Brevet FR2209837A1 — publié le 19740705

La présente invention concerne les équipements pour la réalisation des processus microbiologiques, en particulier les appareils tubulaires pour la culture de micro-organismes. L'invention peut être appliquée avec succès à l'échelle industrielle pour la fermentation intensive avec échange de masse et le prélèvement intense de calories au cours de la culture des micro-organismes, par exemple au cours de la fabrication de levures de fourrage, ferments, antibiotiques et autres produits biologiques. On connut déjà un appareil tubulaire horizontal fermé pour-la culture des micro-organismes Cet appareil est doté d'un atténuateur d'écume mécanique, d'une tubulure d'admission de l'eau, d'une tubulure d'admission des sels nutritifs, d'une tubulure d'admission de la matière première pour la culture des micro-organismes, d'une tubulure d'admission d'un liquide maintenant la valeur imposée de pH, d'une tubulure pour l'admission des micro-organismes d'ensemencement, d'une tubulure pour l'admission d'un gaz, d'une tubulure pour l'évacuation du liquide de culture. A l'intérieur du corps se trouve une vis pour le brassage et le transport du liquide de culture. Cette vis est disposée perpendiculairement à la direction de mouvement du liquide de culture.L'appareil est pourvu d'une chemise extérieure de refroidissement assurant l'évacuation des calories se dégageant pendant la culture des micro-organismes. L'enceinte intérieure de l'appareil, dans laquelle se produit la culture des micro-organismes, sera désigné, dans ce qui suit, par "volume de réaction". Cependant, cet appareil n'assure pas la culture intensive des micro-organismes, et ce pour les raisons suivantes. Premièrement, la disposition de la vis perpendiculairement à la direction de mouvement du liquide de culture nécessite des dépenses spécifiques d'énergie élevées pour le brassage et le transport du liquide de culture à une vitesse évitant sa ségrégation ; deuxièmement, l'amenée du gaz par la tubulure ne permet pas d'obtenir la dispersion requise du gaz et la surface de contact nécessaire entre le gaz et le liquide de culture dans le volume de réaction ; troisièmement, la chemise extérieure de refroidissement n'assure pas l'évacuation des calories se dégageant au cours de la culture des micro-organismes, ce qui est à l'origine d'un accroissement de la température dans le volume de réaction et d'un relentissement du processus ; quatrièmement, la capacité de passage limitée ce l'appareil vis à vis du gaz, étant donné qu'en présence de forts débits de gaz dans le volume de réaction une partie du liquide de culture est partiellement refoulée de ce volume vers ltintérieur du corps de l'atténuateur d'écume et ne participe pas à la culture des micro-organismes, d'où la surcharge du moteur de l'atténuateur d'écume et l'éjection d'une partie du liquide de culture à travers la tubulure d'échappement du gaz, située sur le corps de l'atténuateur d'écume. te but de la présente invention est d'intensifier la culture des micro-organismes grâce à l'amélioration de l'échange de température et de masse, au maintien d'une température optimale dans le volume de réaction, à l'accroissement de la capacité de passage vis à vis du gaz, à la séparation efficace du gaz d'avec le liquide de culture Un autre objectif de la présente invention est de réduire les dépenses spécifiques d'énergie pour le brassage et le transport du liquide de culture, ainsi que pour l'élimination de l'écume. L'invention vise un appareil tubulaire fermé assurant une culture intensive et continue des micro-organismes. Cet objectif est atteint du fait que dans un appareil tubulaire. fermé pour la culture de micro-organismes, comportant au moins un atténuateur d'écume mécanique, une tubulure d'admission de l'eau une tubulure d'admission de la matière première pour la culture des micro-organismes, une tubulure d'admission des sels nutritifs, une tubulure d'admission du liquide maintenant la valeur imposée du pli, une