CS202395B1

CS202395B1 - Device for drawing off ripe medium in the continuous aerobic micro-organisms cultivation processes

Info

Publication number: CS202395B1
Application number: CS791778A
Authority: CS
Inventors: Zdenek Aunicky; Frantisek Stros
Original assignee: Zdenek Aunicky; Frantisek Stros
Priority date: 1978-12-01
Filing date: 1978-12-01
Publication date: 1981-01-30

Description

Vynález se týká zařízeni na odtahování zralého média při aerobních kontinuálních kultivacích mikroorganismů ve fermentorech s míchadlem a usměrňovacím difuzorem.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for withdrawing mature medium in aerobic continuous cultures of microorganisms in fermenters with a stirrer and a rectifier diffuser.

Vývoj zařízení pro aerobní kultivace mikroorganismů zaměřené na produkci biomasy směřuje k fermentorům s vysokou produktivitou, která je zajišťována intenzivnějším mícháním a případně i vyššími průtoky vzduchu. Kontinuální kultivace v těchto fermentorech se vedou při relativně vysokých koncentracích biomasy, což má za následek i zvýšení hladiny povrchově aktivních látek rozpuštěných v médiu. Internzivní větrání a vyšší koncentrace pěnotvorných látek způsobuje, že fermentující médium mé sklon k flotaci. Větší buňky a shluky buněk jsou vzduchovými bublinkami vynášeny k povrchu fermentující kapaliny, kde mohou vytvořit vrstvu kompaktní a těžko srazitelné pěny. Homogenitu média ve fermentoru lze zajistit zvýšením cirkulace, čehož se dosahuje konstrukčními úpravami míchadla a používáním usměrňovačích dlfuzorů.The development of equipment for aerobic cultivation of microorganisms aimed at biomass production is directed to fermenters with high productivity, which is ensured by intensive mixing and possibly higher air flows. Continuous cultivations in these fermenters are conducted at relatively high concentrations of biomass, resulting in an increase in the level of surfactants dissolved in the medium. Internative ventilation and a higher concentration of foaming agents cause the fermenting medium to tend to float. Larger cells and cell clusters are carried by air bubbles to the surface of the fermenting liquid where they can form a layer of compact and hardly shrinkable foam. The homogeneity of the medium in the fermenter can be ensured by increasing circulation, which is achieved by designing the stirrer and using baffle baffles.

Při odtahování zralého média z fermentoru čerpadlem dochází k flotačnímu dělení fermentační kapaliny i v sací části odtahového potrubí. Za současného stavu bývá totiž zralé médium odtahováno ze spodní části, nejčastěji ze dna fermentoru. Je-li dno kuželovité nebo jinak spádové, je odtahové potrubí napojováno na nejnižší část dna. Pro zjednodušeni obsluhy se odtahové čerpadlo většinou umisťuje ve společné místnosti pro čerpadla, která nemusí být v těsné blízkosti fermentoru. Tak dochází k tomu, že sací potrubí bývají vedenaWhen the mature medium is withdrawn from the fermenter by a pump, the flotation separation of the fermentation liquid occurs also in the suction part of the exhaust pipe. In the present state, the mature medium is usually withdrawn from the bottom, most often from the bottom of the fermenter. If the bottom is conical or otherwise sloping, the exhaust pipe is connected to the lowest part of the bottom. For ease of use, the discharge pump is usually located in a common pump room, which need not be in close proximity to the fermenter. This leads to the suction lines being routed

202 35?202 35?

202 39S nejprve svisle dolů a pak horizontálně k čerpadlu a že mívají délku 5 až 50 ra. Průměr potrubí je určen průměrem saoího hrdla čerpadla a obvykle bývá 50 - 150 mm. Toto uspořádání má za následek, že v sací části odtahového potrubí dochází k nežádouoímu flotačnímu dělení zralého média, takže do čerpadla nevstupuje médium téhož složení jako má fermentační kapalina ve fermentoru. Odčerpané médium obsahuje méně biomasy, méně plynu a vice kapaliny. Větší, většinou starší a defektní buňky a shluky buněk zůstávají ve fermentoru, což má za následek zhoršování průběhu kultivaoe. Starší a poškozené buňky lyžují a produkty autolýzy zvyšují pěnění. Snižování podílu rozmnožování schopných buněk ve fermentoru má po určité době za následek pokles produktivity. Je-li kultivační médium kontaminováno mikroorganismem) který má větší buňky než provozní kultura nebo tvoři řetízky případně shluky buněk, může flotace média v sací části odtahového potrubí napomáhat akumulaci kontaminace ve fermentoru, Všechny tyto nežádoucí jevy zkracuji průměrnou dobu trváni kontinuální kultivace a snižuji pracovní fond nákladného fermentačního zařízení.202 39S first vertically downwards and then horizontally to the pump and that they have a length of 5 to 50 ra. The pipe diameter is determined by the diameter of the sao throat of the pump and is usually 50 - 150 mm. This arrangement results in an undesirable flotation separation of the mature medium in the suction part of the exhaust pipe, so that a medium of the same composition as the fermentation liquid in the fermenter does not enter the pump. The pumped medium contains less biomass, less gas and more liquid. Larger, mostly older and defective cells and cell clusters remain in the fermenter, resulting in a worsening of the culture. Older and damaged cells ski and autolysis products increase foaming. Reducing the proportion of reproductive cells in the fermenter results in a decrease in productivity over time. If the culture medium is contaminated with a microorganism) that has larger cells than the working culture or forms chains or clusters of cells, flotation of the medium in the suction section of the flue can help accumulate contamination in the fermenter. expensive fermentation equipment.

Tyto nevýhody odstraňuje při kontinuálních aerobních kultivacích mikroorganismů ve fermentorech s rníehadlem a usměrňovacím difuzorem zařízení na odtahováni zralého média podle vynálezu, u něhož sací část 5. odtahového potrubí, jejíž obsah činí nejvýše 0,03 až 0,05 jí užitečného obsahu fermentoru .1 a která má délku nejvýše 2 m, je na fermentor 1 napojena v úrovni míchadla £ s odchylkou nahoru nebo dolů nejvýše o 5 % průměru fermentoru 1 a k čerpadlu 4 je vedena vodorovně, nebo se od vodorovného směru odchyluje nejvýše o 30 °.These disadvantages are eliminated in continuous aerobic cultures of microorganisms in fermenters with a ram and a rectifier diffuser of the device for withdrawing the mature medium according to the invention, in which the suction part of the exhaust duct having a content of at most 0.03 to 0.05 of its useful fermenter content1 and which has a length of not more than 2 m, is connected to the fermenter 1 at the level of the stirrer 5 with an upward or downward deviation of not more than 5% of the diameter of the fermenter 1 and led horizontally to the pump 4 or

Horní polovina průřezu sacího otvoru 6 ve stěně fermentoru 1 může být opatřena krytem 7.The upper half of the cross section of the suction opening 6 in the wall of the fermenter 1 may be provided with a cover 7.

Při zapojení čerpadla podle vynálezu vstupuje do sací části odtahového potrubí médium průměrného složeni z nejlépe míchané oblastí fermentoru s nejlepší homogenitou. Poloha sací části odtahového potrubí a krátká doba průchodu nepřesahující 5 sekund nedovolují flotační dělení fermentační kapaliny, takže zralé médium za čerpadlem má stejné složeni jako médium ve fermentoru. Kryt nad horní polovinou průřezu sacího otvoru ve stěně fermentoru brání dělení média těsně před vstupem do odtahového potrubí. Rovnoměrné odváděni průměrného vzorku biomasy zajištěné zapojením odtahového čerpadla podle vynálezu podstatně omezuje možnosti narušování průběhu kontinuální kultivace, významně prodlužuje délku jejího trvání a zvyšuje pracovní fond fermentačního zařízení.When the pump according to the invention is connected, the medium composition of the best mixing region of the fermenter with the best homogeneity enters the suction part of the exhaust pipe. The position of the suction part of the exhaust pipe and a short passage time not exceeding 5 seconds do not allow the flotation separation of the fermentation liquid, so that the mature medium downstream of the pump has the same composition as the medium in the fermenter. The cover above the upper half of the cross section of the suction opening in the fermenter wall prevents the medium from dividing just before it enters the exhaust pipe. The uniform withdrawal of the average biomass sample provided by the connection of the take-off pump according to the invention substantially reduces the possibilities of disrupting the continuous cultivation process, significantly extends its duration and increases the working capacity of the fermenter.

Zařízení podle vynálezu je objasněno, nikoli však omezeno, následujícím příkladem.The device according to the invention is illustrated, but not limited, by the following example.

Přiklad č. 1 'Example 1 '

Ve fermentoru 1. s celkovým obsahem 200 m^ a užitečným plněním 80 m^, který je míchán turbinovým rníehadlem 2, a opatřen usměrňovacím difuzorem ^}, byly provedený dvě kontinální kultivaoe kvasinky Candida utilis na syntetickém etanolu. Obě kultivace probíhaly za shodných podmínek (33 °C, pH 3,8 - 4,0, D s 0,12 h¹) v limitu kyslíku a při dávkováni substrátu a živin úměrném rozmnožování kvasinek a lišily se pouze zapojením čerpadla 4 pro odtah zralého média z fermentoru 1.Two continuous cultures of Candida utilis yeast on synthetic ethanol were carried out in a fermenter 1 with a total content of 200 m užit and a useful feed of 80 m,, which is stirred with a turbine mixer 2 and equipped with a rectifier diffuser. Both cultures were run under the same conditions (33 ° C, pH 3.8 - 4.0, D with 0.12 h ¹ ) at the oxygen limit and with substrate and nutrient dosing proportional to the reproduction of the yeast and differed only by the pump 4 fermenter media 1.

