RU2415913C1 - Биореактор вытеснения с мембранным устройством подвода и стерилизации газового питания - Google Patents
Биореактор вытеснения с мембранным устройством подвода и стерилизации газового питания Download PDFInfo
- Publication number
- RU2415913C1 RU2415913C1 RU2009139720/13A RU2009139720A RU2415913C1 RU 2415913 C1 RU2415913 C1 RU 2415913C1 RU 2009139720/13 A RU2009139720/13 A RU 2009139720/13A RU 2009139720 A RU2009139720 A RU 2009139720A RU 2415913 C1 RU2415913 C1 RU 2415913C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- bioreactor
- distribution device
- tubular membranes
- membranes
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Abstract
Изобретение относится к биореакторам асептического выращивания микроорганизмов, в частности к инокуляторам, посевным аппаратам, и может найти применение в микробиологической, пищевой, медицинской промышленности, а также в сфере образования и науки. Биореактор вытеснения с мембранным устройством подвода и стерилизации газового питания содержит цилиндрический корпус с рубашкой теплообмена, крышку, днище, газораспределительное устройство и газопроницаемые полимерные трубчатые мембраны, установленные вдоль оси корпуса. Внутри корпуса вдоль центральной его оси установлена несущая труба подвода газа, соединенная с газораспределительным устройством, на которой с равным шагом установлены перфорированные диски, через часть отверстий которых проходят газопроницаемые полимерные трубчатые мембраны, закрепленные между крышкой и газораспределительным устройством. Такая конструкция биореактора позволяет повысить рабочее давление газа в газопроницаемых полимерных трубчатых мембранах и, вследствие этого, увеличить массоперенос кислорода в нем. 2 ил.
Description
Изобретение относится к биореакторам асептического выращивания микроорганизмов, в частности к инокуляторам, посевным аппаратам, и может найти применение в микробиологической, пищевой, медицинской промышленности, а также в сфере образования и науки.
Известен аппарат для культивирования клеток и тканей, содержащий закрытую емкость, мешалку и устройство для подвода газа в питательную среду, представляющее собой змеевик, выполненный из проницаемого для газа полимерного материала. Змеевик расположен внутри дополнительной циркуляционной обечайки (А.с. 786326 (СССР) Аппарат для культивирования клеток и тканей /Байбаков В.И., Власкин Б.А. // Бюл. №81986).
Недостатками такого аппарата являются использование механического перемешивающего устройства, герметизация вала которого сложна, а само наличие мешалки и разделение емкости аппарата на две части ограничивает объем, занимаемый трубчатым устройством газового питания. Все вышеперечисленное ведет к ограничению рабочей поверхности ввода газа и снижает предельные массообменные характеристики и производительность аппарата.
Известен биореактор для выращивания микроорганизмов, содержащий цилиндрический корпус, мешалку и несущие элементы, на которые крепится полимерная газопроницаемая трубчатая мембрана для подвода газа (см. http://www.fermenter.ru/content/page_25_0.html, Компактный настольный ферментер BIOSTAT В с устройством для беспузырьковой аэрации).
Недостатками такого аппарата являются использование сложного механического перемешивающего устройства и неполное использование пространства для развития рабочей поверхности полимерной газопроницаемой трубчатой мембраны.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является биореактор колонного типа с осевым расположением газопроницаемых полимерных трубчатых мембран, закрепленных между днищем, имеющим газораспределительную полость, и подвижным газосборным устройством. Биореактор не имеет механических перемешивающих устройств, за счет чего весь объем равномерно заполнен газопроницаемыми полимерными трубчатыми мембранами, отстоящими друг от друга на расстояния 3-4 мм. Общая удельная поверхность мембран при этом достигает 155 м2/м3 (Научно-технический отчет ООО «Биотехпродукция» по теме «Аппаратурное оснащение и совершенствование аэробных технологий получения посевных материалов», Емельянов В.М., Мухачев С.Г., Ситнов В.В. и др. УДК 663.131, № гос. регистрации 01200610996, Казань 2007).
