Brevet FR2209836A1 — publié le 19740705

la présente invention concerne les matériels de fermentation destinés aux synthèses microbiologiques, plus précisément les appareils (les fermenteurs) destinés à la culture microorganismes en milieu liquide. La présente invention peut etre appliquée avec succès à la culture de microorganismes sur des substrats hydrocarbonés variés tels que : paraffines liquides, gasoils, hydrocarbures gazeux, etc., ou sur des substrats contenant des glucides provenant de matières premières alimentaires ou non alimentaires, telles que : mélasse, produits d'hydrolyse du bois, etc. Bes appareils conformes à l'invention peuvent être utilises en outre pour la culture des microorganismes sur des hydrolysats qui sont des sous-produits de l'agriculture, ainsi que sur des lessives sulfitiques constituées par les résidus de la papeterie, etc. On connaît déjà un appareil destiné à la culture des microorganismes, qui se compose d'une capacité munie d'un couvercle, de dispositifs destinés au brassage et à l'aération du milieu de culture liquide et repartis dans ladite capacité suivant une circonférence et à égale distance l'un de l'autre, et de conduites destinées à introduire l'agent d'aération et les constituants nutritifs dans la capacité. Un inconvénient de cet appareil tient à ce que, lorsqu'on accroît ses dimensions en vue d'obtenir un rendement unitaire maximal, on observe une démixtion du milieu, une répartition irrégulière des constituants nutritifs, l'entraînement du milieu par l'agent d'aération usé, une turbulence et une aération irrégulières dans l'ensemble du volume, de l'appareil ce qui compromet les échanges de masses et entraîne, en définitive une baisse de l'efficacité de l'ensemble de l'appareil. La présente invention vise à éviter les inconvénients indiqués. On s'est donc proposé de créer un appareil permettant d'éviter toute démixtion du milieu de culture, d'obtenir une distribution uniforme des constituants nutritifs et de réduire au minimum l'entraînement du milieu de culture par l'agent d'aération usé, l'appareil assurant en outre une turbulence et une aération aussi homogènes que possible et étant caractérisé par un rendement plus élevé que les appareils de même type déjà connus. Ces problèmes sont résolus au moyen d'un appareil pour la culture de microorganismes, constitué par les éléments suivants une capacité munie d'un couvercle, des dispositifs destinés au brassage et à l'aération du milieu de culture liquide et répartis dans ladite capacité suivant une circonférence et à égale distance l'un de l'autre, et des conduites destinées à amener l'agent d'aération et les constituants nutritifs dans la capacité, ledit appareil étant caractérisé, suivant l'invention dans ladite capacité est monté coaxialement avec un cylindre. certaine distance du fond, de la capacité de manière à ménager un passage pour le milieu de culture liquide depuis la zone centrale -de la capacité jusqu' à l'espace annulaire situé entre le cylindre et le corps de la capacité et dans lequel sont montéslesdîspositifs pour le brassage et l'aération du-milieu de .culture, permettant ainsi d'obtenir une circulation du milieu liquide de culture orientée verticalement, ce qui en prévient la démixtion, tandis que suivant-l'axe vertical du cylindre est monté un tube à l'intérieur duquel sont mélangés les constituants nutritifs et dont l'extrémité supérieure est en forme d'entonnoir et est raccordée aux conduites d'amenée des constituants nutritifs, tandis que l'extrémité inférieure de ce tube forme une bride située à une certaine distance du fond de la capacité, en formant ainsi unefente circulaire servant à répartir uniformément les constituants nutritifs suivant toute la section de la capacité. Toujours selon l'invention, il est avantageux de munir l'appareil d'un dispositif destiné à recueillir (capter) les gouttes liquides contenues dans l'agent d'aération usé, ce dispositif communiquant avec la partie supérieure de la capacité et étant disposé directement au dessus de l'entonnoir précité, à travers lequel les gouttes de liquide s'écoulent vers le tube précité. Cette précaution permet de réduire au minimum l'entraînement du milieu par l'agent d'aération usé. Il est également avantageux de monter sur le couvercle de la capacité des boîtiers cylindriques contenant des dispositifs a:l -écume mécaniques et communiquant avec le dispositif destiné à recueillir les gouttelettes de liquide contenues dans l'agent d'aération usé, ce qui prévient aussi les projections du milieu liquide hors de l'appareil et son entraînement par l'agent d'aération usé. Une particularité essentielle de l'appareil de l'invention réside dans le fait que les dispositifs de brassage et d'aération comportent des agitateurs disposés à plusieurs niveaux sur des arbres ce qui permet d'obtenir une turbulence et une aération régulières du milieu de culture dans