JPH0671422B2 - Raw material supply control method for tubular bioreactor - Google Patents

Raw material supply control method for tubular bioreactor

Info

Publication number
JPH0671422B2
JPH0671422B2 JP31279288A JP31279288A JPH0671422B2 JP H0671422 B2 JPH0671422 B2 JP H0671422B2 JP 31279288 A JP31279288 A JP 31279288A JP 31279288 A JP31279288 A JP 31279288A JP H0671422 B2 JPH0671422 B2 JP H0671422B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
raw material
tubular
flow rate
material supply
membrane
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP31279288A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH02163073A (en
Inventor
英樹 稲葉
勲 遠藤
輝行 長棟
進 館川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Heavy Industries Ltd
RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Original Assignee
Sumitomo Heavy Industries Ltd
RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
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 Sumitomo Heavy Industries Ltd, RIKEN Institute of Physical and Chemical Research filed Critical Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority to JP31279288A priority Critical patent/JPH0671422B2/en
Publication of JPH02163073A publication Critical patent/JPH02163073A/en
Priority to US07/786,819 priority patent/US5334497A/en
Publication of JPH0671422B2 publication Critical patent/JPH0671422B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、多孔性膜と反応槽を一体化した管状(チュー
ブラー)バイオリアクターに対する原料供給法に関す
る。特に、反応と分離操作を連続的に行なうことのでき
る高効率の新規な構造のチューブラーバイオリアクター
に原料を供給する方法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a raw material supply method for a tubular bioreactor in which a porous membrane and a reaction tank are integrated. In particular, it relates to a method for supplying a raw material to a highly efficient tubular bioreactor having a novel structure capable of continuously performing a reaction and a separation operation.

[従来の技術] 従来、微生物、酵素などの生体触媒を用いた反応は、連
続的に行なうことは困難であり、工業的には、殆ど行な
われなかった。これは、生体触媒が微生物の場合は微生
物濃度のコントロールが難しいこと、生体触媒が酵素の
場合は高価な酵素の回収、再利用が難しいことなどの理
由による。
[Prior Art] Conventionally, it has been difficult to continuously carry out a reaction using a biocatalyst such as a microorganism or an enzyme, and it has hardly been industrially carried out. This is because it is difficult to control the microbial concentration when the biocatalyst is a microorganism, and it is difficult to recover and reuse an expensive enzyme when the biocatalyst is an enzyme.

また、懸濁重合反応への適用を主目的としたループ型リ
アクターの研究例があるが、これは、回分反応装置であ
る上に、開放系であり反応中には分離操作を行なわな
い。従って、反応と分離を同時に行なう密閉式のループ
型連続反応装置であるチューブラーバイオリアクターに
は、該当する従来技術は見当らない。
Further, there is a research example of a loop type reactor mainly intended for application to a suspension polymerization reaction, but this is a batch reaction device and is an open system, so a separation operation is not performed during the reaction. Therefore, there is no relevant prior art in the tubular bioreactor, which is a closed loop continuous reaction apparatus that simultaneously performs reaction and separation.

従来のメンブラン・バイオリアクターの一例として、第
3図及び第4図に示すような発酵槽と膜分離装置とを接
続した型のメンブレン・バイオリアクターを説明する。
第3図と第4図では共通の部材は同じ番号で示す。発酵
槽1より循環ポンプ2にて発酵液をメンブレンモジュー
ル4に導き濾過し、保持液は再び発酵槽1に戻す。膜透
過液は透過液配管10より排出される。メンブレン4の入
口圧力及び出口圧力を各々圧力計3及び圧力計5で測定
し、濾過操作条件は、循環ポンプ2の吐出量調節及び圧
力調節バルブ6の操作により設定する。この場合の原料
供給制御法は、次の通りである。第3図の場合は、流量
測定手段11による透過液量測定値を基に、コンピュータ
13により流量調節バルブ12を作動させて、透過液流量を
設定値となるように制御する。一方、発酵槽1に取付け
たレベルセンサー7により液面レベルを感知し、レベル
コントローラ8の指示で原料供給ポンプを間欠的に作動
させ、発酵槽内の液量を一定に維持する。第4図の場合
は、原料供給ポンプ9を一定流量に、そしてレベルコン
トローラ8の指示で透過液バルブ14を開閉して発酵槽内
の液量を一定に維持する。
As an example of a conventional membrane bioreactor, a membrane bioreactor of a type in which a fermenter and a membrane separator are connected as shown in FIGS. 3 and 4 will be described.
Common members are designated by the same reference numerals in FIGS. 3 and 4. The fermentation liquid is introduced from the fermentation tank 1 to the membrane module 4 by the circulation pump 2 and filtered, and the retentate is returned to the fermentation tank 1 again. The membrane permeate is discharged from the permeate pipe 10. The inlet pressure and the outlet pressure of the membrane 4 are measured by the pressure gauge 3 and the pressure gauge 5, respectively, and the filtration operation conditions are set by adjusting the discharge amount of the circulation pump 2 and operating the pressure adjustment valve 6. The raw material supply control method in this case is as follows. In the case of FIG. 3, the computer is based on the measured value of the permeated liquid by the flow rate measuring means 11.
The flow rate control valve 12 is operated by 13 to control the permeate flow rate so as to reach the set value. On the other hand, the level sensor 7 attached to the fermenter 1 detects the liquid level, and the raw material supply pump is intermittently operated according to the instruction of the level controller 8 to maintain the liquid amount in the fermenter constant. In the case of FIG. 4, the raw material supply pump 9 is maintained at a constant flow rate, and the permeate valve 14 is opened / closed according to the instruction of the level controller 8 to maintain the constant liquid amount in the fermenter.

