Die vorliegende Erfindung betrifft einen Apparat für die aerobe Züchtung von Mikroorganismen, der in einem zylindrischen Behälter Ejektoren zum Durchmischen der Kulturflüssigkeit und zum Dispergieren von Sauerstoff oder einem sauerstoffhaltigen Gas in der Kulturflüssigkeit und einen Diffusor zur Erzeugung einer gerichteten Bewegung der Kulturflüssigkeit aufweist.
Neben der mikrobiologischen Industrie kann die vorliegende Erfindung auch in der Nahrungsmittel - sowie in der pharmazeutischen Industrie, bei der Herstellung von Fermentpräparaten, Antibiotika und bei der Herstellung von anderen ähnlichen Produkten angewendet werden.
Ausserdem kann sie in der chemischen, erdölchemischen, Lack- und Farbenindustrie bei der Durchführung von Stoffaustauschprozessen sowie auch beim Betrieb von Reinigungsanlagen ihre Anwendung finden.
Es ist ein Apparat für die Züchtung von Mikroorganismen bekannt, der Ejektoren zum Dispergieren und Vermischen der Kulturflüssigkeit und des belüftenden Mittels enthält, welche in einem Behälter angebracht sind, der einen Diffusor zu einer gerichteten Bewegung der Kulturflüssigkeit aufweist.
Um die Kulturflüssigkeit in diesem Apparat mit Sauerstoff anzureichern, wird diese aus dem Apparat durch Rohrleitungen abgeleitet und mittels Pumpen den ortsfest angeordneten Ejektoren zugeführt, in deren Mischkammern diese Flüssigkeit mit dem durch die Gasleitung zugeführten belüftenden Mittel, welches Sauerstoff, wie beispielsweise Luft, enthält, in Berührung kommt. Die Mischkammern der Ejektoren sind durch die Seitenwand mit dem Apparat derart verbunden, dass die mit Sauerstoff angereicherte Kulturflüssigkeit den Apparat berührend zugeführt wird, indem sie sich im Volumen des Apparates mittels einer mechanischen Mischvorrichtung oder durch die Selbstdrehung des Strahls um die Symmetrieachse des zylindrischen Apparates verteilt.
Die Selbstdrehung des Strahls der Kulturflüssigkeit mit Gas um den glatte Wände aufweisenden Diffusor kann jedoch die Flüssigkeit gleichmässig nicht durchmischen, weil bei der Bewegung des Strahls durch die Flüssigkeit durch die Turbulenz der Strömung ein sprunghafter Abfall der Energie des Strahls eintritt.
Zur Erzeugung einer gerichteten Bewegung der mit Gas vermischten Flüssigkeit, welche aus den Ejektoren zugeführt wird, ist im Apparat ein senkrecht angeordneter und mit glatten Wänden versehener zylindrischer Diffusor vorgesehen, über dessen Aussenfläche die belüftete Kulturflüssigkeit, welche ein geringeres spezifisches Gewicht aufweist, emporsteigt.
Das verbrauchte belüftende Mittel wird von der Flüssigkeit im oberen Teil des Apparates getrennt, und die entgaste Flüssigkeit, die ein grösseres spezifisches Gewicht aufweist, wird über den inneren Teil des Diffusors nach unten bewegt, und von dort erneut für eine wiederholte Zuführung in die Ejektoren entnommen.
Die in dem genannten Apparat ortsfest angeordneten Ejektoren bestimmen die Einführung der belüfteten Flüssigkeit an einer Stelle des Apparates, an welcher der Injektor angebracht ist, indem sie dadurch einen scharf ausgeprägten Gradienten der Konzentrationen von dem in der Flüssigkeit aufgelösten Sauerstoff in bezug auuf das Volumen des Apparates schaffen.
Eine kontinuierliche aufeinanderfolgende Entnahme der entgasten Flüssigkeit durch die Pumpe aus dem Apparat und die anschliessende Zuführung derselben in die Ejektoren beeinflussen ungünstig die Mikroorganismen, weil sie durch ein sauerstoffioses Medium befördert werden, wobei gleichzeitig eine lokale Störung einer Reihe von bestimmenden Parametern, wie Temperatur, pH-Wert (Konzentration von Wasserstoffionen) stattfindet.
