RU7995U1 - Аппарат для выращивания микроорганизмов - Google Patents

Abstract

1. Аппарат для выращивания микроорганизмов, включающий вертикальный корпус (1), в верхней части которого размещен сепаратор (2), циркуляционную трубу (3), аэрирующие устройства с воздухоподводящими патрубками, одно из которых размещено под срезом циркуляционной трубы (3), патрубки подвода и отвода жидкости и отработанного воздуха, отличающийся тем, что аэрирующее устройство (4), размещенное под срезом циркуляционной трубы (3), выполненное в виде расположенной соосно циркуляционной трубе (3) профилированной снизу тарелки (14) с центральным патрубком (16), снабженным рассекателем (18) для подачи газа под тарелку, и размещенным соосно и навстречу патрубку соплом (17) для подачи жидкости, при этом второе аэрирующее устройство (5) расположено в нижней части аппарата над первым.2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что профиль тарелки (14) нижнего аэрирующего устройства (4) выполнен параболической формы и имеет ряды концентрических выступов (15), закругленных в сечении.3. Аппарат по пп.1 и 2, отличающийся тем, что профилированная поверхность тарелки выполнена гидрофобной, например гуммированной.4. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что второе аэрирующее устройство выполнено в виде барбатера (5) из труб с отверстиями для выхода газа и имеет форму шестигранника.5. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что он снабжен контактными устройствами, размещенными между корпусом аппарата и циркуляционной трубой поярусно по высоте и выполненными в виде решеток с размещенной на них плавающей насадкой (7).6. Аппарат по пп.1 и 5, отличающийся тем, что насадка выполнена в виде колец Рашига из полимерного материала.

Description

iJB JiaCi 1 t К li vi Kri

Изобретение относится к промышленной биотехнологии, R именно, к аппаратам дл,я вырашивания различных КУЛЬТУР мик рорганизмов на жидких или смешанных субстратах и ,в частности, может быть использовано в процессах утилизации различных отходов сельскохозяйственного производства,таких .например, как отходы производства пальмового масла и какао.

... - ..,,-.,.-.. ..-..fc.,..-, ....-.... ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известно,что в странах Юго-Восточной Азии с развитым сельским хозяйством сосредоточена значительная часть мирового производства пальмового масла и какао, а сопутствующие этой отрасли производства промышленные отходы являются основным фактором ,загрязняющим окружающую среду.

Наиболее перспективным направлением в утилизации отходов сельскохозяйственных производств, в первую очередь пальмового масла,является использование их в качестве органического источника углерода ,как субстрата для выращивания микроорганизмов, биосинтезирующих полезные продукты, например, белок для корма животных.

Микроорганизмами,используемыми для этих целей, могут быть грибы, бактерии или дрожжи.Оборудование, необходимое для выращив 1ния микроэрганизков , обычно разрабатывается применительно к каждой микробной монокультуре отдельно./см.нап ример , У. Е. Виесту р, М. Ж. гСристапсонс, E.G. Былинкина Культи вир о вание микроорганизмов,Москва,Россия,Издательство Пищевая промышленность,1980г,с 141-166/

Известен,например,аппарат для выращивания дрожжей,содер жащий емкость,размещенную в ней циркуляционную трубу,аэрирующее устройство,выполненное в виде камеры с верхней перфорированной поверхностью,переливное устройство,укрепленное в верхней части циркуляционной трубы,над которым расположен отражслтельный экран. Внутреннее устройство аппарата обеспечи

гает общую циркуляцию га1дкости в аппарате,что MHTe:H4:HtpHUHF.vет процесс выращивания микроорганизмов.

/см.Авторское свидетельство СССР 492537 С 12 М 1/04 12.05,74 /

Основной недостаток; аппарата состоит в том,что процесс перемещения потоков газа и жидкости в объеме аппарата сложен и практически не поддается регулированию,что связано со сложным внутренним конструктивным устройством аппарата.