[発明が解決しようとする問題点] 本発明は、特願昭62−146245号に示したチューブラーバ
イオリアクターの原料供給を制御する改良法を提供す
る。即ち、管状路で閉ループを構成し、その管状路に多
孔質管状膜を挿設し、閉ループ中に原料、生体触媒を混
合液体で供給し、同ループ中を循環させて反応させ、管
状膜を透過した生産物を取り出すようにしたチューブラ
バイオリアクターの原料供給のための改良制御法を提供
するものである。本発明は、密閉系のチューブラーバイ
オリアクターにおいて、リアクタター内が異常高圧或い
は異常低圧にならないようにし、ポンプのキャビテーシ
ョンを引き起こさないような原料供給制御法を提供する
ことを目的とする。従って、本発明は、反応生成物の流
出量即ち、膜透過液量と、原料供給量とを常にバランス
させることができるチューブラーバイオリアクターへの
原料供給法を提供することを目的とする。
[Problems to be Solved by the Invention] The present invention provides an improved method for controlling the raw material supply of a tubular bioreactor disclosed in Japanese Patent Application No. 62-146245. That is, a closed loop is formed by a tubular path, a porous tubular membrane is inserted in the tubular path, the raw material and the biocatalyst are supplied as a mixed liquid in the closed loop, and the reaction is circulated in the loop to form a tubular membrane. The present invention provides an improved control method for feed of a tubular bioreactor adapted to remove permeated product. It is an object of the present invention to provide a raw material supply control method in a closed tubular bioreactor, which prevents abnormal high pressure or low pressure in the reactor and prevents cavitation of the pump. Therefore, it is an object of the present invention to provide a raw material supply method for a tubular bioreactor, which can always balance the outflow amount of the reaction product, that is, the membrane permeate amount, and the raw material supply amount.

[問題点を解決するための手段] 前記のような目的の原料供給制御ができるように、本発
明の要旨とするものは、管状路で閉ループを構成し、そ
の管状路に多孔質管状膜を挿設し、その管状膜を透過し
た生成物を取り出す生産物取出し口と、原料供給口とを
備え、その閉ループ中に、原料、生体触媒、生産物を含
む混合液を循環せしめる循環装置を備え、流動化生体触
媒により流体中において生体触媒反応により有用物質を
生産するバイオリアクターにおいて、(A)原料供給口
を、原料の自動吸引を行なうリアクタ主循環配管の該循
環装置の吸引側に設け、(B)膜透過液側配管に、流量
を任意に調整する流量調節バルブを取付け、膜透過流量
を制御するようにしたチューブラーバイオリアクターの
原料供給制御法であり、更に、(C)膜透過液側配管
に、流量測定装置を設け、(D)所定希釈率になるよう
に、チューブラーバイオリアクター有効容積に基づいて
原料供給量を設定し、その設定量となるように膜透過流
量を制御することにより、チューブラーバイオリアクタ
ーの原料供給を制御する方法である。また、チューブラ
ーバイオリアクター内の圧力を高め、膜透過速度を上げ
るように、原料供給路に加圧ガス又は加圧用ポンプを設
けることにより、チューブラーバイオリアクターの原料
供給を制御することが好適である。
[Means for Solving Problems] In order to control the supply of the raw material for the purpose as described above, the gist of the present invention is to form a closed loop in a tubular passage, and to form a porous tubular membrane in the tubular passage. A product take-out port that is inserted and takes out the product that has permeated the tubular membrane, and a raw material supply port, and a circulation device that circulates a mixed liquid containing the raw material, the biocatalyst, and the product in the closed loop. In a bioreactor for producing a useful substance by a biocatalytic reaction in a fluid by a fluidized biocatalyst, (A) a raw material supply port is provided on the suction side of the circulation device of a reactor main circulation pipe for automatically sucking the raw material, (B) A raw material supply control method for a tubular bioreactor in which a flow rate control valve for arbitrarily adjusting a flow rate is attached to a membrane permeate side pipe to control a membrane permeation flow rate, and further, (C) a membrane A flow rate measuring device is provided in the permeate side pipe, and (D) the raw material supply amount is set based on the effective volume of the tubular bioreactor so that the predetermined dilution rate is obtained, and the membrane permeation flow rate is set to the set amount. It is a method of controlling the raw material supply of the tubular bioreactor by controlling. Further, it is preferable to control the feed of the raw material of the tubular bioreactor by increasing the pressure in the tubular bioreactor and providing a pressurized gas or a pump for pressurizing the raw material supply passage so as to increase the membrane permeation rate. is there.

