RU160091U1

RU160091U1 - Устройство для выращивания микроорганизмов

Info

Publication number: RU160091U1
Application number: RU2015150310/10U
Authority: RU
Inventors: Маргарита Витальевна Лалова; Михаил Григорьевич Миркин; Анатолий Владимирович Найдин; Александр Иванович Сафонов; Ольга Александровна Бабурченкова
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ГИПРОБИОСИНТЕЗ"
Priority date: 2015-11-25
Filing date: 2015-11-25
Publication date: 2016-02-27

Abstract

Устройство для выращивания микроорганизмов, характеризующееся наличием вертикально-ориентированной ферментационной ёмкости, наличием перфорированной горизонтально-ориентированной перегородки в ней, позиционированной так, что она разделяет вертикально-ориентированную ферментационную емкость на верхний и нижний объемы, наличием, по меньшей мере, одного верхнего эжектора, содержащего первый и второй эжекторные входы, а также первый эжекторный выход, наличием, по меньшей мере, одного нижнего эжектора, содержащего первый и второй эжекторные входы, а также первый эжекторный выход, наличием, по меньшей мере, одного гравитационного эжектора, проходящего через тело перфорированной горизонтально-ориентированной перегородки и выполненного в виде вертикально-ориентированного патрубка, сужающегося к нижнему торцу, закрепленного в теле перфорированной горизонтально-ориентированной перегородки так, что верхний торец этого гравитационного эжектора позиционирован ниже уровня культуральной жидкости в верхнем объеме вертикально-ориентированной ферментационной емкости, наличием ввода, выполненного в виде патрубка, оснащенного запорной-регулирующей арматурой, закрепленного на стенке вертикально-ориентированной ферментационной емкости в зоне её нижнего объема, установкой на нижнем торце вертикально-ориентированной ферментационной ёмкости патрубка для вывода культуральной жидкости, один из торцов которого сообщается с её нижним объемом, а другой торец которого присоединен первым трубопроводом к входу первого теплообменника, а вторым трубопроводом соответственно присоединен ко входу второго теплообменника,

Description

Полезная модель относится к области микробиологической промышленности и, в частности, к сфере установок для выращивания микроорганизмов на субстратах.

Известна установка для выращивания микроорганизмов (Авторское свидетельство СССР №1689397, МПК: C12M 1/04, опуб. 07.11.1991 г., Бюл. №41). Известная установка содержит вертикальную ферментационную емкость, размещенную вне емкости систему рециркуляции газа, которая включает трубопровод для отвода газа, побудитель расхода и трубопровод для подвода газа. В установке имеется адсорбер газа, подключенный к верхней части через эжектор, с трубопроводом для отвода газа и трубопровод для отвода декантированного газового субстрата к побудителю расхода, десорбер, соединенный с трубопроводом для подвода газожидкостной смеси с нижней частью адсорбера и трубопроводом для отвода дегазированной жидкости с эжектором адсорбера. На трубопроводе перед эжектором адсорбера и на трубопроводе для отвода декантированного газообразного субстрата, установлены один за другим по ходу движения газа циклон для отделения капель жидкости и туманоотделитель для отделения аэрозольных частиц, при этом десорбер снабжен теплообменником, который установлен на трубопроводе для отвода дегазированной жидкости/или выполнен как градирня с воздуходувкой/.

Недостатком данного аналога является низкая приведенной (к единице объема ферментационной емкости) производительностью микроорганизмов.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявленному устройству является конструкция установки для выращивания микроорганизмов (Полезная модель РФ №102618, МПК: C12M 1/00, опуб. 10.03.2011, Бюл. №7). Данный наиболее близкий аналог принимается в качестве устройства-прототипа.

Прототип представляет собой три горизонтально расположенные ферментационные емкости с боковыми крышками, снабженные патрубками / соответственно, для подачи аэрирующего газа и отвода газовой среды /, а также патрубками для подачи и отвода жидкой фазы и матриксами для субстрата, размещенными во внутренних полостях емкостей, буферную емкость, соединенную трубопроводами с управляемыми клапанами, соответственно с каналами слива и сбора жидкого продукта, устройство коммутации гидравлических потоков, соединенное трубопроводами с управляемыми клапанами с буферной емкостью, с внешними устройствами подачи жидких питательных сред и инокулята, а также с патрубками ферментационных емкостей для подачи и отвода жидкой фазы, стерилизационные фильтры в каналах подачи аэрирующего газа в ферментационные емкости. В данной установке стерилизационные фильтры и каплеотделители установлены в каналах отвода газов из ферментационных емкостей, выходы возврата жидкости каплеотделителей трубопроводами с управляемыми клапанами сообщены с полостью соответствующей ферментационной емкости, и устройство управления. Установка снабжена емкостями для сгущенных питательных сред и для сбора продуктов ферментации, которые сообщены посредством трубопроводов с клапанами между собой, с ферментационными емкостями и с буферной емкостью, а каждая из ферментационных емкостей снабжена коллектором для формирования потоков жидких компонентов культуральной среды внутри ферментационных емкостей, соединенным с патрубком для подачи и отвода жидкой фазы, при этом емкость для сгущенной питательной среды снабжена теплообменной рубашкой, загрузочным патрубком с герметизируемой заглушкой, клапаном для ввода в емкость сжатого воздуха и разгрузочным патрубком, а емкость для сбора продуктов ферментации снабжена клапанами для ввода и отвода сжатого воздуха и трубопроводами с клапанами для протока жидких компонентов культуральной среды между емкостью для сбора продуктов и ферментационными емкостями. Матриксы для субстрата выполнены в виде подвижных матриксов-насадок в форме колец Рашига, а коллекторы установлены на крышках емкостей с возможностью поворота и снабжены отверстиями.