Известны аппараты для получения продуктов микробного синтеза (бактериальных средств защиты растений,органических кислот и т.п.),содержащие емкость,размещенные в ней вал с мещалками,барботер и отбойники.Аппараты работают в условиях строгой стерильности.

/У.Е.Виестур,.... с 144-14&/

Основным недостатком подобных аппаратов является недостаточная интенсивность массообмена и возможность повреждения грибного мицелия лопастями мешалки.

Для культивирования грИбов могут быть использованы аппараты, описанные в /У.Е.Виестур .с 142 п 3/ и выполненные в виде концентрично размещенной в корпусе турбинной мешалки, под которую с помощью кольц€;вого барбатера подается воздух.

Все вышеперечисленные устройства могут быть использованы для ку.льтивирования лишь тех микробных культур,. д.ля которых они и были предназначены и не годятся дли совместного культивирования нескольких культур одновременно,т.к.оптимальные условия для выращивания дрожжей,бактерий и грибов не одинаковы: процесс выращивглния первых требует интенсивного перемешивания,что препятствует развитию грибной культу ры,т.к.разрушает мицелий.

позволяющих осуществлять при необходимости модернизацию аппарата и проводить выращивание дрожжей, или бактерий, или грибов на жидких или твердых,или смещанных субстратах, /см. Авторское свидетельство СССР 1090711 С 12 М 1/04 10.10.82/

Однако,данный аппарат, также как и выщеперечисленные, не предназначен для одновременного выращивания нескольких микробных культур,а при осуществлении различных процессов культивирования дрожжей, бактерий ti г$1 1|н$о требует модеряиэаUlili: i - ;. . t iiteAs-Й- а ЙЭ)-. , s. -f...

Ближайшим к изобретению является аппарат для щфащивания микроорганизмов (дрояркей), соде$||ф1щий верти|сальный корпус,в верхней части которфо фаЫеЦ н сепаратор, циркуашщм шу трубу, аэрирующие ycTpQilcTkR с воздухоп од водящими га1труб1саии,

одно их которых расположено под срезом циркуляционной трубы, патрубки подвода и отвода жидкости и отвода отработанного газа./Авторское свидетельство СССР 436078 С 12 М 1/04 02.01.73 /

Известный аппарат , также как и вышеописанные не рещает поставленную заявителем задачу - обеспечения одновременного выращивания нескольких культур микроорганизмов , а кроме того, не может обеспечить оптимальный уровень циркуляции жидкости в аппарате,что приводит к снижению его массобменных характеристик.

РЕШАЕМАЯ ИЗОБРЕТЕНИЕМ ЗАДАЧА

Как показали исследования заявителя, наиболее эффективно процесс утилизации отходов сельскохозяйственных производств, в частности, отходов производства пальмового масла и какао,происходит при использовании комбинаций различных микробных культур: грибов, дрожжей и бактерий,используемых одновременно с целью выращивания ассоциаций микроорганизмов или по отдельности последовательно в одном процессе.

- 3 ж I

тоящего изобретения,была задача создания аппарата для выращивания микрорганизмов,который мог бы быть использован для последовательного выращивания различных культур или их совместного выращивания в одном процессе,при этом, условия для развития каждой культуры должны быть оптимальны.

Другой целью изобретения являются обеспечение высокого уровня массообмена,высокой эффективности перемешивания культуральной жидкости при относительно невысоких скоростях газа и жидкости,что обеспечивает мягкое воздействие на мицелиальную грибную культуру, и как результат достижение максимального съема продуктов с единицы объема.

