Мельник В.М., Тривайло М.С., Карачун В.В., Заброда А.О.

Національний технічний університет України «КПІ»

лАБОРАТОРНИЙ ФЕРМЕНТЕР

Пропонуєма конструкція відноситься до біотехніки, а саме, до лабораторних ферментерів і може бути використана для культивування мікроорганізмів.

Відома технічна реалізація лабораторного ферментера (ЛФ), який містить виконаний з прозорого матеріалу корпус в формі порожнистого овального кільця з поперечною перемичкою та патрубками для подачі стерильного і відведення відпрацьованого повітря (А. с. СССР №1784043, С12М1/04, 1992). Недоліки цього ЛФ полягають у великих габаритах та матеріалоємності.

Найбільш близьким до корисної моделі за технічною суттю та досягаємим ефектом є ЛФ, який містить виготовлений з прозорого матеріалу циліндричний стаканоподібний корпус з вертикальною перегородкою, кришку і патрубки для подачі стерильного та відведення відпрацьованого повітря (патент України на корисну модель, №40140, С12М1/34, 2009). Його недолік полягає у відносно низькій продуктивності внаслідок пасивного перемішування (масообміну) робочої рідини, яке обумовлене її переміщенням з постійною швидкістю при перемішуванні.

В основу пропонуємої конструкції поставлена задача підвищення ефективності перемішування робочої рідини шляхом забезпечення її руху із змінною швидкістю, що прискорює ріст мікроорганізмів і приводить до зростання продуктивності.

Поставлена задача вирішується тим, що в ЛФ, який містить виготовлений з прозорого матеріалу циліндричний стаканоподібний корпус з вертикальною перегородкою, кришку і патрубки для подачі стерильного та відведення відпрацьованого повітря, згідно моделі новим є те, що він обладнаний додатковою перегородкою, яка має хвилеподібну форму по своїй довжині і розміщена прилегло до вертикальної перегородки вузькою гранню.

Зазначені відмітні ознаки забезпечують при перемішуванні робочої рідини її рух із змінною швидкістю, що відсутнє в найближчому аналозі і інтенсифікує процес перемішування. Як наслідок, прискорюється ріст мікроорганізмів, що в свою чергу слугує роступродуктивності.

На рис 1 схематично зображений заявляємий ЛФ, загальний вигляд; на рис. 2 – вигляд збоку на рис. 1; на рис. 3 – переріз А-А на рис. 1.

ЛФ містить вертикально розташований циліндричний стаканоподібний корпус 1 з вертикальною перегородкою 2 і кришкою 3, а також розміщені в кришці патрубки 4, 5 для подачі стерильного та відведення відпрацьованого повітря. Вертикальна перегородка 2 розташована в діаметральній площині корпусу 1 і розміщена дистанційно відносно дна 6 корпусу та кришки 3, утворюючи з ними відповідно зазори Н₁, Н₂.

Корпус 1 обладнаний додатковою перегородкою 7. Додаткова перегородка 7 по своїй довжині L має хвилеподібну форму (рис. 2) і вузькою гранню шириною В розміщена прилегло до вертикальної перегородки 2, а тому утворює на одній із сторін перегородки 2 канали 8, 9 із змінною шириною С_х, а отже, і площею поперечного перерізу по довжині L.

Для забезпечення можливості візуальних спостережень, променевої стерилізації та оптичних вимірювань параметрів робочої рідини (біомаси) корпус 1 виконаний з прозорого матеріалу, наприклад, із скла.

Працює ЛФ наступним чином. Спочатку попередньо простерилізований ЛФ заповнюють живильною рідиною 10 до рівня, який перевищує рівень перегородки 2 на величину Н₃ і вносять необхідну культуру мікроорганізмів (робоча рідини). Потім через патрубок 4, відкриттям його крану 11, в придонну частину корпусу 1 подають стерилізоване повітря. Повітря у вигляді численних бульбашок 12 проходить через прилеглий до перегородки 2 з однієї її сторони шар 13 робочої рідини і утворює з нею рідиноповітряну суміш, яка легша від рідини, що знаходиться в каналах 8, 9 з іншої сторони перегородки. Різна щільність (питома вага) робочої рідини з протилежних сторін перегородки 2 викликає її циркуляцію 14 через зазори Н₁, Н₂ навколо цієї перегородки по замкненому контуру. При цьому, в каналах 8, 9 робоча рідина переміщається з періодично змінною швидкістю V_x, оскільки вони внаслідок хвилеподібної форми перегородки 7 мають періодично змінну ширину С_х, а отже і площу поперечного перерізу, по своїй довжині L. Циркуляція робочої рідини відбувається до тих пір, доки повітря надходить в частину 13 робочої рідини і приводить до інтенсивного її перемішування у всьому об`ємі. Відпрацьоване повітря через патрубок 5 виходить в навколишне середовище.

Оскільки при циркуляції робоча рідина в каналах 8, 9, тобто на частині шляху свого руху, переміщується зі змінною швидкістю, замість постійної швидкості в найближчому аналозі, то інтенсивність масообміну в ферментері зростає, а це прискорює ріст мікроорганізмів і слугує підвищенню продуктивності.