JPH0629997Y2 - 発酵槽 - Google Patents

発酵槽

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JPH0629997Y2
JPH0629997Y2 JP11800789U JP11800789U JPH0629997Y2 JP H0629997 Y2 JPH0629997 Y2 JP H0629997Y2 JP 11800789 U JP11800789 U JP 11800789U JP 11800789 U JP11800789 U JP 11800789U JP H0629997 Y2 JPH0629997 Y2 JP H0629997Y2
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康平 三木
健治 山村
康彦 清家
正文 倉津
守 三島
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    • 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
    • C12M27/02Stirrer or mobile mixing elements
    • 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

Description

【考案の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本考案は発酵槽にかかわるもので、とくに通気撹拌をと
もなう発酵槽においてその通気機構を改良したことを特
徴とするものである。
[従来の技術] 一般に発酵槽では微生物の生体損傷を避けるために、低
剪断速度で撹拌するのが普通である。
しかしながら、発酵液が数百ないし千cpの高粘度の場
合には、従来の通気撹拌方法では、気泡を細分化するこ
とができず、ガス成分の溶解速度が低かつた。しかし
て、カビ、放線菌などの抗生物質生産や細菌によるバイ
オポリマーの生産においては、菌体または発酵生産物に
より培養液の粘度が著しく高まる。こうした高粘性培養
液の撹拌にかかわる要求として、停滞物のない均一迅速
の混合には、撹拌所要動力が小さいこと、所期の伝熱が
最小所要動力で得られること、および酸素移動容量係数
が大きいことなどがあげられるが、現在に至るまで、こ
れらの要求を満たす撹拌型発酵槽は見あたらない。
一方、好気性微生物を用いた発酵では、発酵速度が酸素
供給律速のケースが多い。すなわち、発酵液内への酸素
の溶解速度に依存する場合が多いので、生産性向上のた
めに、効率的な酸素溶解手段つまり通気機構が求められ
ていた。
従来からの各種の通気機構を有する発酵槽について第6
図ないし第9図にもとづき概説する。
第6図に示す発酵槽10は、発酵槽体11を有し、この
発酵槽体11内に発酵液12を収容する。発酵液12を
撹拌する撹拌機構として、回転駆動軸13に固定したデ
イスクタービン翼と称される撹拌翼14、および発酵槽
体11の内壁に突出させた邪魔板15を採用している。
また発酵液12内に空気を吐出供給する通気機構として
は、単一の通気孔16を有する単孔型の通気機構17を
採用している。
第7図に示す発酵槽20は、放射方向に複数の通気孔2
1を形成した多孔型の通気機構22を有している。
第8図に示す発酵槽30は、まわりに複数の通気孔31
を形成したリング状通気機構32を有している。
第9図に示す発酵槽40は、多孔質気球(通称エアスト
ーン)型の通気機構41を有している。
これらの発酵槽10、20、30および40も、それぞ
れの通気機構17、22、32および41から発酵液1
2中に空気を気泡として供給するとともに、これを分散
させ、撹拌翼14によりこの気泡を破砕することによっ
て発酵液12中に酸素を溶解させようとするものであ
る。
しかして、ガス吸収速度を向上させるための上記気泡の
細分化効率はおもに機械的撹拌に依存するものである。
また一般に、通気孔16等から発酵液12中に吐出され
る気泡の径は、液の物性、孔径、管径、および周囲流体
の流速等に依存する。このうち、液物性および孔径が気