Man muss besonders darauf hinweisen, dass bei der Verwendung von Pumpen für die Zuführung der Kulturflüssigkeit zu den Ejektoren, welche Flüssigkeit infolge eines spezifischen Charakters des Prozesses der Züchtung von Mikroorganismen immer eine bestimmte Schaummenge enthält, beim Betrieb der Pumpen Stockungen eintreten. Es handelt sich dabei um eine pulsierende Zuführung der flüssigen Phase, die eine Senkung der allgemeinen Wirksamkeit des Betriebes der Ejektoren zur Folge hat.
Das Vorhandensein von Rohrleitungen, die zu den Pumpen für die Kulturflüssigkeit führen, verursacht beim Transport der Flüssigkeit zu den Pumpen die Schaffung von ungünstigen Zonen mit einem sauerstoffarmen Medium und mit nicht regelbaren pH-Werten sowie Temperaturen für die zu züchtenden Mikroorganismen, wobei der Metallbedarf für den Bau des Apparates vergrössert wird.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Beseitigung der genannten Nachteile.
Der Erfindung wurde die Aufgabe zugrunde gelegt, einen Apparat zu schaffen, der unter Anwendung eines hohen Grades der Stoffübertragung, für welchen Ejektoren sorgen, es gestattet, im gesamten Volumen des Apparates eine hohe Konzentration des in der Kulturflüssigkeit aufgelösten Sauerstoffes zu erzielen, sowie es ermöglicht, die Kulturflüssigkeit sogar für eine kurze Zeit aus dem Apparat nicht hinauszuführen, die Konstruktion zu vereinfachen und bei demselben Energieaufwand die wirksame Leistungsaufnahme bei einer allgemeinen Erhöhung der Produktivität und der Senkung des Metallteils der Konstruktion zu erhöhen.
Der erfindungsgemässe Apparat ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ejektoren in horizontaler Ebene drehbar ausgeführt sind. Hierdurch wird ermöglicht, die mit Sauerstoff angereicherte Kulturflüssigkeit im gesamten Volumen den Ejektoren einzuführen, und anschliessend den aufgelösten Sauerstoff bei der senkrechten Steigung der belüfteten Flüssigkeit gleichmässig durchzumischen.
Der Apparat kann zum Drehen der Ejektoren einen Drehholkörper aufweisen, der im Behälter unterhalb des Diffusors angeordnet wird.
Es ist zweckmässig, wenn der Drehhohlkörper einen zylindrischen Abschnitt für die Entnahme der Kulturflüssigkeit, der in bezug auf den Diffusor mit einem Spalt konzentrisch angeordnet ist, sowie einen diesem Abschnitt zugeordneten Abschnitt für die Zuführung der Kulturflüssigkeit zu den Enjektoren enthält, der in Form eines Ringes ausgebildet ist, in dessen Seitenfäche Ejektoren eingebaut sind, deren Mischkammer entgegengesetzt der Drehrichtung ausgerichtet ist, wodurch eine aufsteigende Strömung erzeugt wird, die in bezug auf den gesamten peripheren Querschnitt des Apparates mit Sauerstoff der Kulturflüssigkeit angereichert ist.
Die Ejektoren können in die Seitenfläche des Rings unter einem Winkel oder tangential in bezug auf diese in der Drehungsebene der Ejektoren eingebaut werden, indem sie optimale Voraussetzungen für die Bildung und das Ausfliessen des Gas- und Flüssigkeits-Strahls aus den Ejektoren schaffen.
Die Mischkammer kann in Richtung des Berührungsbogens in bezug auf die Aussenfläche des Rings in der Drehungsebene der Ejektoren ausgebildet werden, wodurch eine Vergrösserung der Länge der Kammer ermöglicht wird.
