóágnak a 89 áramlásgyorsító elem és a 81 csonk közötti függőleges szakaszában vannak a 45 diszpergáló elemek (ld. ábra), vízszin8 tes szakaszaiba pedig a 46 diszpergáló elemek (la. ábra) beépítve; ilyen 46 diszpergáló elem a 81 csonkban is elhelyezkedik, amint a 3b. ábrán jól látható.A recirculation line 85 is connected to one of the ends 64 of the fluid discharge unit VI and to the fluid supply nozzle 81 of the reactor space at which it is connected. and down. The dispersion elements 45, 46 of FIG. The circulation line 85 has a suction branch 87 from a nozzle 64 to a circulating pump 86 and a nozzle 88 from a pump 86 to a fluid-fed nozzle 81. The latter includes 89 configurators for greatly increasing the flow rate of the fluid. A nozzle 92 containing a nozzle 91 is provided for feeding the gas stream. Dispersing elements 45 (see Fig.) Are provided in the vertical section of the ram 88 between the flow accelerator 89 and the nozzle 81, and the dispersing elements 46 (Fig. 1a) are integrated in the horizontal sections; such a dispersing element 46 is also located in the stub 81 as shown in FIG. 3b. is clearly shown.

A 87 szívóágba, a 64 csonk előtt egy 94 szelepet tartalmazó 93 csonk torkollik, a 88 nyomóághoz pedig a 89 áramlásgyorsító elem, előnyösen konfúzor előtt 96 szelepet tartalmazó, a friss szubsztrátoldat betáplálására szolgáló 95 cső csatlakozik.A nozzle 93 containing a valve 94 extends into the suction port 87, and a nozzle 95 for supplying the fresh substrate solution is connected to the discharge nozzle 88, comprising a flow accelerator 89, preferably a confluent valve 96.

A 3a. és 3b. ábra szerinti berendezés a következőképpen működik:3a. and 3b. The apparatus according to Figure 1B shall function as follows:

A célszerűen vegyileg sterilezett berendezést a katalizátoradagoló 84 csonkon át feltöltjük glükóz szubsztrátban szuszpendált, poliakrilamid gyöngyenzimmel. A rögzített enzimtöltet térfogata a reaktor hasznos térfogatának célszerűen mintegy 3040%-át teszi ki. Ezután a 86 szivattyú segítségével a 96 szelep megnyitásával a 95 csonkon át az o nyílnak megfelelően glükóz szubsztrátoldatot adagolunk a 85 cirkulációs vezeték 88 nyomóágába, és azt a 81 csövön át a 75 reakciótérbe tápláljuk. A betáplálást addig folytatjuk, míg a folyadékszint a 76 betétcső felső peremét el nem éri. Ekkor a 94 szelepet lezárjuk.Preferably, the chemically sterilized equipment is filled with a polyacrylamide bead enzyme suspended in a glucose substrate through the catalyst feeder port 84. The volume of the fixed enzyme charge preferably amounts to about 3040% of the reactor volume. Subsequently, with the aid of pump 86, a glucose substrate solution is introduced into the outlet 88 of the circulating line 85 through the nozzle 95, opening the valve 96, and feeding it through the tube 81 to the reaction space 75. The feed is continued until the liquid level reaches the upper edge of the cartridge 76. The valve 94 is then closed.

Miután a 80 termosztáló térben cirkuláltatott folyadékkal a reakció hőfokát beállítottuk, a segédgázáram-bevezető 65 csonkon és a 71 fúvókán át megindítjuk a folyadékfázis és a katlaizátor-szemcsék autocirkulációját biztosító segédlevegő-áramot.After adjusting the reaction temperature with the liquid circulated in the thermostatic chamber 80, an auxiliary air stream providing autocirculation of the liquid phase and the catalyst particles is initiated through the auxiliary gas flow inlet 65 and the nozzle 71.