Недостатком устройства-прототипа является низкая приведенной (к единице объема ферментационной емкости) производительностью микроорганизмов.

Задача, на решение которой направлено создание настоящей полезной модели, заключается в расширении кормовой базы для повышения уровня продовольственной безопасности страны.

Технический результат, ожидаемый от использования заявленного устройства состоит в повышении приведенной (к единице объема ферментационной емкости) производительности микроорганизмов.

Заявленный технический результат достигается тем, что в устройстве для выращивания микроорганизмов имеется вертикально-ориентированная ферментационная емкость, в наличии перфорированная горизонтально-ориентированная перегородка в ней, позиционированная так, что она разделяет вертикально-ориентированную ферментационную емкость на верхний и нижний объемы, в наличии, по меньшей мере, один верхний эжектор, содержащий первый и второй эжекторные входы, а также первый эжекторный выход, в наличии, по меньшей мере, один нижний эжектор, содержащий первый и второй эжекторные входы, а также первый эжекторный выход, в наличии, по меньшей мере, один гравитационный эжектор, проходящий через тело перфорированной горизонтально-ориентированной перегородки и выполненный в виде вертикально-ориентированного патрубка, сужающегося к нижнему торцу, закрепленного в теле перфорированной горизонтально-ориентированной перегородки так, что верхний торец этого гравитационного эжектора позиционирован ниже уровня культуральной жидкости в верхнем объеме вертикально-ориентированной ферментационной емкости, в наличии ввод, выполненный в виде патрубка, оснащенного запорной-регулирующей арматурой, закрепленный на стенке вертикально-ориентированной ферментационной емкости в зоне ее нижнего объема, установкой на нижнем торце вертикально-ориентированной ферментационной емкости патрубка для вывода культуральной жидкости, один из торцов которого сообщается с ее нижним объемом, а другой торец которого присоединен первым трубопроводом к входу первого теплообменника, а вторым трубопроводом, соответственно, присоединен ко входу второго теплообменника, при этом посредством третьего трубопровода выход первого теплообменника соединен через первый циркуляционный насос пятым трубопроводом с первым входом верхнего эжектора, а посредством четвертого трубопровода выход второго теплообменника через второй циркуляционный насос шестым трубопроводом соединен с первым входом нижнего эжектора, в наличии первый кольцевой барботер кислородсодержащего газа и первый кольцевой барботера углеродсодержащего питания, позиционированных в вертикально-ориентированной ферментационной емкости в зоне верхнего объема, ниже уровня подлежащего заполнению культуральной жидкостью, в наличии второй кольцевой барботер кислородсодержащего газа и второй кольцевой барботер углеродсодержащего питания, позиционированных в вертикально-ориентированной ферментационной емкости в зоне нижнего объема, ниже уровня подлежащего заполнению культуральной жидкостью, каждый из которых присоединен линиями подачи соответствующих компонентов, в наличии диффузор в виде патрубка со скошенным верхним торцом, прикрепленного нижним торцом к донной части нижнего объема вертикально-ориентированной ферментационной емкости коаксиально патрубку для вывода культуральной жидкости, установкой на верхнем торце вертикально-ориентированной ферментационной емкости патрубка для выхода газовой фазы, один из торцов которого сообщается с ее верхним объемом, а другой торец которого присоединен к трубопроводу для отвода газовой фазы, причем перфорированная горизонтально-ориентированная перегородка выполнена подобно воронке, позиционированной в вертикально-ориентированной ферментационной емкости так, что ее патрубок направлен вверх на высоту выше уровня заполнения культуральной жидкостью в верхнем объеме вертикально-ориентированной ферментационной емкости, а между внутренней стенкой вертикально-ориентированной ферментационной емкости и воронки выполнен кольцевой зазор, при этом второй вход верхнего эжектора и второй вход нижнего эжектора соединены, соответственно, седьмым и восьмым трубопроводами с трубопроводом для отвода газовой фазы из вертикально-ориентированной ферментационной емкости, а первый, второй, третий и четвертый барботеры снабжены трубопроводами подачи в них через стенку в вертикально-ориентированной ферментационной емкости соответствующих материалов.

Конструкция предложенного устройства поясняется чертежами.

На Фиг. 1 схематично представлена блок-схема заявленного устройства.

На Фиг. 2 условно изображено сечение вертикально-ориентированной ферментационной емкости заявленного устройства (вид сбоку).

На Фиг. 3 схематично представлено сечение трех вертикально-ориентированных ферментационных емкостей заявленного устройства (вид сверху), содержащих соответственно, один, два и три гравитационных эжектора.

На Фиг. 4 условно изображено варианты размещения верхнего эжектора в вертикально-ориентированной ферментационной емкости заявленного устройства (горизонтальное сечение, вид сверху).

На Фиг. 5 условно изображены варианты размещения нижнего эжектора в вертикально-ориентированной ферментационной емкости заявленного устройства (горизонтальное сечение, вид сверху).

Перечень позиций.

1. Вертикально-ориентированная ферментационная емкость.

2. Перфорированная горизонтально-ориентированная перегородка

2.1. Патрубок перфорированной горизонтально-ориентированной перегородки.

2.2. Крепление.

3. Верхний объем вертикально-ориентированной ферментационной емкости.

4. Нижний объем вертикально-ориентированной ферментационной емкости.

5. Первый верхний эжектор.

5.1. Первый вход первого верхнего эжектора.

5.2. Второй вход первого верхнего эжектора.

5.3. Эжекторный выход первого верхнего эжектора.

6. Второй верхний эжектор.

