СОСТАВНОЙ БИОЛОГИЧЕСКИЙ РЕАКТОР УСТАНОВКИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА БИОМАССЫ АЭРОБНЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ

Полезная модель относится к области микробиологии и может быть использована для изготовления составных биологических реакторов установок, предназначенных для производства биомассы аэробных микроорганизмов, предпочтительно на основе газообразного углеродсодержащего субстрата.
Из уровня техники известен биологический реактор установки для производства биопротеина, который выполнена в виде камеры с устройствами для аэрации, стерилизации, слива и долива среды и механизм перемещения камеры.
Сама камера представляет собой зафиксированную на жестком каркасе эластичную емкость, разделенную внешними зажимами на сообщающиеся питательный, ростовой и накопительный отсеки (т.е. камера выполнена как составной биологический реактор), при этом на нижней внутренней поверхности ростового отсека расположен материал для иммобилизации клеток, накопительный отсек выполнен с возможностью независимого газообмена, а жесткий каркас выполнен с двумя изломами, размещенными между отсеками, установлен с возможностью изменения угла наклона к горизонту от 0 до 45° и снабжен механизмом его перемещения, причем части каркаса под накопительным и ростовым отсеками снабжены вибраторами.
Недостатком этого известного составного биологического реактора является то, что он не обеспечивает приемлемую скорость образования биомассы в культуральной жидкости.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому устройству является составной биологический реактор установки для производства биомассы аэробных микроорганизмов (Изобретение РФ №2352626, МПК: С12М 1/02, опуб. 20.04.2009 г., Бюл. №11). Данное известное устройство принимается в качестве устройства-прототипа. Устройство-прототип содержит емкость, заполняемую культуральной жидкостью до определенного уровня, снабженную патрубками для подвода жидкой минеральной питательной среды, воздуха и отвода накопленной биомассы, барботер для подводимого воздуха, соединенный с воздухонагнетательной машиной через упомянутый патрубок, обечайку с отбортовкой, установленную по оси емкости. Обечайка служит для разделения наполняемой культуральной жидкости части емкости на подъемный и опускной каналы, при этом барботер размещен в подъемном канале. Известный составной биологический реактор снабжен, по крайней мере, одной дополнительной емкостью. Дополнительная емкость также снабжена обечайкой с отбортовкой, установленной по оси дополнительной емкости, причем отбортовка направлена в сторону упомянутой оси. Как и в случае с вышеописанной емкостью, обечайка с отбортовкой в дополнительной емкости формирует из наполняющей ее культуральную жидкость потоки в виде подъемного и опускного каналов. Емкость и, по меньшей мере, одна дополнительная емкость соединены между собой жидкостепроводом так, что опускной канал емкости соединен с подъемным каналом, по меньшей мере, одной дополнительной емкости, а подъемный канал емкости, и опускной канал, по меньшей мере, одной дополнительной емкости, соединены, соответственно, между собой.
В одном из жидкостепроводов между емкостью и, по меньшей мере, одной дополнительной емкостью установлен побудитель циркуляции культуральной жидкости, а в подъемном канале, по меньшей мере, одной дополнительной емкости, позиционирован барботер газообразного субстрата. Побудитель циркуляции может быть выполнен либо как циркуляционный насос, либо как осевой пропеллер.
Недостаток прототипа заключается в том, что этот составной биологический реактор не позволяет достичь высокой скорости образования биомассы в культуральной жидкости.
Задачей, на решение которой направлено создание предложенного устройства, является создание на их базе современных высокопроизводительных установок для производства белковой массы из метаносодержащего (природного газа) субстрата.
Технический результат, ожидаемый от применения заявленного устройства, заключается в повышении скорости культивирования (образования) биомассы в культуральной жидкости, циркулирующей в составном биологическом реакторе.
2
Заявленный технический результат достигается тем, что составной биологический реактор установки для производства биомассы аэробных микроорганизмов образован из ориентированной в вертикальной плоскости осесимметричной ферментационной емкости, оснащенной первой обечайкой, которая делит объем осесимметричной ферментационной емкости на первый подъемный и первый опускной каналы, наличием патрубка подвода в осесимметричную ферментационную емкость жидкой минеральной питательной среды, наличием патрубка подвода в нее же воздуха или кислорода, сопряженного с первым барботером, позиционированным в первом подъемном канале, наличием патрубка отвода наружу из осесимметричной ферментационной емкости накопленной биомассы, наличием патрубка первого подъемного и патрубка первого опускного каналов, наличием патрубка отвода из наджидкостного пространства осесимметричной ферментационной емкости паро-газовых продуктов метаболизма, наличием в первом опускном канале теплообменника, прикрепленного к внутренней стенке первой обечайки, наличием ориентированной в вертикальной плоскости, по крайней мере, одной осесимметричной ферментационной емкости-саттелита, оснащенной второй обечайкой, которая делит объем осесимметричной ферментационной емкости-саттелита на второй подъемный и второй опускной каналы, наличием патрубка подвода в осесимметричную ферментационную емкость-саттелит газообразного субстрата, сопряженного с размещенным во втором подъемном канале второго барботера, наличием продувочного патрубка, позиционированного на верхнем торце осесимметричной ферментационной емкости-саттелита, наличием патрубка второго подъемного и патрубка второго опускного каналов, при этом первый опускной канал осесимметричной ферментационной емкости снабжен побудителем циркуляции культуральной жидкости и через первый патрубок опускного канала соединен первым трубопроводом второй патрубок подъемного канала со вторым подъемным каналом осесимметричной ферментационной емкости-саттелита, а первый подъемный канал осесимметричной ферментационной емкости через первый патрубок подъемного канала соединен со вторым опускным каналом осесимметричной ферментационной емкости-саттелита вторым трубопроводом через второй опускной патрубок, при этом как под первым, так и под вторым барботерами установлены датчики температуры, датчики pH и датчики СО, информационно-коммутационно связанные с IBM совместимым персональным компьютером, на котором инсталлирована программа для ЭВМ «ГАПРИН».
Желательно, чтобы первая и вторая обечайки были снабжены сужающимися от торцов последних воронками.
Заявленное устройство иллюстрируется рядом рисунков, поясняющих предмет притязаний:
- на Фиг. 1 схематично изображен составной биологический реактор установки для производства биомассы аэробных микроорганизмов (вид сверху), где: на Фиг. 1-1 составной биологический реактор установки для производства биомассы аэробных микроорганизмов образуют одна осесимметричная ферментационная емкость и одна осесимметричная ферментационная емкость-саттелит, соединенные между собой жидкостепроводом; на Фиг. 1-2 составной биологический реактор установки для производства биомассы аэробных микроорганизмов образуют одна осесимметричная ферментационная емкость и две осесимметричные ферментационные емкости-саттелиты, соединенные между собой соответствующими жидкостепроводами; на Фиг. 1-3 составной биологический реактор установки для производства биомассы аэробных микроорганизмов образуют одна осесимметричная ферментационная емкость и три осесимметричные ферментационные емкости-саттелиты, соединенные между собой соответствующими жидкостепроводами.