泡の径に大きく影響する。液物性の中でもとくに、粘度
および表面張力の影響が大きい。一般的には、粘度およ
び表面張力の増大とともに、吐出気泡の径は大きくな
る。
たとえば、バイオポリマーの発酵生産などにおいては、
発酵液12は発酵開始時には水と同等の粘度であるが、
発酵完了時には千cpをこえる粘度に達する。しかしな
がら、発酵液12が数百ないし千cpという高粘度の領
域においては、通気機構17等からの吐出気泡径が大き
いため気泡の液中滞留時間が短く、また既述のように微
生物の生体損傷を避けるために低剪断撹拌であるので、
気泡の細分化が困難であるという問題がある。具体的に
は、吐出される空気泡の径は十数ないし数十mmに達し、
気泡が高速の上昇速度を得て、上方へショートパスする
現象が生ずる。
このように、水程度の低粘度の散気では有効であった従
来の通気ないしは散気手段が高粘度において大きな気泡
を生じてしまう理由は、高粘度による単一吐出気泡の径
の増大だけではなく、気体が狭い空間から集中して吐出
されるため合泡現象をともなうからである。要するに、
発酵液12の粘度が高い場合には、集中した通気孔より
空気を吐出しても、気泡は大径で吐出さてしまう。さら
に撹拌翼14を用いても、気泡の細分化を期待すること
はできなかった。
また、微細な通気孔をむやみに多く配置することとして
も、隣接する通気孔からの気泡どうしが合泡し、かえっ
て気泡は大きくなり、ガス吸収効果は促進されないこと
となる。
また、発酵槽体11の底部中央付近より集中吐出する場
合には、回転駆動軸13あるいは撹拌翼14の周辺にシ
リンダ状の気体部が形成され、ほとんど気泡分散が認め
られなくなる。こうした問題を解決しようとした例とし
て特開昭59-82934号がある。
なお、発酵槽40の場合にも高粘度液では、多孔質気球
型の通気機構41表面での合泡現象が支配的で、吐出気
泡径が大きく、同じく気泡の細分化は困難である。
[考案が解決しようとする課題] 本考案は以上のような諸問題に鑑みてなされたもので、
通気撹拌型の発酵槽において効率的な通気を可能とする
ことにより、とくに高粘性液中での気泡分散を効果的に
実現し、低剪断撹拌であっても生産性の高い発酵槽を提
供することを課題とする。
[課題を解決するための手段] すなわち本考案は、上述のような知見より、高粘度液中
でも、分散性の良好な細かい気泡を形成するには、発酵
槽体底部に一定孔径、適正ピッチの通気孔を多数配置す
ることが効果的であることに着目し、発酵液中に空気を
供給する通気機構と、発酵液を撹拌する撹拌機構とを有
する発酵槽であって、複数の通気孔を形成した渦巻き状
のパイプにより上記通気機構を構成するとともに、この
渦巻き状のパイプを発酵槽体の底部に配置したことを特
徴とするものである。
[作用] 本考案による発酵槽においては、渦巻き状のパイプによ
り所定面積を覆うことができるので、これを発酵槽体の
底部に配置することにより広い範囲にわたって均一に気
泡を吐出することが可能となり、したがって発酵槽体の
底部全面から均一に散気することとなり、さらに撹拌機
構による撹拌によって酸素を発酵液中に効率的に溶解可
能とし、発酵効率を向上させることができる。
すなわち、高粘度の発酵液中での酸素溶解速度の実験よ
り、本考案の通気機構が低粘度から高粘度まで広範囲に
効果的なガス吸収を維持することができることを確認し
た。
[実施例] つぎに、本考案の一実施例による発酵槽50を第1図な
いし第4図にもとづき説明する。ただし、以下の説明に
おいては第6図ないし第9図と同様の部分については同
一符号を付し、その詳述はこれを省略する。
第1図は上記発酵槽50の縦断面図であり、前記通気機
構として、外周側の一端を閉じた渦巻き状のパイプ51
を採用している。この渦巻き状のパイプ51には所定間
隔で複数の通気孔52を形成してある。この渦巻き状の
パイプ51を前記発酵槽体11の底面に配置する。
なお、渦巻き状のパイプ51の径は各通気孔52から吐
出するガス量がほぼ均等となる径の最小のものでよく、
また通気孔52の径も必要に応じた小径とする。
第2図は上記渦巻き状のパイプ51の平面図であって、