6.1. Первый вход второго верхнего эжектора.

6.2. Второй вход второго верхнего эжектора.

6.3. Эжекторный выход второго верхнего эжектора.

7. Третий верхний эжектор.

7.1. Первый вход третьего верхнего эжектора.

7.2. Второй вход третьего верхнего эжектора.

7.3. Эжекторный выход третьего верхнего эжектора.

8. Первый нижний эжектор.

8.1. Первый вход первого нижнего эжектора.

8.2. Второй вход первого нижнего эжектора.

8.3. Эжекторный выход первого нижнего эжектора.

9. Второй нижний эжектор.

9.1. Первый вход второго нижнего эжектора.

9.2. Второй вход второго нижнего эжектора.

9.3. Эжекторный выход второго нижнего эжектора.

10. Третий нижний эжектор.

10.1. Первый вход третьего нижнего эжектора.

10.2. Второй вход третьего нижнего эжектора.

10.3. Эжекторный выход третьего нижнего эжектора.

11. Гравитационный эжектор.

11.1. Первый гравитационный эжектор

11.2. Второй гравитационный эжектор

11.3. Третий гравитационный эжектор

12. Уровень заполнения культуральной жидкостью.

13. Патрубок ввода культуральной жидкости.

13.1. Трубопровод ввода культуральной жидкости.

13.2. Вентиль на трубопроводе ввода культуральной жидкости.

14. Кольцевые барботеры

14.1 Первый кольцевой барботер кислородсодержащего газа

14.2 Первый кольцевой барботер углеводородсодержащего питания.

14.3 Второй кольцевой барботер кислородсодержащего газа

14.4 Второй кольцевой барботер углеводородсодержащего питания.

15. Патрубок вывода культуральной жидкости.

15.1. Трубопровод вывода культуральной жидкости.

15.2. Вентиль на трубопроводе вывода культуральной жидкости.

16. Трубопроводы

16.1 Первый трубопровод

16.2 Второй трубопровод

16.3 Третий трубопровод

16.4 Четвертый трубопровод

16.5 Пятый трубопровод

16.6 Шестой трубопровод

16.7 Седьмой трубопровод

16.8 Восьмой трубопровод

17. Циркуляционные насосы.

17.1 Первый циркуляционный насос.

17.2 Второй циркуляционный насос.

18. Теплообменники

18.1 Первый теплообменник

18.2 Второй теплообменник

19. Диффузор.

19.1 Скос на верхнем торце диффузора.

20. Патрубок для выхода газовой фазы из верхнего объема вертикально-ориентированной ферментационной емкости.

20.1. Трубопровод для отвода газовой фазы.

21. Кольцевой зазор.

Вертикально-ориентированная ферментационная емкость 1 (Фиг. 1 - Фиг. 5) как и перфорированная горизонтально-ориентированная перегородка 2.2 (Фиг. 2) могут быть изготовлены из инертного конструкционного материала, например из пищевой нержавеющей стали. Соответственно, все эжектора 5-11 (Фиг. 1 - Фиг. 5), патрубки 13, 15 и 20 (Фиг. 2), диффузор 19 (Фиг. 2) и трубопроводы 16 (Фиг. 1) также могут быть изготовлены из вышеупомянутого конструкционного материала. К кольцевым барботерам 14 (Фиг. 2) подключены соответствующие каждому из них линии (исполненные в виде трубопроводов) подачи кислородсодержащего и углеродсодержащего питания, оснащенные вентилями (не показано). В качестве теплообменников 18.1 и 18.2 (Фиг. 1) может быть использовано устройство, известное из уровня техники - теплообменник модели «Ридан НН» (www.teploprofi.com), а в качестве циркуляционных насосов 17.1 и 17.2(Фиг. 1) могут быть использованы изделия (циркуляционные насосы) фирмы GRUNDFOS (www.termokit.ru). Диффузор 19 (Фиг. 2) представляет собой цилиндрическую конструкцию, размещенную в ферментационной емкости коаксиально его стенке и является по функции гравитационным эжектором. Скос на верхнем торце диффузора 19.1 (Фиг. 2) служит средством расширения интервала уровней культуральной жидкости, при которых диффузор может функционировать.