l'ensemble du volume de l'espace annulaire où sont disposés lesdits dispositifs. Afin d'obtenir une répartition uniforme de I'agent d'aération dans tout le volume de l'espace annulaire, la capacité est équipée extérieurement de collecteurs destinés à distribuer l'agent aérateur et qui comportent des conduites de dérivation les mettant en communication avec chaque dispositif de brassage et d'aération. la présente invention est expliquée dans ce qui suit par un exemple de réalisation détaillé non limitatif, illustré par les dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente le schéma de principe de l'appareil proposé pour la culture des microorganismes (vue en coupe longitudinale); - la figure 2 est une vue en coupe suivant Il-Il de la figure 1. L'appareil pour la culture des microorganismes est exécuté sous la forme d'une capacité 1 (figure 1) munie d'un couvercle 2 et d'un cylindre 3 monté coaxialement dans la capacité 1 et fixé à une certaine distance du fond 4 dela capacité 1 de façon à ménager un passage pour le milieu de culture de la zone centrale vers un espace annulaire dans lequel sont disposés, suivant une circonférence, des dispositifs 5 (figure 2) de brassage et d'aération. On obtient de cette manière dans l'appareil un circuit de circulation vertical qui prévient la démixtion du milieu de culture. las dispositifs 5 pour 3c brassage et l'aération sont pourvus d'agitateurs 6 disposés à plusieurs niveaux sur des arbres moteurs 7, de façon à créer une turbulence et une aération plus régulières du milieu dans tout le volume de l'espace annulaire. Au centre de l'appareil, suivant l'axe vertical du cylindre 3, est monté un tube 8 (figure 1) qui joue le rôle d'un homogèniseur (mélangeur-) pour les constituants nutritifs et dont l'extrémité supérieure 9 est évasée sous la forme d'un entonnoir et communique avec des conduites 10 destinées à l'introduction des constituants nutritifs. 'extrémité inférieure 11 du tube 8 comporte une bride 12 disposée à une certainé distance du fond 4 du réservoir 1, de manière à former une fente annulaire circulaire 13 destinée à une répartition plus régulière des constituants nutritifs dans toute la section de la capacité 1. L'appareil comporte un dispositif 14 destiné à capter les gouttes de liquide contenues dans l'agent d'aération usé, le dispositif 14 communique avec la partie supérieure de la capacité 1 et est disposé directement au-dessus de l'entonnoir 9 par lequel les gouttelettes de liquide s'écoulent vers le tube 8. ne couvercle 2 de la capacité 1 porte des boîtiers 15 à dispositifs anti-écume mécaniques 16. Par les boîtiers 15 des dispositifs anti-écume 16 la partie supérieure de la capacité communique moyen de pipes 17 avec le dispositif -14 destiné à capter les gouttes d'agent d'aération usé. La capacité 1 est équipée extérieurement de collecteurs 18 destins à répartir l'agent d'aération. Ces collecteurs comportent des conduites de dérivation 19 qui les relient aux agitateurs 6 de chaque dispositif de brassage et d'aération. Pour évacuer la chaleur dégagée par les microorganismes au cours du métabolisme.des constituants nutritifs, l'appareil est équipé d'échangeurs de chaleur extérieurs à l'appareil (non représentés sur les figures) et qui sont reliées à une conduite 20 pour le soutirage du milieu liquide de culture au moyen d'une pompe 21. La conduite 20 de soutirage du milieu de culture liquide communique avec la zone centrale de l'appareil, tandis qu'une conduite 22 de retour du milieu de culture liquide à partir desdits échangeurs de chaleur communique avec.l'entonnoir 9 du tube mélangeur 8. Pour soutirer de l'appareil le milieu de culture liquide obtenu, contenant un minimum de constituants nutritifs, et pour le transférer en vue de son traitement ultérieur, on munit l'appareil d'un raccord 23 qui communique avec la zone centrale intérieure du cylindre 3. L''appareil fonctionne comme suit. On remplit l'appareil d'un liquide contenant tous les constituants nutritifs nécessaires, on l'ensemence de microorganismes de culture pure préparés dans un appareil distinct, de plus petites dimensions. Ensuite on envoie l'agent d'aération à travers les collecteurs 18 et les dérivations 19 vers les dispositifs de brassage et d'aération montés dans l'appareil. Ensuite on met en marche les dispositifs 5 de brassage et d'aération, qui créent une turbulence et une aération régulières et intenses du milieu de culture dans tout le volume de l'espace annulaire. On obtient ainsi un échange de masses intense entre le milieu de culture liquide et l'agent d'aération. Gracie à sa forte saturation en gaz, la masse turbulente de gaz et de liquide contenue dans l'espace annulaire tend à remonter à la surface libre. Après avoir atteint cette surface et s'hêtre partiellement libéré de l'agent d'aération, le milieu de culture liquide qui est plus dense pénètre avec une partie de l'écume dans le cylindre 