К недостаткам такого биореактора относятся крепление газопроницаемых полимерных трубчатых мембран на днище, а газосборного устройства на крышке, что усложняет конструкцию и затрудняет сборку биореактора. Кроме того, отсутствуют дополнительные промежуточные крепления трубчатых мембран, что не позволяет поднять рабочее давление газа выше 0,25 МПа из-за их деформации и ограничивает предельную скорость массообмена кислорода на уровне 1,1-1,3 кг/м3·ч (деформация трубчатых мембран влечет частичное их соприкосновение и взаимное экранирование поверхностей массообмена).
Изобретение решает задачи, заключающиеся в создании более простого по конструкции и эксплуатации биореактора с мембранным устройством подвода и стерилизации газового питания. Предлагаемая конструкция биореактора позволяет повысить рабочее давление газа в газопроницаемых полимерных трубчатых мембранах и вследствие этого увеличить массоперенос кислорода в нем.
Технический результат в биореакторе вытеснения с мембранным устройством подвода и стерилизации газового питания, включающем цилиндрический корпус с рубашкой теплообмена, крышку, днище, газораспределительное устройство, газопроницаемые полимерные трубчатые мембраны, установленные вдоль оси корпуса, достигается тем, что внутри корпуса вдоль центральной его оси установлена несущая труба подвода газа, соединенная с газораспределительным устройством, на которой с равным шагом установлены перфорированные диски, через часть отверстий которых проходят газопроницаемые полимерные трубчатые мембраны, закрепленные между крышкой и газораспределительным устройством.
Предлагаемое изобретение позволяет увеличить продуктивность биореактора по биомассе микроорганизмов в 1,5-2 раза, упростить конструкцию и эксплуатацию биореактора.
На фиг.1 схематично показан предложенный биореактор в продольном разрезе; на фиг.2 показан поперечный разрез биореактора.
Биореактор содержит цилиндрический корпус 1 с днищем 2 и рубашкой теплообмена 3, съемную крышку 4, на которой смонтированы газопроницаемые полимерные трубчатые мембраны 5, установленные вдоль оси корпуса 1, газораспределительное устройство 6. Корпус 1, днище 2, крышка 4 биореактора могут быть выполнены, например, из нержавеющей стали.
Съемная крышка 4 имеет полость для приема непотребленного газа 7 и штуцер 8, служащий для его отвода, а также для отвода воздуха при первоначальной продувке газовой полости внутри мембран 5 газом заданного рабочего состава, например техническим кислородом. На крышке имеется засевной штуцер 9, штуцер 10 для подачи газового питания, штуцер 11 для отвода углекислого газа. На днище 2 расположен штуцер 12, через который отбирается культуральная жидкость и внешним рециркуляционным насосом подается в биореактор через штуцер 13, расположенный на крышке 4. Вдоль центральной оси корпуса 1 установлена несущая труба подвода газа 14, соединенная с газораспределительным устройством 6. На несущей трубе 14 с равным шагом, например, 2-3 диаметра полимерной трубчатой мембраны, установлены перфорированные диски 15, выполненные, например, из фторопласта, через часть отверстий которых, например через 70% отверстий, проходят газопроницаемые полимерные трубчатые мембраны 5, например, выполненные из силикона, закрепленные между крышкой 4 и газораспределительным устройством 6. Толщина дисков 15, например, равная 1,5-2,5 мм, и обработка кромок отверстий, через которые пропущены трубчатые мембраны 5, выбираются из условия недопущения перерезания трубок на кромках при подаче в них газа под давлением. Отверстия в перфорированных дисках 15 для облегчения монтажа биореактора могут, например, на 0,1-0,2 мм превышать диаметр трубчатых мембран. Отбор проб осуществляется через штуцер 15. Датчики (pH, pO2, eH и др.) могут устанавливаться при необходимости в ячейку внешнего рециркуляционного контура.
Рассмотрим предлагаемый биореактор в работе. В корпус 1 биореактора заливается питательная среда и через засевной штуцер 9 вводится культура микроорганизмов. В культуральную жидкость через газопроницаемые полимерные трубчатые мембраны 5 из несущей трубы 14, соединенной с входным штуцером 10, подается газовое питание. Через штуцер 8 осуществляется сброс воздуха из полости трубчатых мембран 5 при кратковременной продувке их рабочим газом.