Пример №1

В настоящем примере использована следующая комплектация заявленного устройства для выращивания микроорганизмов. Применена вертикально-ориентированная емкость 1 (Фиг. 1 - Фиг. 5) объемом 80 м³. Верхний объем 3 (Фиг. 3) вертикально-ориентированной емкости 1 (Фиг. 2) имеет значение 40 м³, а нижний объем вертикально-ориентированной емкости 1 (Фиг. 2) также равен 40 м³. Устройство снабжено первым верхним эжектором с первым входом 5.1 (Фиг. 4.1), вторым входом первого верхнего эжектора 5.2 (Фиг. 4.1) и эжекторным выходом первого верхнего эжектора 5.3 (Фиг. 4.1), а также первым нижним эжектором, содержащим первый вход первого нижнего эжектора 8.1 (Фиг. 5.2), второй вход первого нижнего эжектора 8.2 (Фиг. 5.2) и эжекторный выход первого нижнего эжектора 8.3 (Фиг. 5.2) и вторым нижним эжектором, имеющим первый вход второго нижнего эжектора 9.1 (Фиг. 5.2), второй вход второго нижнего эжектора 9.2 (Фиг. 5.2) и эжекторный выход второго нижнего эжектора 9.3 (Фиг. 5.2). В состав устройство также входят два / первый 11.1 (Фиг. 3.2) и второй 11.2 (Фиг. 3.2) / гравитационных эжектора. Вертикально-ориентированную ферментационную емкость 1(Фиг. 2) посредством открытия вентиля 13.2 (Фиг. 1 и Фиг. 2) на трубопроводе ввода культуральной жидкости 13.1 (Фиг. 1 и Фиг. 2) через патрубок ввода культуральной жидкости 13(Фиг. 1 и Фиг. 2) заполняют до уровня 12 (Фиг. 2) культуральной жидкостью на основе воды, содержащей питательные минеральные вещества и штамм бактерии Methylococcus capsulatus ВСБ-874. Исходное / после заполнения вертикально-ориентированной емкости 1 (Фиг. 2) / содержание штамма бактерии Methylococcus capsulatus ВСБ-874 составляло 0,2% вес. При этом заполнение культуральной жидкостью происходит через кольцевой зазор 21 (Фиг 2), образованному благодаря креплению 2.2 (Фиг. 3) перфорированной горизонтально-орентированной перегородкой 2 (Фиг. 2), и гравитационные эжекторы 11.1 и 11.2 (Фиг. 3.2). В процессе заполнения культуральной жидкостью вертикально-ориентированной ферментационной емкости 1 (Фиг. 2) запускали в работу циркуляционные насосы (а именно первый циркуляционный насос 17.1 (Фиг. 1) и второй циркуляционный насос 17.2 (Фиг. 1)), а также включали оба теплообменника (первый теплообменник 18.1 (Фиг. 1) и второй теплообменник 18.2 (Фиг. 1). Через патрубок вывода культураль-жидкости 15 (Фиг. 1 и Фиг. 2) исходная культуральная жидкость также поступала в первый 16.1 (Фиг. 1) и второй 16.2 (Фиг. 1) трубопроводы /при этом вентиль на трубопроводе 15.1 (Фиг. 1) вывода культуральной жидкости 15.2 (Фиг. 1) закрыт /. Подогретая в теплообменниках 18 (Фиг. 1) /теплообменнике 18.1 (Фиг. 1) и теплообменнике 18.2 (Фиг. 1) соответственно/ до температуры 40 градусов по Цельсию, культуральная жидкость, побуждаемая работой первого циркуляционного насоса 17.1 (Фиг. 1) по пятому трубопроводу 16.5 (Фиг. 1) поступает на первый вход первого верхнего эжектора 5.1 (Фиг. 1 и Фиг. 4.1) и затем через эжекторный выход первого верхнего эжектора 5.3 (Фиг. 4.1) вводится в вертикально-ориентированную ферментационную емкость 1 (Фиг. 2). Подобно описанному выше, культуральная жидкость побуждаемая работой второго циркуляционного насоса 17.2 (Фиг. 1) по шестому трубопроводу 16.6 (Фиг. 1) поступает на первые входы первого и второго нижних эжекторов 8.1 (Фиг. 5.2) и 9.1(Фиг. 5.2) и затем через эжекторные выходы этих эжекторов 8.3 (Фиг. 5.2) и 9.3 (Фиг. 5.2) вводится в вертикально-ориентированную ферментационную емкость 1 (Фиг. 2). Одновременно с этим, в вертикально-ориентированную ферментационную емкость 1 (Фиг. 2) через первый кольцевой барботер кислородсодержащего газа 14.1 (Фиг. 2) подавали воздух с расходом около 1600 л/мин, а через первый кольцевой барботер углеродсодержащего питания 14.2 (Фиг. 2) подавался природный газ с расходом 4300 л/мин, при этом через второй кольцевой барботер кислородсодержащего газа 14.3 (Фиг. 2) подавался воздух с расходом 1600 л/мин, а через второй кольцевой барботер углеродсодержащего питания 14.4 (Фиг. 2) подавался метан с расходом 4300 л/мин. Созданные условия обеспечивают во всем объеме вертикально-ориентированной ферментационной емкости 1 (Фиг. 2.), заполненной культуральной жидкостью на 80% верхнего 3 (Фиг. 2.) и на 80% нижнего 4 (Фиг. 2.) ее объемов, рост микроорганизмов с соответствующим увеличением их концентрации в культуральной жидкости до 2-5% вес. по сухому веществу. Через патрубок 13 (Фиг. 2.) при открытом вентиле 13.2 (Фиг. 2.) непрерывно подают питательные растворы в ферментационную емкость 1 (Фиг. 2) и одновременно через диффузор 19 (Фиг. 2), трубопровод 15.1 (Фиг. 2.) и открытый вентиль 15.2 (Фиг. 2.) выводят равное (по объему) количество культуральной жидкости, содержащей 2-5% вес. микроорганизмов. Такой режим непрерывного выращивания микроорганизмов в ферментере обеспечивается созданием и поддержанием во всем объеме ферментационной емкости 1 (Фиг. 2.) усредненных концентраций питательных веществ за счет циркулирования культуральной жидкости и многократного (до 50-ти и более раз в час) прохождения процессов интенсивного растворения в ней углеродсодержащего питания и кислородсодержащего газа, которые обеспечиваются эжектором 5 (Фиг. 2.) в верхнем объеме 3 (Фиг. 2) вертикально-ориентированной емкости 1 (Фиг. 2), эжекторами 8 (Фиг. 5.2) и 9 (Фиг. 5.2), а также гравитационными эжекторами 11.1 (Фиг. 2) и 11.2 (Фиг. 2.), обеспечивающими дополнительную интенсификацию внутренней циркуляции жидкостных и газовых потоков культуральной среды внутри вертикально-ориентированной ферментационной емкости 1 (Фиг. 2), в которых происходит многократный захват культуральной жидкостью газов из наджидкостной зоны верхнего объема 3 (Фиг. 2.) и их растворение в культуральной жидкости при ее прохождении без дополнительных затрат энергии, а также сопутствующую турбулизация культуральной жидкости в нижнем объеме 4 (Фиг. 2) вертикально-ориентированной ферментационной емкости 1 (Фиг. 2). Таким образом обеспечивается уравнивание концентраций питательных компонентов в культуральной жидкости и отвод газообразных продуктов метаболизма из нее, которые вместе с остаточными количествами нерастворившихся газов выводятся из вертикально-ориентированной емкости 1 (Фиг. 2), а именно: из нижнего ее объема 4 (Фиг. 2.) через патрубок 2.1 (Фиг. 2) и, последовательно, через патрубок 20 (Фиг. 2.) из верхнего объема 3 (Фиг. 2.) емкости 1 (Фиг. 2) для дальнейшей утилизации и подачи на второй вход первого верхнего эффектора 5.2 (Фиг. 4.1) по седьмому трубопроводу 16.7 (Фиг. 1), а также на вторые входы первого 8.2 (Фиг. 5.2) и второго 9.2 (Фиг. 5.2) нижних эжекторов по восьмому трубопроводу 16.8 (Фиг. 1).