- на Фиг. 2 представлено схематичное сечение в вертикальной плоскости осесимметричной ферментационной емкости;
- на Фиг. 3 схематично изображено сечение в вертикальной плоскости осесимметричной ферментационной емкости-саттелита.
Перечень позиций:
1. Осесимметричная ферментационная емкость.
2. Осесимметричная ферментационная емкость-саттелит.
2.1. Первая осесимметричная ферментационная емкость-саттелит.
2.2. Вторая осесимметричная ферментационная емкость-саттелит.
2.3. Третья осесимметричная ферментационная емкость-саттелит.
3. Обечайка.
3.1 Первая обечайка.
3.1.1 Подъемный канал осесимметричной ферментационной емкости.
3.1.2 Опускной канал осесимметричной ферментационной емкости.
3.2 Вторая обечайка.
3.2.1 Подъемный канал осесимметричной ферментационной емкости-саттелита.
3.2.2. Опускной канал осесимметричной ферментационной емкости-саттелита.
3.3 Воронка.
4. Первый трубопровод жидкостепровода первой осесимметричной ферментационной емкости-саттелита.
5. Второй трубопровод жидкостепровода первой осесимметричной ферментационной емкости-саттелита.
6. Первый трубопровод жидкостепровода второй осесимметричной ферментационной емкости-саттелита.
7. Второй трубопровод жидкостепровода второй осесимметричной ферментационной емкости-саттелита.
8. Первый трубопровод жидкостепровода третьей осесимметричной ферментационной емкости-саттелита.
9. Второй трубопровод жидкостепровода третьей осесимметричной ферментационной емкости-саттелита.
10. Патрубок подвода жидкой минеральной питательной среды.
10.1. Вентиль на патрубке подвода жидкой минеральной питательной среды.
11. Патрубок воздуха или кислорода,.
12. Первый барботер.
13. Второй барботер.
14. Патрубок отвода наружу из осесимметричной ферментационной емкости-саттелита накопленной биомассы.
14.1 Вентиль.
15. Патрубок подъемного канала.
16. Патрубок опускного канала.
17. Патрубок отвода из наджидкостного пространства газообразных продуктов.
18. Патрубок подвода в осесимметричную ферментационную емкость-саттелит газообразного субстрата.
19. Теплообменник.
20. Датчик температуры.
21. Датчик рН
2
22. Датчик CO
23. IBM совместимый компьютер.
23.1 Дисплей.
24. Информационно-коммутационные каналы
24.1 Информационно-коммутационный канал к осесимметричной ферментационной емкости.
24.2 Информационно-коммутационные каналы к осесимметричным ферментационным емкостям-саттелитам.
25. Интерфейс.
26. Наджидкостное пространство.
27. Уровень культуральной жидкости.
28. Побудитель перемещения культуральной жидкости.
Осесимметричная ферментационная емкость 1 (Фиг. 1 - Фиг. 2) может быть выполнена в виде цилиндрической цистерны, ориентированной в вертикальной плоскости. Точно такое же конструкционное воплощение могут иметь первая-третья осесиммтеричные ферментационные емкости-саттелиты 2 (Фиг. 1 и Фиг. 3). Упомянутые емкости должны быть выполнены из коррозионно-стойкого материала, в частности, пищевой нержавеющей стали (например, марок AISI 304, AISI 304L, AISI 430, AISI 316, AISI 316L, AISI 316ТК AISI 321). Обечайка 3.3.(Фиг. 2 и Фиг. 3) предназначена для формирования опускных 3.1.2. (Фиг. 2) и 3.2.2. (Фиг. 3), а также подъемных 3.1.1. (Фиг. 2) и 3.2.1. (Фиг. 3) каналов для прохождения культуральной жидкости. Материал для их изготовления может быть использован такой же, как и для изготовления осесимметричной ферментационной емкости 1 (Фиг. 1 и Фиг. 2).
Воронка 3.3. (Фиг. 2 и Фиг. 3) совместно с обечайкой 3 (Фиг. 2 и Фиг. 3) фактически образуют гравитационный эжектор (принципы работы которого раскрыты в изобретении РФ №2396215, МПК C02F 1/20 опуб. 10.08.2010 г.), что позволяет упорядочить перемещение потока культуральной жидкости. Трубопроводы 4-9 (Фиг. 1 - Фиг. 3) по существу представляют собой жидкостепроводы по которым происходит перемещение культуральной жидкости между осесимметричной ферментационной емкостью 1 (Фиг. 1 - Фиг. 2) и осесимметричной(ными) ферментационной(ными) емкостью(стями) 2 (Фиг. 1 - Фиг. 3). Требования к материалу для изготовления жидкостепроводов 4-9 (Фиг. 1 - Фиг. 3) аналогичны требованиям, предъявляемым к материалу для изготовления осесимметричной ферментационной емкости 1 (Фиг. 1 - Фиг. 2). Функциональное назначение патрубка подвода жидкой минеральной питательной среды 10 (Фиг. 3) однозначно определено его наименованием. Этот патрубок снабжен вентилем 10.1 (Фиг. 3). В качестве такового можно использовать вентиль нержавеющий ДУ 100 (http://flancy-otvody-perehody.ru/).
Патрубок воздуха или кислорода 11 (Фиг. 2) предназначен для подачи одного из этих газов в осесимметричную ферментационную емкость, где он сопряжен с первым барботером 12 (Фиг. 2). Задачей первого барботера 12 (Фиг. 2) является инжекция в культуральную жидкость, перемещаемую по подъемному каналу 3.1.1. (Фиг. 2) осесимметричной ферментационной емкости 1 (Фиг. 2) воздуха или кислорода.
Второй барботер 13 (Фиг. 3) решает задачу инжекции метаносодержащего газа (в частности, природного газа) в культуральную жидкость, перемещающуюся по подъемному каналу 3.2.1. (Фиг. 3)) осесимметричной ферментационной емкости-саттелита 2 (Фиг. 3). Эти барботеры могут быть выполнены как кольцевые барботеры (принципиальная конструкция которого раскрыта в работе http://labinstruments.su/).
Патрубок отвода наружу из осесимметричной ферментационной емкости-саттелита 2.1-2.3 (Фиг. 1) накопленной биомассы 14 (Фиг. 3) служит для достижения цели в соответствии со своим названием. Он снабжен вентилем 14.1 (Фиг. 3).
Патрубок подъемного канала 15 (Фиг. 2) и, соответственно, патрубок опускного канала 16 (Фиг. 2) осесимметричной ферментационной емкости 1 (Фиг. 2) предназначены для подключения к ним трубопроводов 4-9 (Фиг. 1) жидкостепроводов осесимметричных ферментационных емкостей саттелитов 2.1-2.3 (Фиг. 1).
2
Патрубок отвода из наджидкостного пространства газообразных продуктов 17 (Фиг. 2 и Фиг. 3) предназначен для удаления газообразных продуктов метаболизма, прежде всего СО, из объема наджидкостного пространства 26 (Фиг. 2 и Фиг. 3), соответственно, осесимметричной ферментационной емкости 1 (Фиг. 1) и осесимметричной ферментационной емкости-саттелита 2.1-2.3 (Фиг. 1).
