Brevet FR2376210A1 — publié le 19780728

La présente invention se rapporte aux équipements utilises pour cultiver les micro-organismes, et a plus précisément pour objet un appareil a cultiver des micro-organismes tels que, par exemple, des aérobies, par le procédé de culture profonde. L'invention proposée peut être utilisée d'une façon parti culièrement efficace pour cultiver de grandes quantités de protéines fourragères a partir de matières premières non alimentaires, y compris le bois et les déchets résultant de la fabrication des pates et papiers. On connaît des appareils a cultiver des micro-organismes (voir le brevet d'invention français nO 1.064.433),danslesqudbDioi- .pients,4uiposse'dent chacun us tubulure d'amenée de gaz, sont disposés, coaxialement auxdits récipients, un barboteur et une cloison annulaires, cette dernière étant réalisée de façon qu'un fluide de refroidissement puisse circuler à 11 intérieur de ladite cloison, dont le bord inférieur se trouve- & proximite du fond de réservoir. Dans les appareils de ce type, la cloison est réalisée sous forme d'un cylindre ouvert a ses deux bouts. La cloison est fixée sur le fond du récipient et forme avec les parois dudit récipient un jeu annulaire. Dans la partie inférieure de ce jeu est installé un barboteur annulaire destiné assurer l'aération régu lière et le mélange d'un milieu liquide contenant les micro-organismes et remplissant le récipient. Quand le gaz est amené dans le récipient de l'appareil à travers le barboteur annulaire, il se forme deux courants : un courant ascendant dans le jeu annulaire, près de la paroi du récipient, et un courant descendant dans la zone centrale du récipient, à l'intérieur de la cloison. La construction de la cloison décrite ci-dessus ne permet pas d'assurer l'intensification nécessaire du processus et une utilisation efficace du gaz avec une augmentation de son débit. Afin de rendre le processus plus intense, il est nécessaire d'augmenter la vitesse de circulation des courants de milieu liquide, et c'est pourquoi des dispositifs agitateurs mécaniques sont vent montés dans la partie centrale du récipient, ce qui rend la construction de l'appareil plus compliquée et affecte. ses caractéristiques d'exploitation. La présence de zones de stagnation résultant de la formation intense de mousse au-dessus du niveau du milieu liquide conduit à une utilisation incomplète du volume de travail de l'appareil (de 40 à 60 %) et altère la qualité du produit obtenu. Les inconvénients mentionnés ne donnent pas la possibili te d'accroître sensiblement le rendement de l'appareil. Le but de l'invention est d'éliminer les inconvénients précités. On s'est proposé pour cela de créer un appareil équipé d'une telle cloison annulaire, qui donnerait la possibilité d'augmenter la vitesse de circulation du milieu liquide, d'utiliser d'une façon plus efficace le gaz amené, ce qui permettrait d'assurer l'intensité nécessaire du processus de culture des microorganismes, ainsi que d'utiliser plus complètement le volume de travail de l'appareil et d'accroître de la sorte son rendement. Ce but est atteint du fait que l'appareil à cultiver des micro-organismes, dans le récipient duquel, pourvu d'une tubulure d'amenée de gaz, sont disposés coaxialement audit récipient un barboteur et une cloison annulaires, ladite cloison étant réalisée de façon qu'un fluide de refroidissement puisse circuler à l'in térieur de cette cloison, le bord inférieur de celle-ci se trouvant à proximité du fond du récipient, est caractérisé, suivant l'invention, en ce que la cloison annulaire se présente sous forme d'une paire de parois disposées concentriquement l'une à l'autre et avec un certain jeu entre lesdites parois, dont chacune est constituez par deux cônes tronqués disposés l'un sur l'autre, et conjugués par leurs bases respectives de même nom, de façon que le jeu entre lesdites parois ait, en section axiale, la forme d'un tube Venturi, ledit barboteur annulaire étant disposé dans ce jeu, au-dessous de la partie étroite de celui-ci. Une telle solution technique permet d'assurer une vitesse relativement élevée de circulation du milieu liquide, ce qui a pour effet de rendre plus intense le mélange dudit milieu liquide. L'augmentation de la vitesse d'amenée d'air favorise une dispersion plus fine et une interaction hydrodynamique plus efficace des courants de gaz et de milieu liquide dans la partie étroite du jeu en forme de. tube Venturi prévu dans la cloison. La présence de la partie élargie du jeu prévu dans la cloison