SU1738844A1

SU1738844A1 - Установка дл культивировани микроорганизмов

Info

Publication number: SU1738844A1
Application number: SU894751568A
Authority: SU
Inventors: Владимир Викторович Овчинников; Ирина Александровна Белушкина; Евгений Дмитриевич Воробьев; Владимир Александрович Кузенков; Сергей Тимофеевич Олийничук; Юрий Викторович Заднепряный; Владимир Алексеевич Вакуленко
Original assignee: Всесоюзный научно-исследовательский институт новых видов пищевых продуктов и добавок
Priority date: 1989-10-23
Filing date: 1989-10-23
Publication date: 1992-06-07

Abstract

Использование: в микробиологической промышленности при получении биомассы микроорганизмов и продуктов метаболизма их жизнеде тельности. Сущность изобретени : установка содержит ферментер и систему очистки и подвода газа, включающую внешний циркул ционный контур, содержащий рециркул ционные трубопроводы дл отвода и подвода газа, побудитель расхода и газообменное устройство. Последнее содержит корпус, разделенный дерной газоселективной мембраной на две параллельные проточные камеры, одна из которых подключена трубопроводом дл отвода газа к ферментеру, а друга снабжена вентил тором дл подвода в нее свежего воздуха о При этом указанный трубопровод и вентил тор подключены соответственно к входным участкам камер дл обеспечени движени газа и воздуха в них вдоль мембраны. 2 ил. (Л

Description

Изобретение относитс к микробиологической промышленности а именно к системам культивировани и воздухе- обеспечени аппаратов глубинного типа дл выращивани аэробных микроорганизмов на жидких питательных средах с целью получени биомассы и продуктов метаболизма, и может быть использовано в отрасл х микробиологической, химико-фармацевтической, медицинской и пищевой промышленности.

Известные системы газообеспечени ферментера представл ют собой схему

пр мой продувки культуральной жидкости воздухом с помощью компрессора через стерилизующий фильтр на входе в аппарат и фильтр очистки газовоздушных выбросов на выходе. ,

Однако така система газообеспечени ферментера в значительной степени энергоемка и малоинтенсивна по массо- переносу кислорода, а энергозатраты на прокачку воздуха возрастают по мере забиваемости фильтров и уменьшени их стерилизующей способности.

-vl

оо

00 00 42ь

Известны системы газообеспечени ферментера по схеме пр мой продувки купьтуральнойжидкости воздухом через компрессор, содержащие стерилизующие фильтры на входе и выходе аппарата, а также магистраль подачи чистого кислорода на входе.

Введение кислорода интенсифицирует процесс массопередачи даже при снижении продувки культуральной жидкости воздухом, но.приводит к увеличению энергозатрат. Так, расход энергии на производство кислорода составл ет пор дка 0,35-0,45 кВт.ч/мЭо

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой установке вл етс система газообесГпечени ферментера, включающа замкнутый контур с компрессором дл подачи воздуха, систему фильтрации и магистраль дл подачи чистого кислорода, св занную с входом ферментера .

к входным участкам камер дл обеспечени движени газа и воздуха в них вдоль мембраны.

Установка дл культивировани микроорганизмов , снабженна газообменным устройствсм, содержащим две параллельные проточные камеры, позвол ет соз-, дать два продуваемых вдоль мембран . объема. То, что одна из: камер сообщаетс с ферментером, а друга - с вентил тором дл „ ПОДЕОДЭ в нее. свежего воздуха, создает в системе фильтрации два контура - внешний и внутренний . Поскольку в этом случае нет принудительной фильтрации воздуха через мембрану, то нет закупорки пор микрочастицами и аэрозол ми.

Размеры пор дерной мембраны долж- ны-лежать в диапазоне 50-500 нм, причем нижн граница определ етс величиной , равной средней длине свободного пробега газовых молекул (при атмосферном давлении), при которой проис5

Недостатком известной установки в- „ ходит переход к промежуточному, а зал ютс высокие энергозатраты на прокачку воздуха через систему фильтрации , содержащую скруббер, фильтр и абсорбер дл улавливани двуокиси углерода, причем возрастают затраты : по мере забиваемости фильтра; низка эффективность обеспложивани микроорганизмов в целевом потоке воздуха, а следовательно, невысока степень стерильности процесса культивировани

тем к кнудсеновскому режимам течени газа, характеризующимс меньшими коэффициентами диффузии газа, а верхн граница -.значением, которое достаточно дл защиты от проскока микрочастиц 30 и микроорганизмов (например, при по влении перепада давлени на мембране ) . ,.