После 100 часов ферментации посредством использования патрубка вывода культуральной жидкости 15 (Фиг. 1) за счет открытия вентиля 15.2 (Фиг. 1) по трубопроводу 15.1 (Фиг. 1) из вертикально-ориентированной ферментационной емкости 1 (Фиг. 2) непрерывно выводят биопротеиновую (гаприн) массу (всего было произведено десять циклов ферментации).

В Таблице №1 приведены усредненные по 10 циклам непрерывного выращивания биопротеина сопоставительные с устройством-прототипом данные по приведенной (к единице объема вертикально-ориентированной емкости 1 (Фиг. 2)) производительности сравниваемых устройств.

Как следует из Таблицы №1, предлагаемое устройство обладает большей приведенной (к единице объема вертикально-ориентированной емкости 1 (Фиг. 2)) производительностью микроорганизмов (биопротеина) на ферментере заявленной конструкции, что позволяет обоснованно сделать выводы о достижении заявленного технического результата.

Пример №2

В настоящем примере использована следующая комплектация заявленного устройства для выращивания микроорганизмов.

Использована вертикально-ориентированная ферментационная емкость 1 (Фиг. 1 - Фиг. 5) емкостью 80 м³. Верхний объем 3(Фиг. 2) вертикально-ориентированной ферментационной емкости 1 (Фиг. 2) имеет величину 40 м³, нижний объем вертикально-ориентированной емкости 1 (Фиг. 2) равен 40 м³. Устройство снабжено первым и вторым верхними эжекторами 5 и 6 (Фиг. 4.2), а также первым нижними эжектором 8 (Фиг. 5.1).

В состав устройство также входит первый 11.1 (Фиг. 3.1) гравитационный эжектор. Вертикально-ориентированную емкость 1 (Фиг. 2) посредством открытия вентиля 13.2 (Фиг. 1) на трубопроводе ввода культуральной жидкости 13.1 (Фиг. 1) через патрубок ввода культуральной жидкости 13(Фиг. 1 и Фиг. 2)) заполняют культуральной жидкостью на основе воды, содержащей питательные минеральные вещества и штамм бактерии Candidatropicallis Б-942 до уровня 12(Фиг. 2), который выше уровня верхнего торца гравитационного эжектора 11.1 (Фиг. 2). При этом заполнение культуральной жидкостью происходит через кольцевой зазор 21 (Фиг 2) и гравитационный эжектор 11.1 (Фиг. 2). Исходное (после заполнения вертикально-ориентированной ферментационной емкости 1 (Фиг. 2)) содержание штамма Candidatropicallis Б-942 в емкости 1 (Фиг. 2) составляло 0,5% вес. В ходе заполнения культуральной жидкостью вертикально-ориентированной ферментационной емкости 1 (Фиг. 2) запускали в работу циркуляционные насосы 17 (а именно первый циркуляционный насос 17.1 (Фиг. 1) и второй циркуляционный насос 17.2 (Фиг. 1)), а также включали оба теплообменника 18 (первый теплообменник 18.1 (Фиг. 1) и второй теплообменник 18.2 (Фиг. 1).

Через патрубок вывода культуральной жидкости 15 (Фиг. 1 и Фиг. 2) исходная культуральная жидкость поступала в первый 16.1 (Фиг. 1) и второй 16.2 (Фиг. 1) трубопроводы (при этом вентиль на трубопроводе 15.1 (Фиг. 1) вывода культуральной жидкости 15.2 (Фиг. 1) был закрыт).

Подогретая в теплообменниках 18 (Фиг. 1) / теплообменнике 18.1 (Фиг. 1) и теплообменнике 18.2 (Фиг. 1) соответственно/ до температуры 32 градуса по Цельсию, культуральная жидкость побуждаемая работой первого циркуляционного насоса 17.1 (Фиг. 1) по пятому трубопроводу 16.5(Фиг. 1) поступала на первые входы первого и второго верхних эжекторов 5.1 и 6.1 (Фиг. 4.2), затем через эжекторные выходы первого и второго верхних эжекторов 5.3 и 6.3 (Фиг. 4.2) вводилась в вертикально-ориентированную ферментационную емкость 1 (Фиг. 2).

Аналогично вышеописанному, культуральная жидкость, побуждаемая работой второго циркуляционного насоса 17.2 (Фиг. 1) по шестому трубопроводу 16.6 (Фиг. 1) поступала на первый вход первого нижнего эжектора 8.1 (Фиг. 5.1), затем через эжекторный выход этого эжектора 8.3 (Фиг. 5.1) также вводилась в вертикально-ориентированную ферментационную емкость 1 (Фиг. 2).