Каждый из этих патрубков сопряжен (не показано) с трубопроводом, который оснащается вентилем (чтобы при открытии последнего) для сброса паро-газового содержимого из объема наджидкостного пространства 26 (Фиг. 2 и Фиг. 3) на утилизацию.
Патрубок подвода в осесимметричную ферментационную емкость-саттелит 2.1-2.3 (Фиг. 1) газообразного углеродсодержащего субстрата 18 (Фиг. 3) (например, природного газа) предназначен для подачи указанного газа на второй барботер 13 (Фиг. 3).
Теплообменник 19 (Фиг. 2) служит для поддержания заданной температуры культуральной жидкости в опускном канале 3.1.2. (Фиг. 2) осесимметричной ферментационной емкости 1 (Фиг. 2).
2
В качестве датчика температуры 20 (Фиг. 2 и Фиг. 3) может быть использован, например, термопреобразователь с токовым выходом 4-20 мА марки T.XA-420-Кл1-1 (http://ovenspb.ru/), в качестве датчика pH 21 (Фиг. 2 и Фиг. 3) может быть использован датчик Orbisint CPS11D (http://www.ru.endress.com/ru), а в качестве датчика СО может быть использован датчик модели PS-2110 (ftp://ftp.pasco.com).
В устройстве в качестве IBM совместимого компьютера 23 (Фиг. 3) может быть использован компьютер модели LENOVO ThinkCentre М53 Tiny, Intel Celeron J1800, DDR3 4 Гб, 500 Гб, Intel HD Graphics, Free DOS с инсталлированным на нем, помимо операционной системы, оригинальным программным продуктом (программой для ЭВМ) «ГАПРИН» (Свидетельство о государственной регистрации №20156188884 от 19.08.2015 г.). Повышение разрешающей способности при визуализации массивов информации от работы программы для ЭВМ «ГАПРИН» достигали использованием дисплея 23.1 (Фиг. 3) модели TFT Samsung S23C200B Black LED 16:9 VGA (D-Sub) DVI с экраном 23′′.
Передачу данных от датчиков 20-22 (Фиг. 2 и Фиг. 3) производили по информационно-каммутационным каналам 24 (Фиг. 2 и Фиг. 3), в частности, от датчиков, размещенных в осесимметричной ферментационной емкости 1 (Фиг. 2) по информационно-коммутационному каналу 24.1 (Фиг. 2), а от датчиков, размещенных в осесимметричной ферментационной емкосте-саттелите 2 (Фиг. 3) по информационно-коммутационному каналу 24.2 (Фиг. 3), которые пройдя интерфейс 25 (Фиг. 2 и Фиг. 3) поступали на обработку в IBM совместимый компьютер 23 (Фиг. 2 и Фиг. 3). Информационно-коммутационные каналы 24 (Фиг. 2 и Фиг. 3) реализуются в предложенном устройстве в виде проводных каналов связи, снабженных изоляцией.
Побудитель перемещения культуральной жидкости 28 (Фиг. 2) может быть реализован в виде циркуляционного насоса (например, модели GRUNDFOS UPS 25-40). Наличие упомянутого побудителя способствует воспроизводимости (за счет принудительной стабилизации) скорости перемещения культуральной жидкости в осесимметричной ферментационной емкости и осесимметричной(ных) ферментационной(ных) емкости(тях)-саттелите(тах), что благоприятно сказывается на протекании процесса ферментации.
Работа предложенного устройства раскрывается в ниже представленных примерах.
ПРИМЕР №1
В качестве осесимметричной ферментационной емкости 1 (Фиг. 1-1) была использована емкость объемом 600 литров, а в качестве осесимметричной ферментационной емкости-саттелита 2 (Фиг. 1-1) была использована емкость объемом также 600 литров.
Указанные емкости заполняли культуральной жидкостью до 80% их объемов (до уровня культуральной жидкости 27 (Фиг. 2 и Фиг. 3)) при открытом вентиле 10.1 (Фиг. 2 и Фиг. 3) через патрубок подвода жидкой минеральной питательной среды 10 (Фиг. 2). Культуральная жидкость содержала 3% вес. штаммом «Mehtylococcus capsulatus ВСБ-874-продуцент биомассы» (Авторское свидетельство СССР №770200, М. Кл. C12N 15/00, зарегистрировано в Государственном реестре изобретений СССР 13 июня 1980 г.). Затем через этот же патрубок 10 (Фиг. 2) вводили в культуральную жидкость необходимое количество жидкой минеральной питательной среды, установив при этом значение pH культуральной жидкости равное 5,3, и закрывали вентиль 10.1 (Фиг. 2 и Фиг. 3). В качестве источника кислорода в патрубок воздуха или кислорода 11 (Фиг. 2) подали под избыточным давлением в 0,3 атм. воздух. Запускали в работу теплообменник 19 (Фиг. 2), задавая температуру его нагрева 44°C, при этом одновременно включали побудитель перемещения культуральной жидкости 28 (Фиг. 2). Включив IBM совместимый компьютер 23 (Фиг. 2) после запуска его операционной системы запускали в работу (активировали) программу для ЭВМ «ГАПРИН». Тестирую при ее помощи работоспособность информационно-коммутационных каналов 24.1 (Фиг. 2) и 24.2 (Фиг. 3) и датчиков 20-22 (Фиг. 2 и Фиг. 3), получаемые данные в непосредственном и/или после аналитической обработки (в том числе и сопоставительной) в соответствии с алгоритмами работы программы для ЭВМ «ГАПРИН» видах выводили на дисплей 23.1 (Фиг. 2 и Фиг. 3).
