Биореактор для культивирования аэробных бактерий (варианты)

Группа полезных моделей относится к устройствам для культивирования микроорганизмов и может быть использована в микробиологической промышленности. Задачей является разработка биореактора для культивирования аэробных бактерий, обеспечивающего за счет барботажа воздухом высокую и однородную насыщенность культуральной жидкости воздухом и интенсивность ее массообмена по кислороду. Биореактор содержит вертикальный полый корпус с теплообменной рубашкой и герметично закрываемой крышкой, необходимые технологические патрубки: для подачи в емкость корпуса питательной среды, посевного материала, пеногасителя, подачи стерильного воздуха, отвода газов, взятия проб культуральной жидкости, регулирования ее кислотности, слива готового бактериального препарата, регулирования температуры за счет циркуляции теплоносителя в корпусе теплообменной рубашки, причем внутри корпуса с помощью направляющих, соосно с ним и с зазором от дна установлен диффузор, в нижней части которого расположен барбатер. При этом отношение диаметра корпуса к его высоте составляет от 1:3 до 1:6, диаметр диффузора составляет 0,4-0,6 диаметра корпуса, высота диффузора составляет 0,5-0,8 высоты корпуса, зазор между дном корпуса и нижним краем диффузора составляет 0,1-0,2 диаметра корпуса. В одном варианте биореактора барбатер выполнен в виде подводящей воздух трубы со съемной полой насадкой на конце высотой 5-10 мм, которая сверху имеет один или несколько диспергаторов воздуха с микроотверстиями диаметром не более 0,3 мм и расстояниями между ними 3-5 мм, при этом площадь диспергатора (диспергаторов) с перфорацией составляет, соответственно, не менее 1-2,5% площади поперечного сечения диффузора. В другом варианте биореактора барбатер выполнен в виде подводящей воздух трубы с разветвителем, т.е. с отходящими в стороны отводами, на концах которых закреплены съемные полые насадки высотой 5-10 мм, каждая из которых сверху снабжена диспергатором воздуха с микроотверстиями диаметром не более 0,3 мм и расстояниями между ними 3-5 мм, причем общая площадь диспергаторов с перфорацией составляет, соответственно, не менее 1-2,5% площади поперечного сечения диффузора. В частных случаях, в обоих вариантах выполнения биореактора, его корпус может быть установлен на раму с колесами, или диспергаторы воздуха могут быть выполнены съемными с насадок, либо закрепленными на них несъемно (например, приварены), либо выполненными заедино с насадками. Таким образом, при указанных соотношениях размеров элементов биореактора, установленный соосно с корпусом диффузор, разделяет емкость корпуса на зоны восходящего и нисходящего потоков культуральной жидкости с возможностью их циркуляции, в частности за счет разницы высот диффузора и корпуса, а также наличия зазора, образованного между дном корпуса и нижним краем диффузора, а конструкция барбатера обеспечивает эту циркуляцию за счет барботажа воздухом.

Группа полезных моделей относится к устройствам для культивирования микроорганизмов и может быть использована в микробиологической промышленности.

В настоящее время известны устройства для культивирования микроорганизмов, основанные на различных принципах работы, т.к. биореакторы (ферментаторы) составляют основу биотехнологического производства.

Так, например, известно авторское свидетельство СССР 1441776 на изобретение «Аппарат для выращивания микроорганизмов» по заявке 4109379 с приоритетом от 17.06.1986 г., МПК С12М 1/02, опубликовано 27.11.1995 г.

В этом изобретении описан аппарат для глубинного культивирования микроорганизмов в аэробных условиях, который включает вертикальную емкость с крышкой, равномерно расположенные по ее периферии циркуляционные трубы, снабженные коническими отражателями, размещенные под трубами аэраторы, подключенные к коллектору сжатого воздуха, и воздуховод для подачи наружного воздуха внутрь емкости. В предложенном аппарате с целью улучшения условий выращивания путем интенсификации испарительного охлаждения, между выпускным отверстием каждой циркуляционной трубы и коническим отражателем установлены с зазором одна над другой расширяющиеся кверху конические тарелки, имеющие центральные отверстия, уменьшающиеся по высоте, и отбортовки на больших основаниях, при этом воздуховод для подачи наружного воздуха на выходном участке снабжен системой лопаток для закручивания потока воздуха, расположенных на уровне выпускных участков циркуляционных труб, а под крышкой емкости по ее оси установлено устройство для распыливания питательной среды, вокруг которого к стенке емкости прикреплена кольцевая направляющая перегородка. Устройство для распыливания питательной среды может быть выполнено в виде центробежного роторного распылителя, состоящего из перфорированной цилиндрической обечайки с прикрепленными к ней отражательными пластинками, либо может быть выполнено в виде щелевой форсунки, состоящей из ряда коаксиально расположенных рассекателей, соединенной трубопроводом с коллектором сжатого воздуха.