Одновременно с этим в вертикально-ориентированную ферментационную емкость 1 (Фиг. 2) через первый кольцевой барботер кислородсодержащего газа 14.1 (Фиг. 2) подавался воздух с расходом около 96 м³/час, а через первый кольцевой барботер углеродсодержащего питания 14.2(Фиг. 2) подавался жидкий парафин с расходом 0,125 т/час, через второй кольцевой барботер кислородсодержащего газа 14.3 (Фиг. 2) подавался воздух с расходом 96 м³/час, а через второй кольцевой барботер углеродсодержащего питания 14.4 (Фиг. 2)) подавался жидкий парафин с расходом 0,125 т/час.

Созданные таким образом необходимые условия для роста микроорганизмов обеспечивают во всем объеме вертикально-ориентированной емкости 1 (Фиг. 2.),заполненном культуральной жидкостью на 80% верхнего 3 (Фиг. 2.) и на 80% нижнего 4 (Фиг. 2.) ее объемов, рост микроорганизмов с соответствующим увеличением их концентрации в культуральной жидкости до 8-10% вес. по сухому веществу. Далее через патрубок 13 (Фиг. 2.) при открытом вентиле 13.2 (Фиг. 2.) непрерывно подаются питательные растворы и, одновременно, через трубопровод 15.1 (Фиг. 2.) и открытый вентиль 15.2 (Фиг. 2.) выводят равное по объему обогащенной количество культуральной жидкости, содержащей же 8-10% вес.микроорганизмов. Такой режим непрерывного выращивания микроорганизмов обеспечивается созданием и поддержанием во всем объеме ферментационной емкости 1 (Фиг. 2 - Фиг. 5.) усредненных концентраций питательных веществ за счет циркуляции культуральной жидкости и многократного (до 50-ти и более раз в час) прохождения процессов растворения в ней жидкого парафина и кислорода, которые обеспечиваются работай первого нижнего эжектора 8 (Фиг. 5.1), в нижнем объеме 4 (Фиг. 2) ферментационной емкости 1 (Фиг. 2.) и первым и вторым верхними эжекторами 5 и 6 (Фиг. 4.2) в верхнем объеме 3 (Фиг. 2) ферментационной емкости 1 (Фиг. 2), а также гравитационным эжектором 11.1 (Фиг. 3.1), позволяющими значительно интенсифицировать процесс циркуляции потоков жидкости и газов внутри ферментационной емкости 1 (Фиг. 2). Следовательно, в упомянутой ферментационной емкости 1 (Фиг. 2) непрерывно происходит многократный захват культуральной жидкостью кислорода воздуха из жидкостного и наджид-костного объемов верхнего объема 3 (Фиг. 2.), их растворение при прохождении через культуральную жидкость без дополнительных затрат энергии, а также дополнительное перемешивание культуральной жидкости в нижнем объеме 4 (Фиг. 2) ферментационной емкости 1 (Фиг. 2). Это все в совокупности обеспечивает выравнивание концентраций питательных веществ в культуральной жидкости и отвод газообразных продуктов метаболизма (в частности, CO₂), которые вместе с остаточными количествами нерастворив-шихся газов выводятся из вертикально-ориентированной емкости 1 (Фиг. 1): из нижнего объема 4 (Фиг. 2.) через патрубок 2.1 (Фиг. 2) и, последовательно, через патрубок 20 (Фиг. 2.) из верхнего объема 3 (Фиг. 2) для частичной последующей утилизации, поскольку часть указанных продуктов возвращаются седьмым трубопроводом 16.7 (Фиг. 1) на вторые входы 5.2 и 6.2 (Фиг. 4.2) первого и второго верхних эжекторов соответственно, а восьмым трубопроводом 16.8 (Фиг. 1) - на второй вход 8.2 (Фиг. 5.1) первого нижнего эжектора. После 150 часов ферментации из патрубка вывода культуральной жидкости 15 (Фиг. 2) за счет открытия вентиля 15.2 (Фиг. 1) по трубопроводу 15.1 (Фиг. 1) из вертикально-ориентированной ферментационной емкости 1 (Фиг. 2) непрерывно выводят биопротеиновую (паприн) массу (всего было произведено 30 циклов выращивания). В Таблице №2 представлены усредненные по 30 циклам непрерывного выращивания сопоставительные с устройством-прототипом данные по удельной производительности сравниваемых устройств.

Как следует из Таблицы №2, предлагаемое устройство обладает большей удельной производительностью биопротеина на ферментере заявленной конструкции, что позволяет сделать выводы о достижении заявленного технического результата.

Пример №3

В третьем примере использована следующая комплектация устройства для выращивания микроорганизмов: вертикально-ориентированная ферментационная емкость 1 (Фиг. 1 - Фиг. 5) имеет объем 80 м³. Верхний объем 3 (Фиг. 3) вертикально-ориентированной емкости 3 (Фиг. 2) равен 40 м³, нижний объем вертикально-ориентированной емкости 4 (Фиг. 2) имеет значение 40 м³. Заявленное устройство снабжено первым, вторым и третьим верхним эжектором 5,6 и 7 (Фиг. 4.3), а также первым, вторым и третьим нижними эжекторами 8,9 и 10 (Фиг. 5.3). В состав заявленной установки также входят три гравитационных эжектора 11.1, 11.2 и 11.3 (Фиг. 3.3). Вертикально-ориентированную ферментационную емкость 1 (Фиг. 2) посредством открытия вентиля 13.2 (Фиг. 1 и Фиг. 2) на трубопроводе ввода 13.1 (Фиг. 1) культуральной жидкости 13.2 (Фиг. 1 и Фиг. 2) через патрубок ввода культуральной жидкости 13 (Фиг. 1 и Фиг. 2) и кольцевой зазор 21 (Фиг. 2) заполняют культуральной жидкостью на основе воды, содержащей питательные минеральные вещества и штамм Methylophilusmethylotrophus до уровня 12 (Фиг. 2), который выше уровня верхних торцов гравитационных эжекторов 11 (Фиг. 2).