一般に、生体触媒反応においては、培地中の基質となる
物質の濃度が飽和値以下の場合、反応速度は基質濃度に
依存し、飽和値以上の場合は、基質濃度に関係なく一定
の値をとる。従って、連続反応系においては、基質供給
速度が小さいと反応速度は小さくなり、必要以上に大き
いと余剰の基質が流出するようになる。そのため、チュ
ーブラーバイオリアクターのような連続反応装置では、
反応効率を最大に保持するため、原料の利用効率を最大
に保つため原料供給速度を最適値に設定する必要があ
る。ところが、チューブラーバイオリアクターでは、多
孔質膜を利用して反応と同時に、生体触媒と反応生成物
を分離する反応装置であるため、反応生成物の流出量
は、膜の透過速度に支配される。従って、原料供給速度
を適切な値に設定するためには、何らかの方法で透過速
度を制御する必要がある。
Generally, in the biocatalytic reaction, the reaction rate depends on the substrate concentration when the concentration of the substance serving as the substrate in the medium is below the saturation value, and when it is above the saturation value, it takes a constant value regardless of the substrate concentration. . Therefore, in the continuous reaction system, the reaction rate becomes small when the substrate supply rate is small, and the surplus substrate flows out when it is larger than necessary. Therefore, in a continuous reactor such as a tubular bioreactor,
In order to keep the reaction efficiency at the maximum, it is necessary to set the raw material supply rate to an optimum value in order to keep the utilization efficiency of the raw material at the maximum. However, the tubular bioreactor is a reaction device that separates the biocatalyst and the reaction product at the same time as the reaction by using the porous membrane, so the outflow amount of the reaction product is controlled by the permeation rate of the membrane. . Therefore, in order to set the raw material supply rate to an appropriate value, it is necessary to control the permeation rate by some method.

チューブラーバイオリアクターは、密閉系であるので、
反応生成物の流出量即ち、透過液流量に比して、原料の
供給量が大きいと、リアクター内は異常高圧状態とな
り、逆に小さいと異常低圧によるポンプのキャビテーシ
ョンを引き起こすことになり、従って、透過液量と原料
供給量とを常にバランスをとる必要がある。
Since the tubular bioreactor is a closed system,
The flow rate of the reaction product, that is, if the feed rate of the raw material is large compared to the flow rate of the permeate, the inside of the reactor will be in an abnormally high pressure state, and conversely if it is small, it will cause cavitation of the pump due to an abnormally low pressure. It is necessary to always balance the amount of permeate with the amount of raw material supplied.

[実施例] 以下、本発明のチューブラーバイオリアクターの原料供
給制御の構成を第1図により説明する。
[Example] Hereinafter, the configuration of the raw material supply control of the tubular bioreactor of the present invention will be described with reference to FIG.

チューブラーバイオリアクターは、循環ポンプ1、メン
ブレンモジュール2〜5、熱交換器6及びそれらを接続
する配管より構成される。
The tubular bioreactor is composed of a circulation pump 1, membrane modules 2 to 5, a heat exchanger 6 and a pipe connecting them.

そして、本発明のチューブラーバイオリアクターには、
第1図に示すように、更に、圧力センサ7、8、濁度セ
ンサ9、温度センサ10、pHセンサ11、pHコントローラ1
2、薬液ポンプ13、薬液注入口14、原料供給口15、原料
タンク16、内圧調整口17、除菌フィルタ18、圧力調節バ
ルブ19、除菌フィルタ20、加圧用ポンプ21、流量測定手
段22、流量調節バルブ23、コンピュータ24、コンプレッ
サ25及びガスボンベ26を有するものである。
And, in the tubular bioreactor of the present invention,
As shown in FIG. 1, pressure sensors 7 and 8, turbidity sensor 9, temperature sensor 10, pH sensor 11, and pH controller 1 are further provided.
2, chemical pump 13, chemical injection port 14, raw material supply port 15, raw material tank 16, internal pressure adjusting port 17, disinfection filter 18, pressure control valve 19, disinfection filter 20, pressurizing pump 21, flow rate measuring means 22, The flow control valve 23, the computer 24, the compressor 25, and the gas cylinder 26 are provided.

メンブレンモジュール2〜5は、必要に応じた本数の内
圧管状型セラミックス製メンブレンを内蔵している。反
応液は、循環ポンプ1により、閉ループ管状路を循環
し、メンブレンモジュール2〜5でクロスフロー濾過を
行ない、反応生成物と生体触媒を分離する。
The membrane modules 2 to 5 incorporate as many internal pressure tubular ceramic membranes as necessary. The reaction liquid is circulated through the closed loop tubular passage by the circulation pump 1 and cross-flow filtered by the membrane modules 2 to 5 to separate the reaction product and the biocatalyst.

