ES2287677T3 - Dispositivo de gasificacion, preferiblemente para la fermentacion microbiologica y cultivo de celulas. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de gasificación, preferiblemente para la fermentación microbiológica y cultivo de células en un espacio cerrado, con un contenedor (1) que puede esterilizarse, un árbol (2; 2'') de accionamiento dispuesto en el contenedor (1), con una pluralidad de elementos (7) de gasificación colocados en el árbol (2; 2'') de accionamiento y elementos (6) de agitación que están dispuestos unos sobre otros en varios planos (E1; E2; E3; E4; E5; E6), presentando los elementos (7) de gasificación al menos una parte permeable al gas y estando dotados en cada caso de una alimentación de gas individual, estando previsto un dispositivo ((15; 15'') de distribución para la alimentación de gas individual, caracterizado porque los elementos (7) de gasificación de configuración oblonga están dispuestos distribuidos de manera uniforme por la altura del contenedor, estando dotado el dispositivo (15; 15'') de distribución de conductos (31, 32, 33) estacionarios horizontales que llevan a canales (21'', 22'', 23'') dealimentación de gas verticales, estando fabricados estos canales (21'', 22'', 23'') de alimentación de gas verticales que llevan a los planos (E1; E2; E3) individuales directamente en el árbol (2'') de accionamiento o mediante conductos tubulares.
Description
Dispositivo de gasificación, preferiblemente
para la fermentación microbiológica y cultivo de células.
La invención se refiere a un dispositivo de
gasificación, preferiblemente para la fermentación microbiológica y
cultivo de células según el preámbulo de la reivindicación 1.
Un dispositivo de este tipo se conoce por
ejemplo por el documento EP-B-0 365
621. En este dispositivo todos los elementos de agitación
dispuestos unos sobre otros en varios planos y que presentan una
parte permeable al gas se ventilan a través de un árbol de
accionamiento común que está configurado como un árbol hueco. La
alimentación de gas se lleva a cabo desde abajo a través del árbol
hueco desde el cual se derivan canales de ventilación individuales
que desembocan en los elementos de agitación. En este dispositivo a
consecuencia de la presión hidrostática en el contenedor no es
posible una distribución de gas uniforme. El gas toma el camino de
la resistencia menor y sale principalmente en el plano de
ventilación superior.
En el documento
BE-A-559 622 se describe un
procedimiento y un dispositivo para la dispersión de uno o varios
líquidos en una masa de líquido. El líquido se conduce por una
entrada y en cada caso a través de una abertura coaxial de un rotor
compuesto por varios tubos y desde éste a través de elementos de
salida en forma de plato dispuestos en el lado de los extremos en
estos tubos, formando los últimos en el perímetro exterior una
abertura anular y una salida del líquido en forma de anillo.
También en un procedimiento según el documento
US-A-3 779 531 están previstos
elementos en forma de plato que presentan salidas en forma de
orificios que discurren transversalmente al plano de rotación de los
elementos.
El documento
US-A-6 250 797 muestra un sistema
impulsor compuesto de varios elementos de agitación dispuestos unos
sobre otros y están previstos en el contenedor pasillos contenidos
en estos para insuflar gases o líquidos con el fin de dispersar
estos medios insuflados en el líquido dotado de una viscosidad
menor.
La presente invención se basa en el objetivo de
crear un dispositivo del tipo mencionado al principio que permite
una ventilación óptima del espacio previsto preferiblemente para la
fermentación microbiológica y el cultivo de células.
Este objetivo se soluciona según la invención
mediante un dispositivo con las características de la reivindicación
1.
Configuraciones adicionales preferidas del
dispositivo según la invención forman el objeto de las
reivindicaciones dependientes.
Debido a que para cada elemento de agitación
dispuesto en un plano determinado está prevista una alimentación de
gas individual, los planos de ventilación individuales pueden
controlarse de manera individual con lo que se permite una
ventilación óptima o gasificación del biorreactor. Mediante la
ventilación óptima puede reducirse el efecto de agitación a un
mínimo necesario, es decir la velocidad de rotación puede mantenerse
lo más reducida posible, por lo que se garantiza un tratamiento que
protege las células y sin embargo presenta una alta
productividad.
A continuación se explica detalladamente la
invención mediante el dibujo. Muestran de manera puramente
esquemática:
la figura 1, un primer ejemplo de realización
del dispositivo según la invención en vista lateral esquemática,
la figura 2, un corte según la línea
II-II en la figu-
ra 1,
ra 1,
la figura 3, un segundo ejemplo de realización
de un dispositivo según la invención en vista lateral esquemática,
y
la figura 4, una vista desde arriba del
dispositivo según la figura 3.
La figura 1 y la figura 2 muestran un contenedor
1 atravesado por un árbol 2 de accionamiento vertical que forma un
biorreactor previsto para la fermentación microbiológica y cultivo
de células. El árbol 2 de accionamiento está conectado activamente
con un accionamiento no mostrado detalladamente, por lo que
elementos 6 de agitación colocados en el árbol 2 de accionamiento
pueden ponerse en movimiento giratorio. Varios, dado el caso, seis
elementos 6 de agitación están dispuestos unos sobre otros en seis
planos E_{1} a E_{6} y distribuidos de manera uniforme
preferiblemente por la altura de contenedor.
Tal como puede observarse de la figura 2 cada
elemento 3 de agitación comprende un anillo 5 giratorio que se
asienta sobre el árbol 2 de accionamiento con elementos 6, 7 de
agitación o bien de gasificación que sobresalen radialmente que en
el ejemplo de realización mostrado son un par de elementos 6 de
agitación enfrentados y un par de elementos 7 de gasificación
permeables al gas desplazados 90º con respecto a los otros
elementos. Los elementos 7 de gasificación con forma hueca pueden
ser "cartucho" de membrana o elementos con membranas
semi-impermeables. Preferiblemente también los
elementos 6 de agitación están configurados con forma hueca y
presentan una parte permeable al gas, dotada por ejemplo de toberas
de ventilación (no se muestran en el dibujo). En la figura 1 por
motivos de sencillez solamente se representan los elementos 6, 7 de
agitación o bien de gasificación dispuestos en los dos planos E1 y
E2 más superiores.
Los anillos 5 giratorios están sujetos
axialmente mediante anillos 10 separadores en una separación
determinada unos de otros, es decir en los planos E1 a E6. Tal como
ya se ha mencionado puede tratarse de una distribución uniforme o
puede realizarse otra disposición adaptada a las necesidades
específicas con la selección de anillos 10 separadores
correspondientes. Entre cada anillo 5 giratorio y los anillos 10
separadores adyacentes está previsto en cada caso un anillo 12 de
obturación.
En la zona superior del contenedor 1 un
dispositivo 15 de distribución está colocado sobre el anillo 5
giratorio superior con un anillo 12 de obturación intercalado. Este
dispositivo 15 de distribución se sujeta axialmente junto con los
anillos 5 giratorios y los anillos 10 separadores mediante un
dispositivo 17, 18 de tensión sobre el árbol 2 de
accionamiento.
El dispositivo 15 de distribución conocido en sí
está determinado para alimentar al gas que va a alimentarse al
biorreactor, por ejemplo, aire estéril, oxigeno puro o una mezcla
oxígeno/nitrógeno desde un conducto 20 de alimentación principal a
un número de canales 21 a 26 de alimentación verticales a través de
los cuales según la invención se conduce individualmente a cada
elemento 3 de agitación dispuesto en un plano E1 a E6 determinado.
El número de los canales 21 a 26 de alimentación corresponde por
tanto al número de los elementos 3 de agitación o al número de los
planos E1 a E6. El conducto 20 de alimentación principal por su
parte se compone de manera ventajosa también de un número de
conductos individuales (no mostrados) que están conectados con al
menos un canal 21 a 26 de alimentación en cada caso de manera que es
posible una alimentación de gas individual en cada plano E1 a E6.
No obstante en principio podría alimentarse por ejemplo la misma
cantidad de gas bajo la misma presión en dos planos adyacentes.
Estos dos planos podrían estar conectados entonces a la misma
alimentación de gas. En teoría podrían disponerse válvulas
correspondientes en el dispositivo de distribución que controlarían
la cantidad de gas y/o la presión del gas desde el conducto 20 de
alimentación principal a los canales 21 a 26 de alimentación. Los
canales 21 a 26 de alimentación conectados al dispositivo 15 de
alimentación están formados por orificios 28 en los anillos 5
giratorios que discurren en la dirección longitudinal o bien
orificios 29 en los anillos 10 separadores que discurren en la
dirección longitudinal. El anillo 5 giratorio superior está dotado
con un número de orificios 28 que corresponde al número total de
los elementos 6 de gasificación, en este caso con seis, cada uno de
los anillos 5 giratorios adicionales inferiores presenta un orificio
28 menos hasta que finalmente el anillo 5 giratorio más inferior
está dotado solamente con un orificio 28.
Los elementos 7 de gasificación ya mencionados
están introducidos en orificios radiales en el anillo 5 giratorio
correspondiente, extendiéndose estos orificios hasta el canal 21 a
26 de alimentación vertical que se encarga de la alimentación de
gas al elemento 7 de gasificación en cuestión, desembocan en éste y
forman en cada caso una unión 30 transversal con el elemento 6, 7
correspondiente. Así, por ejemplo, los canales 30 de ventilación
del elemento 7 de gasificación superior están conectados al canal 21
de alimentación, los del elemento 7 de gasificación inferior están
conectados al canal 22 de alimentación etc., hasta el elemento 7 de
gasificación más inferior y el canal 26 de alimentación.
Esto significa que los elementos E1 a E6 de
gasificación individuales pueden controlarse individualmente, por
lo que se permite una ventilación o gasificación óptima del
biorreactor. Mediante la ventilación óptima puede reducirse el
efecto de agitación a un mínimo necesario, es decir la velocidad de
rotación puede mantenerse lo más reducida posible, por lo que se
garantiza un tratamiento que protege las células y sin embargo
presenta una alta productividad. El efecto de agitación ya no está
orientado a arremolinar la corriente de gas y la destrucción
mecánica de las burbujas de gas grandes, sino que principalmente
tiene la tarea de contrarrestar la tendencia de sedimentación del
formador de producto.
La alimentación de gas se lleva a cabo en
conductos de alimentación hacia el dispositivo 15 de distribución
separados que pueden regularse individualmente en el que bajo un
cumplimiento severo de las demandas mecánicas y de la técnica de
esterilización la alimentación estática se transforma en el árbol 2
giratorio. En el árbol se lleva a cabo en la alimentación de canal
separada la distribución del gas al plano deseado. Allí el gas
entra en cada caso en las aletas 6 de agitación colocadas
lateralmente o bien "cartuchos" de membrana y se introduce en
movimiento giratorio en el biorreactor.
Las figuras 3 y 4 muestran una variante de
realización de un dispositivo en el que están previstos planos E1 a
E3 de ventilación y planos R1 a R3 de agitación de manera
alternante. En los planos E1 a E3 de ventilación están previstos
elementos 7 de gasificación oblongos, mientras que en los planos R1
y R3 de agitación están previstos elementos 6 de agitación. Estos
elementos de gasificación o de agitación están sujetos en el árbol
2' giratorio, estando dispuestos por plano preferiblemente dos o
cuatro de tales elementos sobresaliendo del árbol. Los canales 21'
a 23' de alimentación verticales y las uniones 30' transversales que
conducen a los elementos 7 de gasificación están fabricados
directamente en este caso dentro del/en el árbol 2' de accionamiento
que sirven para la ventilación o gasificación de estos elementos 7
de gasificación. No obstante, los canales de alimentación también
podrían estar realizados mediante conductos tubulares
correspondientes.
El dispositivo 15' de distribución está alojado
a su vez en la zona superior del contenedor 1, preferiblemente en
las paredes del contenedor. Además también sería absolutamente
posible disponer a éste fuera del contenedor, siendo sin embargo
más de construcción más sencilla la variante mostrada.
Este dispositivo 15' de distribución se compone
por un lado de una disposición de juntas y por otro lado la
distribución de la alimentación de aire o de gas individual en los
canales 21 a 23' de alimentación verticales incluidos en el árbol
2' se realiza mediante los conductos 31 a 33 estacionarios
horizontales, lo que solamente se indica de manera esquemática.
El diseño óptimo del biorreactor depende siempre
del producto. El dispositivo según la invención permite adaptar de
manera sencilla la cantidad del gas necesario así como la velocidad
de rotación necesaria de los elementos 3 de agitación al
procedimiento correspondiente.
En lugar de la gasificación de los elementos de
agitación desde el árbol de accionamiento podrían gasificarse
también desde el exterior, de manera similar a la ilustrada en el
documento EP-A-0 365 621, pudiendo
realizarse de nuevo según la invención la gasificación de los
elementos de agitación individuales de manera individual en la
cantidad, la presión y/o con gases diferentes.
En un plano (E1,...) están previstos de manera
ventajosa dos o más elementos (3) de agitación. En principio pueden
instalarse sin embargo también solamente uno por plano. Por las
células que van tratarse han de entenderse en el sentido más amplio
también otros organismos, como microorganismos o similar.
Para la ventilación son adecuados diferentes
medios, especialmente gases, aire o mezclas de gas/aire.
Claims (11)
1. Dispositivo de gasificación, preferiblemente
para la fermentación microbiológica y cultivo de células en un
espacio cerrado, con un contenedor (1) que puede esterilizarse, un
árbol (2; 2') de accionamiento dispuesto en el contenedor (1), con
una pluralidad de elementos (7) de gasificación colocados en el
árbol (2; 2') de accionamiento y elementos (6) de agitación que
están dispuestos unos sobre otros en varios planos (E1; E2; E3; E4;
E5; E6), presentando los elementos (7) de gasificación al menos una
parte permeable al gas y estando dotados en cada caso de una
alimentación de gas individual, estando previsto un dispositivo
((15; 15') de distribución para la alimentación de gas individual,
caracterizado porque los elementos (7) de gasificación de
configuración oblonga están dispuestos distribuidos de manera
uniforme por la altura del contenedor, estando dotado el
dispositivo (15; 15') de distribución de conductos (31, 32, 33)
estacionarios horizontales que llevan a canales (21', 22', 23') de
alimentación de gas verticales, estando fabricados estos canales
(21', 22', 23') de alimentación de gas verticales que llevan a los
planos (E1; E2; E3) individuales directamente en el árbol (2') de
accionamiento o mediante conductos tubulares.
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque el gas se alimenta desde una fuente de
presión de gas a través de un dispositivo (15; 15') de distribución
y a un canal (21, 22, 23, 24, 25, 26; 21', 22', 23') de alimentación
vertical en cada caso que lleva al plano (E1; E2; E3; E4; E5; E6)
correspondiente y a la unión (30; 30') transversal adyacente al
canal que lleva en cada caso a la parte permeable al gas del
elemento (7, 6) de gasificación o agitación correspondiente.
3. Dispositivo según la reivindicación 2,
caracterizado porque los canales (21', 22', 23') de
alimentación de gas verticales que llevan a los planos (E1; E2; E3)
individuales están fabricados en el árbol (2') de accionamiento,
presentando el árbol (2') de accionamiento en cada plano (E1; E2;
E3) las uniones transversales que forman los canales (30') de
ventilación en las que pueden insertarse elementos (7, 6) de
gasificación o agitación en forma hueca del elemento (3) de
agitación correspondiente que forman o presentan la parte permeable
al gas.
4. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el número y
disposición de los planos de gasificación y de los elementos (3) de
gasificación o agitación puede modificarse.
5. Dispositivo según una de las reivindicaciones
2 a 4, caracterizado porque el dispositivo (15; 15') de
distribución está dispuesto en la zona superior del contenedor (1)
o fuera del contenedor (1).
6. Dispositivo según una de las reivindicaciones
3 a 5, caracterizado porque los elementos (7) de
gasificación están formados como elementos de membra-
na.
na.
7. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la gasificación
de los elementos de agitación individuales puede realizarse
individualmente con respecto a la cantidad, la presión y/o con
diferentes gases.
8. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque en el
dispositivo de distribución la función de distribución de gas está
realizada con la función de junta de eje en una unidad mecánica.
9. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque en el
dispositivo (15) de distribución la función de distribución de gas
está realizada con la función de junta de eje en una unidad
mecánica, estado dispuesto este dispositivo (15) de distribución en
la entrada o bien en la salida del árbol (2, 2') de accionamiento
en el contenedor (1), pudiendo estar en el extremo superior o bien
en el inferior del contenedor o lateralmente en el contenedor
(1).
10. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la función de
junta del dispositivo de distribución está prevista mecánicamente
y/o porque los componentes de junta mecánicos también están
previstos como componentes de distribución de gas.
11. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el medio de
obturación de la junta mecánica es un gas que se conduce desde allí
a través del árbol (2, 2') de accionamiento hacia los elementos (7,
6) de gasificación o agitación.
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