SU1742316A1

SU1742316A1 - Apparatus for cultivating microorganisms

Info

Publication number: SU1742316A1
Application number: SU904855605A
Authority: SU
Inventors: Игорь Олегович Микуленок
Original assignee: И.О.Микуленок
Priority date: 1990-07-30
Filing date: 1990-07-30
Publication date: 1992-06-23

Abstract

Использование: микробиологическа промышленность, культивирование микроорганизмов , преимущественно мицели- альных форм грибов. Сущность изобретени : содержит цилиндрическую емкость с технологическими патрубками, устройство дл перемешивани среды, состо щее из упругих цилиндрических сильфонов, имеющих гофрированную поверхность, размещенных по всей высоте емкости и снабженных приводом , подключенным к ним с возможностью их возвратно-поступательного сжати в осевом направлении, кольцевой горизонтальной аэратор и циркул ционную обечайку в виде усеченного конуса, обращенного большим основанием вверх. Гофрированна поверхность сильфонов выполнена по винтовой линии, высота циркул ционной обечайки соответствует высоте сильфонов, а кольцевой аэратор размещен внутри обечайки на уровне еЈ нижней кромки. 1 ил.Use: microbiological industry, cultivation of microorganisms, mainly mycelial forms of fungi. SUMMARY OF THE INVENTION: contains a cylindrical tank with process nozzles, a device for mixing the medium, consisting of elastic cylindrical bellows with a corrugated surface, placed along the entire height of the tank and equipped with a drive connected to them with the possibility of their reciprocating compression in the axial direction, an annular a horizontal aerator and a circulating ring in the form of a truncated cone, with the large base facing upwards. The corrugated surface of the bellows is made along a helical line, the height of the circulation shell corresponds to the height of the bellows, and the ring aerator is placed inside the shell at the level of its lower edge. 1 il.

Description

(Л(L

СWITH

Изобретение относитс к микробиологической промышленности, в частности к аппаратам дл культивировани микроорганизмов , преимущественно мицелиальных грибов.The invention relates to the microbiological industry, in particular to apparatus for the cultivation of microorganisms, mainly filamentous fungi.

Широкое распространение в микробиологической промышленности получили емкостные аппараты, отличающиес высокой эффективностью, производительностью, простотой в обслуживании и относительно низкой стоимостью. Так, известен аппарат , содержащий цилиндрическую емкость с технологическими патрубками, снабженную перемешивающим устройством и аэратором, Однако недостатрчна поверхность тепломассообмена не позвол ет достигать достаточно высокой производительности .Capacitive apparatus, characterized by high efficiency, productivity, ease of maintenance and relatively low cost, has become widespread in the microbiological industry. Thus, an apparatus is known that contains a cylindrical container with process nozzles and is equipped with a mixing device and an aerator. However, the lack of a heat and mass transfer surface does not allow a sufficiently high performance to be achieved.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническомуThe closest in technical essence to the proposed technical

решению относитс аппарат дл культивировани микроорганизмов, содержащий цилиндрическую емкость с технологическими патрубками, устройство дл перемешивани среды, состо щее из упругих цилиндрических сильфонов, имеющих гофрированную поверхность, размещенных по всей высоте емкости и снабженных приводом , подключенным к ним с возможностью из возвратно-поступательного сжати в осевом направлении, кольцевой горизонтальный аэратор и циркул ционную обечайку в виде усеченного конуса, обращенного большим основанием вверх. Гофры сильфонов имеют кольцевую форму.The solution relates to a device for cultivating microorganisms, containing a cylindrical tank with process connections, a device for mixing the medium, consisting of elastic cylindrical bellows with a corrugated surface, placed along the entire height of the tank and equipped with a drive, connected to them with the possibility of reciprocating compression axial direction, an annular horizontal aerator and a circulating ring in the form of a truncated cone, with the large base facing upwards. Corrugated bellows have a ring shape.