Конструкция аппарата обеспечивает хорошие условия выращивания микроорганизмов путем интенсификации испарительного охлаждения культуральной жидкости и питательной среды в аппарате, однако является очень сложной при практическом использовании.

Известен также патент РФ 2135579 на изобретение «Аппарат для суспензионного культивирования клеток тканей и микроорганизмов», по заявке 98117375 с приоритетом от 22.09.1998 г., МПК С12М 1/02, С12М 3/00, опубликовано 27.08.1999 г.

Описанный аппарат содержит цилиндрическую емкость с крышкой и патрубками соответственно для подачи аэрирующего газа и отвода газообразной среды и устройство для аэрации и перемешивания среды. Оно включает горизонтальное лопастное колесо, укрепленное на вертикальном полом валу и размещенное в верхней части емкости непосредственно под крышкой, кольцевую перегородку, установленную в цилиндрической емкости соосно лопастному колесу с образованием зазора между цилиндрической стенкой емкости и кольцевой перегородкой, и механизм стабилизации положения кольцевой перегородки относительно поверхности суспензии клеток (жидкой фазы), выполненный в виде направляющих элементов и поплавков, расположенных на кольцевой перегородке. Направляющие элементы механизма стабилизации положения кольцевой перегородки относительно поверхности жидкости прикреплены посредством стоек к верхней поверхности кольцевой перегородки или к верхней и нижней поверхностям кольцевой перегородки и выполнены съемными в виде аэродинамически профилированных и радиально ориентированных относительно кольцевой перегородки лопаток с плоской верхней и выпуклой нижней поверхностями типа "антикрыло". Лопатки снабжены узлами изменения угла атаки относительно набегающего потока газа или жидкости и крепления лопаток к стойкам на кольцевой перегородке и под ней. Узлы изменения угла атаки лопаток относительно набегающего потока газа или жидкости и крепления лопаток к стойкам на кольцевой перегородке и под ней выполнены в виде зажимных механизмов. При расположении лопаток на кольцевой перегородке над поверхностью суспензии клеток угол атаки лопаток относительно набегающего потока газа составляет от -15° до -90°, а при расположении лопаток в жидкости под кольцевой перегородкой угол атаки лопаток относительно набегающего потока жидкости составляет от 0 до -35°. Поплавки механизма стабилизации положения кольцевой перегородки относительно поверхности жидкой фазы выполнены в теле этой перегородки или выполнены в виде усеченных неравнобоких пирамид, ориентированных усеченными вершинами в сторону кольцевой перегородки, и прикреплены к стойкам между лопатками и кольцевой перегородкой с зазором относительно кольцевой перегородки и лопаток. Кольцевая перегородка погружена в суспензию клеток на глубину, равную Н=0,02-0,09 (D₁-D₂), где D₁ - диаметр кольцевой перегородки, D₂ - диаметр осевого отверстия кольцевой перегородки.

Конструкция аппарата обеспечивает возможность культивирования клеток или микроорганизмов, имеющих разную потребность в кислороде, а также позволяет достигнуть высокой их концентрации в суспензии, однако является очень сложной при практическом использовании.

Известен также патент РФ 2039811 на изобретение «Аппарат для выращивания микроорганизмов» по заявке 4826448 с приоритетом от 09.04.1990 г., МПК С12М 1/02, опубликовано 20.07.1995 г. Указанный аппарат содержит вертикальный цилиндрический корпус с теплообменной рубашкой, необходимыми технологическим патрубками, люком-лазом, с разметенными в нем у днища аэратором, теплообменником и вертикальным валом с мешалками и их приводом. В аппарате корпус выполнен целиком из трубы, расположенной в виде змеевика, витки которого сварены один с другим и образуют стенку корпуса, днище и верхнюю его часть или только стенку, или корпус выполнен в виде отдельных змеевиковых секций из труб, скрепленных перемычками, при этом труба или трубы секций снабжены патрубками для подвода и отвода стерилизующего пара и хладагента.

Такая конструкция позволяет повысить производительность аппарата путем увеличения заполнения его корпуса и увеличения теплосъема, а также его равномерности, однако является достаточно сложной в изготовлении. При этом наличие механических мешалок ведет к повышению требований по обеспечению стерильности, герметичности, надежности работы аппарата.