Исходное (после заполнения вертикально-ориентированной ферментационной емкости 1 (Фиг. 2)) содержание штамма Methylophilusmethylotrophus в ферментационной емкости 1 (Фиг. 2) составляло 0,7% вес. В ходе заполнения культуральной жидкостью вертикально-ориентированной ферментационной емкости 1 (Фиг. 2) запускали в работу циркуляционные насосы, а именно первый циркуляционный насос 17.1 (Фиг. 1) и второй циркуляционный насос 17.2 (Фиг. 1)), а также включали оба теплообменника - первый теплообменник 18.1 (Фиг. 1) и второй теплообменник 18.2 (Фиг. 1). Через патрубок вывода культуральной жидкости 15 (Фиг. 1 и Фиг. 2) исходная культуральная жидкость поступала в первый 16.1 (Фиг. 1) и второй 16.2 (Фиг. 1) трубопроводы (при этом вентиль на трубопроводе вывода культуральной жидкости 15.2 (Фиг. 1) закрыт). Подогретая в теплообменниках 18 (Фиг. 1) / теплообменнике 18.1 (Фиг. 1) и теплообменнике 18.2 (Фиг. 1) соответственно / до температуры 34 градуса по Цельсию, культуральная жидкость, побуждаемая работой первого циркуляционного насоса 17.1 (Фиг. 1) по пятому трубопроводу 16.5(Фиг. 1) поступала на первые 5.1, 6.1 и 7.1 (Фиг. 4.3) входы первого, второго и третьего верхних эжекторов 5,6 и 7 (Фиг. 4.3), затем через эжекторные выходы первого, второго и третьего верхних эжекторов 5.3, 6.3 и 7.3 (Фиг. 4.3) вводилась в вертикально-ориентированную ферментационную емкость 1 (Фиг. 2).

Подобно вышеописанному, культуральная жидкость побуждаемая работой второго циркуляционного насоса 17.2 (Фиг. 1) по шестому трубопроводу 16.6 (Фиг. 1) поступала из второго теплообменника 18.2 (Фиг. 1) на первые входы 8.1, 9.1 и 10.1 (Фиг. 5.3) первого, второго и третьего нижних эжекторов 8,9 и 10 (Фиг. 5.3) и затем через эжекторные выходы этих же эжекторов 8.3,9.3 и 10,3 (Фиг. 5.3) вводилась в вертикально-ориентированную ферментационную емкость 1 (Фиг. 2). Одновременно с этим в вертикально-ориентированную ферментационную емкость 1 (Фиг. 2) через первый кольцевой барботер кислородсодержащего газа 14.1 (Фиг. 2) подавался воздух с расходом около 120 м³/час, через первый кольцевой барботер углеводородсодержащего питания 14.2(Фиг. 2) подавался метанол с расходом 0,25 т/час, через второй кольцевой барботер кислородсодержащего газа 14.3 (Фиг. 2) подавался воздух с расходом 120 м³/час, а через второй кольцевой барботер углеводородсодержащего питания 14.4 (Фиг. 2)) подавался метанол с расходом 0,25 т/час. Созданные таким образом необходимые условия для роста микроорганизмов обеспечивают во всем объеме вертикально-ориентированной емкости 1 (Фиг. 2.),заполненном культуральной жидкостью на 80% верхнего 3 (Фиг. 2.) и на 80% нижнего 4 (Фиг. 2.) ее объемов, рост микроорганизмов с соответствующим увеличением их концентрации в составе культуральной жидкости до 8-10% вес. по сухому веществу, после чего через патрубок 13 (Фиг. 2.) с помощью вентиля 13.2 (Фиг. 2.) непрерывно подаются питательные растворы и одновременно через трубопровод 15.1 (Фиг. 2.) и открытый вентиль 15.2 (Фиг. 2.) выводится равное по объему количество культуральной жидкости, содержащей уже 8-10% вес. микроорганизмов.

Такой стационарный режим непрерывного выращивания микроорганизмов обеспечивается созданием и поддержанием во всем объеме ферментационной емкости 1 (Фиг. 2) равномерной концентрации питательных веществ за счет, собственно, циркулирования культуральной жидкости и многократного (до 50-ти и более раз в час) прохождения процессов растворения в ней метанола и кислорода, которые обеспечиваются эжекторами 8-10 (Фиг. 5.3) в нижнем объеме емкости 4 (Фиг. 2), эжекторами 5-7 (Фиг. 4.3.) в верхнем объеме емкости 3(Фиг. 2), а также работой гравитационных эжекторов 11.1, 11.2 и 11.3 (Фиг. 3.3), значительно активирующими циркуляцию жидкостных и газовых потоков внутри ферментационной емкости 1(Фиг. 2), в процессе которой происходит многократный захват культуральной жидкостью кислорода воздуха из жидкостного и наджидкостного объемов емкости 1 (Фиг. 2.) и последующее его растворение без дополнительных затрат энергии, а также турбулизация культуральной жидкости в нижнем объеме ферментационной емкости 4 (Фиг. 2), что обеспечивает выравнивание концентраций питательных компонентов и отвод газообразных продуктов метаболизма (в частности, CO₂), которые вместе с остаточными количествами нерастворившихся газов выводятся из вертикально-ориентированной емкости: из нижнего объема 4 (Фиг. 2.) ферментационной емкости 1 (Фиг. 2) через патрубок 2.1 (Фиг. 2) и, последовательно, через патрубок 20 (Фиг. 2) из верхнего объема 3 (Фиг. 2) для их частичной утилизации, поскольку по седьмому 16.7 (Фиг. 1) и восьмому 16.8 (Фиг. 1) трубопроводам оставшаяся часть упомянутых продуктов поступает, соответственно, на вторые входы первого 5.2 (Фиг. 4.3), второго 6.2 (Фиг. 4.3) и третьего 7.2 (Фиг. 4.3) верхних эжекторов, и на вторые входы первого 8.2 (Фиг. 5.3), второго 9.2 (Фиг. 5.3) и третьего 10.2 (Фиг. 5.3) нижних эжекторов.