循環ポンプ1は、反応液の循環とクロスフロー濾過のた
めの加圧及び膜面流速を確保する。圧力センサー7にお
いて、メンブレンモジュール2の入口圧力を、圧力セン
サー8でメンブレンモジュール5の出口圧力を測定し、
運転状態を監視する。リアクター内の温度の制御は、温
度センサー10の測定値に基づいて熱交換器への恒温水流
量を調節することにより行なう。循環ポンプ1の発熱及
び生体触媒反応熱により、リアクター内の温度が上昇す
るため、循環ポンプ1とメンブレンモジュール2の間の
循環ポンプ1側に、温度センサー10を、メンブレンモジ
ュール2側に、熱交換器6を設ける。
The circulation pump 1 secures pressurization and membrane flow velocity for circulation of the reaction solution and cross-flow filtration. The pressure sensor 7 measures the inlet pressure of the membrane module 2 and the pressure sensor 8 measures the outlet pressure of the membrane module 5,
Monitor operating conditions. The temperature inside the reactor is controlled by adjusting the flow rate of constant temperature water to the heat exchanger based on the measured value of the temperature sensor 10. Since the temperature inside the reactor rises due to the heat generated by the circulation pump 1 and the heat of biocatalytic reaction, the temperature sensor 10 is exchanged between the circulation pump 1 and the membrane module 2 on the side of the circulation pump 1, and the heat exchange is performed on the side of the membrane module 2. A vessel 6 is provided.

また、外気温度の影響を受けないように、チューブラー
バイオリアクターの閉ループを断熱材で覆ってもよい。
pHは、pHセンサー11の測定値を基に、pHコントローラ12
により、アルカリ又は酸溶液を薬液ポンプ13で注入して
制御する。溶液注入口14は、薬液ポンプ13の送り液負荷
を低減するために、リアクター内の最も圧力の低い、メ
ンブレンモジュール5と循環ポンプ1の間に設ける。ま
た、注入されたアルカリ又は酸の溶液は、完全に混合さ
れるまでに、多少の遅れ時間が生じるため、pHセンサー
11は、溶液注入口14の流れ方向側に設ける。
In addition, the closed loop of the tubular bioreactor may be covered with a heat insulating material so as not to be affected by the outside air temperature.
Based on the measured value of pH sensor 11, pH controller 12
The alkaline or acid solution is injected and controlled by the chemical pump 13. The solution injection port 14 is provided between the membrane module 5 and the circulation pump 1, which has the lowest pressure in the reactor, in order to reduce the feed liquid load of the chemical liquid pump 13. In addition, the injected alkali or acid solution may have some delay until it is completely mixed.
11 is provided on the flow direction side of the solution injection port 14.

温度、圧力、pH、及び濁度センサー9により測定される
生体触媒濃度測定値は、コンピュータ24で監視、記録さ
れるものである。
The biocatalyst concentration measurement values measured by the temperature, pressure, pH, and turbidity sensor 9 are monitored and recorded by the computer 24.

原料は、ループ内で最も圧力が低く、吸引作用が高くな
るメンブレンモジュール5と循環ポンプ1の間の循環ポ
ンプになるべく近い位置に取付けた原料供給口15より、
膜透過液量と等しい量だけ、自然に吸引されるものであ
る。原料タンク16は、雑菌が入り込まないよう密閉式で
あり、内圧調整口17には、除菌フィルタ18及び圧力調節
バルブ19を設ける。原料タンク16には、滅菌した原料を
無菌的に供給する。
The raw material has the lowest pressure in the loop, and the raw material supply port 15 installed at a position as close as possible to the circulation pump between the membrane module 5 and the circulation pump 1 where the suction action is high,
An amount equal to the amount of the permeated liquid is naturally sucked. The raw material tank 16 is of a closed type so that various bacteria do not enter, and the internal pressure adjusting port 17 is provided with a sterilizing filter 18 and a pressure adjusting valve 19. A sterilized raw material is aseptically supplied to the raw material tank 16.

原料を、リアクターの許容範囲内で加圧供給すること
で、リアクター内の圧力を高め、濾過速度を大きくする
ことができる。そのため、原料タンク16にコンプレッサ
25又はガスボンベ26等を用いて、加圧したガスを除菌フ
ィルター20を介して供給するか、原料タンク16と原料供
給口15との間の配管に、加圧用ポンプ21を設けること
で、加圧に必要な圧力を得ることができる。但し、チュ
ーブラーバイオリアクターは、透過液流量を一定値に制
御しているために、加圧ポンプは、容積式ポンプでは原
料供給量の過不足が生じるため、閉め切り運転のできる
遠心式ポンプを使用する。
By supplying the raw materials under pressure within the allowable range of the reactor, the pressure inside the reactor can be increased and the filtration rate can be increased. Therefore, the compressor is installed in the raw material tank 16.
25 or a gas cylinder 26 or the like to supply a pressurized gas through the sterilization filter 20, or by providing a pressurizing pump 21 in the pipe between the raw material tank 16 and the raw material supply port 15, The pressure required for pressure can be obtained. However, since the tubular bioreactor controls the permeate flow rate to a constant value, the pressurizing pump uses a centrifugal pump that can be closed and closed because the raw material supply amount becomes insufficient in the positive displacement pump. To do.

