АППАРАТ ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ
MICROORGANISM GROWTH APPARATUS

Изобретение относится к микробиологической промышленности, а именно к аппаратам для выращивания микроорганизмов.
Известен аппарат для выращивания микроорганизмов, включающий барабан с полыми цапфами, снабженными технологическими патрубками, и устройство для перемешивания [1].
Недостатками известного аппарата являются низкая производительность и большие удельные энергозатраты.
Известен аппарат для выращивания микроорганизмов, включающий барабан с входной и приводной полыми цапфами на опорах вращения, внутри которого, на перфорированной торцовой стенке, со стороны приводной цапфы, закреплена обечайка с боковым входным окном, открытая со стороны входной цапфы, внутренние поверхности барабана и обечайки снабжены винтообразными лопастями с взаимно противоположным направлением витков, внутренняя поверхность входной цапфы, открытая с двух сторон, снабжена выходным окном и винтообразной лопастью, концы винтообразной лопасти барабана выполнены в виде изогнутых лотков, один из которых сообщается с боковым входным окном обечайки, а второй - с боковым выходным окном входной цапфы, при этом барабан и обечайка снабжены рубашками [2].
Недостатками аппарата являются низкая производительность и значительные удельные энергозатраты.
Изобретение решает задачу повышения производительности и снижения удельных энергозатрат аппарата для выращивания микроорганизмов.
Технический результат заключается в повышении эффективности перемешивания и в увеличении активной поверхности контакта питательной среды с высеянной в ней культурой микроорганизмов.
Для достижения технического результата в аппарате для выращивания микроорганизмов, включающем барабан с входной и приводной полыми цапфами на опорах вращения, внутри которого, на перфорированной торцовой стенке, со стороны приводной цапфы, закреплена обечайка с боковым входным окном, открытая со стороны входной цапфы, внутренние поверхности барабана и обечайки снабжены винтообразными лопастями с взаимно противоположным наклоном витков, внутренняя полость входной цапфы открыта с двух сторон, а ее боковая поверхность снабжена выходным окном и винтообразной лопастью, концы винтообразной лопасти барабана выполнены в виде изогнутых лотков, один из которых сообщается с боковым входным окном обечайки, а второй - с боковым выходным окном входной цапфы, при этом барабан и обечайка снабжены рубашками, согласно изобретению наружная поверхность рубашки обечайки снабжена винтообразной лопастью, наклон витков которой противоположен наклону витков лопасти барабана, при этом суммарная высота смежных витков рубашки обечайки и барабана не превышает 0,4-0,6 величины кольцевого зазора, образованного, соответственно, их наружной и внутренней поверхностями.
Экспериментально установлено, что противонаправленность наклона витков смежных лопастей барабана и рубашки обечайки позволяет повысить эффективность перемешивания питательной среды за счет:
- увеличения времени одного цикла выдерживания микроорганизмов;
- увеличения поверхности контакта в процессе перемешивания;
- снижения количества циклов.
Экспериментально установлено, что суммарная высота смежных витков рубашки обечайки и барабана не превышает 0,4-0,6 величины кольцевого зазора, образованного, соответственно, их наружной и внутренней поверхностями. Если зазор будет меньше 0,4, то существует возможность разрушения материала, попадающего между витками. Если больше 0,6, то наблюдается снижение эффективности перемешивания.
На чертеже изображена фронтальная проекция аппарата для выращивания микроорганизмов. Одинарными стрелками показано направление движения нижних слоев питательной среды, ограниченных высотой витков лопастей барабана и входной цапфы. Двойными стрелками показано направление движения:
- верхнего слоя питательной среды, ограниченного высотой витков лопастей рубашки обечайки;
- нижнего слоя питательной среды, ограниченного высотой витков лопастей обечайки.
Аппарат для выращивания микроорганизмов включает барабан 1 с входной 2 и приводной 3 полыми цапфами, установленными на опоры вращения 4. Внутри барабана 1, на перфорированной торцовой стенке 5, со стороны приводной цапфы 3, закреплена обечайка 6 с боковым входным окном 7, открытая со стороны входной цапфы 2.
Внутренние поверхности барабана 1 и обечайки 6 снабжены винтообразными лопастями 8 и 9 с взаимно противоположным наклоном витков. Внутренняя полость входной цапфы 2 открыта с двух сторон, а ее боковая поверхность снабжена выходным окном 10 и винтообразной лопастью 11, наклон витков которой однонаправлен наклону витков лопасти 8 барабана 1. Концы винтообразной лопасти 8 барабана 1 выполнены в виде изогнутых лотков (не показаны), один из которых сообщается с боковым входным окном 7 обечайки 6, а второй - с боковым выходным окном 10 входной цапфы 2. Барабан 1 и обечайка 6 снабжены рубашками, соответственно, 12 и 13. Наружная поверхность рубашки 13 обечайки 6 и внутренняя поверхность барабана 1 образуют кольцевой зазор 14.