Конструкци аппарата благодар наличию развитой поверхности теплообмена, активно (путем пульсаций) воздействующа на потоки теплообменивающихс сред (хладагента и культуральной жидкости), обеспечивает достаточную эффективность устройства . Однако аппарат имеет существенные недостатки . Так, циркул ционна обечайка гарантируют перемешивание только в нижней части емкости. В средней же и верхней част х емкости перемешивание осуществл етс практически только в радиальном на- правлении за счет пульсаций стенок сильфонов. Кроме того, размещение аэратора вблизи внутренних стенок сильфонов и направление движени воздушных пузырьков к стенкам посредством циркул ционной обечайки обеспечивает движение воздуха вблизи стенок сильфонов (вертикально снизу вверх). Движение же охлаждаемой через стенки культуральной жидкости под действием возрастающей плотности направлено вниз, Таким образом, противодвижение по- токову стенок сильфонов и в гофрах последних приводит к образованию застойных зон в гофрах сильфонов. Наконец, кольцевые выступы и впадины сильфонов (никогда плотно не сжимающиес и не распр мл ющиес под действием перемещений штока) удерживает внутри гофр определенный обь- ем культуральной жидкости, что не только снижает эффективность работы аппарата, но и уменьшает эффективность теплопередачи , свод на нет эффект развити теплоперё- дающей поверхности перемешивающего устройства. Наконец, поперечное расположение гофр сильфонов и продольное обтекание их хладагентом также снижает эффективность теплообмена, а значит, производительность аппарата.The design of the apparatus, due to the presence of a developed heat exchange surface, actively (through pulsations) acting on the flows of heat exchanging media (coolant and culture fluid), ensures sufficient efficiency of the device. However, the apparatus has significant drawbacks. Thus, the circulating shell ensures mixing only in the lower part of the container. In the middle and upper parts of the tank, mixing is carried out practically only in the radial direction due to pulsations of the bellows walls. In addition, the placement of the aerator near the inner walls of the bellows and the direction of movement of air bubbles to the walls by means of a circulation shell ensures the movement of air near the walls of the bellows (vertically from the bottom up). The movement of the culture liquid cooled through the walls under the action of increasing density is directed downwards. Thus, the counterflow of the bellows walls and in the corrugations of the latter leads to the formation of stagnant zones in the bellows corrugations. Finally, the annular protrusions and cavities of the bellows (never tightly compressing and not spreading under the action of rod displacements) keep the corrugations defined by the volume of the culture fluid inside, which not only reduces the efficiency of the apparatus, but also reduces the efficiency of heat transfer, nullifying the effect development of a heat transfer surface of the mixing device. Finally, the transverse arrangement of the corrugations of the bellows and the longitudinal flow around them with a refrigerant also reduces the efficiency of heat exchange, and hence, the productivity of the apparatus.

Цель изобретени - повышение производительности за счет более полного перемешивани среды по всему объему и ликвидации застойных зон.The purpose of the invention is to increase productivity due to more complete mixing of the medium throughout the volume and the elimination of stagnant zones.

Поставленна цель достигаетс тем, что в аппарате дл культивировани микроорганизмов , содержащем цилиндрическую емкость с технологическими патрубками, устройство дл перемешивани среды, состо щее из упругих цилиндрических сильфонов , имеющих гофрированную поверхность, размещенных по всей высоте емкости и снабженных приводом, подключенным к ним с-возможностью их возвратно-поступательного сжати в осевом направлении, кольцевой горизонтальный аэратор и циркул ционную обечайку в виде усеченного конуса , обращенного большим основанием вверх, гофрированна поверхность сильфонов выполнена по винтовой линии, высота циркул ционной обечайки соответствует высоте сильфонов, а кольцевой аэратор размещен внутри обечайки на уровне ее нижней кромки.The goal is achieved by the fact that in an apparatus for cultivating microorganisms containing a cylindrical tank with process pipes, a device for mixing the medium consisting of elastic cylindrical bellows with a corrugated surface located throughout the entire height of the tank and provided with a drive connected to them with the capability their reciprocating compression in the axial direction, an annular horizontal aerator and a circulating ring in the form of a truncated cone, facing a large base upward, the corrugated surface of the bellows is made along a helical line, the height of the circulation shell corresponds to the height of the bellows, and the ring aerator is placed inside the shell at the level of its lower edge.

Отличительными признаками изобретени вл ютс : выполнение гофрированной поверхности сильфонов по винтовой линии; соответствие высоты циркул ционной обечайки высоте сильфонов; размещение кольцевого аэратора внутри обечайки на уровне ее нижней кромки.Distinctive features of the invention are: making the corrugated surface of the bellows along a helix; the correspondence of the height of the circulation shell to the height of the bellows; placing the ring aerator inside the shell at the level of its lower edge.