Der Abschnitt für die Zuführung der Kulturflüssigkeit zu den Ejektoren kann zweckmässigerweise mit rechtwinkligen, schachtelförmig ausgebildeten Schaufeln versehen werden, deren Aussenseite die Kulturflüssigkeit in die Ejektoren leitet, während der Innenraum zum Zuführen des belüftenden Mittels, z.B. Luft, dient.
Durch die genannten Schaufeln wird die gesamte Flüssigkeit mittels des zentrifugalen Effektes aus dem Abschnitt für die Entnahme der Kulturflüssigkeit den Ejektoren zugeführt, wobei dadurch ein konstanter Stau der Flüssigkeit vor dem Ejektor erzeugt wird; dabei werden die Gasblasen durch die Differenz der Dichte in bezug auf die monolithische Flüssigkeit zum Zentrum des Drehhohlkörpers geführt und von da aus durch Selbstauftauchen entfernt. Auf diese Weise wird den Ejektoren praktisch eine monolithische Kulturflüssigkeit zugeführt, wodurch die Wirksamkeit des Betriebes des Apparates erhöht wird.
Der Apparat kann auch mit senkrecht angeordneten Platten versehen werden, die den Querschnitt des Apparates von der Innenfläche des Behälters bis zur Aussenfläche des Diffusors zur Beschleunigung des Heraustretens des belüftenden Mittels, z.B. Luft trennen, was die Triebkraft der Sorption von Sauerstoff durch die Kulturflüssigkeit erhöht und einen wirksamen Abfluss vom verbrauchten sauerstoffarmen Gas gewährleistet.
Ausserdem kann der erfindungsgemässe Apparat mit senkrecht angeordneten Platten versehen werden, die den Raum des Diffusors unterteilen, um dadurch das Entstehen eines Einsaugstrudels der Kulturflüssigkeit am Abschnitt für die Entnahme der Kulturflüssigkeit zu verhindern und die Schaffung einer monolithischen Flüssigkeit zu erzielen.
Die genannten Platten erhöhen den Grad der Einheitlichkeit der Flüssigkeit sowie erleichtern die Separation und die Selbstflotation der Gasblasen aus dem Diffusor.
Bei der Verwendung der Apparate von einem grösseren Volumen kann der Abschnitt für die Entnahme der Kulturflüssigkeit zweckmässig in zwei Zonen eingeteilt werden, die in bezug auf die Drehungsachse der Ejektoren symmetrisch angeordnet sind. Dadurch wird eine beiderseitige Entnahme der Kulturflüssigkeit gewährleistet und notwendigenfalls die Geschwindigkeit des Umlaufes der Kulturflüssigkeit erhöht.
Im folgenden wird die vorliegende Erfindung durch eine eingehende Beschreibung eines konkreten Ausführungsbeispiels und beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Gesamtansicht des erfindungsgemässen Apparates;
Fig. 2 Schnitt nach Linie II-II in Fig. 1.
Der erfindungsgemässe Apparat für die Züchtung von Mikroorganismen stellt einen Behälter 1 (Fig. 1) für die Kulturflüssigkeit dar, der eine zylindrische Form aufweist und mit einem Flachboden 2 und einem Deckel 3 versehen ist.
Im Behälter 1 sind Ejektoren 4 (Fig. 2) zum Dispergieren und zum Durchmischen der Kulturflüssigkeit und des belüftenden Mittels, z.B. Luft untergebracht. Ausserdem ist im Behälter ein Diffusor 5 (Fig. 1) zur Erzeugung einer gerichteten Bewegung der Kulturflüssigkeit vorgesehen, der ortfest befestigt ist.
Für die Zuführung der Bestandteile der Kulturflüssigkeit und des belüftenden Mittels in den Apparat sind im Deckel 3 des Apparates entsprechende Stutzen 6 bzw. 7 vorhanden.
Zur Abführung der Kulturflüssigkeit aus dem Apparat dient eine Überlaufvorrichtung 8, die mit dem Behälter 1 im unteren Teil des Apparates in Verbindung steht.
Die Überwachung und die Regelung der technologischen Parameter (t", pH-Wert usw.) werden durch Stutzen 9, die an der Seitenfläche des Behälters 1 vorgesehen sind, mittels entsprechender Einrichtungen vorgenommen.
