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

Національний технічний університет України «КПІ»

КУЛЬТИВУВАННЯ МІКРООРГАНІЗМІВ БЕЗ

ПЕРЕМІШУЮЧОГО ПРИСТРОЮ

Виготовлення біологічно активних речовин, а також вакцин, здійснюється в рідинних середовищах кількісний і якісний склад яких залежить від багатьох параметрів, характер змін котрих регулюється автоматично, або напівавтоматично.

Відомі технічні реалізації таких пристроїв містять незмінно, окрім іншого, механічні перемішувачі, наприклад, лопаткового типу. До головного недоліку, можна сказати принципового значення, слід віднести перемішування робочої рідини з повітрям, що зменшує наявність в ній необхідної кількості кисню і, відповідно, уповільнює ріст мікроорганізмів.

До параметрів, які підлягають регулюванню слід віднести забезпечення зазначеної температури суміші, масообмін, заходи щодо боротьби та видалення піноутворення, аерацію середовища тощо.

Тепломасообмін має на меті створення, по суті справи, ізотропної структури у всьому об’ємі. Зважаючи на це, технічні реалізації перемішуючих пристроїв мають довгий ряд класифікації, який включає в себе і види енергії, і типи двигунів, і різномаіття геометрії та кінематичних характеристик, нарешті, синтез цих якостей у відповідному відсотку схеми.

Відносно піноутворення, то ця проблема повинна теж вирішуватися і, взагалі, суттєво пов’язана з характером і принципом дії перемішуючого пристрою . Слід зазначити, що задача ускладнюється наявністю досить широкого діапазону в’язкості середовища, динамічних характеристик перемішуючого пристрою тощо. Таким чином, цей параметр обмежує, з одного боку, засоби боротьби з піноутворенням, з іншого – активність пінотворення та ступінь ефективності процесу піногасіння.

Перемішуючі пристрої мають бути такими, щоб не завдавати шкоди мікроорганізмам, але і одночасно вирішувати задачі тепломасообміну.

Тож вдосконалення процесу пішло шляхом створення і обладнання кінців трубопроводу додатковими конструктивними елементами систем перемішування робочої рідини з повітрям, маючи на меті забезпечення росту продуктивності процесу. Наприклад, встановлюючи в нижній частині гнучкий трубопровід, який з’єднує дві камери з робочою рідиною. Таким чином, за зворотньо-поступального руху цих камер у вертикальній площині здійснюється виливання долі робочої рідини в ту частину об’єму, яка заповнена повітрям. Це призводить до більш інтенсивного збагачення рідини киснем і, загалом, до росту продуктивності процесу.

Пропонуєма конструкція зображена на рис. 1. Вона містить дві камери 1, 2, які з’єднані в нижній частині між собою гнучким трубопроводом 3 з пристроєм 4 для зливання і заливання робочої речовини. Камери 1, 2 обладнані розташованими в їх верхніх частинах пристроями 5 для подачі стерильного повітря та приєднані до приводу їх зворотно-поступального переміщення в вертикальній площині. Привод містить реверсивний мотор-редуктор 6 з блоком керування 7 та барабаном 8, який охоплює перекинутий через блоки 9 і приєднаний до камер 1, 2 трос 10.

Кінці трубопроводу 3 обладнані приєднаними до них трубками 11, 12, які мають отвори 13, 14 на приєднувальних кінцях. Кінці трубок 11, 12 розташовані в нижній і верхній частинах камер, а їх отвори 13, 14 забезпечують, вільне перетікання робочої рідини між камерами. Трубки 11, 12 можуть бути виконані як одне ціле з трубопроводом 3 (не показано).

Працює установка наступним чином.

Попередньо простерилізовані і заправлені приблизно на половину свого об’єму живильною рідиною з інокулятором (робоча рідина) камери 1, 2 вмиканням мотор-редуктора 6 приводяться в зворотно-поступальний рух (переміщення) і здійснюють культивування поміщених в них культур мікроорганізмів. При переміщенні робоча рідина по трубопроводу 3 перетікає з однієї камери в іншу, наприклад, з камери 1 в камеру 2. Витікаючи через отвір 13 з камери 1 робоча рідина трубкою 12 зливається в камеру 2. При цьому,

частина рідини зливається в отвір 14 в нижню частину камери 2, а інша частина рідини внаслідок інерції продовжує рухатися по трубці 12 і витікає у верхній частині камери в об’єм 15 повітря у вигляді струмків 16, де її частинки, наприклад, одна з них 17, додатково насичуються повітрям та перемішуються між собою. Перетікання рідини в зворотньому напрямку відбувається аналогічно.

На відміну від відомих конструкцій, виливання робочої рідини в камери здійснюється двома потоками, один з яких розташований в об’ємі повітря. Таким чином, насичення рідини повітрям і її перемішування зростають, що стимулює ріст мікроорганізмів і приводить до зростання продуктивності.

Таким чином, задача, яку поставили автори перед собою, вирішується. Запропонована схема приваблива тим, що має цілком прозорі напрямки удосконалення.