tubulure d'admission des microorganismes d'ensemencement, une tubulure pour l'évacuation du liquide de culture, et à l'intérieur duquel se trouve une vis pour le brassage et le transport du liquide de culture, selon l'invention l'appareil comporte, en outre, au moins un échangeur de température disposé en amont de l'atténuateur d'écume dans le sens de déplacement du liquide de culture, et un collecteur d'amenée du gaz, situé en aval de la vis dans le sens de déplacement du liquide culture. Un tel appareil assure une culture intensive des microorganismes grâce à l'évacuation active des calories se dégageant au cours de l'opération, ce qui- assure une température optimale dans le volume de réaction de l'appareil et améliore les conditions de culture des micro-organismes, et aussi grace à l'amenée du gaz par l'intermédiaire d'un collecteur assurant une fine dispersion de ce dernier. I1 est avantageux, dans l'appareil tubulaire fermé, de pourvoir l'atténuateur d'écume mécanique d'au moins un tube d'évacuation raccordant l'enceinte interne de l'atténuateur d'écume à l'enceinte intérieure de l'appareil située en amont de la vis, et de prévoir à l'intérieur de l'atténuateur d'écume, audessus du tube d'évacuation, un collecteur perforé pour la projection dispersée de la liqueur de culture évacuée de l'enceinte interne de l'appareil.Cela permet d'utiliser, pour la culture des micro-organismes, la liqueur de culture se trouvant dans le corps de l'atténuateur d'écume, d ' accroître l'amenée du gaz dans le volume de réaction de l'appareil, ce qui intensifie la culture des micro-organismes, prévient l'éjection d'une partie de la liqueur de culture par la tubulure d'échappement du gaz,située sur le corps de l'atténuateur d'écume, et réduit les dépenses spécifiques d'énergie pour l'élimination de l'écume. I1 est recommandé de faire coïncider l'axe longitudinal de la vis de brassage et de transport de la liqueur de culture avec l'axe longitudinal de l'appareil. Une telle disposition de la vis réduit les pertes spécifiques d'énergie pour le brassage et le transport de la liqueur de culture à une vitesse évitant sa ségrégation. I1 est préférable que le collecteur d'amenée du gaz soit pourvu de tubes verticaux dans lesquels sont ménagés des orifices dispcsés dans un plan perpendicu aire au sens de mouvement de la liqueur de culture. Un tel collecteur assure, en combinaison avec un brassage intense, une dispersion fine du gaz entraînant un accroissement considérable de la surface de contact entre le gaz et la liqueur de culture dans le volume de réaction, ce qui provoque également une intensification de la culture des micro-organismes. Un appareil tubulaire horizontal fermé conforme à l'invention, utilisé pour la culture continue de levures de fourrage sur la paraffine liquide épurée, et ayant une capacité de 1 m3, permet, avec des dépenses spécifiques d'énergie (pour le brassage, le transport et l'élimination de l'écume) de 1 kW par kg de levure absolument sèche, et une consommation d'oxygène de 2 Nm3 par kg de levure absolument sèche (le pH étant de 4,5), d'obtenir la production de 10 kg par heure de levure absolument sèche par m3 de contenance de l'appareil. D'autres objectifs et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre, d'un exemple non limitatif de réalisation, illustré par les dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 représente schématiquement un appareil tubulaire fermé pour la culture de micro-organismes, conformément à l'invention (vue de dessus); - la figure 2 est une vue en coupe suivant II-II de la figure 1. t'appareil tubulaire fermé pour la culture de micro-organismes est exécuté sous forme d'une tore allongée disposée horizontalement. L'appareil 1 (figure 1) comporte des atténuateurs d'écume mécaniques 2, une tubulure 3 pour l'admission de l'eau technologique, un tubulure 4 pour l'admission des sels nutritifs, une tubulure 5 pour l'admission de la matière première pour la culture des micro-organismes, par exemple