Мельник В.Н., Тривайло М.С., Карачун В.В., Микуленок И.О.

Национальный технический университет Украины «КПИ»

О ПУТЯХ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ПРОЦЕССА МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОГО СИНТЕЗА

Вопросы повышения производительности фармацевтических и микробиологических производств всегда актуальны и имеют тенденцию к динамическому развитию и совершенствованию. К ним в полной мере можно отнести процесс выращивания в промышленных условиях аэробных микроорганизмов в жидкофазной среде.

Известные аппараты для выращивания микроорганизмов имеют, как правило, термостабилизирующий корпус и систему подведения питательной жидкости и сжатого воздуха, а также отвода готового продукта и отработанных газов. И, конечно, биореактор укомплектовывается пеногасящими устройствами.

Обратим внимание на перемешивающее устройство. Оно должно обеспечивать эффективное перемешивание всех слоев, с одной стороны, максимально снижать интенсивность пенообразования – с другой. В этом контексте представляет существенный интерес его техническая реализация в виде сегнерова колеса, одного или двух. Такая конструкция одновременно обеспечивает двухрежимность процесса – аэрацию и перемешивание культуральной среды.

Одно сегнерово колесо не обеспечивает достижения достаточного коэффициента полезного действия и , вместе с тем, способствует интенсивному режиму пенообразования. Два плоских сегнеровых колеса, причем вращающиеся в разные стороны, несколько повышают производительность, но, все же, не решает задачу в целом.

Объяснение имеющемуся факту состоит в том, что оба колеса вращаются в параллельных горизонтальных плоскостях, перемешивая лишь близлежащие слои. Периферия мало обеспечивается кинематическим воздействием, что и приводит к появлению отмеченных недостатков.

По мнению авторов, устранению имеющихся упущений способствует иная геометрия сегнеровых колес. Например, в виде двух разновращающихся П-образной формы (рис.1). Это позволит обеспечить интенсивное перемешивание слоев культуральной жидкости как в вертикальном, так и в радиальном направлении. Следствием этого решения есть несомненное повышение производительности микробиологического синтеза, при прочих равных условиях.

После заправки через патрубок 4 простерилизованого корпуса биореактора 1 живительной среды с инокулятором, в патрубок 5 подается сжатый стерильный воздух, что обеспечивает рост помещенных в живительную среду культур. При этом, поступающий в патрубок 5 воздух, проходит по пустотелой оси 9 в трубки 12 сегнеровых колес 10 и 11, а через их сопла 13 под давлением проистекает в культуральную жидкость, вызывая ее аэрацию, и одновременно создает вращающие моменты колес с разными знаками, что обеспечивает их движение в противоположных направлениях.

Вращаясь, колеса 10 и 11 осуществляют механическое перемешивание культуральной жидкости, интенсивность которого пропорциональна их толщине, а лопасти 11 гасят образующуюся от действия воздуха и жизнедеятельности бактерий пену.

Наличие П-образной формы колес, вместо плоской в плане, позволяет существенно увеличить рабочий объем перемешивающего устройства и естественно, привести в движение большее число слоев культуральной жидкости. Следствием этого является увеличение степени интенсивности перемешивания и повышение производительности процесса микробиологичного синтеза.

Увеличение интенсивности перемешивания служит ускорителем роста микроорганизмов, с одной стороны, сокращает время производственного процесса – с другой.

Наконец, предложенный путь способствует более эффективной аэрации культуральной жидкости, так как П-образное верхнее сегнерово колесо осуществляет перемешивание на большой глубине, и, таким образом, также служит повышению производительности процесса. Оптимизация динамики процесса перемешивания возможна за счет изменения геометрии поперечного сечения сегнеровых колес, их пространственного очертания, а также других технических решений.