Ennek térfogati sebességét célszerűen a reakció oxigén szükségletét biztosító levegőáram (amely a 92 csonkon kerül betáplálásra) térfogati sebességének mintegy 10%-ára állítjuk be. A 71 fúvókából felemelkedő buborékok a 76 betétcső 77 alsó hengeres részébe jutva szívóhatást fejtenek ki a folyadékfázisra és az abban szuszpendált folyadékénál kisebb sűrűségű, vagy azzal közelítőleg megegyező sűrűségű biokatalizá tor-szemcsékre. Ily módon a 76 betétcsőben felfelé irányuló folyadék plusz szemcsemozgás jön létre, és a cirkuláció a 76 betétcső külső fala ι és a 72 tartály falának a belső felülete közötti tér-részen keresztül záródik. A 76 betétcsőben a buborékok nagyfokú agglomerációja következik be, tehát a segédlevegő-áram oxigénforrásként gyakorlatüag jelentéktelen, csupán a szemcsecirkulációs szabályozására szolgál.Preferably, the volumetric rate is adjusted to about 10% of the volumetric flow rate of the oxygen flow of the reaction (fed to the nozzle 92). Bubbles emerging from the nozzle 71, when introduced into the lower cylindrical portion 77 of the nozzle 76, exert a suction effect on the biocatalyst particles having a density less than or equal to that of the liquid suspended therein. In this way, upward fluid movement in the liner 76 is generated and circulation is closed through the space between the outer wall ι of the liner 76 and the inner surface of the container wall 72. The liner 76 has a high degree of agglomeration of the bubbles, so that the auxiliary air stream as an oxygen source is practically insignificant and serves only to regulate the particle circulation.

A szükséges oxigénkoncentrációt a folyadékban úgy biztosítjuk, hogy a 85 cirkulációs vezetékben a keringtető 86 szivattyú segítségével folyadék-kényszercirkulációt valósítunk be: a folyadékelvezető 64 csonkon át a 86 szivattyú a folyadékot elszívja, miközben a 70 szürőelem a katalizátor-szemcséket a 63 kamrában visszatartja. A 86 szivattyú a folyadékot a 88 nyomóág bajuttatja, amely ott keveredik a 92 csövön és a 91 fúvókán át ap nyílnak megfelelően beadagolt táplevegőárammal, és ahol a 45,46 diszpergálóelemek—az 1 a- le. ábrák kapcsán már leírt módon — biztosítják a szükséges oxigéntranszportot a gázfázisból a folyadékfázisba.The required oxygen concentration in the liquid is provided by the forced circulation of the liquid through the circulation line 86 via the circulating pump 86: the pump 86 extracts the liquid while the filter element 70 retains the catalyst particles in the chamber 63. The pump 86 injects the fluid into the ram 88, which is mixed therein through the tube 92 and the nozzle 91 with the feed air stream supplied in accordance with the aperture p, and wherein the dispersing elements 45,46 are a-la. 1 to 4, provide the necessary oxygen transport from the gas phase to the liquid phase.

A 88 nyomóágból a gáz-folyadék diszperzió a fluidumbetápláló 81 csövön át a reaktor 76 betétcsövének a 78 felső hengeres részébe áramlik, majd annak peremén a folyadék átbukik és a katalizátorszemcsékkel együtt a 72 tartály fala és a 76 betétcső külső felülete között lefelé mozgatva visszajut a re-8HU 203288Β aktor aljába, a gáz pedig az átbukáskor kilép, és a 83 csonkon át hagyja el a reaktort.From the ram 88, the gas-liquid dispersion flows through the fluid feed tube 81 into the upper cylindrical portion 78 of the reactor liner 76, flowing through the rim and moving downwardly along the outer wall of the reservoir 72 with the catalyst particles -8EN 203288Β actuator bottom and gas exits on failure and leaves the reactor through the 83 port.

A 81 csövön át eszközölt tangenciális fluidumbevezetésnek az a jelentősége, hogy a spirális pályán mozgó, nagy oxigén-tartalmú szubsztrát oldat a 76 betétcsőben igen intenzíven és hosszú időtartamon át érintkezik a katalizátor-szemcsékkel, biztosítva ezzel a megfelelő konverziót.The significance of the tangential fluid introduction through the tube 81 is that the highly oxygenated substrate solution moving in the helical path contacts the catalyst particles very intensively and over a long period of time, thereby ensuring proper conversion.

Afolyamatosüzemmóda95 csonkon át,a96szelep nyitott állapota mellett eszközölt o nyíl irányú szubsztrátoldat-adagolással és a 94 szelep nyitott állapota mellett a 93 csonkon át végzett t nyíl irányú termékelvétellel, vagy pedig több reaktor sorbakapcsolásával valósítható meg.The continuous mode of operation can be accomplished through a 95 nozzle, by adding an o-directional substrate solution with the valve 96 open, and by t-taking a product via the nozzle 93, or by serially switching several reactors.

