ФЕРМЕНТАТОР ДЛЯ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ

Заявленная полезная модель относится к микробиологической промышленности для получения микроорганизмов.
Острая необходимость преодоления белкового дефицита стимулирует дальнейшие исследования по увеличению ресурсов белка с помощью микробного синтеза, проводимого в специальных аппаратах, получивших название ферментаторы, на совершенствование конструкций которых уделяется большое внимание. Микроорганизмы обладают высокой степенью роста и, следовательно, высокой скоростью накопления биомассы, которая в 500…5000 раз выше, чем у растений и животных. Известно, что на рост и увеличение белковых масс влияет перемешивание рабочей среды с целью своевременного насыщения кислородом каждой частицы микроорганизма, что влияет на производительность ферментатора. Для проведения процессов перемешивания между жидкостями и газом эффективными являются барабанные мешалки с соотношением диаметра барабана и высоты 2:3 (см. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Альянс, 2004. - 750 с.: ил. стр. 253).
Известен ферментатор, содержащий перемешивающее устройство, механический пеногаситель, штуцера для загрузки питательной среды, посевного материала, пеногасителя, подачи и вывода воздуха (см. Калунянц К.А. Оборудование микробиологических производств. - М.: Агропромиздат, 1987. - 398 с.: ил. стр. 191).
Недостатками известного ферментатора являются низкая производительность, громоздкость, малая вовлекаемость в перемешивающуюся среду придонного слоя рабочей среды, содержащей значительное количество ее твердых компонентов, включая микроорганизмы.
Наиболее близким к заявленной полезной модели (прототипом) является ферментатор, содержащий емкость, размещенное внутри нее перемешивающее устройство, состоящее из трех мешалок, ярусно закрепленных на полом валу. Ферментатор имеет патрубки для ввода питательной среды, посевного материала, отвода отработанного газа и готовой продукции. Полый вал соединен с установленным на нем калорифером. Нижняя мешалка перемешивающего устройства выполнена в виде полых трубок, снабженных отверстиями, имеет в поперечном сечении крестообразную форму (см. RU №98002, С12М 1/04, опубл. 27.09.2010 г., Бюл. №27).
Недостатками прототипа являются низкая производительность, низкий кпд вводимого кислорода, малая вовлекаемость во вращающуюся среду придонного слоя рабочей среды, содержащей значительное количество ее твердых компонентов, включая микроорганизмы.
Технический результат полезной модели - увеличение производительности ферментатора.
Указанный технический результат достигается тем, что в ферментаторе для культивирования микроорганизмов, включающем тепловую рубашку, вертикальную емкость, размещенное внутри нее перемешивающее устройство, состоящее из трех мешалок, ярусно закрепленных на полом валу, соединенном с установленным на нем калорифером, выполненным с возможностью нагнетания теплого воздуха в полый вал, согласно полезной модели днище ферментатора имеет форму полусферы, верхняя мешалка перемешивающего устройства выполнена из одной горизонтальной и ряда вертикальных лопастей, образующих форму гребенки, причем вертикальные лопасти направлены вниз, средняя мешалка выполнена из двух плоских лопастей, установленных перпендикулярно валу, имеющих в поперечном сечении крестообразную форму, нижняя мешалка представляет собой рамную, нижняя горизонтальная лопасть которой повторяет форму днища ферментатора, при этом лопасти верхней и нижней мешалок выполнены из полых трубок, снабженных отверстиями для выхода нагнетаемого воздуха, расположенными в шахматном порядке.
Отличительным признаком заявляемого устройства является новое выполнение перемешивающего устройства, а именно выполнение верхней мешалки из полых перфорированных трубок в виде гребенки, средней мешалки - из двух плоских лопастей, нижней мешалки - в виде рамной из полых трубок, снабженных отверстиями.
Рост микроорганизмов в ферментаторе и их увеличение в объеме в ферментаторе зависит от качества перемешивания и насыщения кислородом микроорганизмов. Чем выше степень циркуляции жидкости в аппарате и насыщения микроорганизмов кислородом, тем эффективнее будет рост микроорганизмов, что в конечном итоге увеличит производительность ферментатора.
