Биореактор для промышленного глубинного культивирования микроорганизмов

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ БИОРЕАКТОР ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННОГО ГЛУБИННОГО КУЛЬТИВИРОВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ(71) Заявители Мурашко Алексей Сергеевич Мурашко Сергей Петрович Табала Виталий Константинович Табала Константин Брониславович(72) Авторы Мурашко Алексей Сергеевич Мурашко Сергей Петрович Табала Виталий Константинович Табала Константин Брониславович(73) Патентообладатели Мурашко Алексей Сергеевич Мурашко Сергей Петрович Табала Виталий Константинович Табала Константин Брониславович(57) Биореактор для промышленного глубинного культивирования микроорганизмов, содержащий герметичную емкость в виде осесимметричного тела с штуцерами для газовых и жидких потоков для установки датчиков систем контроля и управления и устройство для перемешивания, выполненное с возможностью создания над поверхностью суспензии микроорганизмов закрученного потока газа с полем скорости потенциального вихря на периферии емкости, осевым противотоком в приосевой зоне и перепадом давления между периферией и центром вихря, отличающийся тем, что устройство для перемешивания выполнено в виде вентилятора, соединенного конфузором с отверстием в верхней части емкости, и влагоотделителя проточного или циклонного типа, входное отверстие которого соединено с вентилятором, а выходное - с боковой наружной поверхностью емкости, при этом сборник жидкости влагоотделителя соединен трубопроводом с поверхностью емкости в ее приосевой зоне ниже минимального уровня суспензии и штуцер отвода газа размещен на патрубке. Полезная модель относится к биотехнологии, преимущественно к разделу производства биологического сырья для синтеза искусственного топлива, может быть использована в сельском хозяйстве для производства кормов, в микробиологической промышленности для культивирования микроорганизмов. Основными элементами биореактора для промышленного глубинного культивирования микроорганизмов являются емкость в виде герметичного резервуара с штуцерами для газовых и жидких потоков, для установки датчиков систем контроля и управления, и перемешивающее устройство. Известен аппарат для суспензионного культивирования клеток тканей или микроорганизмов, содержащий цилиндрическую емкость с крышкой и устройство для перемешивания среды, включающее горизонтальное лопастное колесо, укрепленное на вертикальном валу и размещенное в верхней части емкости непосредственно под крышкой, кольцевую перегородку, установленную в цилиндрической емкости соосно лопастному колесу с образованием зазора между цилиндрической стенкой емкости и кольцевой перегородкой 1. Перемешивание в аппарате осуществляется с помощью создания на поверхности суспензии закрученного потока газа с полем скорости потенциального вихря на периферии емкости, осевым противотоком в приосевой зоне и перепадом давления между периферией и центром вихря. За счет трения газового вихря на границе раздела фаз газ-жидкость и разницы давления между периферией и центром обеспечивается движение суспензии в виде вихревого кольца, вращающегося относительно оси емкости с одновременным нисходящим движением на периферии емкости и восходящим в приосевой. Недостатком этого аппарата является то, что для биореакторов больших объемов механизм перемешивания суспензии в виде размещенного под крышкой горизонтального лопастного колеса, кольцевой пластины под ним с центральным отверстием и расположенных равномерно по окружности под наклоном к горизонтальной плоскости щелевых отверстий малоэффективен, т.к. требует повышенных удельных энергозатрат на процесс культивирования. Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели является аппарат для суспензионного культивирования клеток тканей или микроорганизмов, содержащий цилиндрическую емкость с крышкой и устройство для перемешивания среды 2. Устройство для перемешивания содержит горизонтальное лопастное колесо, укрепленное на вертикальном приводном валу, размещенное в верхней части емкости непосредственно под крышкой, и расположенную под ним кольцевую пластину с центральным отверстием для отвода газа, прикрепленную по периферии к стенке емкости с образованием кольцевой полости вокруг колеса. В кольцевой перегородке для прохода газа выполнены щелевые отверстия, расположенные равномерно по окружности под наклоном к горизонтальной плоскости. Недостатком аппарата является то, что при отводе газа из емкости в процессе культивирования микроорганизмов возможен унос и потеря суспензии. В биореакторах для промышленного глубинного культивирования микроорганизмов это может приводить к существенному снижению их производительности. Техническая задача, решаемая в настоящей полезной модели, состоит в минимизации уноса и потери суспензии микроорганизмов в процессе их культивирования. 