A reaktor szakaszos üzemmódja esetén a terméket a 66 szelep nyitásával a 67 csonkon keresztül bocsáthatjuk ki a 63 kamrából. A reaktor teljes leürítése a 68 szelep nyitásával a 69 csonkon át történhet.In the reactor batch mode, the product can be discharged from the chamber 63 through the opening 67 by opening valve 66. Complete emptying of the reactor can be achieved by opening valve 68 through port 69.

A találmányhoz fűződő előnyös hatások a következőkben foglalhatók össze:Advantageous effects of the invention may be summarized as follows:

A berendezés alapvetően fontos előnye, hogy nagy fajlagos oxigénigényü biokatalítikus műveletek végrehajtását szilárd fázisú biokatalizátor jelenlétében úgy teszi — mégpedig gazdaságosan — lehetővé, hogy maximálisan kihasználhatók a szilárd fázisú biokatalizátor jelenlétében úgy teszi — mégpedig gazdaságosan —lehetővé, hogy maximálisan kihasználhatók a szilárd fázisú biokatalizátor alkalmazásából adódó, a bevezetőben említett előnyök, ugyanakkor a gáz-folyadék érintkezés intenzifikálása, és a hordozón rögzített biokatalizátor szemcsék egyenletes cirkulációs mozgatása révén ki vannak küszöbölve a hagyományos eljárásoknál fellépő anyagátadási nehézségek. Lényeges előnyt jelent továbbá, hogy — mivel a reakciótér el van a berendezésben választva az intenzív gőz-folyadék érintkeztetés terétől — a katalizátor-szemcsék erős mechanikai igénybevételnek nincsenek kitéve, így a biokatalítikus művelet végrehajtása során nem károsodnak.An essential advantage of the apparatus is that it enables high specific oxygen demand biocatalytic operations in the presence of a solid phase biocatalyst to be maximally exploited in the presence of a solid phase biocatalyst in a way that is economically feasible to maximize the utilization of the solid phase biocatalyst , the advantages mentioned in the introduction, while at the same time intensifying the gas-liquid contact and the smooth circulation of the biocatalyst particles fixed on the support, eliminate the problems of material transfer in conventional processes. It is also a significant advantage that, since the reaction space in the apparatus is separated from the field of intense vapor-liquid contact, the catalyst particles are not subjected to strong mechanical stress and thus are not damaged during the biocatalytic operation.

Befertőződésre különösen érzékeny sejtkultúrák biokatalizátorként történő alkalmazása esetén a berendezés egy előnyösen kialakított változata lehetőséget nyújt a sejtek in situ gélbe zárására, vagyis szilárd szemcsés biokatalizátornak magába a berendezésben történő előállítására, mégpedig az ismert megoldások által nyújtottnál intenzívebben és biztonságosabb körülmények között.When using cell cultures that are particularly susceptible to infection as a biocatalyst, a preferred embodiment of the apparatus offers the possibility of encapsulating the cells in situ, i.e., making the particulate solid biocatalyst within the apparatus under more intense and secure conditions than those known in the art.

További előnyt jelent, hogy inért gáznak (vagy inért gáz és levegő keverékének) a bevezetésével — intenzív elosztásával — lehetőség nyílik káros gáz halmazállapotú melléktermékeknek a fermentor folyadékfázisából történő kiszorítására, mégpedig gazdaságos inért gáz-felhasználás mellett.A further advantage is that the introduction of inert gas (or a mixture of inert gas and air), through its intensive distribution, enables the elimination of harmful gaseous by-products from the liquid phase of the fermentor, while economically using inert gas.

Végül fontos előnyként említjük meg, hogy ha a berendezést egy kaszkádsor egyik tagjaként alkalmazzuk, olyan biokatalítikus műveleteket is nagy hatékonysággal tudtuk végrehajtani, amelyeknél a termék, vagy/és a melléktermékként keletkező gáz (például széndioxid) gátolja a biokatalitikus folyamatot (például fermentációt).Finally, it is an important advantage that, when used as a member of a cascade series, it is also possible to perform highly efficient biocatalytic operations in which the product or / and the by-product gas (e.g. carbon dioxide) inhibits the biocatalytic process (e.g. fermentation).