Zur Regelung der Temperatur der Kulturflüssigkeit ist der Apparat mit einem Wärmeaustauscher 10 versehen.
Die Ableitung des verbrauchten Gases wird durch einen Stutzen 11 vorgenommen, der im Deckel 3 des Apparates angeordnet ist.
Das belüftende Mittel wird den Ejektoren 4 durch eine Leitung 12 zugeführt.
Die Ejektoren 4 sind drehbar ausgeführt. Zu diesem Zweck besitzen sie eine Einrichtung zum Drehen, die als ein im Behälter 1 angeordneter Drehhohlkörper 13 ausgebildet ist. Der Drehhohlkörper 13 weist einen zylindrischen Abschnitt 14 für die Entnahme der Kulturflüssigkeit sowie einen in Form eines Ringes ausgeführten Abschnitt 15 für die Zuführung der Flüssigkeit zu den Ejektoren auf.
Der Abschnitt 14 für die Entnahme der Kulturflüssigkeit ist in bezug auf den Diffusor 5 konzentrisch unter Belassung eines Spaltes angeordnet, was es ermöglicht, grössere hydrodynamische Widerstände beim Umlauf der Flüssigkeit in vertikaler Ebene auszuschliessen.
Die Ejektoren 4 sind in der Seitenfläche des Abschnittes 15 für die Zuführung der Kulturflüssigkeit eingebaut, wobei die Mischkammern 16 (Fig. 2) der Ejektoren entgegengesetzt der Drehungsrichtung der Ejektoren ausgerichtet sind. Die Ejektoren können tangential in bezug auf die Seitenfläche des Abschnittes für die Zuführung der Kulturflüssigkeit oder unter einem Winkel zu dieser Seitenfläche eingebaut werden, was die Schaffung von optimalen Bedingungen für die Ausströmung des Gas- und Flüssigkeitsstrahles aus den Ejektoren ermöglicht.
Die Mischkammer 16 der Ejektoren ist in Richtung des Berührungsbogens in bezug auf die Aussenfläche vom Ring in der Drehungsebene der Ejektoren ausgebildet, wodurch eine Vergrösserung der geometrischen Länge der Kammer ohne die Vergrösserung des gesamten geometrischen Widerstandes möglich wird.
Der Abschnitt 15 für die Zuführung der Flüssigkeit zu den Ejektoren weist rechtwinklige, schachtelförmig ausgebildete Schaufeln 17 auf, deren Aussenseite 18 die Kulturflüssigkeit in die Ejektoren leitet, während der Innenraum 19 zum Zuführen des belüftenden Mittels in die Mischkammer 16 dient.
Durch die Schaufeln 17 wird die gesamte Flüssigkeit mittels des zentrifugalen Effektes aus dem Abschnitt 14 für die Entnahme der Kulturflüssigkeit den Ejektoren zugeführt, wodurch ein konstanter Stau der Flüssigkeit vor dem Ejektor erzeugt wird, wobei die in der Flüssigkeit enthaltenden Gasblasen durch die Differenz der Dichte in bezug auf die monolithische Flüssigkeit zum Zentrum des Drehungshohlkörpers geführt und von da aus durch Selbstauftauchen entfernt werden. Auf diese Weise gelangt zu den Ejektoren praktisch eine monolithische Kulturflüssigkeit, wodurch die Wirksamkeit des Betriebes der Ejektoren erhöht wird.
Zwischen der Innenfläche 20 des Behälters 1 und der Aussenfläche 21 des Diffusors 5 sind senkrecht angeordnete Platten 22 angebracht, die den Querschnitt des Apparates unterteilen und zur Beschleunigung des Heraustretens des Sauerstoff enthaltenden, belüftenden Mittels dienen, was die Triebkraft der Sorption des in der Kulturflüssigkeit enthaltenen Sauerstoffes durch den Betrieb nach dem Prinzip einer vollständigen Verdrängung in bezug auf Gas erhöht und einen wirksamen Abfluss vom verbrauchten sauerstoffarmen Gas gewährleistet.
