Карачун В.В.

Національний технічний університет України «КПІ»

ФОРМУВАННЯ ЗОНИ ТУРБУЛЕНТНОСТІ В БІОРЕАКТОРІ

Апарат належить до біотехнології, а саме до апаратів для культивування клітин, і може бути використаний у фармацевтичній і мікробіологічній промисловостях, а також для потреб клінічних досліджень в медицині при культивуванні клітин або тканин.

Відома установка для культивування мікроорганізмів, яка містить з’єднані між собою в нижній частині еластичним трубопроводом дві камери, що обладнані пристроями для стерильного зливу і доливу, пристрої для аерації і стерилізації повітря, а також реверсивний привод для зворотно-поступального руху камер у вертикальній площині [1].

Недоліком цього технічного рішення постає потреба у значних наявних габаритах для реалізації переміщення камер у вертикальній площині.

Відомий також апарат для культивування клітин, який містить циліндричний корпус з технологічними патрубками, розміщений уздовж осі корпуса пустотілий приводний вал з рухомою втулкою для забезпечення зворотно-поступального руху уздовж вала, до якої приєднаний перемішуючий елемент у формі чотирьохланцюгового шарнірного механізму з лопатками на кінцях, аератор і реверсивний привод [2].

Недолік цього технічного рішення полягає у низькій продуктивності технологічного процесу, обумовлений тим, що зменшення обертів вала знижує інтенсивність перемішування і, відповідно, знижує якість тепломасообміну.

В основу пропонуємої конструкції поставлена задача росту продуктивності технологічного процесу шляхом підвищення інтенсивності перемішування культуральної рідини за допомогою формування енергетичної активності культуральної рідини по всьому робочому об’єму апарата без надмірного ризику пошкодження клітин. Одночасно, спрощується конструкція апарату.

Апарат для культивування клітин з рухомою зоною турбулентності містить циліндричний корпус з технологічними патрубками, розміщений уздовж осі корпуса пустотілий приводний вал з рухомою втулкою для забезпечення зворотно-поступального руху уздовж вала, до якої приєднаний перемішуючий елемент, аератор і реверсивний привод. Перемішуючий елемент виконано у вигляді плоского колового поршня з бічною поверхнею у формі півкруглої кільцевої канавки, поршень приєднаний до рухомої втулки і убезпечений від обертання паралельною до осі пустотілого приводного валу напрямною.

Технічний результат від використання апарату для культивування клітин з рухомою зоною турбулентності забезпечується обладнанням апарату перемішуючим елементом у вигляді плоского колового поршня з бічною поверхнею у формі півкруглої кільцевої канавки, поршень приєднаний до рухомої втулки і убезпечений від обертання паралельною до осі пустотілого приводного валу напрямною.

Рухаючися донизу, нижня поверхня поршня надає поступального руху культуральній рідині у бік днища апарату із швидкістю V і видавлює придонні шари через боковий зазор “” угору, в бік кришки апарату.

В той же час, периферійні шари культуральної рідини, які знаходяться біля бічної поверхні апарату практично в нерухомому стані, починають рухатися із швидкістю V₁ в бік півкруглої кільцевої канавки поршня, тобто в зону зниженого тиску. Зустричаючися тут із висхідними з боку днища апарату потоками, периферійні шари утворюють в півкруглій кільцевій канавці зону підвищеної турбулентності. Наявність такої зони поблизу корпуса апарата слугує активному тепломасообміну. Крім того, переміщаючися у бік днища апарату, ці зони будуть сприяти зниженню налипання культуральної рідини на внутрішній поверхні корпуса апарату і за кожен цикл руху поршня будуть виконувати функції очисника поверхні апарату, переводячи культуральну рідину із стаціонарного стану спокою у стан високої енергетики, де, разом з іншими шарами культуральної рідини, вони стануть перемішуватися в турбулентних потоках (фіг. 1, фіг. 2).

Таким чином, в робочому об’ємі апарату для культивування клітин з рухомою зоною турбулентності формуються зони активної енергетики культуральної рідини, що слугує якісній і цілковитій турбулізації по всьому об’єму апарату, швидкій ліквідації застійних зон, необмеженому збагаченню киснем мікроорганізмів і, як наслідок, швидкому їх розвитку.

Перемішуючий елемент у вигляді плоского колового поршня з бічною поверхнею у формі півкруглої кільцевої канавки, окрім зазначеного, усуває надмірний ризик пошкодження клітин. Одночасно, суттєво спрощується конструкція апарату для культивування клітин і підвищується продуктивність технологічного процесу.

Сукупність наведених ознак апарату для культивування клітин з рухомою зоною турбулентності забезпечує досягнення нового технічного результату.

Джерела інформації:

1. А.с. 1131899 А СССР, С12М1/00. Установка для культивирования микроорганизмов [Текст]/ А.Н. Данилина, А.В. Данилов, И.В. Александрова, А.А. Складнев, В.С. Ромазанов, И.А. Туков (СССР). - № 3226238/30-15; заявл. 25.12.80; опубл. 30.12.84, Бюл. №48. – 1 с.: ил.

2. А.с. 1633814 А1 СССР, С12М3/00. Апарат для культивирования клітин [Текст]/ А.И. Гуславский, В.Н. Качалов, Л.И. Ковальчук, И.И. Дамиров (СССР). - № 4633148/13; заявл. 05.01.89; опубл. 27.08.95, Бюл. №24. – 1 с.: ил.