Предлагаемая конструкция аппарата для выращивания микроорганизмов отличается от известных [1 и 2] тем, что:
- наружная поверхность рубашки 13 обечайки 6 снабжена винтообразной лопастью 15, наклон витков которой противоположен наклону витков лопасти 8 барабана 1;
- суммарная высота смежных витков лопастей 8 и 15 не превышает 0,4-0,6 величины кольцевого зазора 14.
Кромки лопастей 8 и 15 ограничивают кольцевой межлопастной зазор 16.
Аппарат для выращивания микроорганизмов работает следующим образом. После предварительной подготовки включают привод вращения барабана 1 и подачу воздуха через патрубок 17. Питательную среду с высеянной на ней культурой микроорганизмов подают через патрубок 18 в полость входной цапфы 2. Ограниченный высотой витков вращающейся винтовой лопасти 11 слой питательной среды принудительно перемещается к открытому концу цапфы 2, сообщающемуся с полостью барабана 1, и высыпается на его внутреннюю боковую поверхность.
Ограниченный высотой витков вращающейся винтовой лопасти 8 нижний слой питательной среды, частично заполняющей кольцевую полость между наружной поверхностью рубашки 13 и внутренней поверхностью барабана 1, перемещается к торцовой стенке 5.
Одновременно, верхний слой питательной среды, ограниченный высотой витков вращающейся винтовой лопасти 15 (смежной с винтовой лопастью 8), перемещается (в отличие от известных решений [1, 2]) в направлении, противоположном движению нижнего слоя, т.е. от торцовой стенки 5 к входной цапфе 2.
Достигнув торцовой стенки 5, питательная среда поступает в конечный участок винтообразной лопасти 8 барабана 1, сообщающийся с боковым входным окном 7 обечайки 6, высыпается на внутреннюю поверхность и частично заполняет ее полость. Нижний слой питательной среды, ограниченный высотой витков вращающейся винтовой лопасти 9, перемещается от торцовой стенки 5 к открытому концу обечайки 6 и повторно высыпается на внутреннюю поверхность барабана 1, завершая один цикл.
При заданных режимах выращивания питательная среда с развивающимися в ней микроорганизмами, выдерживается необходимое количество циклов, в течение определенного времени.
По окончании процесса выращивания отключается подача воздуха, а вращение барабана 1 реверсируется в обратную сторону. При этом питательная среда движется вдоль обечаек 8 и 9 также в обратную сторону.
Достигнув открытого конца обечайки 6, среда поступает в правый конечный участок винтообразной лопасти 8 барабана 1, сообщающийся с боковым выходным окном 10 входной цапфы 2, и, высыпаясь на внутреннюю поверхность, частично заполняет ее полость. Двигаясь вдоль полой цапфы 2, питательная среда поступает в камеру 19, откуда выгружается через люк 20.
Противонаправленность движения верхнего и нижнего слоев питательной среды приводит к увеличению продолжительности прохождения ею рабочей зоны аппарата за один цикл. Однако экспериментально установлено, что в предлагаемом решении количество циклов, необходимое для достижения требуемого качества готового продукта, снижается за счет повышения эффективности перемешивания.
Эти особенности создают существенные предпосылки для интенсивного перемешивания питательной среды, заполняющей кольцевую полость, и для взаимообмена между слоями.
Этому же способствует и оптимальная величина межлопастного зазора 16, обеспечиваемая суммарной высотой смежных витков 15 и 8 не превышающая 0,4-0,6 величины кольцевого зазора 14.
По сравнению с известными решениями использование предлагаемого аппарата для выращивания микроорганизмов позволит:
- интенсифицировать процесс выращивания микроорганизмов в питательной среде за счет повышения эффективности ее перемешивания;
- повысить производительность за счет снижения времени, затрачиваемого на выдерживание одной весовой единицы питательной среды с микроорганизмами;
- снизить удельные энергозатраты процесса размола за счет сокращения количества циклов и времени выдерживания.
Источники информации
1. SU №237081, МПК С12М 1/10, опубликовано 1967 г.
2. SU №1221239 А, МПК С12М 1/10, заявлено 28.06.1984 г., публиковано 30.03.1986 г. Бюллетень №12.