Карачун В.В.

Національний технічний університет України «КПІ»

ПЛОСКА МОДУЛЯЦІЯ ПОВІТРЯНО-РІДИННОГО СТОВПА ДЛЯ ІНТЕНСИФІКАЦІЇ ПРОЦЕСА БАРБОТУВАННЯ

Конструкція відноситься до біотехнології, а саме до газліфтних барботажних апаратів, і може бути використана в медицині і клінічних дослідженнях для вирощування мікроорганізмів або тканин.

Відомий газліфтний барботажний апарат (ГБА) для вирощування мікроорганізмів, який містить циліндричний корпус з технологічними патрубками і розміщений в його порожнині перфорованими тарілками (дисками) з переточними отворами, дисковий аератор, а також розташовані зовні корпусу циркуляційні труби (див., А.с. СССР № 1774654, С12М1/04, 1994).

Недоліки цього ГБА полягають у відносно великих габаритах та матеріалоємкості внаслідок зовнішнього розташування циркуляційних труб.

Відомий також ГБА, який містить розміщені по спільній осі вертикально розташований циліндричний корпус з технологічними патрубками і встановлену із зазором відносно стінок корпусу в його порожнині циркуляційну трубу постійного діаметра, а також розташований під циркуляційною трубою спіральний трубчастий аератор (див., А.с. СССР №1708829, С12М1/04, 1992).

Недолік відомого ГБА полягає у відносно невисокій продуктивності процесу внаслідок помірного тепломасообміну і недостатній інтенсивності аерації робочої рідини в циркуляційній трубі, обумовлених ламінарним прямолінійним рухом висхідного потоку культуральної рідини зісподу нагору.

В основу пропонуємої конструкції поставлена задача вдосконалення ГБА, в якому, шляхом виконання нижнього, оберненого до аератора, торця циркуляційної труби закритим коловим диском з паралельними прямолінійними прорізями заданих типорозмірів забезпечується модуляція циліндричного повітряно-рідинного стовпа на паралельні плоскі поверхні вздовж висоти циркуляційної труби, що призведе до розвиваючоїся турбулентності висхідного потоку культуральної рідини та прискорення тепломасообміну і інтенсивності аерації, що збільшить ріст мікроорганізмів і буде правити зростанню продуктивності.

Поставлена задача вирішується тим, що в ГБА, який містить вертикально розташований циліндричний корпус з технологічними патрубками і розміщену в порожнині корпусу з радіальним зазором циркуляційну трубу, а також встановлений під циркуляційною трубою аератор, новим є те, що нижній, обернений до аератора, торець циркуляційної труби закритий коловим диском з паралельними прямолінійними прорізями заданих типорозмірів.

Виконання нижнього, оберненого до аератора, торця циркуляційної труби закритим коловим диском з паралельними прямолінійними прорізями заданих типорозмірів, на відміну від порожнистого, забезпечує переміщення рідинно-повітряної суміші усередині циркуляційної труби не тільки нагору, але і в перпендикулярних до осі циркуляційної труби горизонтальних напрямках, які неможливі в найближчому аналогу, що призведе до розвиваючоїся турбулентності висхідного потоку робочої рідини та прискорення тепломасообміну і інтенсивності аерації, а це збільшить ріст мікроорганізмів і буде правити зростанню продуктивності.

На рис. 1 схематично зображений пропонуємий ГБА, загальний вигляд; на рис. 2 переріз А-А на рис. 1.

ГБА містить вертикально розташований циліндричний корпус 1 з патрубком 2 для введення живильної рідини і посівного матеріалу (робоча рідина), патрубком 3 для видалення культуральної рідини та патрубком 4 для відведення відпрацьованого газу. В порожнині корпусу 1 вздовж його осі встановлена циркуляційна труба 5 та розміщений під нею аератор 6. Циркуляційна труба 5 має циліндричну форму радіуса і убезпечена від зміщень кріпленнями 7 та утворює з внутрішньою поверхнею корпуса 1 радіальний зазор “δ”. Нижній торець циркуляційної труби закритий коловим диском 8 з паралельними прямолінійними прорізями 9 (наприклад, трьома) заданих типорозмірів.

Працює ГБА наступним чином.

У попередньо простерилізований корпус 1 крізь патрубок 2 вводять робочу рідину 10, після чого в аератор 6 подають стиснене повітря, яке у вигляді бульбашок 11 проходить до порожнини циркуляційної труби 5 крізь прорізи 9 в її нижньому торці, які формують з них плоскі поверхні 12 (наприклад, три) рідинно-повітряної суміші, яка набагато легша від робочої рідини, яка знаходиться в зазорі “δ” корпусу 1 та в проміжку між поверхнями 12 усередині циркуляційної труби 5. Різна щільність робочої рідини всередині циркуляційної труби 5 між робочої рідиною 10 та поверхнями 12 рідинно-повітряної суміші утворює протилежно напрямлені потоки 13 і 14, які турбулізують робочу рідину, чим активізують тепломасообмін та довше затримують бульбашки газу 11 в горизонтальних шарах, що сприяє підвищенню інтенсивності аерації робочої рідини і, отже, росту клітин. Різна щільність робочої рідини всередині циркуляційної труби 5 і робочою рідиною 10, яка знаходиться біля внутрішньої поверхні корпусу 1, в свою чергу, сформує циркуляційні потоки 15, які приведуть в рух периферійні шари робочої рідини, направляючи їх до циркуляційної труби 5. Циркуляція робочої рідини відбувається до того часу, поки повітря надходить до циркуляційної труби. Відпрацьоване повітря через патрубок 4 видаляється в навколишнє середовище.

Оскільки переміщення робочої рідини в потоках 13, 14 і 15 відбувається із зміною не тільки величини швидкості, але і напрямку руху, надаючи йому просторового характеру, замість постійної за величиною і напрямком швидкості робочої рідини, то прискорення тепломасообміну суттєво зростає, значно підвищується інтенсивність аерації робочої рідини в циркуляційній трубі, а це прискорює ріст мікроорганізмів і буде правити зростанню продуктивності.