На фиг. t изображена установка дл культивировани микроорганизмов;

микроорганизмов, невысокие сроки эффек-35 на Фиг. 2 - газообменное устройство.

тивной эксплуатации,с частыми регене- раци ми.

Целью изобретени вл етс сокращение энергозатрат на подвод газа и повышение стерильности процесса культивировани микроорганизмов.

Указанна цель достигаетс тем, что в установке культивировани микроорганизмов , содержащей ферментер и систему очистки и подвода газа, включающую внешний циркул ционный контур, содержащий отвод щий и подвод щий рециркул ционные трубопроводы дл газа, побудитель расхода и газообменное

устройство, последнее содержит корпус,50 а служит дл наружного обдува мембра- разделенный дерной газоселективной ны. На входе в ферментер подключен мембраной.на две параллельные проточные камеры, одна из которых подключена трубопроводом дл отвода газа к ферментеру , а друга снабжена вентил то-ч ром дл подвода в нее свежего воздуха , при этом указанный:трубопровод и

баллон 8 с кислородом.

Установка работает следующим образом .

55 Воздух циркулирует по замкнутому контуру ферментера 1 с помощью компрессора 7. Газообменное устройство обеспечивает диффузию избытка двуокиси

вентил тор подключены соответственно

тем к кнудсеновскому режимам течени газа, характеризующимс меньшими коэффициентами диффузии газа, а верхн граница -.значением, которое достаточно дл защиты от проскока микрочастиц 0 и микроорганизмов (например, при по влении перепада давлени на мембране ) . ,.

Установка представл ет собой замкнутый контур, включающий собственно ферментер 1 с барботером 2, мешалкой 3, рубашкой 4 вод ного охлаждени

и двигателем 5 привода мешалки,

фильтр-влагоотделитель 6, компрессор 7 внутренней камеры и подключенное к ферментеру через трубопровод гаэооб менное устройство, содержащее корпус,

состо щий из верхней крышки 9, разделительных пластин 10, дерных мембран И на разделительных пластинах, нижней крышки 12, внутренней 14 и внешней 13 камер. Вентил тор внешнего возду а служит дл наружного обдува мембра- ны. На входе в ферментер подключен

баллон 8 с кислородом.

Установка работает следующим образом .

Воздух циркулирует по замкнутому контуру ферментера 1 с помощью компрессора 7. Газообменное устройство обеспечивает диффузию избытка двуокиси

51

углерода в циркулирующем воздухе внуренней камеры через дерную мембрану 1t во внешнюю камеру.

Если на выходе ферментера 1 благодар интенсивному потреблению наблюдаетс меньшее по отношению к атмосферному количество кислорода то на мембране 11 создаетс аналогичный дифузионный поток, но уже направленный в сторону внутренней камеры. Это приводит к восстановлению в установке состава воздуха по С0г и Ог практически атмосферного прокачиваемого во внешнем контуре вдоль дерной мембраны вентил тором.

Баллон с чистым кислородом служит дл интенсификации роста биомассы в ферментере 1. Однако во избежание

больших потерь кислорода на газообмен- 20 тивировани „ Помимо этого, за счет ном устройстве его концентраци на вы- замкнутой циркул ции газа во внутрен- ходе из ферментера не должна превы- , ней камере (внутреннем контуре) вышать 25-30 об,%.

Газообменное устройство может быть выполнено в виде камеры, содержащей пакет плоских перфорированных разделительных пластин, размещенных между верхней и нижней крышками, с жестко закрепленными на них по периметру дерными мембранами с диаметром пбр 0,1 мкм. Внешн камера снабжена двум вентил торами типа ВН-2 потребл емой мощностью 20 Вт.

Газообменное устройство подключено к ферментеру с побудителем расхода (компрессором) во внутренней циркул ционной камере.

