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

Костик С.І., Шибецький В.Ю.

Національний технічний університет України «КПІ»

ПЕРЕМІШУЮЧИЙ ПРИСТРІЙ З НЕНУЛЬОВОЮ

КРИВИЗНОЮ ЛОПАТОК

Головне призначення перемішуючих пристроїв полягає в забезпеченні режиму культивування клітин за умови мінімально припустимого ризику виникнення градієнта температури біомаси по всьому об’єму. З іншого боку, наявність обертаючихся елементів ніяким чином не повинна призводити до руйнування оболонок живих організмів. Таким чином, постає задача узгодження в апараті першої і другої складової з метою максимального забезпечення росту його продуктивності.

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

Відома конструкція апарату для культивування клітин, яка містить корпус з технологічними патрубками і розміщений по осі корпусу пустотілий вал імпульсного привода з втулкою, до якої приєднаний перемішуючий елемент у формі чотирьохланцюгового шарніра з лопатками на кінцях та з′єднаний з порожниною і рухомою втулкою шарніра фільтруючий елемент, а також аератор. Недолік цього апарату полягає в низькій продуктивності.

Зазначений недолік обумовлений тим, що при зменшенні числа обертів вала знижується інтенсивність перемішування і клітини не забезпечуються у достатній кількості киснем, що уповільнює їх розвиток, а, отже, знижує продуктивність. Навпаки, при збільшенні числа обертів вала – перемішуючий елемент руйнує їх оболонки, що також обмежує зростання продуктивності. Крім того, цей апарат має складну конструкцію, що також слушно вважати іншим його недоліком.

Відома конструкція апарату, який містить циліндричний корпус з відбиваючими перегородками і технологічними патрубками, розміщений вздовж осі корпусу вал з радіально розташованими плоскими перемішуючими лопатками, аератор і привод. Цей апарат є найбільш близьким до пропонуємої моделі за технічною суттю та досягаемим ефектом.

Недолік його полягає в завеликих втратах енергії (енергозатрати) на перемішування робочої рідини, що обумовлене плоскою формою лопаток. Окрім іншого, це збільшує вартість продукту.

В основу пропонуємої моделі поставлена задача вдосконалення апарату шляхом зміни форми лопаток. Це забезпечує зменшення втрат енергії на перемішування робочої рідини і знижує, відповідно, вартість використання.

Поставлена задача вирішується тим, що в апараті, який містить циліндричний корпус з технологічними патрубками, розміщений вздовж осі корпусу вал з радіально розташованими перемішуючими лопатками, аератор і привод, згідно пропонуємої моделі, новим є те, що лопатки виконані в формі напівсфер, які опуклою стороною розташовані в напрямку обертання вала.

Використання лопаток в у вигляді напівсфер, замість плоскої форми, забезпечує зменшення в декілька разів (за інших рівних умов) їх лобового гідравлічного опору і, відповідно, витрати енергії на перемішування робочої рідини, тобто, в підсумку, вартість використання.

Нам рис. 1 схематично зображено пропонуєму конструкцію: на рис. 2 – переріз А-А на рис. 1.

Апарат містить циліндричний корпус 1 з патрубком 2 для введення живильної рідини і посівного матеріалу, патрубком 3 з аератором 4, патрубком 5 для видалення культуральної рідини і патрубком 6 для відводу відпрацьованого газу. Вздовж осі корпусу 1 розташований приєднаний до привода (мотор - редуктора) 7 вал 8 з перемішуючими лопатками 9. Лопатки 9 виконані в формі напівсфер (рис. 2) радіусом «R» і опуклою стороною напрямлені в бік обертання «ω» вала 8. Лопатки 9 можуть мати центральні отвори 10 для усунення застійних зон в їх порожнині.

Працює апарат наступним чином. В корпус 1, попередньо простерилізований, через патрубок 2 вводять живильну рідину і посівний матеріал (інокулят). Після цього в аератор 4 подають газ для аерації культурального середовища і включають привод 7. Він обертає вал 8 з лопатками 9, які тиснуть на робочу рідину 1, здійснюють її перемішування. За цих умовах робоча рідина гальмує лопатки 9, тобто викликає гідравлічний опір лопаткам, і розтікається по їх робочому периметру. Оскільки лопатки 9 мають сферичну форму робочої поверхні, замість плоскої, гідравлічний опір робочої рідини (сила F), характеризуємий коефіцієнтом лобового опору лопаток, зменшується в декілька разів.

Зменшення рівня лобового опору лопаток суттєво обмежує втрати енергії на перемішування робочої рідини і, в підсумку, знижує вартість продукту.

По закінченню процесу культивування, зупиняють привод 7, готовий для подальшого використання продукт зливають через патрубок 5.