Еще одной целью изобретения является исключение зарастания внутренних устройств аппарата при длительном процессе выращивания.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Вывеукаэаййые цехи рёадгазуются созданием аппарата дли

выращивания микроорганизмов, включающего вертикальный корпус, в верхней части которого размешен сепаратор, циркуляционную трубу,аэрирующие устройства с воздухоподводящими патрубками, одно из которых размещено под срезом циркуляционной трубы, патрубки подвода и отвода жидкости и отработглнного газа, в котором аэрирующее устройство,размещенное под срезом циркуляционной трубы, выполнено в виде расположенной соосно циркуляционной трубе профилированной снизу тарелки с центральным патрубком,снабженным рассекателем, для подачи газа под тарелку и размещенным соосно и навстречу патрубку соплом для подачи жидкости, при этом второе аэрирующее устройство расположено в нижней Чс1сти аппслрата над первым.

Согласно следующим пунктам патентных притязаний профиль нижней части тарелки глэрирующего устройства имеет параболическую форму, а сама поверхность может иметь ряды концентрически размещенных выступов, Зсхкругленных в сечении . Кроме того, она может быть выполпенсл гидрофобной, например, гуммирован ной.

- 4 Целесообразно выполнение второго аэрирующего устройства в виде барбатера из труб с отверстиями для выхода газа, имеющего форму щестигранника.

Кроме того,аппарат для выращивания микроорганизмов может быть снабжен контактными устройствами,размещенными между корпусом annapaTci и циркуляционной трубой поярусно по высоте и выполненными в виде решеток с расположенной на них плавающей насадкой.Насадка может быть выполнена в виде колец Рашига из полимерного материала.

Заявителем впервые была предложена конструкция аппарата, которая за счет вышеперечисленных конструктивных особенностей позволяет вести совместное выращивание различных культур таких,как дрожжи,бактерии,грибы,обеспечивая оптимальные условия их выращивания - высокую интенсивность массобмена при мягком,не разрушающем воздействии на грибную мицелиальную культуру.

Кроме того,изобретенный аппарат за счет наличия плавающей самоочищающейся насадки позволяет исключить зарастание

внутренних устройств аппарата npvi длительном процессе выра щивания культур.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Сущность изобретения и его преимущества по сравнению с известными аппаратглми для вырг1щивания микроорганизмов пояс няются примером,описанным в соответствии с чертежами, на которых изображено:

Фиг.1 - общий с1ппаратсд, вертикальный разреч : Фиг / - узел аэрирующего устройства : Фиг.З - вид фиг ;. ; Фиг. 4 - схематиг1еское изображение барбатера ; 1ИГ.Ь узел выполнения отверстий барбатера ; Фиг.6 - поперечное сечение барбатера : Фиг. 7 - узел размещения плггвающей насадки на тарелке ; Фиг.8 - схематическое изображение насадки ;

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРИМЕРА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Аппарат для выращивания микроорганизмов,как показано на фиг.1,содержит вертикальную емкость 1,верхняя расширяюшаяся часть которой выполнена в вид/т- сепаратора 2 для отделенл :жидкости от газа перед его выходом из аппарата, центральную циркуляционную трубу 3, под нижним срезом которой установлено аэрирующее устройство 4,общий вид которого приведен на фиг.2.В нижней части аппарата,над нижним срезом циркуляционной трубы 3 расположено второе аэрирующее устройство,выполненное в виде барбатера 5,схематическое изображение которого приведено на фиг.4. Барбатер 5 размещен на уровне 0,1 -0,5 от общей высоты циркуляционной трубы 3 от ее нижнего среза.