膜透過液量流は、流量計若しくはロードセルなどの流量
測定手段22を用いて、透過液流量をオンライン測定し、
この測定結果に基づきコンピュータ24により流量調節バ
ルブ23をフィードバック制御することで設定値になるよ
うに調節する。尚、透過液流量、透過液積算量、流量調
節バルブ制御電圧は、コンピュータ24により監視、記録
されるものである。
The membrane permeate flow rate is measured online by using the flow rate measuring means 22 such as a flow meter or a load cell,
Based on the measurement result, the flow control valve 23 is feedback-controlled by the computer 24 to adjust it to the set value. The permeated liquid flow rate, the permeated liquid integrated amount, and the flow control valve control voltage are monitored and recorded by the computer 24.

[作用] チューブラーバイオリアクターは、密閉系であるので、
透過液流量に比して、原料の供給量が大きいと、チュー
ブラーバイオリアクター内は異常な高圧状態となり、逆
に小さいと異常な低圧によるポンプのキャビテーション
を引き起こすことになる。従って、何らかの手段で透過
液流量と原料供給量をバランスさせ、且つ操作変数であ
る希釈率を任意の値に設定できるようにしなければなら
ない。ここで、希釈率は、原料供給速度をリアクター有
効容積で除した値であり、滞留時間の逆数となる。リア
クターの有効容積は、チューブラーバイオリアクターの
場合、チューブラーバイオリアクターの閉ループ管状路
に充填される全液量に相当する。反応効率を最大に維持
し、また、反応生成物濃度を一定に維持するためには、
そのときの反応状態に基づき、希釈率を最適値に設定す
る必要がある。
[Operation] Since the tubular bioreactor is a closed system,
If the feed rate of the raw material is large compared to the permeate flow rate, the inside of the tubular bioreactor will be in an abnormally high pressure state, and conversely if it is small, it will cause cavitation of the pump due to an abnormally low pressure. Therefore, it is necessary to balance the permeate flow rate and the raw material supply rate by some means, and to set the dilution rate, which is an operation variable, to an arbitrary value. Here, the dilution rate is a value obtained by dividing the raw material supply rate by the reactor effective volume, and is the reciprocal of the residence time. The effective volume of the reactor, in the case of a tubular bioreactor, corresponds to the total volume of liquid that fills the closed loop tubular path of the tubular bioreactor. In order to keep the reaction efficiency at the maximum and to keep the reaction product concentration constant,
It is necessary to set the dilution rate to an optimum value based on the reaction state at that time.

まず、透過液流量と原料供給路を各々単独に制御し、両
者を一致させる方法を考えた。その構成を第2図に示
す。
First, a method was considered in which the permeated liquid flow rate and the raw material supply path were independently controlled to make them coincident with each other. The structure is shown in FIG.

透過液流量は、流量計若しくはロードセルなどの流量測
定手段1を用いて、透過液流量をオンライン測定し、こ
の測定結果に基づき、コンピュータ5により流量調節バ
ルブ2をフィードバック制御することにより、設定値と
なるように調節するものである。
The permeated liquid flow rate is set to a set value by measuring the permeated liquid flow rate online using the flow rate measuring means 1 such as a flow meter or a load cell, and based on the measurement result, the computer 5 feedback-controls the flow rate control valve 2. It is to be adjusted.

原料供給量は、流量測定手段3を用いて、透過液流量を
オンライン測定し、この測定結果に基づき、コンピュー
タ5により、原料供給ポンプ4の吐出量をフィードバッ
ク制御して、透過液流量と同じ設定値となるように制御
する。原料供給口6は、チューブラーバイオリアクター
のどの部分に設けてもよいが、原料供給ポンプ4は、吐
出圧が、チューブラーバイオリアクター運転圧力よりも
高いものを使用する必要がある。
The raw material supply rate is set to the same as the permeate flow rate by performing online measurement of the permeate flow rate using the flow rate measuring means 3 and based on the measurement result, the computer 5 feedback-controls the discharge rate of the raw material supply pump 4. It is controlled so that it becomes a value. The raw material supply port 6 may be provided at any part of the tubular bioreactor, but the raw material supply pump 4 needs to have a discharge pressure higher than the operating pressure of the tubular bioreactor.

然し乍ら、この方法は、透過液流量と原料供給量を厳密
に一致させることが非常に困難であり、長時間の運転中
に両者間に誤差が生じる恐れがある。本発明方法は、チ
ューブラーバイオリアクターが密閉系であるが故に、膜
透過により内部液が流出すると、ポンプ・サクション部
分近傍において圧力が低下し、元の圧力状態に復元しよ
うと作用することを利用するものであり、膜透過液と同
じ量の原料が自動的に供給されるために、透過液流量の
み制御すれば、目的の原料供給速度の設定、つまり希釈
率の設定が可能となる。
However, in this method, it is very difficult to exactly match the permeate flow rate and the raw material supply rate, and an error may occur between the two during long-time operation. Since the tubular bioreactor is a closed system, the method of the present invention utilizes the fact that when the internal liquid flows out due to membrane permeation, the pressure decreases in the vicinity of the pump / suction portion and acts to restore the original pressure state. However, since the same amount of raw material as the membrane permeate is automatically supplied, it is possible to set the target raw material supply rate, that is, the dilution rate, by controlling only the permeate flow rate.