les paraffines liquides épurées, une tubulure 6 d'admission de l'eau ammoniacale maintenant le pH à environ 4,5, une tubulure 7 d'admission des micro-organismes d'ensemencement, par exemple des germes purs de levure de fourrage, et une tubulure'8 (figure2) pour I'évacuation de l-a liqueur de-culture. A l'intérieur de l'appareil 1 (figure 1), dans le sens du mouvement du liquide de culture, est montée une vis 9 pour le brassage et le transport de clui-ci. L'appareil 1 est pourvu d'un échangeur de température 10 tubulaire. L'appareil 1 est en outre pourvu d'un collecteur 11 pour l'amenée de l'oxygène. Le collecteur 11 se trouve en aval de la vis 9 suivant le sens de mouvement de la liqueur de culture (la flèche A représente le sens de mouvement de la liqueur de culture dans l'appareil). Le collecteur 11 est pourvu de tubes verticaux 12 (figure 2) comportant des orifices Qu des fentes 13 disposés dans un plan perpendiculaire au sens de replacement de la liqueur de culture. L'atténuateur d'écume mécanique 2 est pourvu d'une tubulure 14 pour l'évacuation du mélange de gaz se'formant pendant la culture de la levure de fourrage, et d'un tube d'évacuation 15. Le tube 15 met en communication l'enceinte interne de l'atténuateur 2 avec l'enceinte interne de l'appareil 1 située en amont de la vis 9. L'atténuateur d'écume mécanique 2 est entrainé par un moteur électrique 16. A l'intérieur de l'atténuateur 2 se trouve un collecteur perforé 17 pour la projection dispersée de la liqueur de culture prélevée par la pompe 18 dans lteneeinte interne de l'appareil 1. Le collecteur perforé 17 est situé audessus du tube d'évacuation 15. Lavis 9 (figure 1) est montée sur un arbre 19 et mise en rotation par un moteur électrique 20, par l'intermédiaire d'un réducteur 21. L'appareil 1 (figure 1) fonctionne de la façon suivante. L'eau technologique est amenée dans le volume de réaction par l'intermédiaire de la tubulure 3. Au même endroit, par la tubulure 4, sont amenés les sels nutritifs, puis le moteur électrique 21 de la vis 9 est mis en marche et le pH est porté à une valeur de 4,4 à 4,6 grâce à l'admission d'eau ammoniacale par l'intermédiaire de la tubulure 6. Ensuite, par l'intermédiaire de la tubulure 7, on envoie dans l'appareil le germe pur de levure de fourrage d'ensemencement et, par l'intermédiaire des tubulures 5, on y envoie la paraffine liquide épurée. Ensuite, on met en marche le moteur électrique 16 de l'atténuateur d'écume mécanique 2. Simultanément avec la mise en marche du moteur électrique 16 (figure 2), les tubes 12 du collecteur 11 amènent dans l'appareil de l'oxygène en quantité équivalente à celle prévue par le régime technologique. Au cours de la rotation de la vis 9 s'effectuent un brassage intense du mélange constitué par l'eau technologique, les sels et les paraffines liquides épurées, une dispersion de l'oxygène, ainsi que le transport dudit mélange. La liqueur de culture est amenée aux tubes de l'échangeur de température 10 (figure 1) baignés par l'eau de refroidissement passant par l'espace intertubulaire. La surface développée de l'échangeur de température 10 assure une évacuation intense des calories se dégageant au cours de la culture des levures de fourrage, ce qui crée les conditions nécessaires au maintien de la température de liqueur de culture à une valeur de 34 + 10C.Simultanément avec l'évacuation des calories dans les tubes de l'échangeur de température, grâce à la modification des conditions de transport de la liqueur de culture suivant lesdits tubes, il se produit un accroissement du diamètre des bulles de gaz, ce qui provoque un dégagement préliminaire demelage degazàpTtir-dhffllx deliqueur de culture. Ensuite, la liqueur de culture est amenée dans l'atténuateur d'écume 2 (figure 2) où s'opère la séparation consécutive de la liqueur de culture et du mélange de gaz pour que la liqueur de culture évacuée de l'appareil 1 (figure 1) comprenne une quantité minimale de gaz. Dans l'atténuateur d'écume 2-, le mélange de gaz-s'élève