В зависимости от потребности культуры микроорганизмов, по мере роста концентрации клеток, давление подаваемого газа увеличивают. Интенсивность процесса определяют по скорости продуцирования углекислого газа, отбираемого из отводящего штуцера 11. С целью создания потока внутри биореактора культуральная жидкость, отбираемая через штуцер 12, возвращается в корпус биореактора через штуцер 13. Интенсификация перемешивания жидкости достигается тем, что поток на своем пути проходит через свободные отверстия перфорации, расположенные на перфорированных дисках 15.
Поскольку интенсивность массообмена кислорода в мембранных устройствах любой конструкции пропорциональна произведению величины удельной поверхности мембран на перепад давления, то предлагаемая конструкция биореактора, позволяющая увеличить давление внутри мембран примерно в 2 раза при снижении удельной поверхности мембран не более чем на 20% (часть поверхности трубчатых мембран 5 проходит через ограничивающие деформацию диски 15) обеспечивает рост массообмена не менее чем в 1,6 раза.
Предлагаемое изобретение позволяет поднять рабочее давление внутри полимерных трубчатых мембран 5. При повышении давления поверхность трубчатых мембран 5 деформируется, но, встречая сопротивление со стороны перфорированных дисков 15, эта деформация носит ограниченный характер вследствие того, что диски расположены с шагом, равным, например, 2-3 диаметрам полимерных трубчатых мембран.
Использование изобретения позволяет повысить производительность биореактора, упростить его изготовление и эксплуатацию, уменьшить стоимость расходных материалов (например, отказаться от применения армированных мембран).
Изобретение может быть использовано для комплектации надежных и недорогих установок учебного, исследовательского и промышленного назначения.
Claims (1)
- Биореактор вытеснения с мембранным устройством подвода и стерилизации газового питания, содержащий цилиндрический корпус с рубашкой теплообмена, крышку, днище, газораспределительное устройство, газопроницаемые полимерные трубчатые мембраны, установленные вдоль оси корпуса, отличающийся тем, что внутри корпуса вдоль центральной его оси установлена несущая труба подвода газа, соединенная с газораспределительным устройством, на которой с равным шагом установлены перфорированные диски, через часть отверстий которых проходят газопроницаемые полимерные трубчатые мембраны, закрепленные между крышкой и газораспределительным устройством.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009139720/13A RU2415913C1 (ru) | 2009-10-27 | 2009-10-27 | Биореактор вытеснения с мембранным устройством подвода и стерилизации газового питания |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009139720/13A RU2415913C1 (ru) | 2009-10-27 | 2009-10-27 | Биореактор вытеснения с мембранным устройством подвода и стерилизации газового питания |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2415913C1 true RU2415913C1 (ru) | 2011-04-10 |
Family
ID=44052126
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009139720/13A RU2415913C1 (ru) | 2009-10-27 | 2009-10-27 | Биореактор вытеснения с мембранным устройством подвода и стерилизации газового питания |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2415913C1 (ru) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2534886C1 (ru) * | 2013-10-15 | 2014-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технологический университет" (ФГБОУ ВПО "КНИТУ") | Биореактор с мембранным устройством подвода газового питания |
RU2596396C1 (ru) * | 2015-05-25 | 2016-09-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биологического приборостроения с опытным производством Российской Академии наук (ИБП РАН) | Биореактор с мембранным устройством газового питания микроорганизмов |
RU2644344C1 (ru) * | 2016-10-26 | 2018-02-08 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биологического приборостроения с опытным производством Российской Академии наук (ИБП РАН) | Биологический реактор для превращения газообразных углеводородов в биологически активные соединения |
RU2700490C1 (ru) * | 2018-10-25 | 2019-09-17 | Общество с ограниченной ответственностью "Эволюция Биогазовых Систем" | Биореакторная установка для анаэробной обработки органических отходов животного и растительного происхождения с получением органических удобрений и биогаза |