第1図において、流量計若しくはロードセルなどの流量
測定手段22による透過液流量測定値に基づき、コンピュ
ータ24により、液量調節バルブ23をフィードバック制御
することで、透過液流量を設定量になるように調節する
ものである。
In FIG. 1, the permeated liquid flow rate is set to a set amount by feedback controlling the liquid amount adjusting valve 23 by the computer 24 based on the permeated liquid flow rate measured value by the flow rate measuring means 22 such as a flow meter or a load cell. To adjust.

チューブラーバイオリアクターを用いた乳酸菌の高密度
連続培養における原料供給速度制御の実験例により、本
発明を以下に更に説明する。実験に用いたチューブラー
バイオリアクターは、前記の第1図に示す構成のもので
ある。
The present invention will be further described below by an experimental example of controlling the feed rate of raw materials in a high-density continuous culture of lactic acid bacteria using a tubular bioreactor. The tubular bioreactor used in the experiment has the structure shown in FIG.

循環ポンプ1は、容積式ロータリーポンプであり、加圧
と循環を兼ねている。従って、加圧用ポンプ21、コンプ
レッサ25、ガスボンベ26、内圧調整バルブ17、除菌フィ
ルタ18、圧力調整バルブ19の系の加圧に必要とする各機
器は、備えていない。透過液量流測定手段22には、ロー
ドセルを用いた。また、原料供給量を測定するために、
原料タンクにもロードセル27を備えた。その他は、第1
図の構成のものと同一である。尚、チューブラーバイオ
リアクター装置の容積は、2.6であった。
The circulation pump 1 is a positive displacement rotary pump, and has both pressurization and circulation. Therefore, the pressurizing pump 21, the compressor 25, the gas cylinder 26, the internal pressure adjusting valve 17, the sterilization filter 18, and the respective devices required for pressurizing the system of the pressure adjusting valve 19 are not provided. A load cell was used as the permeated liquid flow rate measuring means 22. Also, in order to measure the raw material supply,
The raw material tank was also equipped with a load cell 27. Others are first
It is the same as the one shown in the figure. The volume of the tubular bioreactor device was 2.6.

[実験例1] 原料供給速度一定にした場合 希釈率を0.32(1/h)、即ち、透過液流量の設定値Fpを
前記の[作用]で説明したように,ロードセルの流量測
定手段22により測定した透過液流量値に基づき、コンピ
ュータ24により、流量調節バルブ23を、Fp=0.835(/
h)になるように、制御した。原料は、原料供給口15よ
り、Fp=0.832(/h)に等しい速度でチューブラーバ
イオリアクターに吸引されるが、吸引速度がFpに等しい
ことを、原料タンクに備えたロードセル27で確認でき
た。
[Experimental Example 1] When the raw material supply rate is constant: Dilution rate is 0.32 (1 / h), that is, the set value Fp of the permeate flow rate is set by the flow rate measuring means 22 of the load cell as described in [Operation] above. Based on the measured permeated liquid flow rate value, the computer 24 sets the flow rate control valve 23 to Fp = 0.835 (/
h) was controlled. The raw material is sucked into the tubular bioreactor from the raw material supply port 15 at a rate equal to Fp = 0.832 (/ h), and it was confirmed by the load cell 27 provided in the raw material tank that the suction rate was equal to Fp. .

[実験例2] 原料供給速度を菌体濃度に比例させた場合 乳酸菌濃度に比例して、原料供給する培養する方法で、
乳酸菌の培養を行なった例を示す。
[Experimental Example 2] When the raw material supply rate is proportional to the bacterial cell concentration: In the method of culturing, the raw material is supplied in proportion to the lactic acid bacterium concentration.
An example of culturing lactic acid bacteria is shown below.

原料供給速度即ち、透過液流量Fp=a・Xに設定する。
ここで、aは比例定数で、Xは乳酸菌濃度である。実験
ではa=0.0832とした。乳酸菌濃度Xを濁度計9で測定
し、この測定値より計算した透過液流量値に基づき、コ
ンピュータ24により流量調節バルブ23を制御した。
The material supply rate, that is, the permeate flow rate Fp = a · X is set.
Here, a is a proportional constant and X is a lactic acid bacterium concentration. In the experiment, a = 0.0832. The lactic acid bacterium concentration X was measured by the turbidimeter 9, and the flow rate control valve 23 was controlled by the computer 24 based on the permeate flow rate value calculated from this measurement value.

