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

Шибецький В.Ю., Костик С.І.

Національний технічний університет України «КПІ»

ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ КУЛЬТИВУВАННЯ

МІКРООРГАНІЗМІВ В РІДИННОМУ СЕРЕДОВИЩІ

Технологічний процес виготовлення біологічно активних речовин (або вакцин) передбачає механічне перемішування робочої рідини з метою активізації росту мікроорганізмів. Причому, ефективність процесу суттєво залежить від наявності застійних зон.

Відома технічна реалізація для культивування мікроорганізмів містить похило встановлену на рамі з можливістю обертання навколо своєї осі платформу з штирями (пальцями, стержнями) на торці, розташовані з зазором (для струшування) між штирями циліндричні в поперечному перерізі ємності для розміщення робочої рідини і привод. Її недолік полягає в підвищених рівнях віброактивності і шуму, які виникають внаслідок наявності зазорів між штирями платформи та ємностями.

Відомий також пристрій, який містить горизонтально встановлений на рамі з можливістю обертання в вертикальній площині барабан з поздовжніми секціями і розташовані в секціях барабана паралельно його осі циліндричні в поперечному перерізі ємності для розміщення робочої рідини, а також привод. Цей варіант є найбільш близький до пропонуємого технічного рішення.

Його недолік полягає в досить низькій ефективності перемішування робочої рідини, що уповільнює ріст мікроорганізмів і приводить до зниження продуктивності. Цей недолік обумовлений тим, що ємності для розміщення робочої рідини в поперечнім перерізі мають круглу циліндричну форму, а тому, не забезпечують при обертанні зміну форми (і розмірів) об’єму робочої рідини.

В основу пропонуємої моделі покладено задачу вдосконалення пристрою, в якому шляхом зміни форми поперечного перерізу ємностей для розміщення робочої рідини забезпечується зміна форми (і розмірів) об’єму робочої рідини при обертанні ємностей. Внаслідок цього інтенсифікується масообмін в біомасі, що приводить до зростання продуктивності.

Технічно, поставлена задача вирішується тим, що в пристрої, який містить горизонтально встановлену на рамі з можливістю обертання у вертикальній площині барабан з поздовжніми секціями і розташовані в секціях барабана ємності для розміщення робочої рідини, а також привод, згідно з пропонуємою моделлю новим є те, що ємності для розміщення робочої рідини в поперечному перерізі мають форму багатокутника або овалу. Надання ємностям для розміщення робочої рідини багатокутної або овальної в поперечному перерізі форми забезпечує при їх обертанні багатоциклову зміну форми об’єму робочої рідини, що викликає додаткове її перемішування і, в свою чергу, активізує ріст мікроорганізмів, що приводить до зростання продуктивності.

На рис. 1 схематично зображений пропонуємий пристрій, на рис. 2 – переріз А-А на рис. 1; на рис. 3 – зміна форми об’єму робочої рідини при повороті барабана на 90 ⁰.

Пристрій для культивування містить горизонтально встановлений на рамі 1 з можливістю обертання навколо своєї осі барабан 2 з секціями 3, 4, в яких розташовані ємності 5 для розміщення робочої рідини 6. Барабан 2 виконаний у вигляді відкритого з одного кінця короба 7 з поздовжньою перегородкою 8 і приєднаний днищем до обертаючого від приводу 9 вала 10. Ємності 5 в поперечному перерізі мають форму багатокутника 11 або овалу 12 (шириною а та висотою в ) і зафіксовані від зміщень в секціях 3, 4 барабана 2 елементами фіксації 13.

Крім показаних на кресленнях, барабан 2 може мати іншу відому форму та декілька перегородок 8, а також похиле розташування.

Працює пристрій наступним чином. Після заправки простерилізованих ємностей 5 робочою рідиною 6 (живильна рідина і посівні матеріали) їх поміщають в секції 3, 4 барабана 2, закріплюють фіксуючими елементами 13 від зміщень і вмикають привод 9, внаслідок чого барабан 2 разом з ємностями 3, 4 приходять в обертовий рух.

При обертанні відбувається переливання робочої рідини по стінках ємностей 3, 4, що викликає її перемішування. При цьому, одночасно з переливанням, відбувається циклічна (періодична) зміна розмірів ( і форми) робочої рідини в поперечному перерізі її об’єму. Так, наприклад, при повороті барабана 2 з початкового (рис. 2) положення на 90 ⁰ (рис. 3) поперечний переріз об’єму робочої рідини ємності 11 змінюється з прямокутної розмірами “” на прямокутну з розмірами “”, а в ємності 12 – з півовальної “” на півовальну з розмірами “”. Вказана зміна розмірів і форми робочої рідини в поперечному перерізі викликає її додаткові переміщення в радіальних напрямках, завдяки чому зростає інтенсивність перемішування як самої рідини так і контактуючого з нею газу (повітря).

Зростання інтенсивності перемішування (масообміну) прискорює ріст мікроорганізмів, що приводить, природно, до зростання продуктивності процесу культивування.