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

Національний технічний університет України «КПІ»

ВДОСКОНАЛЕННЯ ПРОЦЕСУ ПЕРЕМІШУВАННЯ

КУЛЬТУРАЛЬНОЇ РІДИНИ

При виготовленні біологічно-активних речовин, а також вакцин в рідинних середовищах набуває неабиякого значення процес перемішування культуральної рідини.

Відомі конструкції культивування клітин, які містять вертикально розташованний циліндричний корпус з технологічними патрубками, розташованими в корпусі по його осі, а саме: пустотілий вал з регульованим по частоті обертання приводом, закріплену на валу мішалку у вигляді чотирьохланкового шарнірного механізму з лопатками, фільтр і аератор.

Недоліком цієї конструкції постає її складність внаслідок наявності регульованого приводу та складної форми мішалки, що підвищує вартість виготовлення та надійність роботи.

Відомий також апарат, який містить вертикально розташований циліндричний корпус з технологічними патрубками, розміщений в корпусі різьбовий вал з встановленим перпендикулярно його осі перемішуючим диском та реверсивним приводом, напрямну, а також аератор.

Він найбільш відповідає задачам культивування за технічною сутністю та досягаємим ефектом.

Його недолік полягає в складності конструкції внаслідок наявності в ній різьбового валу, напрямної та реверсивного приводу.

В основу пропонуємої моделі поставлена задача вдосконалення процесу в якому, шляхом зміни розташування диска на валі, і власне вала, оптимізується їх форма та усувається необхідність обладнання приводу пристроями для зміни напрямку руху, що приводить до спрощення конструкції.

Задача вирішується тим, що в апараті для культивування містяться вертикально розташовані циліндричний корпус з технологічними патрубками, розміщений в корпусі вал з перемішуючим диском, привод і аератор. Згідно запропонованого рішення, новим є те, що диск встановлено вздовж осі вала і нерухомо з’єднано з ним, а вал розміщено під прямим кутом до осі корпусу.

Вказана відмінність, в порівнянні з прийнятим, усуває необхідність використання рухомих різьбових деталей, напрямних, та пристроїв для зміни напрямку руху приводу(вала), що приводить до спрощення конструкції.

На рис.1 схематично зображена кінематична схема пристрою.

Вона містить вертикально розташований циліндричний корпус 1 з патрубком 2 для введення живильної рідини і посівного матеріалу (робоча рідина), патрубок 3 для видалення культуральної рідини, патрубок 4 з аератором 5 і патрубком 6 для видалення відпрацьованого газу. В корпусі 1 під прямим кутом до його осі розташований вал 7 з перемішуючим диском 8. Диск 8 розміщений уздовж осі вала 7 і нерухомо закріплений на ньому, наприклад, в його прорізі 9. Обертання вала 7 в постійному напрямку здійснюється приводом 10 (наприклад, мотор-редуктор). Корпус 1 і диск 8, крім циліндричної, можуть мати прямокутну форму.

Працює апарат наступним чином.

В попередньо простерилізований апарат, крізь патрубок 2, вводять робочу рідину 11 (живильну рідину і посівний матеріал), після чого в аератор 5 подають газ для аерації культурального середовища і вмикається привод 10, внаслідок чого вал 7 з диском 8 починають обертатися. Внаслідок цього, диск 8 чинить тиск на робочу рідину 11, здійснюючи її перемішування.

Оскільки перемішування робочої рідини виконується без переміщення диска по валу, яке потребує використання різьби, напрямних, та пристрою для зміни напрямку руху, тому конструкція запропонованого апарату суттєво спрощується.

Крім цього, має місце відсутність контактуючих з робочою рідиною поверхонь механічного тертя, що усуває травмування клітин та забруднення продуктами зносу робочої рідини і сприяє підвищенню продуктивності культивування і, разом з тим, поліпшує якість готового продукту.

Вибір кутової швидкості обертання являє собою досить відповідальну процедуру. Тут, насамперед, слід прийняти до уваги в’язкість культурального середовища, що дасть змогу обрати ту, чи іншу модель електроприводу. За високої в’язкості, наприклад, доречно буде задіяти редуктор. Це зменшить вібрацію та збільшить обертальний момент, суттєво покращить динамічні характеристики.

За незначної в’язкості, підвищення кутової швидкості обертання може призвести до травмування мікроорганізмів з витікаючим звідсіля невпинним падінням коефіцієнту корисної дії, з одного боку, та підвищення рівня піноутворення – з другого. Останнє буде вимагати ускладнення системи піногасіння.

Значна площа диска 8 при обертанні навколо горизонтальної осі приводить, окрім бажаного ефекту, до пружних деформацій поверхні, згинних переміщень, напружень в матеріалі тощо, які слід передбачити.