Благодар имеющимс двум камерам газообменного устройства отсутствует закупорка пор микрочастицами и аэрозол ми (так как нет принудительной фильтрации воздуха через мембрану). При этом имеющиес градиенты концентрации кислорода и углекислого газа по отношению к атмосферному воздуху вызыполн ютс услови экологической чистоты - ликвидируютс выбросы в атмо25 сферу.

В случае необходимости (услови очень сильных загр знений, проскок пены культуральной жидкости и т.п.) газообменное устройство может быть

,д легко регенерировано путем промывки в воде или в другой не агрессивной к материалам конструкции жидкости.

Формула -изобретени

35 Установка дл культивировани микроорганизмов ,, содержаща ферментер и систему очистки и подвода газа, включающую внешний циркул ционный контур, содержащий отвод щий и подвод щий циркул ционные трубопроводы дл газа , побудитель расхода и газообменное устройство, отличающа с тем, что, с целью сокращени энергозатрат на подвод газа и повышени стевают взаимодиффузию компонентов и вое- 45 рильности процесса культивировани , становление воздушной среды в замкну- газообменное устройство содержит корпус , разделенный дерной газоселективной мембраной на две параллельные проточные камеры, одна из .которых

том контуре ферментере, что снижает энергозатраты.

Это обеспечивает, с одной стороны,

посто нный массоперенос газовых компо- 50 подключена трубопроводом дл отвода нентов через дерную мембрану, поры газа к ферментеру, а друга снабжена которой преп тствуют проскоку микроорганизмов , а с другой - практически бессрочную работу фильтрационного элемента - дерной мембраны, на которой 55 отсутствует перепад давлений. Обеспевентил тором дл подвода в нее свежего воздуха, при этом указанный трубопровод и вентил тор подключены соответственно к входным участкам камер дл обеспечени движени газа и воздуха в них вдоль мембраны.

чение условий свободного массопереноса компонентов воздуха через систему {фильтрации требует создани принудительной продувки частей камеры потоками воздуха о помощью компрессоров, вентил торов либо иными способами. Однако при этом гидродинамическое давление с обеих сторон мембраны должно быть равно.

Расположение мембраны параллельно оси магистрали и ее жесткое закрепление по периметру на стенках камеры позвол ют организовать вдоль ее поверхностей тангенциальные потоки воз- 5 ДУха которые увлекают микрочастицы и аэрозоли. Газоселективна дерна мембрана, поры которой преп тствуют проскоку микроорганизмов, повышает стерильность проведени процесса куль0

полн ютс услови экологической чистоты - ликвидируютс выбросы в атмосферу .

легко регенерировано путем промывки в воде или в другой не агрессивной к материалам конструкции жидкости.

Формула -изобретени

Установка дл культивировани микроорганизмов ,, содержаща ферментер и систему очистки и подвода газа, включающую внешний циркул ционный контур, содержащий отвод щий и подвод щий рециркул ционные трубопроводы дл газа , побудитель расхода и газообменное устройство, отличающа с тем, что, с целью сокращени энергоподключена трубопроводом дл отвода газа к ферментеру, а друга снабжена

вентил тором дл подвода в нее свежего воздуха, при этом указанный трубопровод и вентил тор подключены соответственно к входным участкам камер дл обеспечени движени газа и воздуха в них вдоль мембраны.

i&

ойЈ

(Риг. 2

Claims

Фор мула -изобретения

Установка для культивирования микроорганизмов,, содержащая ферментер и систему очистки и подвода газа, включающую внешний циркуляционный контур, содержащий отводящий и подводящий рециркуляционные трубопроводы для газа, побудитель расхода и газообменное устройство, р т лич а ю щ а я с я тем, что, с целью сокращения энерго-: затрат на подвод газа и повышения стерильности. процесса культивирования, газообменное устройство содержит корпус, разделенный ядерной газоселективной мембраной на две параллельные проточные камеры, одна из .которых подключена трубопроводом для отвода газа к ферментеру, а другая ендбжена вентилятором для подвода в нее свежего воздуха, при этом указанный трубопровод и вентилятор подключены соответственно к входным участкам камер для обеспечения движения газа и воздуха в них вдоль мембраны.

-О'

Фиг. 1 / ro