Выполнение нижней мешалки в виде рамной из полых трубок, нижняя горизонтальная лопасть которой повторяет форму днища аппарата, позволяет захватывать при перемешивании оседающие на дно частицы, не допускает залипания на стенках и перегрева жидкости. Снабжение нижней мешалки отверстиями обеспечивает насыщение кислородом микроорганизмов, которые при перемешивании поднимаются вверх и вовлекаются в общий перемешивающийся контур рабочей среды. Это в свою очередь также способствует предотвращению выпадения осадка на дно емкости.
Выполнение верхней мешалки в виде перфорированной гребенки способствует увеличению кпд проникновения кислорода в питательную среду и интенсификации процесса перемешивания.
При работе перемешивающего устройства в заявляемом аппарате создаются перекрестные токи, обеспечивающие интенсивное перемешивание жидкости.
Такое выполнение средней и нижней мешалок предусматривает следующую цель: во-первых, увеличивается проникновение кислорода в рабочую среду, во-вторых, придонные слои будут подняты нижней мешалкой и вовлечены в общий перемешивающийся контур рабочей смеси.
Все эти факторы способствуют ускорению роста микроорганизмов и в конечном итоге повышают производительность ферментатора.
Заявленная полезная модель поясняется чертежом, где на чертеже схематически изображен ферментатор.
Предлагаемый ферментатор для культивирования микроорганизмов содержит вертикальную емкость 1, размещенное внутри нее перемешивающее устройство, состоящее из трех мешалок 2, 3, 4, ярусно закрепленных на полом валу 5. Днище ферментатора имеет форму полусферы. Верхняя мешалка 2 выполнена из одной горизонтальной и ряда вертикальных лопастей, образующих форму гребенки. Вертикальные лопасти мешалки 2 направлены вниз. Средняя 3 мешалка состоит из двух плоских лопастей, установленных перпендикулярно валу 5 и имеющих в поперечном сечении крестообразную форму. Нижняя 4 мешалка перемешивающего устройства представляет собой рамную, состоящую из горизонтальных и вертикальных лопастей. Нижняя горизонтальная лопасть мешалки 4 повторяет форму днища ферментатора. Вертикальные и горизонтальные лопасти верхней 2 и нижней 4 мешалок снабжены отверстиями 6 для выхода нагнетаемого воздуха, расположенными в шахматном порядке. Лопасти верхней 2 и нижней 4 мешалок соединены через полый вал 5 с калорифером 7. Полый вал 5 соединен с электродвигателем 8. Ферментатор имеет патрубок 9 для ввода питательной среды и посевного материала, патрубок 10 отвода отработанного газа, патрубок 11 готового продукта. Корпус ферментатора снабжен тепловой рубашкой 12.
Ферментатор для культивирования микроорганизмов работает следующим образом.
Через патрубок 9 загружают питательную среду и посевной материал в емкость 1. В тепловую рубашку 12 подают тепло с целью поддержания температуры в ферментаторе. Включают электродвигатель 8, начинает вращаться полый вал 5 с перемешивающим устройством. Подогретый в калорифере 7 теплый воздух нагнетают в полый вал 5. Теплый воздух проходит в верхнюю 2 и нижнюю 4 мешалки и выходит через отверстия 6 в культуральную среду.
На выходе из отверстий 6 струя воздуха распадается на пузырьки. Пузырьки воздуха обволакивают частицы среды, насыщая их кислородом, в результате чего они разбухают и размножаются. Этому процессу способствует интенсивное перемешивание жидкости мешалками 2, 3 и 4. При вращении мешалки 4 во вращающийся контур вовлекаются все нижние придонные слои, не допуская их залегания. Столкновения потоков, имеющие место, вызывают завихрение во всем объеме жидкости, что способствует интенсивному перемешиванию. Отверстия в мешалках 2 и 4 обеспечивают быстрое насыщение кислородом микроорганизмов по всему объему среды. В заявляемом аппарате количество отверстий для выхода воздуха в питательную среду увеличивается, также повышается перемешивающаяся способность нижней мешалки и, следовательно, увеличивается производительность ферментатора.