favorise un dégagement plus efficace du gaz usé. Il est avantageux que dans le récipient, au-dessus de la cloison annulaire, soit fixée une cloison conique fixée d'une ma nière étanche aux parois du récipient et divisant le récipient en deux parties superposées, ladite cloison conique étant équipée de dispositifs antimousses et ayant un orifice central dans lequel est hermétiquement fixé, par son extrémité supérieure, un tube destiné à la circulation du milieu liquide, tandis que l'extrémité inférieure dudit tube est disposée un peu plus haut que ledit barboteur annulaire, lesdits dispositifs antimousses étant fixés à ladite cloison conique de façon que l'extrémité inférieure de chaque dispositif antimousse communique avec la partie inférieure du récipient et que son extrémité supérieure communique avec la partie supérieure dudit récipient. L'utilisation de la cloison conique à laquelle sont fixes les dispositifs antimousses donne la possibilité de séparer d'une manière plus complète le gaz usé du milieu liquide, ce qui permet de réduire le volume de mousse formée et, par conséquent, d'augmenter considérablement la vitesse de circulation du milieu liquide débarrassé de la mousse et d'utiliser d'une façon plus efficace le volume de travail du récipient faisantpartie de l'appareil. Il est aussi avantageux que les dispositifs antimousses soient disposés régulièrement au-dessus du jeu ménagé dans la cloison annulaire, sensiblement suivant la ligne médiane circulaire dudit jeu. Un tel emplacement des dispositifs antimousses rend plus régulière la répartition du gaz suivant la section transversale de l'appareil au-dessus du bord supérieur de la cloison annulaire et permet de réduire la valeur de la résistance hydraulique à l'extinction de la mousse, ce qui, à son tour, assure une extinction uniforme de la mousse suivant la section transversale du récipient, cette extinction s'effectuant avec le maximum d'efficacité. Ci-dessous est donnée la description détaillée d'un mode possible et non limitatif de réalisation de l'invention, avec références aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente schématiquement une vue d'ensem ble de l'appareil à cultiver les micro-organismes, selon 1' invention (vue en coupe verticale) - la figure 2 représente, à plus grande échelle, l'ensem ble A de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en coupe suivant III-IIT de la figure 1; - la figure 4 montre ltensemble B dela figure 1, à échelle agrandie. L'appareil à cultiver des micro-organismes possède un récipient 1 monté verticalement (figure 1) et ayant une forae cylindrique, ledit récipient étant ouvert d'en haut. A l'intérieur dudit récipient sont installés un barboteur 2 et une cloison 3 annulaires, ladite cloison-étant réalisée de façon qu'un fluide de refroidissement puisse circuler dans son interieur. La cloison 3 se présente sous forme d'une paire de parois creuses 4 et 5 disposées de façon qu'elles soient concentriques l'une à l'autre et qu'il y ait entre elles un certain jeu S. La cavité t (figure 2) de chacune des parois 4 et 5 est divisée, d'une maniere connue en soi, en sections communiquant successivement l'une avec l'au- tre, ladite cavité étant prévue pour la circulation du fluide de refroidissement.La paroi 4 (figure 1) est constituée par deux cônes tronqués montés l'un sur l'autre et dont les bases plus petites sont conjuguées. Intérieurement à la paroi 4 est montee la paroi 5 concentrique à la paroi 4, ladite paroi 5 étant, elle aussi, constituée par deux cônes tronqués placés l'un sur l'autre, mais étant conjugués par leurs bases les plus grandes. Les parois 4 et 5 sont disposées à un même niveau en hauteur, les endroits ot les bases des & nes sont conjuguées se trouvant aussi à un même niveau en hauteur. Par consequent, le jeu S prévu entre les parois 4 et 5 a, en section axiale, la forme d'un tube Venturi.La cloison annulaire 3 est fixée rigidement au fond et aux parois durécipient l au moyen de supports 6 et de moyens de fixation appropriés quelconques. Les parois 4 et 5 de la cloison annulaire 3 sont assemblées à l'aide de nervures de raidissement 7 (figure 3) dont chacune est réalisée sous forme d'une plaque dont le contour est identique à celui de la section axiale du jeu S. Lesdites nervures de raidissement sont montées radialement à égale distance l'une de l'autre suivant la circonférence de la cloison 3. Le bord inférieur de la cloison annulaire 3 (figure 1) se trouve disposé à proximité du fond du récipient 1. Sur le fond du récipient 