202 39;202 39;

V kultivačním pokusu č. 1 bylo čerpadlo 4 zapojeno obvyklým způsobem, při němž sací část 2 odtahového potrubí o průměru 80 mm byla napojena na nejspodnější část kónického dna fermentoru 1. Celková dálka sacího potrubí byla 11,7 m, přičemž 0,7 m bylo vedeno svisle a zbytek vodorovně. Doba zdržení zralého média v sací části 2 odtahového potrubí byla 18 sekund.In the cultivation experiment No. 1, the pump 4 was connected in the usual way, in which the suction part 2 of the exhaust pipe of 80 mm diameter was connected to the lowest part of the conical bottom of the fermenter 1. The total length of the suction line was 11.7 m. vertically and the rest horizontally. The residence time of the mature medium in the suction part 2 of the exhaust pipe was 18 seconds.

Při kultivaci č. 2 bylo zapojení odtahového čerpadla 4 provedeno podle vynálezu. Sací část 2 Potrubí O světlosti 120 mm byla k fermentoru 1 připojena 0,3 m pod úrovni míchad la 2, k čerpadlu 4 byla vedena vodorovně a měla délku 1,5 m. Doba zdrženi média v sacím potrubí byla asi 4 sekundy. Horní polovina průřezu sacího otvoru _6 byla opatřena krytem 7, zasahujícím 0,3 m do fermentoru 1.In cultivation No. 2, the connection of the exhaust pump 4 was carried out according to the invention. Suction part 2 A 120 mm pipe was connected to the fermenter 1 0.3 m below the level of the stirrers 1 and 2, to the pump 4 was horizontal and 1.5 m long. The residence time of the medium in the suction pipe was about 4 seconds. The upper half of the cross section of the suction opening 6 was provided with a cover 7 extending 0.3 m into the fermenter 1.

V tabulce č, 1 jsou uvedeny průměrné hodnoty koncentraci kvasničnó sušiny nalezené v jednotlivých dnech obou kultivaci ve fermentoru 3. a v odtahovém potrubí za čerpadlem 4.Table 1 shows the average yeast dry matter concentrations found on each day of both cultivations in the fermenter 3 and in the exhaust pipe downstream of the pump 4.

Tabulka č. 1Table 1

Den kultivace Day cultivation Koncentrace kvasničné sušiny - g/l Yeast dry matter concentration - g / l Pokus č. 1 fermentor potrubí Experiment 1 fermentor pipe Pokus fermentor Try fermentor č. C. 2 potrubí 2 conduit 1. 1. 32,0 32.0 31,8 31.8 32,4 32.4 32,4 32.4 2. 2. 32,2 32.2 31,7 31.7 32,8 32.8 32,6 32.6 3. 3. 33,1 33.1 28,0 28.0 33,2 33.2 33,2 33.2 4. 4. 33,5 33.5 24,7 24.7 33,1 33.1 33,0 33.0 5. 5. 34,3 34.3 22,4 22.4 32,9 32.9 32,8 32.8 6. 6. 3M 3M 21,8 21.8 33,3 33.3 33,3 33.3 7. 7. - - - - 33,0 33.0 32,8 32.8

Při kultivačním pokusu č. 1 s obvyklým uspořádáním odtahu výkon fermentoru postupně klesal a šestého dne se snížil z původních 7,1 t/24.h na pouhých 4,8 t/24 h. Z tohoto důvodu byla kultivace sedmého dne ukončena.In the No. 1 cultivation experiment with the usual exhaust arrangement, the fermenter performance gradually decreased and on the sixth day it decreased from the original 7.1 t / 24h to just 4.8 t / 24h. For this reason the cultivation on the seventh day was terminated.

Kultivace č. 2, při níž bylo použito zapojení odtahového čerpadla podle vynálezu, měla mnohem vyrovnanější průběh. Denní produkce se prakticky neměnila, kultivace probíhala bez závad 12 dní a v 13. dni byla přerušena beze změny výkonu fermentoru.Cultivation No. 2, using the draw-off pump connection of the present invention, had a much more even course. The daily production remained virtually unchanged, the cultivation proceeded without defects for 12 days and was discontinued on day 13 without altering the fermenter performance.

Claims

An apparatus for withdrawing mature medium in continuous aerobic cultures of microorganisms in agitators with a stirrer and a rectifier diffuser, characterized in that the suction part (5) of the exhaust pipe having a content of not more than 0,03 to 0,05% of the useful content of the fermenter ( (l) and which has a length of not more than 2 m, is connected to the fermenter (1) at the level of the stirrer (2) with a deviation of up to or below 5% of the diameter of the fermenter (l) and

202 399 to the pump (4) horizontally or ee deviates by no more than 30 from the horizontal direction

Device according to claim 1, characterized in that the upper half of the cross section of the saucer opening (6) in the side fermenter is provided with a cover (7).