96512013.10.30 Технический результат, получаемый при реализации настоящей полезной модели, состоит в повышении производительности процесса культивирования микроорганизмов в биореакторах различного объема, в том числе до 30 м 3 и более. Решение задачи достигается тем, в предлагаемом биореакторе для промышленного глубинного культивирования микроорганизмов, содержащем герметичную емкость в виде осесимметричного тела со штуцерами для газовых и жидких потоков для установки датчиков систем контроля и управления и устройство для перемешивания, выполненное с возможностью создания над поверхностью суспензии микроорганизмов закрученного потока газа с полем скорости потенциального вихря на периферии емкости, осевым противотоком в приосевой зоне и перепадом давления между периферией и центром вихря,устройство для перемешивания выполнено в виде вентилятора, соединенного конфузором с отверстием в верхней части емкости, и влагоотделителя проточного или циклонного типа, входное отверстие которого соединено с вентилятором, а выходное - с боковой наружной поверхностью емкости. Сборник жидкости влагоотделителя соединен трубопроводом с поверхностью емкости в ее приосевой зоне ниже минимального уровня суспензии. Штуцер отвода газа размещен на патрубке. Полезная модель поясняется фигурами. На фиг. 1 приведен вид биореактора для промышленного глубинного культивирования микроорганизмов в разрезе. На фиг. 2 - вид биореактора сверху. Предлагаемый биореактор для промышленного глубинного культивирования микроорганизмов состоит из емкости 1 в виде осесимметричного тела. В верхней части емкости 1 имеется отверстие 2. Конфузор 3 соединяет отверстие 2 с входным отверстием вентилятора 4. Выходное отверстие вентилятора 4 соединено с входным отверстием влагоотделителя 5. Патрубок 6 соединяет выходное отверстие вентилятора 4 с боковой наружной поверхностью емкости 1. Сборник жидкости влагоотделителя 5 соединен трубопроводом 7 с поверхностью емкости 1 в ее приосевой зоне ниже минимального уровня суспензии. Штуцер отвода газа 8 размещен на патрубке 6. Биореактор работает следующим образом. Вентилятор 4 направляет газожидкостную смесь из верхней части емкости 1 через отверстие 2 и конфузор 3 во влагоотделитель 5, в котором происходит отделение газа от суспензии микроорганизмов. Газ затем по патрубку 6 через боковую поверхность емкости 1 над поверхностью суспензии микроорганизмов образует закрученный поток с полем скорости потенциального вихря на периферии емкости 1, осевым противотоком в приосевой зоне и перепадом давления между периферией и центром вихря. Закрученный поток газа в свою очередь за счет трения на границе раздела фаз газжидкость и разницы давления между периферией и центром газового вихря обеспечивает движение суспензии в виде вихревого кольца, вращающегося относительно оси емкости 1 с одновременным нисходящим движением на периферии емкости и восходящим в приосевой зоне. Из сборника жидкости влагоотделителя 5 суспензия по трубопроводу 7 направляется в емкость 1. Размещение влагоотделителя 5 проточного или циклонного типа на выходе вентилятора 4 позволяет отделять суспензию микроорганизмов из потока газа с максимальной эффективностью, т.к. энергозатраты минимальные и газожидкостная смесь на выходе из вентилятора 4 максимальной концентрации. В приосевой зоне емкости 1 на границе фаз жидкость-твердое тело согласно законам гидродинамики давление суспензии ниже, чем на ее периферии. Поэтому размещение выходного отверстия трубопровода 7 в приосевой зоне емкости ниже минимального уровня суспензии предотвращает засорение суспензией самого трубопровода 7. 3 96512013.10.30 Размещение штуцера отвода газа 8 на патрубке 6, позволяет отбирать газ максимальной концентрации и минимальными энергозатратами, т.к. находится на выходе из емкости 1 и под повышенным давлением на выходе вентилятора 4. Таким образом, предлагаемый по полезной модели биореактор для промышленного культивирования микроорганизмов позволяет повысить производительность процесса культивирования микроорганизмов, уменьшить энергозатраты на процесс культивирования, обеспечить возможность создания биореакторов различного объема, в том числе до 30 м 3 и более. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4