Карачун В.В., Ленко Т.О.

Національний технічний університет України «КПІ»

ІНТЕНСИФІКАЦІЯ ТЕПЛОМАСООБМІНУ ПРИ

КУЛЬТИВУВАННІ КЛІТИН

В мікробіологічній, харчовій і фармацевтичній промисловостях, а також для потреб медицини і клінічних досліджень виникає необхідність в культивуванні клітин або тканин. Пропонується конструкція апарата з більш високими якісними і кількісними показниками, ніж відомі конструкції.

Відома установка для культивування мікроорганізмів, яка містить зʼєднані між собою в нижній частині елестатичним трубопроводом дві камери 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.

Недоліком цього апарату постає наявність великих габаритів для

здійснення переміщення робочих 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 (А.с. 1633814 А1 СССР, №4633148/13, С12М3/00, 1989).

Недолік цього апарату полягає у низькій продуктивності технологічного процесу, обумовленій тим, що зменшення обертів вала знижує інтенсивність перемішування і, відповідно, знижує якість тепломасообміну. Крім того, не забезпечується потрібне збагачення киснем культуральної рідини по всьому робочому обʼєму, що уповільнює розвиток клітин.

В основу конструкції пропонуємого апарату поставлена задача підвищення продуктивності технологічного процесу шляхом інтенсифікації перемішування культуральної рідини за допомогою модифікації форми і характера руху перемішуючого елемента і створення, завдяки цьому, енергетичної активності культуральної рідини по всьому робочому об’єму без зайвого ризику пошкодження клітин. Одночасно спрощується конструкція апарату.

Поставлена задача вирішується тим, що пропонуєме технічне рішення дає новий технічний результат і усуває недоліки відомих апаратів.

Рекомендуємий апарат для культивування клітин з поршневим перемішувачем 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 колового поршня з рівномірно розташованими на його бічній поверхні під однаковими кутами α до площини поршня плоскими лопатками, поршень убезпечений від обертання паралельною до осі пустотілого приводного валу напрямною, а контактуючі між собою поверхні вала і рухомої втулки становлять гвинтову пару, аератор і реверсивний привод.

На рис. 1 зображений в перерізі пропонуємий апарат для культивування клітин з поршневим перемішувачем. На рис. 2 наведений переріз А-А.

Апарат для культивування клітин з поршневим перемішувачем містить циліндричний корпус 1 з патрубком 2 для уведення живильної рідини і посівного матеріалу, з патрубком 3 і аератором 6 для відведення відпрацьованого газу. Уздовж осі корпуса 1 розташований приєднаний до мотор-редуктора 7 з командно-реверсуючим пристроєм 8, пустотілий приводний вал 9 з рухомою втулкою 10, контактуючі поверхні яких складають гвинтову пару. До рухомої втулки 10 із зазором "δ" відносно стінок корпуса 1, приєднаний перемішуючий елемент 11 у вигляді колової форми поршня з рівномірно розташованими на його бічній поверхні 12 під однаковими кутами α до площини поршня плоскими лопатками 13. Перемішуючий елемент 11 убезпечений від обертання паралельною до осі пустотілого приводного валу 9 напрямною 14.

Апарат працює наступним чином.

У попередньо простерилізований апарат до корпуса 1 уводять через патрубок 2 живильну рідину і посівний матеріал (інокулят), після чого через патрубок 3 подають до аератора 4 газ для аерації культурального середовища і вмикають командно-реверсуючий пристрій 8, за сигналом якого приходить в дію мотор-редуктор 7 і пустотілий приводний вал 9, який в межах заданого командно-реверсуючим пристроєм 8 надає зворотно-поступального переміщення "Н" рухомій втулці 10, і приєднаному до неї і убезпеченого від обертання поршня з рівномірно розташованими на його бічній поверхні 12 під однаковими кутами α до площини поршня плоскими лопатками 13.

Рухаючись поступально донизу зі швидкістю V , перемішуючий елемент 11 видавлює розташовану під ним живильну рідину у формі потоків 15 і надає їй руху через зазор "δ" угору, в бік кришки апарату. В свою чергу, лопатки 13 формують два потоки рідини у бік днища та до стінок апарату із швидкостями

V₁=Vcosα та V₂=Vsinα, відповідно. Ці потоки додатково діють на застійний шар основи апарату, таким чином створюють рух культуральної рідини в трьох напрямках, формуючи при цьому турбулентний стан і підвищену енергетику. Цьому сприяє також зустрічний рух потоків сусідних лопаток із швидкостями V₁ та V₂ (рис. 2). До того ж, ці потоки діють на сталий пристінний шар апарату і примушують його турбулізуватися як в горизонтальній площині, так і уздовж висоти апарату.

За допомогою зазначеного нововведення, в апараті для культивування клітин буде зростати якість та інтенсивність тепломасообміну і аерації культуральної рідини, що слугуватиме швидкому розвитку клітин і підвищенню продуктивності технологічного процесу.