Аппарат может быть снабжен расположенными в пространстве между корпусом емкости 1 и циркуляционной трубой 3 размещенными поярусно по высоте аппарата контактными устройствами, выполненными в виде рещеток 6, на которых размещена плавающая насадка 7, как показано на фиг.7 и 8,например,в виде колец Рашига которые могут быть выполнены из полимерно го материала и иметь разный удельный вес. Одним из вариантов выполнения насадки может быть следующий: на решетке 6 размещена насадка с удельным весом 1 кг/см и с 1 кг/см ,при их соотношении (по удельному весу ) 1:1. Аппарат имеет патрубки подвода газа в аэрирующее устройство - 8,и в барбатер - 9,соответственно,и патрубки отвода и подвода циркуляционной жидкости в аппарат - 10 и 11 ,соответственно. В веркнен части аппарата имеется патрубок отвода газа - 12. Как пока зано на фиг.2,аэрирующее устройство 4 выполнено в виде профилированной в нижней части тарелки 14,профиль которой может быть выполнен параболической формы, а сама поверхность тарелки 14 может иметь концентрические ряды закругленных в се чении выступов 15.Возможно выполнение поверхности тарелки 14 гидрофобной, например, гуммированной. При этом, соотношениевнешнего диаметра тарелки 14 - d и внутреннего диаметра корпуса емкости 1 аппарата - D составляет 0,3 - 0,5, причем внещний диаметр тарелки 14 всегда больше диаметра циркуляционной трубы 3. Для подачи газа под тарелку 14 аэрирующего устройства 4 имеется центральный патрубок 16, для подачи

жидкости - размещенное соосно и навстречу центральному патрубку 16 сопло 17.Центральный патрубок 16 имеет рассекатель 18.

На фиг. 5 и 6 показана схема распо.1ожс-имя с;т верстий 19 в барбсдтере Э.ВарИсхнтом выполнения барбатергд Э может быть выполнение его в виде шестигранника круглого сечения с расположением на внешней поверхности отверстий 19 в несколько рядов, но не менее двух г -€ углом от вертимадьной оси и между рядами 5-10 градусов.

Емкость 1 аппарата заполняют до определенного уровня раствором питательной среды через патрубок для подвода жидкости 11.В качестве питательной среды могут быть использованы, например, жидкие отходы производства пальмового масла, представляющие собой взвешенную суспензию мелкодисперсных растительных частиц,получающуюся после извлечения из пальмового плода масла.Суспензия содержит 4-6% вес.сухих веществ,в состав которых входят азот,фосфор,углерод и ряд других элементов.

РЯ paCTg fNfc от 0|; .-;- ff«j| fr ЭЛГрУЭКЦ- ;«1« §И1-; ft;--« -;

КОСТЬ 1 аппарата, туда добавляют раствор питательных солей (сульфат аммония, фосфат аммония), доводят РН питательной среды до 6 подачей аммиачной воды и организуют

циркуляцию жидкости в аппарате,отбирая ее из аппарата через патрубок 10 с помощью центробе.жного насоса ( на чертежах не показан ) и пропуская через выносной теплообменник ( на чер тежах не показан ).Жидкость всзвращают в аппарат через пат рубок 11. Темперсдтуру среды в эппарате устанавливают на урпвне 40 градусов.

Затем,циркуляцию прекращают, и в аппарат через патрубок 11 вносят необходимое количество посевной биомассы,содержащей грибы, бактерии и дрожжи,подготовив таким образом аппарат к процессу культивирования.

После чего, в аппаргхт начинают подавать воздух через пат рубок 9 и барбс1тер 5.3л счет разности плотностей в аппарат: начинается вертикальная циркуляция аэрируемой среды: в пространстве между стенкой емкости 1 и циркуляционной трубой 3-восходящий поток,внутри циркуляционной трубы - нисходящий поток.Таким образом осуществляется барботажный контур цирку- 7 ляции.

По мере накопления биомассы грибов,бактерий и дрожжеи начинг1ют осуществлять диркуляиию жидкости по второму кпнту РУ, отбирая ее посредством nrJTpy6Ka 10 через насос, а еплооб менник и подавая в аппарат че;:ез патрубок 11 и сопло Г. навстречу потоку воздуха,который равномерно распределяется по тарелке 14,прижимаемый к .ней струей жидкости, разбиваемой

. - -.- -- .--- ----- - --. - -- - --- .,--. ,... .... ....

о рассекатель 18.