Выполнение циркул ционной обечайки высотой, соответствующей высоте сильфо0 нов, и размещение аэратора внутри обечайки на уровне ее нижней кромки обеспечивает перемешивание культуральной жидкости по всему ее объему. При этом организуетс така циркул ци жидкости,Making a circulation shell with a height corresponding to the height of the bellows and placing the aerator inside the shell at the level of its lower edge ensures the mixing of the culture liquid throughout its volume. In doing so, such circulation of the liquid is organized,

5 при чоторой поток в центре емкости вл етс восход щим, а в кольцевом пространстве между сильфонами и циркул ционной обечайкой - нисход щим. Охлаждаемый со стороны стенок перемешивающего устройства5, at which the flow in the center of the tank is ascending, and in the annular space between the bellows and the circulation shell, it is downward. Cooled from the side of the mixing device

0 пограничный слой культуральной жидкости, имеющей повышенную плотность, увлекаетс ее нисход щим потоком. Расположение гофр каждого из сильфонов, по винтовой линии исключает образование за5 стойных зон культуральной жидкости у стенок перемешивающего устройства (в гофрах). Так, наличие при сжимании гофр составл ющей усили , направленной к нижней части емкости, пониженное давление вThe boundary layer of culture liquid, having an increased density, is entrained by its downward flow. The arrangement of the corrugations of each of the bellows, along a helical line, excludes the formation of closing zones of the culture fluid at the walls of the mixing device (in the corrugations). Thus, the presence of a component force during compression of the corrugation, directed toward the bottom of the container, reduced pressure in

0 нижней части последней (благодар образованию здесь жидкостно-воздушной смеси, имеющей низкую плотность) и стекание охлажденной культуральной жидкости по винтовым гофрам под действием силы т жести0 the bottom of the latter (due to the formation here of a liquid-air mixture having a low density) and the flow of the cooled culture fluid through the screw corrugations under the force of gravity

5 гарантирует эффективность перемешивание среды при благопри тных услови х теплопередачи . Кроме того, обеспечиваетс и винтовое течение хладагента в охлаждающей рубашке.5 ensures efficient mixing of the medium under favorable heat transfer conditions. In addition, a helical coolant flow in the cooling jacket is provided.

0 Изобретение по сн етс чертежом, на котором изображен продольный разрез аппарата .0 The invention is illustrated in the drawing, which shows a longitudinal section of the apparatus.

Аппарат дл культивировани микроорганизмов , преимущественно мицелиальныхThe apparatus for cultivating microorganisms, mainly mycelial

5 грибов, содержит цилиндрическую емкость 1 с патрубком 2 дл подвода аэрирующего газа (воздуха), патрубок 3 дл отвода отработанного газа и технологическими патрубками 4 и 5. Емкость 1 снабжена устройством5 mushrooms, contains a cylindrical container 1 with a nozzle 2 for supplying an aerating gas (air), a nozzle 3 for discharging exhaust gas and technological nozzles 4 and 5. The tank 1 is equipped with a device

0 дл перемешивани среды 6, циркул ционной обечайкой 7 в виде усеченного конуса, обращенного большим основанием вверх, и кольцевым горизонтальным аэратором 8, размещенным внутри обечайки 1 на уровне0 for mixing medium 6, a circulating ring 7 in the form of a truncated cone facing the large base upwards, and an annular horizontal aerator 8 placed inside the shell 1 at the level

5 ее нижней кромки.5 of its lower edge.

Перемешивающее устройство 6 состоит из упругих цилиндрических сильфонов 9 и 10, имеющих гофрированную поверхность 11м размещенных по всей высоте емкости 1 один над другим. Гофрированна поверхность выполнена по винтовой линии, Силь- фоны 9 и 10 прикреплены своими торцами к стенке емкости и жестко соединены в средней части посредством т г 12 с вертикальным штоком 13, установленным с возможностью возвратно-поступательного перемещени . Крепление сильфонов 9 и 10. к стенке емкости осуществл етс посредством колец 14, образующих теплообменную рубашку 15 емкости 1, снабженную штуцерами подвода 16.хладагента и его отвода 17. Среднее кольцо 14 выполнено с отверсти ми 18 дл перетекани хладагента. Возвратно-поступательное перемещение; штока 13 осуществл етс приводом 19.Mixing device 6 consists of elastic cylindrical bellows 9 and 10, having a corrugated surface of 11 m placed over the entire height of the container 1 one above the other. The corrugated surface is made along a helical line, the bellows 9 and 10 are attached with their ends to the vessel wall and are rigidly connected in the middle part by means of t 12 with a vertical rod 13 installed with the possibility of reciprocating movement. The bellows 9 and 10 are fastened to the vessel wall by means of rings 14 forming the heat exchange jacket 15 of vessel 1, equipped with fittings for supplying 16. coolant and its outlet 17. Middle ring 14 is provided with openings 18 for coolant flow. Reciprocating movement; the rod 13 is driven by a drive 19.