3, le traverse de haut en bas (suivant les flèches A) à une grande vitesse et retourne dans la zone de l'espace annulaire vers les dispositifs de brassage et d'aération 5,. en formant ainsi un circuit de circulation (suivant les flèches A-A). Cela permet d'éviter la démixtion du milieu de culture liquide et d'obtenir une meilleure répartition de la matière cellulaire dans toute la hauteur de l'appareil. Les constituants nutritif; admis par les conduites 10 dans l'entonnoir 9 du tube-mélangeur 8 descende^M,se;mélz$nt entre eux au cours de cet écoulement et se répartissent uniformément, suivant toute la section, à travers.la fente annulaire 13 ménagée entre la bride 12 du tube 8 et le fond 4 de la capacité 1, en étant.entrainés par l'écoulement du milieu de culture liquide en circulation. L'agent d'aération usé est débarrassé de l'écume dans les dispositifs anti-écume mécaniques16, et passe ensuite dans le dispositif 14 destiné à capter les gouttes de liquide et disposé directement au-dessus de l'entonnoir 9 à travers lequel les gouttelettes liquides s'écoulent vers le tube 8. L'agent d'aération usé, débarrassé de l'humidité est évacué par le raccord'24 monté à'la partie supérieure du dispositif 14.Pour évacuer la chaleur dégagée par les microorganismes au cours du métabolisme, un certain volume de milieu de culture liquide est soutiré de la zone centrale de l'appareil, afind'entralner le moins possible l'agent d'aération, qui risquerait de compromettre l'échange thermique, et est pompé le long des conduites 20 et 22 par la pompe 21 à travers les échangeurs de chaleur extérieurs précités. Ensuite, le milieu de culture liquide est recyclé dans l'entonnoir 9 du tube 8. Be milieu de culture liquide prêt est soutiré à travers le raccord 23 communiquant avec la zone centrale intérieure du cylindre 3, et est envoyé aux postes de traitemént suivants. Les essais auxquels ont été soumis les modèles expérimentaux de l'appareil de l'invention en laboratoire aussi bien qu'à l'échelle semi-industrielle, et avec des milieux nutritiSréels aussi bien que des milieux nutritifs simulés, ont confirmé leur aptitude à l'utilisation ainsi que leur haute efficacité en service. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui nla.éte donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent-. REVENtI CAT lONE 1.- Appareil pour la culture de microorganismes, du type comprenant une capacité munie d'un couvercle, des dispositifs assurant le brassage et l'aération du milieu liquide de culture et placés dans ladite capacité suivant une circonférence et à égale distance-l'un de l'autre, et des conduites d'amenée de l'agent d'aération et des constituants nutritifs dans la capacité, caractérisé en ce que dans ladite capacité est monté coaxialement un cylindre fixé à une certaine distance du fond de la capacité, en formant ainsi un passage pour le milieu de culture liquide entre la zone centrale de la capacité et l'espace annulaire séparant ledit cylindre du corps de la capacité et dans lequel sont montés les dispositifs de brassage et d'aération du milieu de culture liquide, en assurant ainsi une circulation orientée verticalement du milieu de culture liquide afin de prévenir la démixtion de celui-ci, tandis que suivant l'axe vertical du cylindre est monté un tube dans lequel se mélangent les constituants nutritifs et dont 11 extrémité supérieure est évasée en forme d'entonnoir et communique avec des conduites d'amenée des constituants nutritifs, tandis que. l'extrémité inférieure dudit tube comporte, à une certaine distance du fond de la capacité, une bride formant entre elle et ledit fond une fente circulaire assurant une distribution uniforme des constituants nutritifs suivant toute la section de ladite capacité. 2.- Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif destiné à capter les gouttes de liquide contenues dans l'agent d'aeration usé, ce dispositif communiquant avec la partie supérieure de la capacité et étant disposé directement au-dessus de l'entonnoir précite, par lequel les gouttes de liquide s'écoulent vers ledit tube. 3.- Appareil suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que.le couvercle de la capacité porte des boîtiers contenant des dispositifs anti-écume mécaniques communiquant avec le dispositif de captage des gouttes de liquide contenues dans l'agent d'aération usé. 4.- Appareil suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chacun des dispositifs de brassage et d'aération comporte des agitateurs montés à plusieurs niveaux sur un arbre, afin d'assurer une turbulence et une aération plus régulières du milieu de culture. 5.- Appareil suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la capacité est équipée extérieurement de collecteurs assurant la d-istribution de l'agent d'aération et comportant des conduites de dérivation débouchant dans chaque dispositif de brassage et d'aération du.mìlieu de culture.