После 120 часов ферментации из патрубка вывода культуральной жидкости 15 (Фиг. 2) за счет открытия вентиля 15.2 (Фиг. 1) по трубопроводу 15.1 (Фиг. 1) из вертикально-ориентированной емкости 1 (Фиг. 2) непрерывно выводят биопротеиновую (меприн) массу (произведено двадцать циклов выращивания).

В Таблице №3 приведены усредненные по 20 циклам непрерывного выращивания сопоставительные с устройством-прототипом данные по удельной производительности сравниваемых устройств.

Как следует из Таблицы №3, предлагаемое устройство обладает большей удельной производительностью биопротеина на ферментере заявленной конструкции, что позволяет сделать выводы о достижении заявленного технического результата.

Для изготовления заявленного устройства могут быть использованы известные из уровня техники конструкционные материалы, комплектующие узлы и механизмы, что позволяет судить о соответствии предложения критерию полезной модели «промышленная применимость»

Claims

Устройство для выращивания микроорганизмов, характеризующееся наличием вертикально-ориентированной ферментационной ёмкости, наличием перфорированной горизонтально-ориентированной перегородки в ней, позиционированной так, что она разделяет вертикально-ориентированную ферментационную емкость на верхний и нижний объемы, наличием, по меньшей мере, одного верхнего эжектора, содержащего первый и второй эжекторные входы, а также первый эжекторный выход, наличием, по меньшей мере, одного нижнего эжектора, содержащего первый и второй эжекторные входы, а также первый эжекторный выход, наличием, по меньшей мере, одного гравитационного эжектора, проходящего через тело перфорированной горизонтально-ориентированной перегородки и выполненного в виде вертикально-ориентированного патрубка, сужающегося к нижнему торцу, закрепленного в теле перфорированной горизонтально-ориентированной перегородки так, что верхний торец этого гравитационного эжектора позиционирован ниже уровня культуральной жидкости в верхнем объеме вертикально-ориентированной ферментационной емкости, наличием ввода, выполненного в виде патрубка, оснащенного запорной-регулирующей арматурой, закрепленного на стенке вертикально-ориентированной ферментационной емкости в зоне её нижнего объема, установкой на нижнем торце вертикально-ориентированной ферментационной ёмкости патрубка для вывода культуральной жидкости, один из торцов которого сообщается с её нижним объемом, а другой торец которого присоединен первым трубопроводом к входу первого теплообменника, а вторым трубопроводом соответственно присоединен ко входу второго теплообменника, при этом посредством третьего трубопровода выход первого теплообменника соединён через первый циркуляционный насос пятым трубопроводом с первым входом верхнего эжектора, а посредством четвертого трубопровода выход второго теплообменника через второй циркуляционный насос шестым трубопроводом соединен с первым входом нижнего эжектора, наличием первого кольцевого барботёра кислородсодержащего газа и первого кольцевого барботёра углеродсодержащего питания, позиционированных в вертикально-ориентированной ферментационной ёмкости в зоне верхнего объема, ниже уровня, подлежащего заполнению культуральной жидкостью, наличием второго кольцевого барботёра кислородсодержащего газа и второго кольцевого барботёра углеродсодержащего питания, позиционированных в вертикально-ориентированной ферментационной ёмкости в зоне нижнего объема, ниже уровня, подлежащего заполнению культуральной жидкостью, каждый из которых присоединен линиями подачи соответствующих компонентов, наличием диффузора в виде патрубка со скошенным верхним торцом, прикреплённого нижним торцом к донной части нижнего объема вертикально-ориентированной ферментационной ёмкости коаксиально патрубку для вывода культуральной жидкости, установкой на верхнем торце вертикально-ориентированной ферментационной ёмкости патрубка для выхода газовой фазы, один из торцов которого сообщается с её верхним объемом, а другой торец которого присоединен к трубопроводу для отвода газовой фазы, причем перфорированная горизонтально-ориентированная перегородка выполнена подобно воронке, позиционированной в вертикально-ориентированной ферментационной ёмкости так, что её патрубок направлен вверх на высоту выше уровня заполнения культуральной жидкостью в верхнем объеме вертикально-ориентированной ферментационной ёмкости, а между внутренней стенкой вертикально-ориентированной ферментационной ёмкости и воронки выполнен кольцевой зазор, при этом второй вход верхнего эжектора и второй вход нижнего эжектора соединены соответственно седьмым и восьмым трубопроводами с трубопроводом для отвода газовой фазы из вертикально-ориентированной ферментационной емкости, а первый, второй, третий и четвертый барботеры снабжены трубопроводами подачи в них через стенку в вертикально-ориентированной ферментационной ёмкости соответствующих материалов.