Включением побудителя перемещения культуральной жидкости 28 (Фиг. 2) организуют ее циркуляцию в предложенном составном биологическом реакторе по следующему маршруту:
- из опускного канала осесимметричной ферментационной емкости 3.1.2. (Фиг. 2) обечайки 3.1 (Фиг. 2), в котором культуральная жидкость благодаря непосредственному контакту взаимодействует с теплообменником 19 (Фиг. 2), она под воздействием силы земной гравитации и работы побудителя перемещения культуральной жидкости 28 (Фиг. 2) поступает в патрубок опускного канала 16 (Фиг. 2). Усиливает поступательное движение потока культуральной жидкости и гравитационный эжектор, образованный как непосредственно стенками первой обечайки 3.1 (Фиг. 2), так и смонтированной на ее верхнем торце воронкой 3.3 (Фиг. 2);
- патрубок опускного канала 16 (Фиг. 2) сопряжен со вторым трубопроводом жидкостепровода 5 (Фиг. 1-1) первой осесимметричной ферментационной емкости-саттелита 2.1 (Фиг. 1-1) и по нему культуральная жидкость устремляется в подъемный канал 3.2.1. (Фиг. 3) этой первой осесимметричной ферментационной емкости-саттелита 2.1. (Фиг. 1-1);
2
- перемещаясь вверх по подъемному каналу 3.2.1. (Фиг. 3) осесимметричной емкости-саттелита 2.1 (Фиг. 1-1) культуральная жидкость омывает датчик температуры 20 (Фиг. 3), датчик pH 21 (Фиг. 3) и датчик СО (Фиг. 3). Формируемая указанными датчиками 20-22 (Фиг. 3), установленными в первой осесимметричной ферментационной емкости-саттелите 2.1 (Фиг. 1-1), информация о состоянии параметров культуральной жидкости, соответствующих назначению используемых датчиков, протекающей по этой осесимметричной ферментационной емкости-саттелите 2.1 (Фиг. 3), поступает по информационно-коммутационным каналам 24.2 (Фиг. 3) через интерфейс 25 (Фиг. 3) в IBM совместимый компьютер 23 (Фиг. 3), где после обработкой специализированной программой для ЭВМ «ГАПРИН» отображается на дисплее 23.1 (Фиг. 3) для обозрения и принятия решений оператором, обслуживающим данную установку;
- из зоны второго барботера 13 (Фиг. 3) первой осесимметричной ферментационной емкости-саттелита 2.1 (Фиг. 3), где культуральная жидкость насыщается газообразным углеродсо-держащим субстратом (в частности, природным газом), она далее перемещается по подъемному каналу этой первой осесимметричной ферментационной емкости-саттелита 2.1 (Фиг. 3) и заполняет ее до уровня 27 (Фиг. 3) так, что образуется наджидкостное пространство 26 (Фиг. 3). Упомянутое пространство сообщается в случае открытия вентиля на трубопроводе (оба не показаны) через патрубок отвода из наджидкостного пространства газообразных продуктов 17 (Фиг. 3) /соединенный с упомянутым трубопроводом/ продуктов метаболизма с устройством для их утилизации (в частности, скруббером);
- после прохождения подъемного канала 3.2.1 (Фиг. 3) первой ферментационной емкости-саттелита 2.1 (Фиг. 1-1) культуральная жидкость поступает в опускной канал осесимметричной ферментационной емкости-саттелита 3.2.2 (Фиг. 3) благодаря работе побудителя перемещения культуральной жидкости 29 (Фиг. 2) и силе земной гравитации, подкрепленной работой гравитационного эжектора, который образуют собственно вторая обечайка 3.2 (Фиг. 3) и закрепленной на ее верхнем торце сужающаяся вверху воронка 3.3 (Фиг. 3);
- затем культуральная жидкость из второй обечайки 3.2 (Фиг. 3) поступает во второй трубопровод жидкостепровода 5 (Фиг. 1-1) первой осесимметричной ферментационной емкости-сателлита 2.1 (Фиг. 1-1 и Фиг. 3);
2
- пройдя последовательно сначала упомянутый трубопровод жидкостепровода 5 (Фиг. 1-1), а затем и патрубок подъемного канала 15 (Фиг. 2) осесимметричной ферментационной емкости 1 (Фиг. 1-1 и Фиг. 2), культуральная жидкость поступает в подъемный канал 3.1.1. (Фиг. 2) осесимметричной ферментационной емкости 1 (Фиг. 2), где омывает собой датчик температуры 20 (Фиг. 2), датчик pH 21 (Фиг. 2) и датчик СО (Фиг. 2). Формируемая указанными датчиками 20-22 (Фиг. 2), установленными в осесимметричной ферментационной емкости 1 (Фиг. 2), информация о состоянии соответствующих измерениям культуральной жидкости в данной емкости параметрам поступает по информационно-коммутационным каналам 24.1 (Фиг. 2) через интерфейс 25 (Фиг. 2) в IBM совместимый компьютер 23 (Фиг. 2), где после обработки программой для ЭВМ «ГАПРИН» отображается на дисплее 23.1 (Фиг. 2), т.е. визуализируется для оператора, обслуживающего работу данной установки;
- поднимаясь далее вверх по подъемному каналу 3.1.1 (Фиг. 2) осесимметричной ферментационной емкости 1 (Фиг. 2) культуральная жидкость попадает в зону действия первого барботера 12 (Фиг. 2), инжектирующего в нее атмосферный воздух, который подается в первый барботер 12 (Фиг. 2) из патрубка кислорода или воздуха 11 (Фиг. 2). Таким образом происходит обогащение культуральной жидкости кислородом из воздуха;
- покинув зону первого барботера 12 (Фиг. 2) насыщенная кислородом культуральная жидкость перемещается по подъемному каналу 3.1.1 (Фиг. 2) осесимметричной ферментационной емкости 1 (Фиг. 2) и заполняет эту емкость до уровня 27 (Фиг. 2) так, что образуется наджидкостное пространство 26 (Фиг. 2), которое может сообщаться (в случае открытия вентиля на трубопроводе, оба не показаны) посредством патрубка отвода из наджидкостного пространства газообразных продуктов 17 (Фиг. 2) /соединенным с упомянутым трубопроводом/ продуктов метаболизма с устройством для их утилизации (в например, с уже указанным ранее скруббером). Воронка 3.3. (Фиг. 2), закрепленная на верхнем торце первой обечайки 3.1 (Фиг. 2) образует с ней гравитационный эжектор, способствующий ускорению перемещения культуральной жидкости в опускной канал 3.1.2. (Фиг. 2) осесимметричной ферментационной емкости 1 (Фиг. 1-1). В этом канале культуральная жидкость, как указывалось ранее, взаимодействует с теплообменником 19 (Фиг. 2) и после под влиянием побудителя перемещения культуральной жидкости 29 (Фиг. 2), проходя патрубок опускного канала 16 (Фиг. 2) и первый трубопровод 4 (Фиг. 1-1) жидкостепровода первой осесимметричной ферментационной емкости 2.1 (Фиг. 1-1), снова поступает в подъемный канал первой осесимметричной ферментационной емкости-саттелита 3.2.1. (Фиг. 3). Далее циркуляционное движение культуральной жидкости в составном биологическом реакторе по раскрытому выше маршруту ее движения повторяется.
По истечении 240 часов работы предложенного составного биологического реактора открывали вентиль 14.1 (Фиг. 3) и по патрубок отвода наружу из осесимметричной ферментационной емкости-саттелита накопленной биомассы 2.1 (Фиг. 1-1) отбирали 60 литров культуральной жидкости.
-3
Затем вентиль 14.1 (Фиг. 3) снова закрывали, а отобранную культуральную жидкость освобождали от воды методом центрифугирования и взвешивали с погрешностью 5×10 кг. Полученные данные были занесены в Таблицу №1
Далее предложенный составной биологический реактор освобождали от остатка культуральной жидкости посредством слива из патрубка 14 (Фиг. 3) при открытом вентиле 14.1 (Фиг. 3) и осуществляли его пятикратную промывку водой (ГОСТ Р 51232-98).
После этого еще девять раз осуществляли повторение вышеизложенного процесса ферментации (получения биомассы аэробных микроорганизмов). Полученные данные также были занесены в Таблицу №1. Соответственно, в этом же составном биологическом реакторе (при отключенных датчиках 20-22 (Фиг. 2 и Фиг. 3) и без активации программы для ЭВМ «ГАПРИН») для сопоставления с предложенным устройством производилось выращивание биомассы аэробных микроорганизмов в соответствии с устройством - прототипом.