Аппарат работает следующим образом.The device works as follows.

После заполнени емкости 1 питательной средой и посева мицелиальных грибов в аэратор 8 через патрубок 2 подаетс воздух . После этого включают привод 19 возвратно-поступательного перемещени штока 13, которое передаетс от него через т ги 12 сильфонам 9 и 10, вследствие чего происходит периодическое сжатие и раст жение соответствующих частей сильфонов.After filling the tank 1 with the nutrient medium and sowing the filamentous fungi, air is supplied to the aerator 8 through the nozzle 2. After that, the actuator 19 of the reciprocating movement of the rod 13 is turned on, which is transmitted from it through the pulls 12 to the bellows 9 and 10, as a result of which the corresponding parts of the bellows are periodically compressed and stretched.

При сжатии гофр сильфонов 9 и 10 жидкость , наход ща с в них, перемещаетс в кольцевую полость между перемешивающим устройством 6 и циркул ционной обечайкой 7, а также благодар винтовой поверхности гофр, - по винтовой поверхности (по спирали) к нижней части емкости 1. Аэрирующий воздух образует в циркул ционной обечайке жидкостногазовую смесь, котора под действием разности плотностей движетс вверх. Благодар этому образуетс циркул ционное движение жидкости с восход щим потоком по центру емкости 1 и с нисход щим - у стенок перемешивающего устройства. Таким образом осуществл етс эффективное перемешивание среды по всему объему емкости.When the corrugations of the bellows 9 and 10 are compressed, the fluid in them moves into the annular cavity between the mixing device 6 and the circulation shell 7, and also due to the helical surface of the corrugation, along the helical surface (in a spiral) to the bottom of the tank 1. The aerating air forms a liquid-gas mixture in the circulation shell that moves upward under the action of the difference in density. Due to this, a circulating movement of fluid with an upward flow along the center of the tank 1 and with a downward flow along the walls of the mixing device is formed. In this way, effective mixing of the medium is carried out throughout the volume of the container.

При выполнении циркул ционной обечайки конической, расшир ющейс вверх, газовые пузырьки, движущиес внутри обечайки 7, постепенно снижают свою скорость благодар увеличению поперечного сечени канала, дроб тс на более мелкие, что увеличивает общую площадь массооб- мена. С наружной же стороны обечайки приWhen the circulation shell is made up, conical gas expanding upwardly, the gas bubbles moving inside the shell 7, gradually reduce their speed due to an increase in the cross section of the channel, are split into smaller ones, which increases the total mass transfer area. On the outer side of the shell when

периодическом сокращении гофр выталкиваема жидкость за счет сужени циркул - ционной обечайки вниз приобретает дополнительную скорость, направленную к аэратору 8 и совпадающую с основным направлением циркул ции.by periodically reducing the corrugation, the ejected fluid, due to the narrowing of the circulation shell, downwards acquires an additional velocity directed toward the aerator 8 and coinciding with the main circulation direction.

При этом работоспособность аппарата сохран етс и при неподвижном штоке 13: охлаждаема культуральна жидкость, благодар разности плотностей, движени поAt the same time, the efficiency of the apparatus is maintained even with a fixed stock 13: the culture liquid is cooled, due to the difference in densities, movement along

винтовым гофрам сильфонов 9 и 10; исключа образование застойных зон, а значит, увеличива производительность аппарата, Предлагаемый аппарат, несложный в изготовлении и эксплуатации, существенноscrew bellows bellows 9 and 10; eliminating the formation of stagnant zones, and thus increasing the productivity of the apparatus, the proposed apparatus, simple to manufacture and operate, significantly

повысит эффективность культивировани микроорганизмов.will increase the efficiency of cultivation of microorganisms.

Claims

The invention The apparatus for the cultivation of microorganisms, containing a cylindrical container with process pipes, a device for mixing the medium, consisting of elastic cylindrical bellows with a corrugated surface,

placed over the entire height of the tank and provided with an actuator connected to them with the possibility of reciprocating compression in the axial direction, an annular horizontal aerator and a circulating ring in the form of a truncated cone, with a large base facing up, characterized by that. that, in order to increase productivity due to more complete mixing of the medium throughout

the volume and elimination of stagnant zones, the corrugated surface of the bellows is made along a helical line, the height of the circulation shell corresponds to the height of the bellows, and the ring aerator is placed inside the shell at the level of its lower edge.

20

g15

77

but