1, dans sa partie centrale, est rigidement fixée une boite distributrice de gaz 8. Dans la paroi supérieure de ladite botte distributrice de gaz est hermétique- ment fixée par son extrémité inférieure une tubulure d'amenée de gaz 9 disposée suivant l'axe vertical du récipient 1. L'extrémité supérieure de la tubulure d'amenée de gaz 9 est mise en communication avec une conduite de gaz centrale (non représentée sur les dessins).Aux parois latérales de la boîte distributrice de gaz 8 sont fixées, par l'une de leurs extrémités, des tubulures 10 disposées radialement sous des angles égaux l'une par rapport à l'autre, lesdites tubulures mettant en communication la boite distributrice de gaz 8 avec le barboteur annulaire 2 disposé à la partie inférieure de la cloison 3, dans le jeu S, au-dessous de la partie étroite C de ce dernier. Le barboteur 2 se présente sous forme d'un tube courbé de façon à former un anneau et dont les parois comportent dans leur partie supérieure une perforation. Dans le récipient 1, au-dessus de la cloison annulaire 3, est hermétiquement fixée aux parois du récipient 1 une cloison conique 11 (figure 1) dont le cône est orienté vers le bas. La cloison conique 11 comporte un orifice central dans lequel est engagée l'extrémité supérieure d'un tube 12 fixé hermétiquement à la cloison conique 11. A travers le tube 12 passe la tubulure 9 qui forme avec ce tube un jeu D servant à la circulation du milieu liquide dans le sens montré par les flèches sur la figure 1. L'ex trémité inférieure du tube 12 est disposée un peu plus haut que le barboteur annulaire 2, comme montré sur la figure 1. La cloison conique 11 divise le récipient 1 en deux parties superposées : une partie inférieure dans laquelle se déroule la réaction et une partie supérieure où s'effectue la séparation. Sur la cloison conique 11 sont montés des dispositifs antimousses 13 régulièrement espacés suivant une circonférence et passant à travers des orifices réalisés dans la cloison conique 11. Chacun des dispositifs antimousses 13 se présente sous forme d'un tube Venturi 14 disposé verticalement, dont l'extrémité inférieure est hermétiquement fixée dans la cloison conique 11 de façon que cette extrémité communique avec l'enceinte inférieure réactionnelle du récipient 1, et que son extrémité supérieure communique avec son enceinte supérieure de séparation, comme montré sur la figure 4. Sur l'extrémité supérieure du tube 14, par l'interme- diaire de supports 15, est rigidement fixé un écran réflecteur 16 ayant la forme d'un hémisphère bombé vers l'extérieur.Les dispositifs antimousses 13 (figure 1) sont régulièrement disposés audessus du jeu S entre les parois 4 et 5 de la cloison annulaire 3, sensiblement suivant la ligne médiane circulaire dudit jeu. Dans l'enceinte supérieure (de séparation) du récipient 1 -se trouve un tube annulaire 17 fixé rigidement à la paroi du récipient, à proximité de la cloison conique 11, et destiné à amener le liquide pour le lavage de la cloison conique 11. A travers une tubulure 18, le tube 17 est mis en communication avec un collecteur central (non représenté).Dans la partie inférieure des parois du tube 17 sont percées des trous. Dans la partie médiane du récipient 1 est fixée une tubulure 19 à travers laquelle le milieu liquide est amené dans le récipient 1. Sur la paroi du récipient 1, plus bas que la tubulure 19, est fixée une tubulure 20 servant à évacuer le milieu liquide du récipient 1. L'appareil à cultiver des micro-organismes fonctionne de la façon suivante. A travers la tubulure 19 on amène le milieu liquide dans le récipient 1 jusqu'à ce qu'il atteigne un niveau in férieur à celui du bord supérieur de la cloison annulaire 3, mais situé sensiblement à proximité dudit bord.Ungzso * ression en provenance de la conduite d' amenée de gaz centrale est amené à travers la tubulure 9 et les tubulures radiales 10 dans le barboteur annulaire 2. A travers les perforations de la paroi du barboteur 2 le gaz arrive dans la partie étroite du jeu S de la cloison annulaire 3. Dans la partie inférieure du jeu S il se forme un milieu liquide saturé de gaz et qui se déplace vers le haut. Dans la partie supérieure élargie du jeu S et au-dessus du bord supérieur de la cloison annulaire 3, la vitesse de-son écoulement diminue, à la suite de quoi une partie du gaz se dégage dudit milieu liquide. En même temps, la plus grande partie du milieu liquide descend des deux cotés de la cloison annulaire 3 et arrive de nouveau dans la partie inférieure du jeu S, en formant