Полученные данные по результатам использованию устройства-прототипа в части производства биомассы аэробных микроорганизмов также были занесены в Таблицу №1
Как следует из Таблицы №1, скорость культивирования (образования) биомассы в 1 литре культуральной жидкости в час, циркулирующей в предложенном составном биологическом реакторе, почти на 9% выше, чем в устройстве-прототипе. Это является свидетельством достижения заявленного технического результата.
ПРИМЕР №2
В качестве осесимметричной ферментационной емкости 1 (Фиг. 1-1) была использована емкость объемом 1200 литров, а в качестве осесимметричных ферментационных емкостей-саттелитов 2 (Фиг. 1-2) были использованы две емкость объемом по 600 литров каждая, функционально тождественные трубопроводы жидкостепроводов которых были подключены параллельно друг другу - одними концами к патрубку подъемного канала 15 (Фиг. 2) и, соответственно, вторыми концами к патрубку опускного канала 16 (Фиг. 2) осесимметричной ферментационной емкости 1 (Фиг. 1-2) (т.е. выход первого трубопровода жидкостепровода 4 (Фиг. 1-2) первой осесимметричной ферментационной емкости-саттелита 2.1 (Фиг. 1-2) был соединен параллельно с выходом первого трубопровода жидкостепровода 6 (Фиг. 1-2) второй осесимметричной ферментационной емкости-саттелита 2.2.(Фиг. 1-2) и подключался к патрубку подъемного канала 15 (Фиг. 2), а вход второго трубопровода жидкостепровода 5 (Фиг. 1-2) первой осесимметричной ферментационной емкости-саттелита 2.1. (Фиг. 1-2) был соединен параллельно входу второго трубопровода 7 (Фиг. 1-2) жидкостепровода второй осесимметричной ферментационной емкости-саттелита 7 (Фиг. 1-2) и подключался к патрубку опускного канала 16 (Фиг. 16) осесимметричной ферментационной емкости 1 (Фиг. 1-2).
3
Все три указанные емкости заполняли до 80% их объемов (до уровня культуральной жидкости 27 (Фиг. 2 и Фиг. 3)) при открытом вентиле 10.1 (Фиг. 2 и Фиг. 3) через патрубок подвода жидкой минеральной питательной среды 10 (Фиг. 2), содержащей 3,5% вес. штамма «Mehtylococcus capsulatus ВСБ-874-продуцент биомассы» (Авторское свидетельство СССР №770200, М. Кл. C12N 15/00, зарегистрировано в Государственном реестре изобретений СССР 13 июня 1980 г.). Затем через этот же патрубок 10 (Фиг. 2) вводили в культуральную жидкость необходимое количество жидкой минеральной питательной среды, установив при этом значение рН культуральной жидкости равное 5,4. Затем закрывали вентиль 10.1 (Фиг. 2 и Фиг. 3). В качестве источника кислорода в патрубок воздуха или кислорода 11 (Фиг. 2) подали под избыточным давлением в 0,4 атм. воздух. Запускали в работу теплообменник 19 (Фиг. 2), задав температуру его нагрева 44°C, причем при этом одновременно включали побудитель перемещения культуральной жидкости 28 (Фиг. 2). Включив IBM совместимый компьютер 23 (Фиг. 2) после запуска его операционной системы запускали в работу программу для ЭВМ «ГАПРИН». Тестирую при ее помощи работоспособность информационно-коммутационных каналов 24.1 (Фиг. 2) и 24.2 (Фиг. 3) и датчиков 20-22 (Фиг. 2 и Фиг. 3), получаемые данные в непосредственном и/или после аналитической обработки (в том числе и сопоставительной) в соответствии с алгоритмами программы для ЭВМ «ГАПРИН» видах выводили на дисплей 23.1 (Фиг. 2 и Фиг. 3) для обозрения оператором, обслуживающим данную установку, и принятия им решений.
Запуском в работу побудителя перемещения культуральной жидкости 28 (Фиг. 2) организуют циркуляцию последней в предложенном составном биологическом реакторе, состоящем из осесимметричной ферментационной емкости 1 (Фиг. 1-2) и двух осесимметричных ферментационных емкостей-саттелитов 2.1. и 2.2.(Фиг. 1-2), последующему маршруту:
- из опускного канала 3.1.2. (Фиг. 2) осесимметричной ферментационной емкости 1 (Фиг. 2) в обечайке 3.1 (Фиг. 2) культуральная жидкость благодаря непосредственному контакту взаимодействует с теплообменником 19 (Фиг. 2), и далее она под воздействием силы земной гравитации и побудителя перемещения культуральной жидкости 28 (Фиг. 2) поступает в патрубок опускного канала 16 (Фиг. 2). Усиливает движение культуральной жидкости и гравитационный эжектор, образованный как непосредственно стенками первой обечайки 3.1 (Фиг. 2), так и смонтированной на ее верхнем торце воронкой 3.3. (Фиг. 2), сужающейся к верху;
- патрубок опускного канала 16 (Фиг. 2) сопряжен с первым трубопроводом жидкостепровода 4 (Фиг. 1-2) первой осесимметричной ферментационной емкости-саттелита 2-1 (Фиг. 1-2) и с первым трубопроводом жидкостепровода 6 (Фиг. 1-2) второй осесимметричной ферментационной емкости-саттелита 2.2 (Фиг. 1-2). По ним культуральная жидкость устремляется в подъемный канал 3.2.1 (Фиг. 3) как первой осесимметричной ферментационной емкости-саттелита 2.1. (Фиг. 1-2) так и в такой же подъемный канал второй осесимметричной ферментационной емкости-саттелита 2.2 (Фиг. 1-2).