原料供給速度を乳酸菌濃度に比例させる培養を開始する
場合の、菌体濃度をX0とすると、このような培養を行な
ったときに、開始時からの時間経過をt、菌体の比増殖
速度をμとすると、X=X0exp(−μt)となる。従っ
て、Fpは、Fp=0.0832exp(−μt)となる。
When the culture is started by making the feed rate proportional to the concentration of lactic acid bacteria, and the bacterial cell concentration is X 0 , the time elapsed from the start of such culture is t, and the specific growth rate of the bacterial cells is Is X, X = X 0 exp (−μt). Therefore, Fp is Fp = 0.0832exp (−μt).

この式により、菌体濃度が指数的に増加するため、透過
液流量は、指数的に増加するが、実験例1と同様に、ロ
ードセル22による透過液流量とロードセル27による原料
供給量とが一致することが確認された。
According to this formula, since the bacterial cell concentration exponentially increases, the permeate flow rate exponentially increases, but as in Experimental Example 1, the permeate flow rate by the load cell 22 and the raw material supply amount by the load cell 27 match. It was confirmed to do.

[発明の効果] 本発明によるチューブラーバイオリアクターに対する原
料供給の制御方法により、 第1に、膜透過液流量と原料供給量とをバランスさせ、
且つ反応液中の希釈率を任意のレベルに設定できる原料
供給法を提供すること、 第2に、反応効率を最大に維持でき、また、反応生成物
濃度を一定に維持できるチューブラーバイオリアクター
への原料供給法を提供すること、 第3に、膜透過液と同じ量の原料が自動的に供給される
ために、透過液のみを制御すれば、所望の原料供給速
度、即ち、最適の希釈率に設定できる原料供給制御法を
提供できること、 等の顕著な技術的な効果を得ることができた。
EFFECT OF THE INVENTION By the method for controlling the feed of raw materials to the tubular bioreactor according to the present invention, firstly, the membrane permeate flow rate and the feed amount of raw materials are balanced,
Also, to provide a raw material supply method capable of setting the dilution ratio in the reaction solution to an arbitrary level. Second, to a tubular bioreactor capable of maintaining the reaction efficiency at the maximum and the reaction product concentration at a constant level. Thirdly, since the same amount of raw material as the membrane permeate is automatically supplied, if only the permeate is controlled, the desired raw material feed rate, that is, the optimum dilution is obtained. It was possible to provide a raw material supply control method that can set the rate, and other remarkable technical effects were obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は、本発明のチューブラーバイオリアクターの原
料供給を制御する構成を模式的に説明する構成図であ
る。 第2図は、本発明者の従来考えたチューブラーバイオリ
アクターに原料供給する方法を模式的に説明する構成図
である。 第3図は、従来の連続生体反応装置を説明する概略図で
ある。 第4図は、従来の連続生体反応装置を説明する概略図で
ある。 [主要部分の符号の説明] 1……循環用ポンプ 2〜5……メンブレンモジュール 6……熱交換器 7、8……圧力センサ 9、10……温度センサ 11……pHセンサ 12……pHコントローラ 15……原料供給口 16……原料タンク 17、19……圧力調節バルブ 20……除菌フィルタ 21……加圧用ポンプ 22……流量測定手段 23……流量調節バルブ 24……コンピュータ 27……ロードセル
FIG. 1 is a configuration diagram schematically illustrating a configuration for controlling the raw material supply of the tubular bioreactor of the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a method of supplying a raw material to a tubular bioreactor conventionally considered by the present inventor. FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a conventional continuous biological reaction device. FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a conventional continuous biological reaction device. [Description of symbols of main parts] 1 ... Circulation pumps 2-5 ... Membrane module 6 ... Heat exchanger 7, 8 ... Pressure sensor 9, 10 ... Temperature sensor 11 ... pH sensor 12 ... pH Controller 15 …… Raw material supply port 16 …… Raw material tank 17, 19 …… Pressure control valve 20 …… Sterilization filter 21 …… Pressurizing pump 22 …… Flow rate measuring means 23 …… Flow rate control valve 24 …… Computer 27… … Load cell

フロントページの続き (72)発明者 長棟 輝行 埼玉県和光市広沢2番1号 理化学研究所 内 (72)発明者 館川 進 神奈川県平塚市夕陽ケ丘63番30号 住友重 機械工業株式会社平塚研究所内 (56)参考文献 特開 昭63−313576(JP,A) 特開 昭63−188384(JP,A) 特開 昭49−50989(JP,A)Front page continuation (72) Inventor Teruyuki Nagato, 2-1, Hirosawa, Wako-shi, Saitama RIKEN (72) Inventor Susumu Tatekawa 63-30 Yuhigaoka, Hiratsuka-shi, Kanagawa Sumitomo Heavy Industries Machinery Co., Ltd. In-house (56) Reference JP-A-63-313576 (JP, A) JP-A-63-188384 (JP, A) JP-A-49-50989 (JP, A)