渦巻き状のパイプ51の中央部分から空気を供給する。
もちろん、第3図に示すような内周側の一端を閉じた他
の渦巻き状のパイプ53を準備し、その最外周部から空
気を供給することとしてもよい。
第4図は、この渦巻き状のパイプ51を発酵槽体11底
部に取り付けた状態を示す要部断面図であって、渦巻き
状のパイプ51の中央部を下方に押すことにより全体を
下方にたわませ、その下面が発酵槽体11の低面に沿っ
てこれに接するようにしてある。この渦巻き状のパイプ
51の中央直線部分54をゴム栓55に係合することに
より、全体を発酵槽体11の底面に固定する。
つぎに、第5図は本考案の他の実施例による発酵槽60
を示す縦断面図であって、この発酵槽60は、本出願人
による特公平1-37173号に開示された撹拌機を採用して
いる。すなわち、この発酵槽60の撹拌機構は、前記邪
魔板15に加えて、発酵槽体11の底面の形状に沿った
摺接部を有するボトムパドル61と、このボトムパドル
61の上方に横アームおよび縦ストリップを固定して形
成した格子状翼62とを有する。このボトムパドル61
および格子状翼62からなるマックスブレンド翼(「マ
ックスブレンド」は本出願人の登録商標)は、従来から
のデイスクタービン翼の約半分の動力消費で同等の混合
効率を得ることができるものである。また、低回転、省
エネルギー型の撹拌翼であり、発酵槽60内で均一な剪
断速度ないし剪断力を維持し、液量の変化があっても不
変な流動状態を維持することができるものである。
このボトムパドル61と発酵槽体11の底面との間に既
述の渦巻き状のパイプ53(第3図)を配置してある。
この渦巻き状のパイプ53に供給パイプ63から空気を
供給し、通気孔52から発酵液12中にこれを吐出する
ものとする。
こうした構成の発酵槽50および60においては、渦巻
き状のパイプ51により通気孔52が発酵槽11の底面
に均等に配置され、発酵液12に応じて、たとえば10
ないし30mmの互いの間隔を保ち、かつ直径0.1ない
し1mmの径で形成した通気孔52から吐出された空気
は、隣接する通気孔52の吐出空気とほとんど合泡する
ことがない。
また同一の通気孔52から出た気泡は、回転駆動軸1
3、ボトムパドル61、格子状翼62による発酵液12
の流動により速やかに移動するため、分散性良好な通気
撹拌状態を実現することができる。
(実験例1) 第1図ないし第4図に示した発酵槽50、および従来の
発酵槽10等について、通気撹拌条件を下記のように定
めて気泡の分散状況を調査した。
通気撹拌条件 発酵槽体:有効容量2リットル(内径130mm) 通気:2リットル/分(空気) 撹拌:邪魔板4枚付きデイスクタービン翼2枚(翼幅6
5、翼高14、下段6枚、上段4枚)回転数400rp
m 発酵模擬液:カルボキシメチルセルロースナトリウム
(CMC)水溶液 液温:30℃ 発酵槽体11の底部に設置した従来型の通気機構17、
22、32および41を用いた発酵槽10、20、30
および40内の分散気泡径は、CMC水溶液粘度500
ないし1000cpにおいては、10ないし20mmと大
きく、高い上昇速度で発酵槽体11上部へ突き抜ける現
象が認められた。
一方、渦巻き状のパイプ51を有する本考案の発酵槽5
0では、同一通気撹拌条件で、表1に示すように数mmの
気泡が分散した。また、回転駆動軸13、撹拌翼14に
シリンダ状のエア溜まりを形成することもなかった。
(実験例2) 高粘度域での酸素の溶解速度の比較を下記の条件で行な
った。
通気撹拌条件 発酵槽体:有効容量2リットル(内径130mm) 通気:2リットル/分(空気) 撹拌:邪魔板4枚付きデイスクタービン翼2枚(翼幅6
5、翼高14、下段6枚、上段4枚)回転数400rp
m 液温:30℃ 酸素溶解速度の測定結果を液側酸素移動容量係数Kla
(1/hr)で表2に示す。
表2から明らかなように、粘度が水レベルから1000
cpの幅広い粘度域で、本考案の発酵槽50は従来の発
酵槽10、20、30、40に比較して効率の良好なガ
ス吸収性能を発揮した。
(実験例3) 撹拌機構としてボトムパドル6および格子状翼62を用
いた発酵槽60と従来の発酵槽10等とを比較する。こ
の発酵槽60は低回転で混合特性が優れているパドル型