2
- перемещаясь вверх по подъемным каналам 3.2.1 (Фиг. 3) осесимметричной ферментационной емкости-саттелита 2.1. (Фиг. 1-2) и осесимметричной ферментациооной емкости-саттелита 2.2 (Фиг. 1-2), культуральная жидкость омывает датчик температуры 20 (Фиг. 3), датчик pH 21 (Фиг. 3) и датчик СО (Фиг. 3) в упомянутых емкостях. Формируемая указанными датчиками 20-22 (Фиг. 3), установленными в первой осесимметричной ферментационной емкости-саттелите 2.1 (Фиг. 3) и второй осесимметричной емкости-саттелите 2.2 (Фиг. 1-2), информация о состоянии параметров культуральной жидкости протекающей по этим двум осесимметричным ферментационным емкостям-саттелитам 2.1 (Фиг. 1-2) и 2.2 (Фиг. 2-2), соответствующая используемым датчикам, поступает по информационно-коммутационным каналам 24.2 (Фиг. 3) через интерфейс 25 (Фиг. 3) в IBM совместимый компьютер 23 (Фиг. 3), где после обработкой специализированной программой для ЭВМ «ГАПРИН» отображается на дисплее 23.1 (Фиг. 3) для обозрения и принятия решений оператором, обслуживающим работу данной установки;
- из зоны второго барботера 13 (Фиг. 3) в первой и второй осесимметричных ферментационных емкостях-саттелитах 2.1 и 2.2 (Фиг. 1-2), где культуральная жидкость насыщается газообразным углеродсодержащим субстратом (в частности, природным газом), она далее перемещается по подъемным каналам первой и второй осесимметричных ферментационных емкостей-саттелитов 2.1 и 2.2 (Фиг. 1-2) и заполняет эти емкости-саттелиты до уровня 27 (Фиг. 3) так, что образуется наджидкостное пространство 26 (Фиг. 3). В случае открытия вентилей на трубопроводах, оба не показаны) через патрубки отвода газообразных продуктов метаболизма 17 (Фиг. 3) /соединенных с упомянутыми трубопроводами/ выводят упомянутые продукты метаболизмана из наджидкостного пространства для их последующей утилизации (в частности, скруббером);
- из указанных выше подъемных каналов 3.2.1 (Фиг. 3) первой и второй ферментационных емкостей-саттелитов 2.1 и 2.2 (Фиг. 1-2) культуральная жидкость течет в опускные каналы осесимметричных ферментационных емкостей-саттелитов 2.1 и 2.2 (Фиг. 1-2) благодаря работе побудителя перемещения культуральной жидкости 29 (Фиг. 2) и действию силы земной гравитации, подкрепленной гравитационными эжекторами в обоих емкостях, выполненных в виде собственно второй обечайки 3.2 (Фиг. 3) и закрепленной на ее верхнем торце сужающейся к верху воронке 3.3 (Фиг. 3);
- затем культуральная жидкость из второй обечайки 3.2 (Фиг. 3) первой осесимметричной ферментационной емкости-сателлита 2.1 (Фиг. 1-2) и второй осесимметричной ферментационной емкости-сателлита 2.2 (Фиг. 1-2) поступает во вторые трубопроводы жидкостепроводов 5 и 7 (Фиг. 1-2) первой осесимметричной ферментационной емкости-сателлита 2.1 (Фиг. 1-2) и второй осесимметричной ферментационной емкости-сателлита 2.2. (Фиг. 1-2);
2
- пройдя последовательно упомянутые трубопроводы жидкостепроводов 5 и 7 (Фиг. 1-2), а затем и патрубок подъемного канала 15 (Фиг. 2) осесимметричной ферментационной емкости 1 (Фиг. 2) культуральная жидкость поступает в подъемный канал осесимметричной ферментационной емкости 3.1.1. (Фиг. 2), где омывает собой датчик температуры 20 (Фиг. 2), датчик pH 21 (Фиг. 2) и датчик СО (Фиг. 2).
Формируемая указанными датчиками 20-22 (Фиг. 2), позиционированными в осесимметричной ферментационной емкости 1 (Фиг. 2), информация о состоянии параметров культуральной жидкости (характер которой соответствует предназначению конкретного датчика) в данной емкости поступает по информационно-коммутационным каналам 24.1 (Фиг. 2) через интерфейс 25 (Фиг. 2) в IBM совместимый компьютер 23 (Фиг. 2), где после обработки программой для ЭВМ «ГАПРИН» отображается на дисплее 23.1 (Фиг. 2) и таким образом становится доступной для обозрения и принятия решений оператором, обслуживающим данную установку;
- перемещаясь далее вверх по подъемному каналу 3.1.1 (Фиг. 2) осесимметричной ферментационной емкости), культуральная жидкость попадает в зону действия первого барботера 12 (Фиг. 2), инжектирующего в нее атмосферный воздух. Этот воздух подают в первый барботер 12 (Фиг. 2) из патрубка кислорода или воздуха 11 (Фиг. 2). Таким образом происходит обогащение культуральной жидкости кислородом;
- покинув зону первого барботера 12 (Фиг. 2) обогащенная кислородом культуральная жидкость перемещается по подъемному каналу 3.1.1 (Фиг. 2) осесимметричной ферментационной емкости и заполняет эту емкость до уровня 27 (Фиг. 2) так, что образуется наджидкостное пространство 26 (Фиг. 2). При открытии вентиля на трубопроводе сброса, оба не показаны) посредством соединенного с ним патрубка отвода из наджидкостного пространства газообразных продуктов 17 (Фиг. 2) продукты метаболизма выводят на устройство их утилизации (например, в уже указанный ранее скруббер). Воронка 3.3. (Фиг. 2) на верхнем торце первой обечайки 3.1 (Фиг. 2) образует с ней гравитационный эжектор, способствующий перемещению культуральной жидкости в опускной канал осесимметричной ферментационной емкости 3.1.2. (Фиг. 2). В этом канале культуральная жидкость, как указывалось ранее, взаимодействует с теплообменником 19 (Фиг. 2) и после этого под влиянием побудителя перемещения культуральной жидкости 29 (Фиг. 2) проходит патрубок опускного канала 16 (Фиг. 2) и первые патрубки жидкостепровода 4 и 6 (Фиг. 1-2) первой осесимметричной ферментационной емкости-саттелита 2.1. (Фиг. 1-2) и второй осесимметричной ферментационной емкости-саттелита 2.2. (Фиг. 1-2), снова поступает в подъемные каналы первой осесимметричной ферментационной емкости-саттелита 2.1 (Фиг. 1-2) и второй осесимметричной ферментационной емкости-саттелита 2.2 (Фиг. 1-2). Далее циркуляционное движение культуральной жидкости в составном биологическом реакторе по раскрытому выше маршруту ее движения повторяется.
По истечении 240 часов работы предложенного составного биологического реактора открывали вентиль 14.1 (Фиг. 3) и по патрубкам отвода наружу из первой и второй 2.1 и 2.2 (Фиг. 1-2) осесимметричных ферментационных емкостей-саттелитов накопленной биомассы отбирали 60 литров культуральной жидкости.
-3
Затем вентиль 14.1 (Фиг. 3) снова закрывали, а отобранную культуральную жидкость освобождали от воды методом центрифугирования и взвешивали с погрешностью 5×10 кг. Полученные данные были занесены в Таблицу №2
Далее предложенный составной биологический реактор освобождали от остатка культуральной жидкости посредством слива из патрубков 14 (Фиг. 3) обоих осесимметричных ферментационных емкостей-саттелитов 2.1 и 2.2 (Фиг. 1-2) при открытых вентилях 14.1 (Фиг. 3) и осуществляли их пятикратную промывку водой (ГОСТ Р 51232-98).
После этого еще девять раз производили повторение вышеизложенного процесса ферментации (получения биомассы аэробных микроорганизмов). Полученные данные также были занесены в Таблицу №2
Соответственно, в этом же составном биологическом реакторе (при отключенных датчиках 20-22 (Фиг. 2 и Фиг. 3) и без запуска программы для ЭВМ «ГАПРИН») для сопоставления с предложенным устройством производилось выращивание биомассы аэробных микроорганизмов в соответствии с устройством - прототипом.
Полученные данные по результатам использованию устройства-прототипа в части производства биомассы аэробных микроорганизмов также были занесены в Таблицу №2
Как следует из Таблицы №2, скорость культивирования (образования) биомассы в 1 литре культуральной жидкости в час, циркулирующей в предложенном составном биологическом реакторе, на 8,9% выше, чем в устройстве-прототипе. Это является свидетельством достижения заявленного технического результата.