Im Raum des Diffusors 5 sind senkrecht angeordnete Platten 23 vorgesehen, die den Innenraumdurchmesser des Diffusors unterteilen und das Entstehen eines Einsaugstrudels von der Kulturflüssigkeit und dem belüftenden Mittel am Abschnitt für die Entnahme der Kulturflüssigkeit und des belüftenden Mittels verhindern, dadurch den Grad der Einheitlichkeit der Flüssigkeit erhöhen und die Separation sowie das Selbstauftauchen der Gasblasen aus dem Diffusor erleichtern.
Der Abschnitt 14 für die Entnahme der Kulturflüssigkeit kann in zwei Zonen eingeleitelt werden, die symmetrisch in bezug auf die Drehungsachse der Ejektoren angeordnet sind.
Eine solche konstruktive Besonderheit des Apparates gewährleistet eine beiderseitige Entnahme der Kulturflüssigkeit und wird in den Apparaten von einem grösseren Volumen verwendet.
Der Apparat hat folgende Arbeitsweise.
Durch den Stutzen 6 wird der Behälter 1 mit Bestandteilen der Kulturflüssigkeit bis zur Hälfte des Volumens des Apparates gefüllt, wonach die Saatmasse von Mikroorganismen eingegeben und der Antrieb zum Drehen der Ejektoren 4 eingeschaltet werden. Dabei wird die Kulturflüssigkeit durch die mittels der Schaufeln 17 erzeugte zentrifugale Kraft durch den Stutzen 4 der Mischkammer 16 zugeführt, in der ein gewisser Unterdruck in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit des Antriebes entsteht. Durch Erzeugung des Unterdrucks in der Mischkammer 16 strömt durch den Innenraum 19, die Leitung 12 und den Stutzen 7 der Mischkammer 16 das belüftende Mittel.
In der Mischkammer 16 tritt infolge einer hohen Dispersität der Phasen Flüssigkeit- Gas > die Sättigung der Kul turflüssigkeit mit Sauerstoff aus dem belüftenden Mittel ein.
Die mit Sauerstoff gesättigte Kulturflüssigkeit steigt über den gesamten Querschnitt zwischen der Aussenfläche 21 des Diffusors 5 und der Innenfläche 20 des Behälters 1 empor, indem sie aufeinanderfolgend die Sektionen des Wärmeaustauschers 10 passiert. Wenn die mit Gas gesättigte Kulturflüssigkeit die Platten 22 erreicht, vergrössern sich die Gasblasen, was eine Beschleunigung der Flotation derselben aus der Kulturflüssigkeit zur Folge hat, wodurch die Triebkraft des Stoffaustauschprozesses, d.h. der Auflösung des Sauerstoffes in flüssiger Phase erhöht wird. Das verbrauchte belüftende Mittel wird durch den Stutzen 11 entfernt.
Die an dem belüftenden Mittel verarmte Kulturflüssigkeit gelangt in den Innenraum des Diffusors 5 und bewegt sich über dessen Querschnitt als eine absteigende Strömung zu dem Abschnitt 14 für die Entnahme der Kulturflüssigkeit.
Der dabei entstehende Einsaugstrudel wird durch die Scheidewände 23 beseitigt. Nachdem man die Überlaufvorrichtung 8 für eine kontinuierliche Entnahme der Kulturflüssigkeit auf einem bestimmten Niveau angeordnet und eine kontinuierliche Zuführung der Bestandteile der Kulturflüssigkeit gewährleistet hat, führt man einen kontinuierlichen Prozess der Züchtung von Mikroorganismen nach der Ansammlung derselben bis zur vorgegebenen Konzentration durch. Der Prozess der Ansammlung von Mikroorganismen wird nach dem oben beschriebenen Schema ohne die Entnahme der Kul turflüssigkeit und die Zuführuung der Bestandteile der Kul turflüssigkeit durchgeführt.
The present invention relates to an apparatus for the aerobic cultivation of microorganisms, which has ejectors in a cylindrical container for mixing the culture liquid and for dispersing oxygen or an oxygen-containing gas in the culture liquid and a diffuser for generating a directed movement of the culture liquid.
In addition to the microbiological industry, the present invention can also be used in the food and pharmaceutical industries, in the manufacture of fermented preparations, antibiotics and in the manufacture of other similar products.
It can also be used in the chemical, petrochemical, lacquer and paint industries when carrying out mass transfer processes and also when operating cleaning systems.
An apparatus for culturing microorganisms is known which includes ejectors for dispersing and mixing the culture liquid and the aerating agent, which are mounted in a container having a diffuser for directionally moving the culture liquid.
In order to enrich the culture liquid in this apparatus with oxygen, it is diverted from the apparatus through pipelines and fed by pumps to the stationary ejectors, in the mixing chambers of which this liquid is mixed with the ventilating agent supplied through the gas line, which contains oxygen, such as air, comes into contact. The mixing chambers of the ejectors are connected to the apparatus by the side wall in such a way that the oxygen-enriched culture liquid is supplied to the apparatus in a touching manner by being distributed in the volume of the apparatus by means of a mechanical mixing device or by the self-rotation of the jet around the axis of symmetry of the cylindrical apparatus .
The self-rotation of the jet of culture liquid with gas around the smooth-walled diffuser cannot mix the liquid evenly, because when the jet moves through the liquid, the turbulence of the flow causes a sudden drop in the energy of the jet.
To generate a directed movement of the liquid mixed with gas, which is fed from the ejectors, a vertically arranged and smooth-walled cylindrical diffuser is provided in the apparatus, over the outer surface of which the aerated culture liquid, which has a lower specific weight, rises.
The used aerating agent is separated from the liquid in the upper part of the apparatus, and the degassed liquid, which has a greater specific gravity, is moved downwards over the inner part of the diffuser, and from there again withdrawn for repeated feeding into the ejectors .
The ejectors fixedly arranged in the mentioned apparatus determine the introduction of the aerated liquid at a point of the apparatus at which the injector is attached by creating a sharply pronounced gradient of the concentrations of the oxygen dissolved in the liquid in relation to the volume of the apparatus create.
Continuous, successive removal of the degassed liquid from the apparatus by the pump and the subsequent feeding of the same into the ejectors have an unfavorable effect on the microorganisms because they are transported through an oxygen-free medium, while at the same time a local disturbance of a number of determining parameters, such as temperature, pH Value (concentration of hydrogen ions) takes place.
It is particularly important to point out that when pumps are used to supply the culture liquid to the ejectors, which liquid always contains a certain amount of foam due to the specific nature of the process of cultivating microorganisms, the pumps stop working. This is a pulsating supply of the liquid phase, which results in a reduction in the general effectiveness of the operation of the ejectors.
The presence of pipelines leading to the pumps for the culture liquid causes the creation of unfavorable zones with an oxygen-poor medium and with non-adjustable pH values and temperatures for the microorganisms to be cultivated, whereby the metal requirement for the construction of the apparatus is enlarged.
The purpose of the present invention is to eliminate the disadvantages mentioned.
The invention was based on the object of creating an apparatus which, using a high degree of mass transfer provided by ejectors, enables a high concentration of the oxygen dissolved in the culture fluid to be achieved in the entire volume of the apparatus not to drain the culture liquid out of the apparatus even for a short time, to simplify the construction and, with the same expenditure of energy, to increase the effective power consumption with a general increase in productivity and a reduction in the metal part of the construction.
The apparatus according to the invention is characterized in that the ejectors are designed to be rotatable in the horizontal plane. This enables the culture liquid enriched with oxygen to be introduced into the ejectors in the entire volume, and then to mix the dissolved oxygen evenly with the vertical slope of the aerated liquid.
For rotating the ejectors, the apparatus can have a rotating hollow body which is arranged in the container below the diffuser.
It is useful if the rotating hollow body contains a cylindrical section for the removal of the culture liquid, which is arranged concentrically with respect to the diffuser with a gap, and a section assigned to this section for the supply of the culture liquid to the injectors, which is in the form of a ring is formed, in the side surface of which ejectors are installed, the mixing chamber of which is oriented opposite to the direction of rotation, whereby an ascending flow is generated which is enriched with oxygen of the culture liquid with respect to the entire peripheral cross section of the apparatus.
