Биореактор

 

Использование: микробиологическая промышленность и биотехнология, получение метаболитов микроорганизмов, иммобилизованных на носителях. Сущность изобретения: биореактор содержит корпус с иммобилизованными на носителе микроорганизмами , дегазатор, сообщенный с полостью корпуса, который представляет собой емкость с теплообменником, нижняя часть которой соединена с нижней частью корпуса трубопроводом для отвода газожидкостной смеси. Верхняя часть корпуса сообщена с нижней частью емкости трубопроводом с обратным клапаном, а патрубок для подвода газа размещен на крышке корпуса и снабжен клапаном для периодической подачи газа и сброса давления в корпусе. Выходной участок трубопровода для отвода газожидкостной смеси в емкости , снабжен отражателем потока. 1 з.п., 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 12 М 1/40

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4868509/13 (22) 24.09,90 (46) 23.09.92. Бюл. № 35 (71) Московский институт химического машиностроения (72) В.С.Барбот и Ю.Б.Игонин (56) Заявка ФРГ ¹ 35363495, МКИ С 12 М1/02,,публ. 1987 r.

Патент США № 4665027, МКИ С 12 М 1/40, публ. 1987 г., (прототип). (54) БИОРЕАКТОР (57) Использование: микробиологическая промышленность и биотехнология, получение метаболитов микроорганизмов, иммобилизованных на носителях. Сущность изобретения; биореактор содержит корпус

Изобретение относится к микробиологической промышленности, в частности к аппаратурному оформлению процессов биосинтеза метаболитов иммобилизованными микроорганизмами, и может быть использовано в медицинской и пищевой промышленности.

Известен реактор с неподвижным слоем катализатора для биохимических процессов, Реактор состоит из жесткого корпуса, разделенного промежуточными стенками на отдельные секции и снабженного патрубками для подвода субстрата и отвода газа и продукта. Корпус представляет собой цилиндр, в средней части которого имеются две колпачковые тарелки. В пространствах под ними находятся по 14 цилиндрических емкостей для заполнения неподвижным катализатором, параллельно расположенных на одинаковом расстоянии, 5U 1763484А1 с иммобилизованными на носителе микроорганизмами, дегазатор, сообщеннь и с полостью корпуса, который представляет собой емкость с теплообменником, нижняя часть которой соединена с нижней частью корпуса трубопроводом для отвода газожидкостной смеси. Верхняя часть корпуса сообщена с нижней частью емкости трубопроводом с обратным клапаном, а патрубок для подвода газа размещен на крышке корпуса и снабжен клапаном для периодической подачи газа и сброса давления в корпусе. Выходной участок трубопровода для отвода газожидкостной смеси в емкости, снабжен отражателем потока, 1 з.п„

1 ил. одна от другой. Пространство между стен ками емкостей используется в качестве каналов для рециркуляции, в днище реактора находятся трубопроводы для подвода газа и субстрата, входные отверстия которых расположены строго под емкостями. В пространстве между крышкой реактора и Ф верхней колпачковой тарелкой расположен QO открывающийся сверху патрубок для отбора ф, и родукта.

Недостатком этого реактора яляется сложность конструкции и связанная с этим сложность загрузки катализатора в цилиндрические емкости, Кроме того, подвод газа и субстрата в емкости с катализатором не обеспечивает их равномерного распределения в неподвижном слое, что приводит к ухудшению массообмена между фазами в реакторе и, как следствие, к снижению выхода целевого продукта.

1763484

15

Наиболее близким к предлагаемому является реактор-сепаратор на основе иммобилизованных клеток с одновременным отделением продукта. Реактор предназначен для проведения катализируемых иммобилизованными клетками процессов, в результате которых образуется летучее вещество, являющееся ингибитором. Реактор включает два последовательно соединенных цилиндрических модуля с неподвижным слоем катализатора, через первый из которых параллельно с потоком субстрата пропускается газ в режиме восходящего прямотока. Затем газ отделяется от жидкости в сепараторе, а оставшаяся жидкость поступает во второй модуль. Через второй модуль газ пропускается навстречу потоку.

Недостатком этого реактора является неравномерность распределения газовой и жидкой фаз в неподвижном слое катализатора, что ведет к образованию застойных зон и ухудшению массообмена реактора и, как следствие этого, снижению производительности реактора. Кроме того, следует отметить сложность поддержания оптимальной температуры процесса в реакторе.

Цель изобретения — повышение степени массообмена, более полного отделения отработанного газа и повышения тем самым производительности по целевому продукту.

Указанная цель достигается тем, что биореактор, содержащий вертикальный корпус и размещенный в нем неподвижно носитель с иммобилизованными микроорганизмами, патрубки для подвода газа и жидкой питательной среды, и дегазатор, сообщенный с полостью корпуса, согласно изобретению дегазатор представляет собой емкость с теплообменником, нижняя часть которой соединена с нижней частью корпуса трубопроводом для отвода из последнего газожидкостной смеси, при этом верхняя часть корпуса сообщена с нижней частью емкости трубопроводом с обратным клапаном для подвода газожидкостной, частично, дегазированной среды, а патрубок для подвода газа размещен на крышке корпуса и снабжен клапаном для периодической подачи газа и сброса давления в корпусе, кроме того выходной участок трубопровода для отвода газожидкостной смеси в емкости снабжен отражателем потока.

Достижение поставленной цели по сравнению с прототипом заключается в следующем: повышение степени массообмена, более полного отделения отработанного газа и повышения тем самым производительности по целевому продукту путем

55 периодической подачи газа и жидкости в вертикальный корпус биореактора, что обеспечивает пульсационный режим контактирования жидкой и газовой фаз с неподвижно размещенным в корпусе носителем с иммобилизованными микроорганизмами.

На чертеже представлена схема биореактора. Био реактор содержит верти кал ьн ый корпус 1 и размещенный в нем неподвижно носитель 2 с иммобилизованными микроорганизмами, патрубки для подвода газа 3 и жидкой питательной среды 4, и дегазатор 5, сообщенный с полостью корпуса, причем дегазатор представляет емкость 6 с теплообменником 7, нижняя часть которой соединена с нижней частью корпуса трубопроводом 8 для отвода из последнего газожидкостной смеси, при этом, верхняя часть корпуса сообщена с нижней частью емкости трубопроводом 9 с обратным клапаном 10, а патрубок 11 размещен на крышке корпуса и снабжен клапаном 12, кроме того, выходной участок трубопровода 8 в емкости 6 снабжен отражателем потока 13.

Биореактор работает следующим образом. После загрузки через штуцер 4 в вертикальный корпус 1 носителя 2 с иммобилизованными микроорганизмами и жидкой питательной среды через патрубок

12 при открытом клапане 13 подается сжатый газ. Жидкость передавливается по трубопроводу 8 в дегазатор 5, Жидкость поступает в емкость 6, заполняя трубопровод 10 до обратного клапана 11, Газ, проходя влед за жидкостью по трубопроводу 8, барботирует через жидкость и стравливается через патрубок 3 в атмосферу, при этом падает давление в корпусе 1 и открывается обратный клапан 11. Порция жидкости из дегазатора 5 поступает в корпус 1, где движется в режиме нисходящего прямотока с газом через неподвижно размещенный носитель 2, скапливаясь в нижней части корпуса и перекрывая проход газу в трубопровод

8. Давление газа в корпусе 1 повышается, при этом закрывается обратный клапан 11, а скопившаяся жидкость передавливается в дегазатор 5. Таким образом, происходит циркуляция жидкости в биореакторе при подаче в него сжатого газа. Однако жидкость недостаточно равномерно распределяется по слою носителя, а сам слой несколько уп-, лотняется в нижней части корпуса. Поэтому целесообразно периодически перекрывать подачу газа в биореактор.

В биореакторе клапан 13, установленный на патрубке 12, периодически перекрывает подачу газа и одновременно обеспечивает выход газа из корпуса 1 в ат1763484

В биореакторе обеспечивается более полное отделение отработанного газа в результате периодического вытеснения газа из слоя носителя в результате заполнения последнего жидкостью. Все перечисленные выше факторы способствуют повышению производительности биореактора по целевому продукту.

Составитель B. Барбот

Техред M,Ìoðãåíòaë Корректор Л. Ливринц

Редактор Н, Козлова

Заказ 3430 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 моферу. При этом жидкость стекает в корпус

1 иэ дегаэатора 5, как по трубопроводу 10, так и.по трубопроводу 8. Ro мере заполнения слоя носителя 2 жидкостью происходит его разуплотнение, перемешивание и полное смачивание. Затем прекращается стравливание и начинается подача газа в корпус 1. Биореактор входит в режим циркуляции жидкости, приведенный выше.

Использование биореактора для проведения аэробных процессов биосинтеза метаболитов иммобилизован ными микроорганизмами позволяет повысить степень массообмена в условиях неподвижного размещения носителя, эа счет периодической подачи газа и жидкости в вертикальный корпус аппарата, что обеспечивает пульсационный режим контактирования жидкости и газа с носителем.

Формула изобретения

1. Биореактор, содержащий вертикальный корпус и размещенный в нем неподвижно носитель с иммобилизованными микроорганизмами, патрубки для подвода

5 газа и жидкой питательной среды и дегазатор, сообщенный с полостью корпуса, отличающийся тем, что, с целью повышения степени массообмена, более полного отделения отработанного газа и по10 вышения тем самым производительности по целевому продукту, дегазатор представляет собой емкость с теплообменником, нижняя часть которой соединена с нижней частью корпуса трубопроводом для отвода

15 из последнегоо газожидкостной смеси, при этом верхняя часть корпуса сообщена с нижней частью емкости трубопроводом с обратным клапаном для подвода газожидкостной, частично дегазированной среды, а

20 патрубок для подвода газа размещен на крышке корпуса и снабжен клапаном для периодической подачи газа и сброса давления в корпусе.

2. Биореактор по п.1,отл ич а ю щ и й25 с я тем, что выходной участок трубоп ро вода для отвода газожидкостной смеси в емкости снабжен отражателем потока,