のもので、酸素溶解速度を測定した。
通気撹拌条件 発酵槽体:有効容量2リットル(内径130mm) 通気:2リットル/分(空気) 撹拌:邪魔板4枚付き発酵槽翼(翼幅70、翼高14
5、1枚翼)回転数320rpm 通気機構:孔径φ0.1×34個 液温:30℃ 本考案の発酵槽60は、従来の発酵槽10、20、3
0、40に比較して、一般に気泡破砕性能は低いが、混
合時間等の混合特性は優れている。低剪断撹拌に適した
格子状翼62を用いた本考案の発酵槽60は効率の良好
なガス吸収性を発揮した。
[考案の効果] 以上のように本考案によれば、複数個の通気孔を形成し
た渦巻き状のパイプを発酵槽体の底部に配置したので、
分散性良好な通気撹拌性能を発揮することが可能であ
り、とくに高粘性液中での気泡分散を効率よく行なうこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本考案の一実施例による発酵槽50の概略縦断
面図、 第2図は同、渦巻き状のパイプ51の平面図、 第3図は同、渦巻き状のパイプ53の平面図、 第4図は同、渦巻き状のパイプ51の発酵槽体11底部
への取付け状態を示す要部縦断面図、 第5図は、本考案の他の実施例による発酵槽60の概略
縦断面図、 第6図ないし第9図は、従来の発酵槽10、20、30
および40をそれぞれ示す一部拡大概略縦断面図であ
る。 10……発酵槽 11……発酵槽体 12……発酵液 13……回転駆動軸 14……撹拌翼 15……邪魔板 16……単一の通気孔 17……単孔型の通気機構 20……発酵槽 21……通気孔 22……多孔型の通気機構 30……発酵槽 31……通気孔 32……リング状通気機構 40……発酵槽 41……多孔質気球(通称エアストーン)型の通気機構 50……発酵槽 51……渦巻き状のパイプ 52……通気孔 53……渦巻き状のパイプ 54……中央直線部分 55……ゴム栓 60……発酵槽 61……ボトムパドル 62……格子状翼 63……供給パイプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 倉津 正文 愛媛県東予市今在家1501番地 住友重機械 工業株式会社東予製造所内 (72)考案者 三島 守 愛媛県東予市今在家1501番地 住友重機械 工業株式会社東予製造所内

Claims (1)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】発酵液中に空気を供給する通気機構と、 発酵液を撹拌する撹拌機構とを有する発酵槽であって、 複数の通気孔を形成した渦巻き状のパイプにより前記通
    気機構を構成するとともに、この渦巻き状のパイプを発
    酵槽体の底部に配置したことを特徴とする発酵槽。
JP11800789U 1989-10-09 1989-10-09 発酵槽 Expired - Lifetime JPH0629997Y2 (ja)

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JP11800789U JPH0629997Y2 (ja) 1989-10-09 1989-10-09 発酵槽

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JPH0356399U JPH0356399U (ja) 1991-05-30
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JP2006034235A (ja) * 2004-07-29 2006-02-09 Fukuoka Prefecture Shoyu Jozo Kyodo Kumiai 高分子化合物を生産する微生物の培養装置及び培養方法
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CN114304267A (zh) * 2021-12-13 2022-04-12 宁夏海达生物科技开发有限公司 一种黑米青稞酸奶制备方法及系统

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