The ejectors can be installed in the side surface of the ring at an angle or tangentially with respect to this in the plane of rotation of the ejectors, in that they create optimal conditions for the formation and the outflow of the gas and liquid jet from the ejectors.
The mixing chamber can be formed in the direction of the contact arc with respect to the outer surface of the ring in the plane of rotation of the ejectors, which enables the length of the chamber to be increased.
The section for the supply of the culture liquid to the ejectors can expediently be provided with right-angled, box-shaped blades, the outside of which guides the culture liquid into the ejectors, while the inner space for supplying the aerating agent, e.g. Air, serves.
By means of the said blades, the entire liquid is fed to the ejectors by means of the centrifugal effect from the section for the removal of the culture liquid, whereby a constant accumulation of the liquid in front of the ejector is generated; The gas bubbles are guided to the center of the rotating hollow body due to the difference in density in relation to the monolithic liquid and removed from there by self-emergence. In this way a monolithic culture liquid is practically supplied to the ejectors, whereby the efficiency of the operation of the apparatus is increased.
The apparatus can also be provided with vertically arranged plates which extend the cross-section of the apparatus from the inner surface of the container to the outer surface of the diffuser in order to accelerate the emergence of the aerating agent, e.g. Separate air, which increases the driving force of the sorption of oxygen by the culture fluid and ensures an efficient drainage of the used oxygen-poor gas.
In addition, the apparatus according to the invention can be provided with vertically arranged plates which subdivide the space of the diffuser in order to prevent the creation of a suction vortex of the culture liquid at the section for the removal of the culture liquid and to achieve the creation of a monolithic liquid.
The said plates increase the degree of uniformity of the liquid and facilitate the separation and self-flotation of the gas bubbles from the diffuser.
When using the apparatus with a larger volume, the section for the removal of the culture liquid can expediently be divided into two zones which are arranged symmetrically with respect to the axis of rotation of the ejectors. This ensures that the culture liquid is removed from both sides and, if necessary, increases the speed of the circulation of the culture liquid.
In the following, the present invention is explained by means of a detailed description of a specific exemplary embodiment and the accompanying drawings. Show it:
1 shows a schematic representation of the overall view of the apparatus according to the invention;
FIG. 2 section along line II-II in FIG. 1.
The apparatus according to the invention for the cultivation of microorganisms represents a container 1 (FIG. 1) for the culture liquid, which has a cylindrical shape and is provided with a flat bottom 2 and a lid 3.
In the container 1 there are ejectors 4 (Fig. 2) for dispersing and mixing the culture liquid and the aerating agent, e.g. Air housed. In addition, a diffuser 5 (Fig. 1) for generating a directed movement of the culture liquid is provided in the container, which is fixed in place.
Appropriate nozzles 6 and 7 are provided in the cover 3 of the apparatus for feeding the components of the culture liquid and the aerating agent into the apparatus.
An overflow device 8, which is connected to the container 1 in the lower part of the apparatus, is used to discharge the culture liquid from the apparatus.
The monitoring and regulation of the technological parameters (t ″, pH value, etc.) are carried out through nozzles 9, which are provided on the side surface of the container 1, by means of appropriate devices.
The apparatus is provided with a heat exchanger 10 to regulate the temperature of the culture liquid.
The discharge of the used gas is made through a nozzle 11 which is arranged in the cover 3 of the apparatus.
The aerating agent is fed to the ejectors 4 through a line 12.
The ejectors 4 are designed to be rotatable. For this purpose, they have a device for rotating, which is designed as a rotating hollow body 13 arranged in the container 1. The rotating hollow body 13 has a cylindrical section 14 for the removal of the culture liquid and a section 15 in the form of a ring for the supply of the liquid to the ejectors.
The section 14 for the removal of the culture liquid is arranged concentrically with respect to the diffuser 5, leaving a gap, which makes it possible to exclude larger hydrodynamic resistances when the liquid circulates in the vertical plane.