RU2707818C1 (ru) * | 2018-12-13 | 2019-11-29 | Общество с ограниченной ответственностью "Эволюция Биогазовых Систем" | Биореактор проточного типа для анаэробной обработки органических отходов животного и растительного происхождения с получением органических удобрений и биогаза |
-
2009
- 2009-10-27 RU RU2009139720/13A patent/RU2415913C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Компактный настольный ферментер BIOSTAT В - http:/www septech.ru/items/429, 2006. Промсофт. * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2534886C1 (ru) * | 2013-10-15 | 2014-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технологический университет" (ФГБОУ ВПО "КНИТУ") | Биореактор с мембранным устройством подвода газового питания |
RU2596396C1 (ru) * | 2015-05-25 | 2016-09-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биологического приборостроения с опытным производством Российской Академии наук (ИБП РАН) | Биореактор с мембранным устройством газового питания микроорганизмов |
RU2644344C1 (ru) * | 2016-10-26 | 2018-02-08 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биологического приборостроения с опытным производством Российской Академии наук (ИБП РАН) | Биологический реактор для превращения газообразных углеводородов в биологически активные соединения |
RU2700490C1 (ru) * | 2018-10-25 | 2019-09-17 | Общество с ограниченной ответственностью "Эволюция Биогазовых Систем" | Биореакторная установка для анаэробной обработки органических отходов животного и растительного происхождения с получением органических удобрений и биогаза |
RU2707818C1 (ru) * | 2018-12-13 | 2019-11-29 | Общество с ограниченной ответственностью "Эволюция Биогазовых Систем" | Биореактор проточного типа для анаэробной обработки органических отходов животного и растительного происхождения с получением органических удобрений и биогаза |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4146476B2 (ja) | 生物反応装置 | |
CA3017434C (en) | A bioreactor system and method thereof | |
JP5394623B2 (ja) | バイオリアクタおよび方法 | |
US6709862B2 (en) | Growing cells in a reservoir formed of a flexible sterile plastic liner | |
RU2415913C1 (ru) | Биореактор вытеснения с мембранным устройством подвода и стерилизации газового питания | |
CN101985600B (zh) | 一种微重力环境下翻转膜生物反应器 | |
EA008157B1 (ru) | Система культивирования клеток | |
Ince et al. | Effect of a chemical synthesis‐based pharmaceutical wastewater on performance, acetoclastic methanogenic activity and microbial population in an upflow anaerobic filter | |
RU2644344C1 (ru) | Биологический реактор для превращения газообразных углеводородов в биологически активные соединения | |
RU2446205C1 (ru) | Биореактор вытеснения с мембранным устройством подвода газового питания | |
US20110117639A1 (en) | Taylor Vortex Flow Bioreactor for Cell Culture | |
WO2019077623A1 (en) | IMPROVED DISPOSABLE BIOREACTOR | |
RU2596396C1 (ru) | Биореактор с мембранным устройством газового питания микроорганизмов | |
WO2016092073A1 (en) | Coupled systems of aeration, agitation and heat exchange for the culture of microorganisms in single use bioreactors | |
RU186729U1 (ru) | Установка для выработки биогаза и обеззараживания эффлюента | |
WO2018104495A1 (en) | A convertible bioreactor, a kit, and a method for converting a bioreactor | |
EP3031895A1 (en) | Aeration and agitation system for the culture of microorganisms in single use bioreactors | |
RU88989U1 (ru) | Устройство для перемешивания субстрата для анаэробных биореакторных комплексов | |
EP3031896A1 (en) | Coupled systems of heat exchange and droplet formation for single-use bioreactors | |
RU196318U1 (ru) | Устройство для получения биогаза | |
RU117916U1 (ru) | Биореактор для культивирования клеток, преимущественно эукариотических | |
WO2007059777A1 (en) | Biogas plant and process with immobilised bacteria | |
RU2681678C1 (ru) | Биореактор для культивирования мультипотентных мезенхимальных стволовых клеток | |
RU2534886C1 (ru) | Биореактор с мембранным устройством подвода газового питания | |
Kaur et al. | Cultivation strategies with special reference to bioreactor design and operation for industrial production in biotechnology |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181028 |