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

Колесник М.М.

Національний технічний університет України «КПІ»

ШЛЯХИ АКТИВІЗАЦІЇ МАСООБМІНУ ПРИ

ВИГОТОВЛЕННІ ВАКЦИН

Пропонуєма конструкція відноситься до біотехнології і може бути використана для культивування клітин в рідинних середовищах при виготовленні біологічно-активних речовин і вакцин.

Відомий апарат для культивування клітин містить циліндричний корпус з технологічними патрубками, пустотілий вал з регульованим по частоті обертання приводом, закріплену на валу мішалку у вигляді чотирьохланкового шарнірного механізму з перемішуючими елементами, фільтр і аератор.

Недоліки цього апарату полягають в складності конструкції внаслідок наявності в ній регульованого приводу і складної форми мішалки та забрудненні робочої рідини продуктами зносу, що виникають внаслідок механічного тертя в шарнірному механізмі.

Відома також конструкція, яка містить вертикально розташований циліндричний корпус з технологічними патрубками, розміщені в корпусі по його осі вал з радіально приєднаними до нього перемішуючими елементами у вигляді лопаток, привод і аератор.

Цей апарат простіший від попереднього, але він при перемішуванні не забезпечує активне змішування між собою придонних з верхніми та центральних з периферійними шарів, робочої рідини, що знижує ефективність перемішування (масообмін) і є його основним недоліком.

Відсутність активного змішування вказаних шарів уповільнює ріст клітин внаслідок нерівномірного розподілу живильних речовин (і клітин) по об’єму робочої рідини, що приводить до зниження продуктивності.

В основу пропонуємої моделі поставлена задача вдосконалення шляхом зміни форми та розташування перемішуючих елементів інтенсифікується при перемішуванні змішування між собою придонних з верхніми та центральних з периферійними шарів робочої рідини, що прискорює ріст клітин і приводить до зростання продуктивності.

Поставлена задача вирішується тим, що в АК, який містить вертикально розташований циліндричний корпус з технологічними патрубками, розміщений в корпусі вал з перемішуючими елементами, привод і аератор, згідно з корисною моделлю новим є те, що перемішуючі елементи виконані у вигляді циліндричних трубок, які похило розташовані до осі вала.

Вказана відмітна ознака дозволяє інтенсифікувати при перемішуванні змішування між собою різних по щільності придонних з верхніми та центральних з периферійними шарами робочої рідини, що підвищує рівномірність перемішування робочої рідини по її об’єму, а це прискорює ріст клітин і приводить до зростання продуктивності.

Сутність апарату пояснюється кресленням, на якому схематично зображено пропонуємий АК, поздовжній розріз:

АК містить вертикально розташований циліндричний корпус 1 з патрубком 2 для введення живильної рідини і посівного матеріалу, патрубком 3 для видалення готового продукту, патрубком 4 для видалення відпрацьованого газу і патрубком 5 з аератором 6. В корпусі 1 вздовж його осі розташований вал 7 з приводом у вигляді мотор-редуктора 8 та радіально приєднаними, наприклад, за допомогою стрижнів 9, перемішуючими елементами 10. Перемішуючі елементи 10 виконані у вигляді трубок довжиною «l» і внутрішнім діаметром «d», які похило, під кутом «α», розташовані до осі вала 7 і повністю занурені в робочу рідину 11.

Працює АК наступним чином. В корпус 1 попередньо простерилізованого АК через патрубок 2 вводять живильну рідину і посівний матеріал (інокулят), після чого в сепаратор 6 через патрубок 5 подають газ для аерації культурального середовища і вмикають мотор-редуктор 8, який приводить в обертання вал 7 з перемішуючими елементами 10. Обертаючись, перемішуючі елементи 10, здійснюють тиск на робочу рідину 11 і перемішують її. При цьому, в робочій рідині, яка заповнює виконані у вигляді трубок перемішуючі елементи 10, виникають, внаслідок обертання, відцентрові сили з рівнодіючими 12, проекції яких 13 викликають переміщення робочої рідини по порожнинам перемішуючих елементів з її придонних та центральних шарів в приповерхневі і периферійні шари, як це показано на кресленні стрілками. Трубки, подібно насосу, перекачують через свою порожнину робочу рідину. Перетікання робочої рідини через порожнини перемішуючих елементів (трубок) 10, що відсутнє в прототипі, викликає додаткове її змішування, а це поліпшує життєдіяльність клітин і приводить до зростання продуктивності. Крім цього, зменшуються витрати енергії на перемішування, оскільки циліндрична форма перемішуючих пристроїв, в порівнянні з плоскою формою, в прототипі, забезпечує, за інших рівних умов, суттєве зменшення лобового опору при переміщенні перемішуючих елементів в робочій рідині.

По закінченні процесу культивування зупиняють привод 8, а готовий для подальшого використання продукт зливають через патрубок 3.