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】管状路で閉ループを構成し、その管状路に
多孔質管状膜を挿設し、その管状膜を透過した生成物を
取り出す生産物取出し口と、原料供給口とを備え、その
閉ループ中に、原料、生体触媒、生産物を含む混合液を
循環せしめる循環装置を備え、流動化生体触媒により流
体中において生体触媒反応により有用物質を生産するバ
イオリアクターにおいて、 (A)原料供給口を、原料の自動吸引を行なうリアクタ
主循環配管の循環装置の吸引側に設け、 (B)膜透過液側配管に、流量を任意に調整する流量調
節バルブを取付け、膜透過流量を制御することを特徴と
するチューブラーバイオリアクターの原料供給制御法。
1. A closed loop is formed by a tubular passage, a porous tubular membrane is inserted in the tubular passage, and a product take-out port for taking out a product permeating the tubular membrane and a raw material supply port are provided. In a bioreactor for producing a useful substance by a biocatalytic reaction in a fluid by a fluidized biocatalyst, a circulation device for circulating a mixed liquid containing a raw material, a biocatalyst, and a product in a closed loop is provided. Is installed on the suction side of the circulation device of the reactor main circulation pipe that automatically sucks the raw material, and (B) a flow rate control valve for arbitrarily adjusting the flow rate is attached to the membrane permeate side pipe to control the membrane permeation flow rate. A method for controlling the supply of raw materials in a tubular bioreactor, characterized by:
【請求項2】更に(C)膜透過液側配管に流量測定装置
を設け、(D)所定希釈率になるように、チューブラー
バイオリアクター有効容積に基づいて原料供給量を設定
し、その設定量となるように膜透過流量を制御すること
を特徴とする請求項1記載のチューブラーバイオリアク
ターの原料供給制御法。
2. Further, (C) a flow rate measuring device is provided in the membrane permeate side pipe, and (D) the raw material supply amount is set based on the effective volume of the tubular bioreactor so as to obtain a predetermined dilution rate, and the setting is made. The raw material supply control method for a tubular bioreactor according to claim 1, characterized in that the membrane permeation flow rate is controlled so that the amount becomes the same.
【請求項3】原料供給路に加圧ガスを供給するか又は加
圧用ポンプにより、チューブラーバイオリアクター内の
圧力を高め、膜透過速度を上げるようにしたことを特徴
とする請求項1記載のチューブラーバイオリアクターの
原料供給制御法。
3. The pressure in the tubular bioreactor is increased by supplying a pressurized gas to the raw material supply passage or by a pressurizing pump to increase the membrane permeation rate. Feeding control method for tubular bioreactor.
JP31279288A 1988-12-13 1988-12-13 Raw material supply control method for tubular bioreactor Expired - Fee Related JPH0671422B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP31279288A JPH0671422B2 (en) 1988-12-13 1988-12-13 Raw material supply control method for tubular bioreactor
US07/786,819 US5334497A (en) 1988-12-13 1991-11-04 Method of feeding a substrate into tubular bioreactor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP31279288A JPH0671422B2 (en) 1988-12-13 1988-12-13 Raw material supply control method for tubular bioreactor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH02163073A JPH02163073A (en) 1990-06-22
JPH0671422B2 true JPH0671422B2 (en) 1994-09-14

Family

ID=18033462

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP31279288A Expired - Fee Related JPH0671422B2 (en) 1988-12-13 1988-12-13 Raw material supply control method for tubular bioreactor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0671422B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5742327B2 (en) * 2011-03-15 2015-07-01 東レ株式会社 Continuous fermentation weight control device, continuous fermentation system, continuous fermentation weight control method, and continuous fermentation weight control program

Also Published As

Publication number Publication date
JPH02163073A (en) 1990-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5334497A (en) Method of feeding a substrate into tubular bioreactor
US5746920A (en) Process for purifying dairy wastewater
CN101460606A (en) High throughput bioprocess apparatus
JP5989742B2 (en) Method for controlling pH of liquid composition and target ion level
EP0198032B1 (en) Hollow fiber cell culture device and method of operation
US9216387B2 (en) Method and system for improved process parameter control of a liquid composition in a reverse electro-enhanced dialysis (REED) system
US20170306286A1 (en) Microorganism culture method and culture apparatus
JPS6188872A (en) Method and apparatus for continuous cultivation at high concentration
JPH0671422B2 (en) Raw material supply control method for tubular bioreactor
Nomura et al. Continuous production of acetic acid by electrodialysis bioprocess with a computerized control of fed batch culture
JPWO2020168315A5 (en)
JP2008161071A (en) Method for operating membrane bioreactor
US20200017886A1 (en) Method of producing alcohol by continuous fermentation and continuous fermentation apparatus
JP2775803B2 (en) Bioreactor system
JPH02174674A (en) Method for culturing lactic acid bacterium and apparatus used therefor
JPS62259577A (en) Continuous dialysis fermentation apparatus
JPS62244380A (en) Cultivation method and device
JPH077760Y2 (en) Bioreactor equipment
JPH03285672A (en) Foam-suppressing membrane bioreactor
JPH0377627A (en) Method and equipment for filtering liquid
JPS62259576A (en) Fermentation apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees