Мельник В.М., Тривайло М.С., Карачун В.В.

Національний технічний університет України «КПІ»

ЛАБОРАТОРНИЙ ФЕРМЕНТЕР

Пропонуєма модель відноситься до біотехніки, зокрема, до лабораторних ферментерів. Може бути використана в лабораторних умовах для культивування мікроорганізмів.

Відома конструкція лабораторного ферментера (ЛФ), який містить виконаний з прозорого матеріалу корпус в формі порожнистого овального кільця з поперечною перемичкою та патрубками для подачі стерильного і відведення відпрацьованого повітря (А. с. СССР №1784043, С12М1/04, 1992). Його недоліки полягають у великих габаритах та матеріалоємності.

Найбільш близьким до цієї моделі за технічною суттю та досягаємим ефектом є прийнятий за найближчий аналог ЛФ, який містить виготовлений з прозорого матеріалу циліндричний стаканоподібний корпус з вертикальною перегородкою, кришку і патрубки для подачі стерильного та відведення відпрацьованого повітря (патент України на корисну модель, №40140, С12М1/34, 2009). Недолік його полягає у відносно низькій продуктивності внаслідок лише пасивного перемішування (масообміну) робочої рідини внаслідок її руху в робочому об’ємі тільки із сталою швидкістю під час перемішуванні.

В основу корисної моделі поставлена задача підвищення ефективності перемішування робочої рідини шляхом забезпечення її руху із змінною швидкістю, що прискорює ріст мікроорганізмів і слугує зростанню продуктивності.

Поставлена задача вирішується тим, що в ЛФ, який містить виготовлений з прозорого матеріалу циліндричний стаканоподібний корпус з вертикальною перегородкою, кришку і патрубки для подачі стерильного та відведення відпрацьованого повітря, згідно корисної моделі новим є те, що він обладнаний додатковою перегородкою, яка має хвилеподібну форму вздовж своєї довжини і розміщена прилегло до вертикальної перегородки вузькою гранню.

Зазначені відмітні ознаки забезпечують при перемішуванні робочої рідини її рух із змінною швидкістю, що відсутнє в найближчому аналозі, і інтенсифікують процес перемішування. Інтенсифікація процесу перемішування прискорює ріст мікроорганізмів і створює необхідні умови для зростання продуктивності.

На рис. 1 схематично зображений заявляємий ЛФ, загальний вигляд; на рис. 2 – вигляд збоку на рис. 1; на рис. 3 – переріз А-А на рис. 1.

ЛФ містить вертикально розташований циліндричний стаканоподібний корпус 1 з вертикальною перегородкою 2 і кришкою 3, а також розміщені в кришці патрубки 4, 5 для подачі стерильного та відведення відпрацьованого повітря. Вертикальна перегородка 2 розташована в поздовжній площині корпусу 1, містить його ось і розміщена дистанційно відносно дна 6 корпусу та кришки 3, утворюючи з ними відповідно зазори Н₁, Н₂.

Корпус 1 обладнаний додатковою перегородкою 7 протяжністю L. Додаткова перегородка 7 має по своїй довжині хвилеподібну форму (рис. 2) і вузькою гранню ширини В розміщена прилегло до вертикальної перегородки 2, а тому утворює на одній із сторін перегородки 2 канали 8, 9 змінної ширини С_х, а отже і варіативної площі, поперечного перерізу по довжині пластин.

Для забезпечення можливості візуальних спостережень, променевої стерилізації, оптичних вимірювань тощо параметрів робочої рідини (біомаси), корпус 1 виконаний з прозорого матеріалу, наприклад, із скла.

Працює ЛФ наступним чином. Попередньо простерилізований, ЛФ заповнюють живильною рідиною 10 до рівня, який перевищує висоту перегородки 2 на величину Н₃ і вносять необхідну культуру мікроорганізмів (робоча рідини). Потім через патрубок 4, відкриттям його крану 11, в придонну частину корпусу 1 вдувають стерилізоване повітря. Повітря у вигляді численних бульбашок 12 проходить через прилеглий до перегородки 2 з однієї її сторони шар 13 робочої рідини і утворює з нею рідинноповітряну суміш, яка легша від рідини, що знаходиться в каналах 8, 9 з іншої сторони перегородки. Різна щільність (питома вага) робочої рідини з протилежних сторін перегородки 2 внаслідок наявного градієнтy тиску викликає її циркуляцію 14 через зазори Н₁, Н₂ навколо пластини 2 по замкненому контуру. Циркуляція робочої рідини відбувається до тих пір, доки повітря надходить в частину 13 робочої рідини. Це приводить до інтенсифікації її перемішування у всьому робочому об`ємі. Відпрацьоване повітря через патрубок 5 виходить в навколишне середовище.

Оскільки при циркуляції робоча рідина в каналах 8, 9, тобто на частині шляху свого руху, переміщується зі змінною швидкістю, замість сталої в найближчому аналозі, то інтенсивність масообміну в ферментері зростає, а це прискорює ріст мікроорганізмів і слугує підвищенню продуктивності.

Література

1. В.М. Мельник, М.С. Тривайло, В.В. Карачун. Масообмін і аерація в біореакторах. –К.: «Корнійчук», 2009. – 96с.