Диссипация воздуха происходит за счет турбулентных пульсаций в пристенном ,й0Щу1{-да сйеррируется в жи дкости д мелких пузырьков и далее в виде газожидкостной смеси поднимается вверх в пространстве между стенкой емкости 1 и циркуляционной трубой 3 за счет разности плотностей в этом пространстве и внутри тру|й«. j

Одновременно,жидкость обтекает с большой скоростью концентрические закругленные в сечении выступы 15,образуя дополнительные завихрения,которые также вовлекают и мелко диспергируют воздух.

В аппарате предусмотрены дополнительные возможности диспергирования воздуха за счет установки контактных устройств с плавающей насадкой 7.

Плавающая насадка 7 значительно увеличивает поперечное перемещивание газожидкостного потока, выравнивая поле концентраций солей, кислорода,клеток микроорганизмов,температуры и РН.

У верхнего среза циркуляционной трубы 3 газожидкостная среда дегазируется за счет выхода пузырьков газа и по циркуляционной трубе 3 опускается вниз.

Кроме того,контактные устройства с плавающей насадкой наряду с обеспечением более высокого уровня перемешивания и массообмена обеспечивают самоочищение насадки и исключают ее зарастание мицелием гриба.

В результате этого в нижней части аппарата создается активная зона массообмена,оптимальная для развития дрожжей и бактерий, а в верхней части аппарата на рещетках 6 с плавающей насадкой 7 зона,оптимальная для развития грибов.

- 8 насоса ) и верхнем - регулируя подачу воздуха в барбатер Ь.

Процесс в аппарате можно проводить как периодическ;и, та.:: и напрерывно.В периодическом процессе можно выращивать куль туры грибов, дрожжей и бактерий как последовательно,соответственно используя при этом соответствующие контуры циркуляции, так и одновременно,засевая и выращивая все культуры сразу, учитывая,что над барбатером находится зона вырашиваНИН,оптимальная для грибов,а ниже - для дрожжей и бактерий,хотя,естественно,бактерии и дрожжи растут также и в верхней зоне, а грибы присутствуют и в нижней.

Таким образом,в аппарате создаются оптимальные условия для развития трех смешанных культур,чем достигается поставленная изобретением задача.

Описанные примеры приведены исключительно для иллюстрации сущности изобретения и никоим образом не ограничивают объем изобретения,определяемый патентными притязаниями,поскольку данное изобретение может быть осуществлено и в других вариантах,так барбатер,например,может быть выполнен в виде кольца,с различной формой сечения и расположением отверстий, а контактные устройства иметь насадку любой подходящей ФОРМЫ.

- я -

Claims (6)

1. Аппарат для выращивания микроорганизмов, включающий вертикальный корпус (1), в верхней части которого размещен сепаратор (2), циркуляционную трубу (3), аэрирующие устройства с воздухоподводящими патрубками, одно из которых размещено под срезом циркуляционной трубы (3), патрубки подвода и отвода жидкости и отработанного воздуха, отличающийся тем, что аэрирующее устройство (4), размещенное под срезом циркуляционной трубы (3), выполненное в виде расположенной соосно циркуляционной трубе (3) профилированной снизу тарелки (14) с центральным патрубком (16), снабженным рассекателем (18) для подачи газа под тарелку, и размещенным соосно и навстречу патрубку соплом (17) для подачи жидкости, при этом второе аэрирующее устройство (5) расположено в нижней части аппарата над первым.

2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что профиль тарелки (14) нижнего аэрирующего устройства (4) выполнен параболической формы и имеет ряды концентрических выступов (15), закругленных в сечении.

3. Аппарат по пп.1 и 2, отличающийся тем, что профилированная поверхность тарелки выполнена гидрофобной, например гуммированной.

4. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что второе аэрирующее устройство выполнено в виде барбатера (5) из труб с отверстиями для выхода газа и имеет форму шестигранника.

5. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что он снабжен контактными устройствами, размещенными между корпусом аппарата и циркуляционной трубой поярусно по высоте и выполненными в виде решеток с размещенной на них плавающей насадкой (7).

6. Аппарат по пп.1 и 5, отличающийся тем, что насадка выполнена в виде колец Рашига из полимерного материала.