A találmány természetesen nem koráltozódik a berendezés fentiekben részletesen ismertetett kiviteli alakjaira, hanem az igénypontok által definiált oltalmi körön belül sokféle módon megvalósítható.Of course, the invention is not limited to the embodiments of the apparatus described in detail above, but may be practiced in many ways within the scope of the claims.

Claims (15)

SZABADALMI IGÉNYPONTOKPATENT CLAIMS 1. Berendezés biokatalitikus folyamatok szilárd fázisú biokatalizátor segítségével történő megvaló5 sítására, amely berendezésnek betétcsövet tartalmazó reakciótere, a reakciótérbe a katalizátor, valamint tápfolyadék és gáz betáplálására szolgáló eszköze, valamint a biokatalízis révén kapott termék és a folyamat során kivált gáz kibocsátásáraAn apparatus for carrying out a biocatalytic process by means of a solid phase biocatalyst, the apparatus comprising a reactor space comprising a cartridge tube, a catalyst for feeding the reaction medium, a feed medium and a gas, and a product and biogas produced by the biocatalysis. 10 szolgáló eszköze, továbbá cirkulációs szivattyúja van, azzal jellemezve, hogy két végével a reakciótérbe (15; 75) egymás felett levő helyeken betorkolló cirkulációs vezetéke (50; 85) van, amelynek a reakciótérből (15; 75) az abban kezelt közeg kivezeté15 sére szolgáló kilépőnyílása előtt a szilárd katalizátor-hordozóknak a reakciótérben (15; 75) visszatartására szolgáló szűrőelem (21; 70) helyezkedik el; a recirkulációs szivattyú (38; 86) a cirkulációs vezetékbe (50; 85) van beépítve, amelyet nyomóágra (39;10, and a circulation pump, characterized in that it has at its two ends a circulating line (50; 85) which overlaps the reaction space (15; 75) and out of the reaction space (15; 75) for discharging the medium treated therein. a filter element (21; 70) for retaining solid catalyst supports in the reaction space (15; 75) is provided prior to its outlet; the recirculation pump (38; 86) being integrated in the recirculation line (50; 85) which is connected to a pressure branch (39; 86); 20 88) és szívóágra (37; 87) oszt meg, és a nyomóágba (39; 88) a kezelt közeg áramlásirányát (g) tekintve a szivattyú után előbb egy áramlásgyorsító elem (42; 89) van beépítve, majd egy gázbevezető cső (44; 92) torkollik be; ezt követően pedig a nyomóág (39; 88)88) and divides into a suction branch (37; 87), and a first flow accelerator (42; 89) is installed in the pressure branch (39; 88) after the pump, firstly downstream of the pump and then a gas inlet pipe (44). ; 92) it sticks out; and then the ram (39; 88) 25 diszpergáló elem(ek)et (45,46) tartalmaz (la, 2a. ésThe dispersion element (s) 25 (45,46) comprises (1a, 2a and 3a. ábra).3a. figure). 2. Az 1. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a reakciótérhez (15) felül fázisszétválasztó kamra (18) csatlakozik, amelynek gázkive30 zető csonkja (28, 55) van, és a cirkulációs vezeték (50) szívóága (37) e kamra (18) alsó részéből indulnak ki, ahova a reakciótérben (15) elhelyezkedő betétcső (17) benyúlik (la, 2a. ábra).Apparatus according to claim 1, characterized in that a phase separation chamber (18) having a gas outlet nozzle (28, 55) is connected to the reaction space (15) and the suction branch (37) of the circulating pipe (50) is They start from the lower part of the part (18), where the insert tube (17) located in the reaction space (15) extends (1a, Fig. 2a). 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti berendezés,Apparatus according to claim 1 or 2, 35 azzal jellemezve, hogy a hengeres reakcióteret (15) alul ugyancsak hengeres alátételem (1) zárja le, amelyben a cirkulációs vezeték (50) nyomóágának (39) a betorkolló nyílásához tangenciálisan csatlakozó csatorna (3) van (la. és lb. ábra).35, characterized in that the cylindrical reaction space (15) is closed at the bottom also by a cylindrical support (1), in which the pressure branch (39) of the circulation line (50) has a channel (3) . 4040 4. A 3. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy az alátételem (1) felső felülete (5) a nyomóág (39) betorkolló nyílásának az aljától kiinduló, e nyílás tetejéig terjedő ferde íves —homlokmenetszerű — felületként van kiképezve (la. és lb.Apparatus according to Claim 3, characterized in that the upper surface (5) of the base member (1) is formed as an oblique arc-shaped surface (la. And) extending from the bottom to the top of the opening of the pressure branch (39). lb. 45 ábra).45). 5. A 3. vagy 4. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy az alátételemen (1) kívül szeleppel (13) ellátott, felül pedig a reakciótér (15) felől szürőelemmel (10) takart leeresztő csonk (11) vanApparatus according to claim 3 or 4, characterized in that there is a manifold (11) with a valve (13) on the outside of the base member (1) and with a filter (10) on the top of the reaction space (15). 50 keresztülvezetve, a szürőelem (10) felett pedig a betétcső (17) belsejébe nyúló, felfelé csökkenő keresztmetszetű kúpos áramlásmódosító elem (8) van rögzítve (la. és 2a. ábra).50, a conical flow modifier (8) extending upwardly from the filter element (10) and extending downwardly into the inside of the insert tube (17) (Figs. 1a and 2a). 6. az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti be55 rendezés, azzal jellemezve, hogy a kezelendő folyadéknak a betáplálására szolgáló csonk (48; 95) a cirkulációs vezeték (50; 85) nyomóágába (39; 88) szivattyú (38; 86) és az áramlásgyorsító elem (42; 89) között torkollik be, és a biokatalitikus folyamat6. An arrangement according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the nozzle (48; 95) for supplying the fluid to be treated to the pressure branch (39; 88) of the circulation line (50; 85) and the flow accelerator (42; 89). ) and the biocatalytic process 60 eredményeként nyert termék kibocsátására szolgáló csonk (49; 93) a cirkulációs vezeték (50) szívóágából (37; 87) torkollik ki (la., 2a., 3a. ábra).60, the outlet for the resulting product 60 extends from the suction branch (37; 87) of the circulation line (50) (1a, Figs. 2a, 3a). 7. Az 1-6. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a szilárd biokata65 lizátor-anyagnak a reakciótérbe (15) táplálásához a7. Apparatus according to any one of claims 1 to 3, characterized in that, in order to feed the solid biocatalyst lyser material into the reaction space (15), -9HU 203288Β fázisszétválasztó kamrába (18) torkolló csonkja (52) van (2a. ábra).The 203288Β phase separation chamber (18) has a throat (52) (Fig. 2a). 8. Az 1-6. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a fázisszétválasztó kamrába (18) torkolló, a biokatalizátor-anyagot, például baktériumokat bezáró szólcseppek betáplálására szolgáló cseppképző feje (25) van, amely a szólanyag befogadására keverőeszközt tartalmazó tartállyal (27) áll kapcsolatban (la. ábra).8. Apparatus according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a drop forming head (25) for feeding the droplets of the biocatalyst material, such as bacteria, into the phase separation chamber (18) is connected to the mixing means (1a) for receiving the solids. figure). 9. A 8. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a cseppképző fej (25) és a tartály (27) közé szelep (26) van beiktatva (la. ábra).Apparatus according to claim 8, characterized in that a valve (26) is inserted between the drop forming head (25) and the container (27) (Fig. 1a). 10. a 8. vagy 9. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a cseppképző fejnek (25) a fázisszétválasztó kamra (18) belseje felé irányuló cseppképző elemei vannak (la. és le. ábra).Apparatus according to claim 8 or 9, characterized in that the drop forming head (25) has drop forming elements (Figs. 1a and le) directed towards the inside of the phase separation chamber (18). 11. Az 1-6. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy az alul kúpos, f elül hengeres reakciótérben (75) húzódó betétcső nagyobb átmérőjű (e3) felső hengeres résszel (78) és ahhoz közbenső kúpos résszel (79) csatlakozó kisebb átmérőjű (ei) alsó hengeres résszel (77) rendelkezik; és a berendezésnek lefelé a reakciótér (75) kúpos alsó részének (73) a folytatásába eső kúpos kamrája (63) van, amelyhez a cirkulációs vezeték (85) szívóága (87) csatlakozik; és a cirkulációs veze18 ték (85) nyomóága (88) a betétcső (76) felső hengeres részének (78) az alsó tartományában tangenciálisan van bevezetve, és a szívóágnak (87) a kamrából (63) kitorkolló nyílása előtt szürőelem (70) van elhelyezve (3a., 3b. ábra).11. Apparatus according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the lower conical insertion tube extending in the upper cylindrical reaction space (75) has a larger diameter (e3) upper cylindrical portion (78) and a smaller diameter (ei) lower cylindrical portion connected thereto. (77) has; and the apparatus having a conical chamber (63) extending downwardly from the conical lower part (73) of the reaction space (75) to which the suction branch (87) of the circulating line (85) is connected; and a pressure branch (88) of the circulation conduit (85) is tangentially inserted in the lower region of the upper cylindrical portion (78) of the liner (76) and a filter member (70) is provided in front of the suction branch (87) extending from the chamber (63). (Figures 3a, 3b). 12. A 11. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a kúpos kamrát (63) alul határoló falon segédgázáram betápláló fúvóka (71)van átvezetve, amely a betétcsőnek (76) a kamrává (63) nyúló alsó hengeres részének (77) a nyílása felé irányul (3a. ábra).Apparatus according to claim 11, characterized in that the auxiliary gas flow supply nozzle (71) is passed through a wall defining a conical chamber (63) which is connected to the lower cylindrical portion (77) of the insert tube (76) extending into the chamber (63). (Fig. 3a). 13. Az 1-12. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a cirkulációs vezeték (50; 85) nyomóágának (39; 88) a hosszúsága többszörösen meghaladja a szívóág (37; 88) hosszúságát.13. Apparatus according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the length of the pressure branch (39; 88) of the circulation line (50; 85) is several times greater than the length of the suction branch (37; 88). 14. Az 1-13. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy konfuzorral (45b), diffúzorral (45c) és ezeket összekötő réssel (45a) rendelkező gázdiszpergáló eleme(i) (45) van(nak)(ld.ábra).14. Apparatus according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it has a gas dispersing element (45) having a confuser (45b), a diffuser (45c) and a connecting gap (45a) therein (see Figure). 15. Az 1-14. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy rúddal (46a) és azt körülfogó spirális taggal (46b) rendelkező diszpergáló eleme(i) (46) van(nak) (le. ábra).15. Apparatus according to any one of claims 1 to 5, characterized in that it has a dispersing element (46) having a rod (46a) and a spiral member (46b) surrounding it (Fig. 1b).
HU891631A 1989-04-01 1989-04-01 Apparatus for carrying out biocatalytic processes by means of biocatalyzer of solid phase HU203288B (en)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
HU891631A HU203288B (en) 1989-04-01 1989-04-01 Apparatus for carrying out biocatalytic processes by means of biocatalyzer of solid phase
FR909004107A FR2645170B1 (en) 1989-04-01 1990-03-30 APPARATUS FOR IMPLEMENTING BIOCATALYTIC PROCESSES IN THE PRESENCE OF SOLID-PHASE BIOCATALYSTS
GB9007142A GB2229649B (en) 1989-04-01 1990-03-30 Apparatus for the realization of biocatalytic processes with solid-phase biocatalyst
IT19908A IT1240731B (en) 1989-04-01 1990-04-02 EQUIPMENT FOR THE REALIZATION OF BIOCATALYTIC PROCESSES WITH SOLID PHASE BIOCATALYST
DE4010587A DE4010587A1 (en) 1989-04-01 1990-04-02 SYSTEM FOR IMPLEMENTING BIOCATALYTIC PROCESSES WITH THE AID OF BIOCATALYSTS SOLID PHASE
JP2088101A JPH0343070A (en) 1989-04-01 1990-04-02 Apparatus for practicing biocatalytic process accompanying solid phase biocatalyst