à travers une certaine couche de liqueur de culture contenue dans ledit atténuateur.Au-dessus de la couche de liqueur de cultures forme de l'écume, qui est soumise à une désintégration préliminaire par le jet de liqueur de culture s'échappant du collecteur perforé 17. La liqueur de culture est envoyée au collecteur perforé 17 à partir de l'appareil 1 par'la pompe 18. La désintégration définitive de l'écume est réalisée par l'atténuateur d'écume mécanique 2 mis en mouvement par le moteur électrique 16. Le mélange de gaz est évacué de l'appareil 1 par l'intermédiaire de la tubulure 14, et la liqueur s écoule dans l'appareil 1.Par l'intermédiaire du tube d'évacuation 15 s'opère une aspiration de la quantité excédentaire de liqueur de culture, déterminée par l'accroissement du débit de gaz, ainsi que par le régime technologiirque do processus. te tube d'évacuation 15 stabilise le niveau de la liqueur de culture dans l'atténuateur 2, ce qui améliore la capacité de passage de l'appareil vis à vis du gaz, protège l'atténuateur 2 contre les surchages et réduit les dépenses d'énergie pour l'élimination de l'écume. De cette façon, dans le volume de réaction de l'appareil 1 sont créées des conditions favorables -à l'accumulation rapide de la levure de fourrage. Pendant cette période la liqueur de culture n'est pas prélevée. Vers la fin du processus d'accumulation, la concentration de la evure de fourrage dans la liqueur de culture est conforme à la concentration prévue. te processus d'accumulation dure 6 à 8 h. Une fois ce processus terminé, l'appareil pour la culture des micro-organismes fonctionne en régime de culture continue. Ce régime est caractérisé par l'évacuation constante de la liqueur de culture hors de l'appareil par l'intermédiaire de la tubulure 8, en quantité égale à la somme des quantitésd'eau technologique, de sels nutritifs et de paraffine liquide épurée débitées par les tubulures correspondantes. t'oxygène est amené à l'appareil en quantité suffisante pour le déroulement de la culture de la levure de fourrage. Bien entendu, -l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été 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. REVENDICATIONS 1.- Appareil tubulaire fermé pour la culture de micro-organismes, tu type comportant au moins un atténuateur d'écume mécanique, une tubulure d'admission de l'eau, une tubulure d'admission des sels nutritifs, une tubulure d'admission de la matière première pour la culture des micro-organismes, une tubulure d'admission d'un liquide maintenant la valeur requise du pH, une tubulure d'admission des micro-organismes d'ensemencement, une tubulure d'évacuation de la liqueur de culture, ledit appareil contenant en outre une vis pour le brassage et le transport de la liqueur de culture, caractérisé envoie qu'il est en outre pourvu d'au moins un échangeur de température disposé en amont de l'atténuateur d'écume mécanique dans le sens de déplacement de la liqueur de culture, et d'un collecteur d'amenée de gaz, situé en aval de ladite vis dans le sens de mouvement de la liqueur de culture. 2.- Appareil tubulaire fermé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'atténuateur d'écume mécanique comporte au moins un tube d'évacuation mettant en communication l'enceinte interne dudit atténuateur d'écume avec l'enceinte interne de l'appareil située en amont de la vis, et contient un collecteur perforé disposé au-dessus du tube d'évacuation et destiné à pulvériser la liqueur de la culture évacuée de l'enceinte interne de l'appareil. 3.- Appareil tubulaire fermé suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'axe longitudinal de la vis pour le brassage et le transport de la liqueur de culture coincide avec l'axe longitudinal de l'appareil. 4.- Appareil tubulaire fermé suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le collecteur d'amenée de gaz est pourvu de tubes verticaux comportant des orifices disposés dans un plan perpendiculaire à la direction du mouvement de la liqueur de culture.