ПРИМЕР №3
В качестве осесимметричной ферментационной емкости 1 (Фиг. 1-1) была использована емкость объемом 1800 литров, а в качестве осесимметричных ферментационных емкостей-саттелитов 2 (Фиг. 1-3) были использованы три емкости объемом по 600 литров каждая, функционально тождественные трубопроводы жидкостепроводов 4, 6 и 8 (Фиг. 1-3) и 5, 7 и 9 (Фиг. 1-3) которых были подключены к осесимметричной ферментационной емкости 1 (Фиг. 1-3) и осесимметричным ферментационным емкостям-саттелитам 2.1, 2.2 и 2.3. (Фиг. 1-3) следующим образом. Одними из своих концов к патрубку подъемного канала 15 (Фиг. 2) осесимметричной ферментационной емкости 1 (Фиг. 1-3) и, соответственно, вторыми концами к патрубкам опускного канала 3.2.2 (Фиг. 3) всех трех осесимметричных ферментационных емкостей-саттелитов 2.1, 2.2 и 2.3 (Фиг. 1-3) присоединены второй трубопровод жидкостепровода 5 (Фиг. 1-3) первой осесимметричной ферментационной емкости-саттелита 2.1 (Фиг. 1-3), второй трубопровод жидкостепровода 7 (Фиг. 1-3) второй осесимметричной ферментационной емкости-саттелита 2.2 (Фиг. 1-3) и второй трубопровод жидкостепровода 9 (Фиг. 1-3) третьей осесимметричной ферментационной емкости-саттелита 2.3 (Фиг. 1-3).
Одними из своих концов к патрубку опускного канала 16 (Фиг. 2) осесимметричной ферментационной емкости 1 (Фиг. 1-3) и, соответственно, вторыми концами к патрубкам подъемного канала 3.2.2 (Фиг. 3) всех трех осесимметричных ферментационных емкостей-саттелитов 2.1, 2.2 и 2.3 (Фиг. 1-3) присоединены первый трубопровод жидкостепровода 4 (Фиг. 1-3) первой осесимметричной ферментационной емкости-саттелита 2.1 (Фиг. 1-3), первый трубопровод жидкостепровода 6 (Фиг. 1-3) второй осесимметричной ферментационной емкости-саттелита 2.2 (Фиг. 1-3) и первый трубопровод жидкостепровода 8 (Фиг. 1-3) третьей осесимметричной ферментационной емкости-саттелита 2.3 (Фиг. 1-3).
3
Все три указанные емкости заполняли до 80% их объемов (до уровня культуральной жидкости 27 (Фиг. 2 и Фиг. 3)) при открытом вентиле 10.1 (Фиг. 2 и Фиг. 3) через патрубок подвода жидкой минеральной питательной среды 10 (Фиг. 2) содержащей 3,3% вес. штамма «Mehtylococcus capsulatus ВСБ-874-продуцент биомассы» (Авторское свидетельство СССР №770200, М. Кл. C12N 15/00, зарегистрировано в Государственном реестре изобретений СССР 13 июня 1980 г.). Затем через этот же патрубок 10 (Фиг. 2) вводили в культуральную жидкость необходимое количество жидкой минеральной питательной среды, установив при этом значение pH этой культуральной жидкости равное 5,4, после чего закрывали вентиль 10.1 (Фиг. 2 и Фиг. 3). В качестве источника кислорода в патрубок воздуха или кислорода 11 (Фиг. 2) подали под избыточным давлением в 0,4 атм. воздух. Запускали в работу теплообменник 19 (Фиг. 2), задав температуру его нагрева 44,2°C, при этом одновременно запускали побудитель перемещения культуральной жидкости 28 (Фиг. 2). Включив IBM совместимый компьютер 23 (Фиг. 2) после инсталляции его операционной системы запускали в работу программу для ЭВМ «ГАПРИН». Тестирую при ее помощи работоспособность информационно-коммутационных каналов 24.1 (Фиг. 2) и 24.2 (Фиг. 3) и датчиков 20-22 (Фиг. 2 и Фиг. 3) во всех емкостях 1, 2.1, 2.2 и 2.3) Фиг. 1-3), получаемые данные в непосредственном и/или после аналитической обработки (в том числе и сопоставительной) в соответствии с алгоритмами программы для ЭВМ «ГАПРИН» видах выводят на дисплей 23.1 (Фиг. 2 и Фиг. 3) для обозрения и принятия решений оператором, обслуживающим работу данной установки.
Запуском в работу побудителя перемещения культуральной жидкости 28 (Фиг. 2) организуют циркуляцию последней в предложенном составном биологическом реакторе по следующему маршруту:
- из опускного канала осесимметричной ферментационной емкости 3.1.2. (Фиг. 2) в обечайке 3.1 (Фиг. 2), в котором культуральная жидкость благодаря непосредственному контакту взаимодействует с теплообменником 19 (Фиг. 2), она под воздействием силы земной гравитации и побудителя перемещения культуральной жидкости 28 (Фиг. 2) поступает в патрубок опускного канала 16 (Фиг. 2). Усиливает поступательное движение культуральной жидкости и гравитационный эжектор, образованный как непосредственно стенками первой обечайки 3.1 (Фиг. 2), так и смонтированной на ее верхнем торце воронкой 3.3 (Фиг. 2);
- патрубок опускного канала 16 (Фиг. 2) сопряжен с первыми 4,6,8 (Фиг. 1-3) трубопроводами жидкостепроводов первой, второй и третьей осесимметричных ферментационных емкостей-саттелитов 2.1, 2.2, и 2.3 (Фиг. 1-3), по ним культуральная жидкость устремляется в подъемные каналы 3.2.1. (Фиг. 3) первой, второй и третьей осесимметричных ферментационных емкостей-саттелитов 2.1,2.2 и 2.3 (Фиг. 1-3).