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
HU891631A HU203288B (en) 1989-04-01 1989-04-01 Apparatus for carrying out biocatalytic processes by means of biocatalyzer of solid phase

Publications (2)

Publication Number Publication Date
HUT53558A HUT53558A (en) 1990-11-28
HU203288B true HU203288B (en) 1991-07-29

Family

ID=10955421

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
HU891631A HU203288B (en) 1989-04-01 1989-04-01 Apparatus for carrying out biocatalytic processes by means of biocatalyzer of solid phase

Country Status (6)

Country Link
JP (1) JPH0343070A (en)
DE (1) DE4010587A1 (en)
FR (1) FR2645170B1 (en)
GB (1) GB2229649B (en)
HU (1) HU203288B (en)
IT (1) IT1240731B (en)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT394576B (en) * 1991-01-16 1992-05-11 Vogelbusch Gmbh REACTOR FOR CARRYING OUT BIOLOGICAL REACTIONS BY MEANS OF BIOCATALYSTS
US6808075B2 (en) 2002-04-17 2004-10-26 Cytonome, Inc. Method and apparatus for sorting particles
US9943847B2 (en) 2002-04-17 2018-04-17 Cytonome/St, Llc Microfluidic system including a bubble valve for regulating fluid flow through a microchannel
US6976590B2 (en) 2002-06-24 2005-12-20 Cytonome, Inc. Method and apparatus for sorting particles
JP2005538727A (en) * 2002-09-16 2005-12-22 サイトノーム インコーポレーテッド Method and apparatus for classifying particles
US9260693B2 (en) 2004-12-03 2016-02-16 Cytonome/St, Llc Actuation of parallel microfluidic arrays
CN102796655A (en) * 2012-09-07 2012-11-28 林艳 Air-compression-free aerobic fermentation tank
ITUB20153722A1 (en) * 2015-09-18 2017-03-18 Eni Spa Reaction device with internal Air-Lift type circulation and fermentation process using said device

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3247214A1 (en) * 1982-12-18 1984-06-20 Hoechst Ag, 6230 Frankfurt REACTIONS WITH IMMOBILIZED BIO CATALYSTS

Also Published As

Publication number Publication date
IT9019908A0 (en) 1990-04-02
FR2645170A1 (en) 1990-10-05
HUT53558A (en) 1990-11-28
JPH0343070A (en) 1991-02-25
DE4010587A1 (en) 1990-10-04
IT9019908A1 (en) 1991-10-02
FR2645170B1 (en) 1993-01-22
GB2229649B (en) 1993-10-06
GB9007142D0 (en) 1990-05-30
GB2229649A (en) 1990-10-03
IT1240731B (en) 1993-12-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5342781A (en) External-loop perfusion air-lift bioreactor
US4906577A (en) Cell culture bioreactor
Nagashima et al. Continuous ethanol fermentation using immobilized yeast cells
EP1451290B1 (en) A unit and a process for carrying out high cell density fermentation
US4978616A (en) Fluidized cell cultivation process
EP0422149B1 (en) Static oxygenator for suspension culture of animal cells
AU2002333739A1 (en) A unit and a process for carrying out high cell density fermentation
KR20000022975A (en) Two stage reactor for continuous three phase slurry hydrogenation and method of operation
IL104385A (en) Method and apparatus for growing biomass particles
HU203288B (en) Apparatus for carrying out biocatalytic processes by means of biocatalyzer of solid phase
WO1986005202A1 (en) Fluidized bioreactor and cell cultivation process
US20100291621A1 (en) Anaerobic process
US4643972A (en) Method and apparatus for multiphase contacting between gas, solid and liquid phases
CN1301151C (en) Outside circulation gas lift type membrane reactor
US7198941B2 (en) Porous vessel bioreactor
JP2775161B2 (en) Liquid flow biochemical reactor
EP0099634B1 (en) Reactor apparatus for multiphase contacting
WO1992001779A1 (en) Fermentation vessel
CH688553A5 (en) Continuous culture of aerobic microorganisms at high cell density
CZ162490A3 (en) Apparatus for carrying out a biocatalytic process with a biocatalyst in solid phase
US4093518A (en) Stirred gas bubble fermenter
JPS63313576A (en) Tubular bio-reactor
JPH0928371A (en) Fixed bed lifting type reactor for culturing
EP0510010A1 (en) Process for effecting a chemical, biochemical or biological reaction or production and a reactor for performing the said process
KR20020017712A (en) Externally circulated air-lift bioreactor

Legal Events

Date Code Title Description
HPC4 Succession in title of patentee

Owner name: REANAL FINOMVEGYSZERGYAR, HU

HMM4 Cancellation of final prot. due to non-payment of fee