ainsi des courants de circulation. Le reste du milieu liquide, sous forme de mousse, est entraîné par le courant de gaz, arrive à grande vitesse dans les dispositifs antimousses 13 et passe à travers les tubes 14. Dans la section étroite du tube 14, sous l'effet de la pression dynamique du gaz, la mousse est partiellement détruite, tandis que sa partie non détruite est dirigée sur la surface intérieure de l'écran réflecteur 16. I1 se produit une extinction intense (séparation) de la mousse et, par conséquent, la partie réactionnelle du récipient 1 est partiellement libérée de la mousse.Ceci permet de remplir au maximum en milieu liquide la partie réactionnelle du récipient 1 et d'utiliser de la façon la plus efficace ladite partie pour cultiver les micro-organismes. De la partie du récipient 1 dans laquelle s'effectue la séparation le gaz s'échappe à l'atmosphère et le milieu liquide s'écoule sur la surface de la cloison conique 11 et à travers le tube 12 jusque dans la partie du récipient 1 dans laquelle s'effectue la réaction. Etant donné que l'extrémité inférieure du tube 12 est disposée plus bas que le niveau du milieu liquide, et que le tube 12 est rempli de milieu liquide, il se crée une fermeture hydraulique empéchant la sortie du gaz de la partie réactionnelle du récipient 1 à travers le tube 12 vers la partie du récipient 1 dans laquelle s'effectue la séparation. Les restes de mousse déposés sur la surface de ia cloison conique 11 sont entraînés par un liquide de lavage qui est amené à travers la tubulure 18 dans le tube annulaire perforé 17. Ainsi, dans le récipient 1, au-dessous de la cloison conique, une aération et un mélange intenses du milieu liquide conte- nant les micro-organismes s'effectuent dans tout le volume de la partie réactionnelle du récipient 1, ainsi qu'une dissolution et un apport intense des composants nutritifs du milieu aux cellules de micro-organismes, ce qui favorise leur croissance accélérée. Dans les conditions de culture en discontinu des microorganismes, cela conduit à une réduction de la durée du cycle technologique, tandis qu'en cas de culture en continu, cela donne la possibilité d'augmenter la concentration du milieu liquide en micro-organismes et d'augmenter le débit de liquide à travers l'appareil. Dans l'appareil proposé, la combinaison de la possibilité d'assurer une vitesse élevée de croissance des micro-organismes avec celle utilisée plus efficacement le volume de la partie réactionnelle du récipient 1 conduit à un accroissement considérable du rendement de l'appareil et permet d'améliorer la qualité du produit obtenu. 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 à cultiver des micro-organismes, dans un milieu liquide, du type comportant un récipient possédant une tubulure d'amenée de gaz et dans lequel sont disposés, coaxialement audit récipient, un barboteur annulaire et une cloison annulaire dans laquelle peut circuler un agent de refroidissement et dont le bord inférieur est disposé à proximité du fond dudit récipient, caractérisé en ce que la cloison annulaire se présente sous forme d'une paire de parois qui sont disposées concentriquement avec un certain jeu entre elles, et dont chacune est constituée par deux cônes tronqués montés l'un sur l'autre et conjugués par leurs bases respectives de même nom, de manière que le jeu entre lesdites parois ait, en section axiale, la forme d'un tube Venturi, le barboteur annulaire étant disposé dans ce jeu, au-dessous de la partie étroite de ce dernier. 2. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, à l'intérieur dudit récipient, au-dessus de ladite cloison annulaire, est hermétiquement fixée aux parois du récipient une cloison conique divisant ledit récipient en deux parties superposées, cette cloison conique étant munie de dispositifs antimousses et comportant un orifice central aux bords duquel est hermétiquement fixée l'extrémité supérieure d'un tube de circulation du milieu liquide, dont l'extrémité inférieure se trouve un peu plus haut que le barboteur annulaire, lesdits dispositifs antimousses étant fixés à ladite cloison conique de sorte que l'extrémité inférieure de chacun d'eux communique avec la partie inférieure du récipient précité, et son extrémité supérieure, avec la partie supérieure dudit récipient. 3. Appareil suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les dispositifs antimousses sont disposés réguliérement au-dessus du jeu ménagé dans la cloison annulaire précitée, sensiblement suivant la ligne médiane circulaire dudit jeu.