The ejectors 4 are built into the side surface of the section 15 for the supply of the culture liquid, the mixing chambers 16 (FIG. 2) of the ejectors being oriented opposite to the direction of rotation of the ejectors. The ejectors can be installed tangentially with respect to the side surface of the section for the supply of the culture liquid or at an angle to this side surface, which enables the creation of optimal conditions for the outflow of the gas and liquid jet from the ejectors.
The mixing chamber 16 of the ejectors is formed in the direction of the contact arc with respect to the outer surface of the ring in the plane of rotation of the ejectors, which makes it possible to increase the geometric length of the chamber without increasing the overall geometric resistance.
The section 15 for supplying the liquid to the ejectors has right-angled, box-shaped blades 17, the outside 18 of which guides the culture liquid into the ejectors, while the interior 19 is used to supply the aerating agent into the mixing chamber 16.
The entire liquid is fed to the ejectors through the blades 17 by means of the centrifugal effect from the section 14 for the removal of the culture liquid, whereby a constant stagnation of the liquid is generated in front of the ejector, the gas bubbles contained in the liquid being caused by the difference in density in with respect to the monolithic liquid to the center of the rotating hollow body and removed from there by self-emergence. In this way, practically a monolithic culture liquid reaches the ejectors, which increases the effectiveness of the operation of the ejectors.
Between the inner surface 20 of the container 1 and the outer surface 21 of the diffuser 5, vertically arranged plates 22 are attached, which subdivide the cross section of the apparatus and serve to accelerate the emergence of the oxygen-containing aerating agent, which is the driving force of the sorption of that contained in the culture liquid Oxygen increased by operating on the principle of a complete displacement with respect to gas and ensures an effective discharge of the used oxygen-poor gas.
In the space of the diffuser 5, vertically arranged plates 23 are provided, which subdivide the interior diameter of the diffuser and prevent the creation of a suction vortex of the culture liquid and the aerating agent at the section for the removal of the culture liquid and the aerating agent, thereby the degree of uniformity of the liquid increase and facilitate the separation and self-emergence of the gas bubbles from the diffuser.
The section 14 for the removal of the culture liquid can be introduced into two zones which are arranged symmetrically with respect to the axis of rotation of the ejectors.
Such a special design feature of the apparatus ensures that the culture liquid can be drawn from both sides and is used in the apparatus from a larger volume.
The apparatus works as follows.
Through the nozzle 6, the container 1 is filled with constituents of the culture liquid up to half the volume of the apparatus, after which the seed mass of microorganisms is entered and the drive for rotating the ejectors 4 is switched on. The culture liquid is fed by the centrifugal force generated by the blades 17 through the nozzle 4 of the mixing chamber 16, in which a certain negative pressure is created depending on the rotational speed of the drive. By generating the negative pressure in the mixing chamber 16, the ventilating agent flows through the interior 19, the line 12 and the connector 7 of the mixing chamber 16.
In the mixing chamber 16 occurs due to a high dispersity of the phases liquid-gas> saturation of the culture liquid with oxygen from the aerating agent.
The culture liquid saturated with oxygen rises over the entire cross-section between the outer surface 21 of the diffuser 5 and the inner surface 20 of the container 1 by successively passing through the sections of the heat exchanger 10. When the culture liquid saturated with gas reaches the plates 22, the gas bubbles enlarge, which results in an acceleration of the flotation of the same from the culture liquid, whereby the driving force of the mass transfer process, i. the dissolution of oxygen in the liquid phase is increased. The used ventilating agent is removed through the nozzle 11.
The culture liquid depleted in the aerating agent reaches the interior of the diffuser 5 and moves over its cross section as a descending flow to the section 14 for the removal of the culture liquid.
The resulting suction vortex is eliminated by the partitions 23. After the overflow device 8 has been arranged at a certain level for continuous removal of the culture liquid and a continuous supply of the components of the culture liquid has been ensured, a continuous process of culturing microorganisms after the accumulation of the same up to the predetermined concentration is carried out. The process of accumulation of microorganisms is carried out according to the scheme described above without the removal of the culture liquid and the supply of the components of the culture liquid.