2
- перемещаемая вверх по подъемным каналам 3.2.1 (Фиг. 3) упомянутых осесимметричных ферментационной емкости-саттелита 2.1,2.2 и 2.3 (Фиг. 1-3) культуральная жидкость омывает датчик температуры 20 (Фиг. 3), датчик рН 21 (Фиг. 3) и датчик СО (Фиг. 3) в каждой из этих упомянутых емкостей. Формируемая датчиками 20-22 (Фиг. 3), информация о состоянии параметров культуральной жидкости, соответствующих типу используемого датчика, протекающей по указанным трем осесимметричным ферментационным емкостям-саттелитам 2.1, 2.2 и 2.3 (Фиг. 1-3), поступает по информационно-коммутационным каналам 24.2 (Фиг. 3) через интерфейс 25 (Фиг. 3) в IBM совместимый компьютер 23 (Фиг. 3), где после обработкой специализированной программой для ЭВМ «ГАПРИН» отображается на дисплее 23.1 (Фиг. 3) для обозрения и принятия решений оператором, обслуживающим работу данной установки;
- из зоны второго барботера 13 (Фиг. 3) в первой, второй и третьей осесимметричных ферментационных емкостях-саттелитах 2.1, 2.2 и 2.3 (Фиг. 1-3), где культуральная жидкость насыщается газообразным углеродсодержащим субстратом (в частности, природным газом), она далее перемещается по подъемным каналам 3.2.1. (Фиг. 3) первой, второй и третьей осесимметричных ферментационных емкостей-саттелитов 2.1, 2.2 и 2.3 (Фиг. 1-3) и заполняет эти емкости-саттелиты до уровня 27 (Фиг. 3) так, что образуется наджидкостное пространство 26 (Фиг. 3). В случае открытия вентилей на трубопроводах сброса (не показаны) происходит сброс паро-газовых составляющих продуктов метаболизма через патрубки отвода из наджидкостного пространства газообразных продуктов 17 (Фиг. 3), которые соединенные с упомянутыми трубопроводами сброса на утилизацию, например в скруббер;
- из указанных выше подъемных каналов 3.2.1 (Фиг. 3) первой, второй и третьей осесимметричных ферментационных емкостей-саттелитов 2.1, 2.2 и 2.3 (Фиг. 1-3) культуральная жидкость поступает в их опускные каналы 3.2.2. (Фиг. 3) благодаря работе побудителя перемещения культуральной жидкости 29 (Фиг. 2), силе земной гравитации, подкрепленной гравитационными эжекторами в виде собственно второй обечайки 3.2 (Фиг. 3) и закрепленной на ее верхнем торце сужающейся к верху воронке 3.3 (Фиг. 3);
- затем культуральная жидкость из вторых обечаек 3.2 (Фиг. 3) всех трех осесимметричных ферментационных емкостей - сателлитов 2.1, 2.2 и 2.3 (Фиг. 1-3) поступает во вторые трубопроводы жидкостепроводов 5, 7 и 9 (Фиг. 1-3) соответственно первой, второй и третьей осесимметричых ферментационных емкостей-саттелитов 2.1, 2.2 и 2.3. (Фиг. 1-3);
2
- пройдя последовательно сначала упомянутые вторые трубопроводы жидкостепроводов 5,7 и 9 (Фиг. 1-3), а затем и патрубок подъемного канала 15 (Фиг. 2) осесимметричной ферментационной емкости 1 (Фиг. 2), культуральная жидкость поступает в подъемный канал осесимметричной ферментационной емкости 3.1.1. (Фиг. 2), где омывает собой датчик температуры 20 (Фиг. 2), датчик рН 21 (Фиг. 2) и датчик СО (Фиг. 2).
Формируемая указанными датчиками 20-22 (Фиг. 2), установленными в осесимметричной ферментационной емкости 1 (Фиг. 2), информация о состоянии соответствующих измерениям параметрам культуральной жидкости в данной емкости поступает по информационно-коммутационным каналам 24.1 (Фиг. 2) через интерфейс 25 (Фиг. 2) в IBM совместимый компьютер 23 (Фиг. 2), где после обработки программой для ЭВМ «ГАПРИН» отображается на дисплее 23.1 (Фиг. 2) для обозрения и принятия решений оператором, обслуживающим работу данной установки;
- поднимаясь далее вверх по подъемному каналу 3.1.1 (Фиг. 2) осесимметричной ферментационной емкости 1 (Фиг. 2) культуральная жидкость попадает в зону действия первого барботера 12 (Фиг. 2), инжектирующего в нее атмосферный воздух (являющийся источником кислорода для культуральной жидкости), который подается в первый барботер 12 (Фиг. 2) из патрубка кислорода или воздуха 11 (Фиг. 2). Таким образом происходит обогащение культуральной жидкости кислородом.
- покинув зону первого барботера 12 (Фиг. 2) культуральная жидкость далее перемещается по подъемному каналу осесимметричной ферментационной емкости 3.1.1 (Фиг. 2) и заполняет эту емкость до уровня 27 (Фиг. 2) так, что образуется наджидкостное пространство 26 (Фиг. 2). В случае открытия вентиля на трубопроводе сброса, (не показано) посредством прохождения патрубка отвода из наджидкостного пространства газообразных продуктов 17 (Фиг. 2) паро-газовыми продуктами метаболизма последние удаляются на утилизацию, (в например, в уже указанный ранее скруббер). Воронка 3.3. (Фиг. 2) закрепленная на верхнем торце первой обечайки 3.1 (Фиг. 2) образует с ней гравитационный эжектор, способствующий ускорению перемещения культуральной жидкости в опускной канал 3.1.2. (Фиг. 2) осесимметричной ферментационной емкости 1 (Фиг. 2). В этом канале культуральная жидкость, как указывалось ранее, взаимодействует с теплообменником 19 (Фиг. 2) и после этого под влиянием побудителя перемещения культуральной жидкости 29 (Фиг. 2) проходит патрубок опускного канала 16 (Фиг. 2) и первые трубопроводы жидкостепроводов 4, 6 и 8 (Фиг. 1-3) осесимметричных ферментационных емкостей-саттелитов 2.1, 2.2 и 2.3 (Фиг. 1-3), благодаря чему снова поступая в их подъемные каналы 3.2.1 (Фиг. 3). Далее циркуляционное движение культуральной жидкости в составном биологическом реакторе по описанному выше маршруту ее движения повторяется.
По истечении 240 часов работы предложенного составного биологического реактора открывали вентиль 14.1 (Фиг. 3) и по патрубкам отвода наружу 14 (Фиг. 3) из первой, второй и третьей осесимметричных ферментационных емкостей-саттелитов 2.1, 2.2 и 2.3. (Фиг. 1-3) накопившими биомассу, отбирали 60 литров культуральной жидкости.
-3
Затем вентиль 14.1 (Фиг. 3) снова закрывали, а отобранную культуральную жидкость освобождали от воды методом центрифугирования и взвешивали с погрешностью 5×10 кг. Полученные данные были занесены в Таблицу №3.
Далее предложенный составной биологический реактор освобождали от остатка культуральной жидкости посредством слива из патрубков 14 (Фиг. 3) всех осесимметричных ферментационных емкостей-саттелитов 2.1, 2.2 и 2.3 (Фиг. 1-3) приоткрытых вентилях 14.1 (Фиг. 3)и осуществляли их пятикратную промывку водой (ГОСТ Р 51232-98).
После этого еще девять раз осуществляли повторение вышеизложенного процесса ферментации (получения биомассы аэробных микроорганизмов). Полученные данные также были занесены в Таблицу №3
Соответственно, в этом же составном биологическом реакторе (при отключенных датчиках 20-22 (Фиг. 2 и Фиг. 3) и без запуска программы для ЭВМ «ГАПРИН») для сопоставления с предложенным устройством производилось выращивание биомассы аэробных микроорганизмов в соответствии с устройством-прототипом.
Полученные данные по результатам использованию устройства-прототипа в части производства биомассы аэробных микроорганизмов также были занесены в Таблицу №3.
Как следует из Таблицы №3, скорость культивирования (образования) биомассы в 1 литре культуральной жидкости в час, циркулирующей в предложенном составном биологическом реакторе, на 9,3% выше, чем в устройстве-прототипе. Это является свидетельством достижения заявленного технического результата.
Для изготовления заявленного устройства могут быть использованы известные материалы, технологии их обработки, освоенные в серийном производстве узлы и комплектующие, что дает основание полагать о соответствии предложенной полезной модели условию патентоспособности полезных моделей «промышленная применимость».