Известен также патент РФ 105622 на полезную модель «Устройство для активации и наращивания биопрепаратов» по заявке 2011100499 с приоритетом от 11.01.2011 г., МПК С12М 1/00, опубликовано 20.06.2011 г.

Данное устройство включает вертикальный корпус, инокулятор, аэрирующее устройство и перемешивающее устройство, которое также снабжено терморегулятором, биофильтрами для воды и воздуха, а также емкостью для питательной среды и емкостью для биогенных компонентов, при этом инокулятор, емкость для питательной среды и емкость для биогенных компонентов соединены с вертикальным корпусом трубопроводами с дозаторами, вертикальный корпус выполнен герметичным, двухслойным с размещенным между слоями терморегулятором, биофильтр для воды расположен на вертикальном герметичном корпусе, а аэрирующее устройство расположено в нижней части вертикального герметичного корпуса и соединено с биофильтром для воздуха. Недостатком устройства является то, что оно в работе не обеспечивает однородности насыщения питательной среды кислородом, а также высокой интенсивности массообмена по кислороду.

Известно свидетельство 28870 на полезную модель «Ферментатор» по заявке 202101169 с приоритетом от 21.01.202 г., МПК С12М 1/00, опубликовано 20.04.2003 г.

Ферментатор содержит вертикальную емкость с барбатером и диффузором, разделяющим ее на зоны восходящего и нисходящего потоков культуральной жидкости, технологические патрубки и массообменное устройство, причем массообменное устройство выполнено в виде системы рециркуляции культуральной жидкости включающей установленные по высоте емкости струйные распылители, соединенные с насосом. Барбатер расположен в нижней части диффузора, выполнен лучевидным, обтянут синтетической тканью.

Описанная конструкция за счет подачи воздуха непосредственно в диффузор несколько улучшает массообмен, однако для обеспечения достаточной его интенсивности ферментатор содержит громоздкую систему струйных распылителей, соединенных с насосом.

Известен также патент РФ 2021346 на изобретение «Аппарат для выращивания микроорганизмов» (заявка 5015759) с приоритетом 08.07.1991 МПК С12М 1/02, С12М 1/04, опубликовано 15.10.1994 г.(прототип).

Аппарат предназначен для использования на предприятиях по производству кормовых дрожжей, белково-витаминных концентратов и пр. микробиологических продуктов. Аппарат содержит вертикальную емкость с расширенной верхней частью, циркуляционные трубы, расположенные вне емкости и подключенные к верхней и нижней частям емкости, теплообменные устройства, совмещенные с циркуляционными трубами, аэрирующее устройство, расположенное в нижней части емкости. Внутри емкости по ее оси установлена циркуляционная труба с равномерно расположенными по всей высоте ее стенки отверстиями для прохода среды, над которыми с внутренней стороны трубы укреплены отражательные щитки, отогнутые вниз, а в образованном кольцевом промежутке с внешней стороны циркуляционной трубы размещены дополнительные теплообменные устройства, под которыми расположено аэрирующее устройство в виде кольца, расположенного между нижним срезом циркуляционной трубы и нижними выходными участками внешних циркуляционных труб, при этом нижние выходные участки расположены у дна емкости таким образом, что между ними и дном образовано свободное пространство для осаждения и сбора шлама.

Наличие внутри корпуса циркуляционной трубы с отверстиями по всей высоте обеспечивает перемешивание питательной среды при любом объеме заполнения на начальных этапах работы и позволяет в более короткий срок выводить аппарат на непрерывный режим и выдавать товарную продукцию.

Однако выполнение аэрирующего устройства в виде кольца (тора) в нижней части корпуса, где осаждается и собирается шлам, приводит к быстрому засорению его воздухоподающих отверстий, вплоть до полного «забивания», что приводит к необходимости частой прочистки аэратора, т.е. ухудшает эксплуатационные характеристики данного аппарата.

Таким образом в аналогах перемешивание питательной среды осуществляется за счет барботажа воздухом либо с помощью механических мешалок.

Перемешивание с помощью механических мешалок означает наличие в питательной среде с микроорганизмами вращающихся деталей, что ставит вопросы обеспечения герметичности, стерильности, надежности их работы.

При перемешивании питательной среды за счет барботажа воздухом известные конструкции, как правило, не обеспечивают однородной насыщенности кислородом питательной среды и высокой интенсивности массообмена по кислороду. Конструкция аэратора в аппарате-прототипе частично решает эти задачи, но при этом ухудшает его эксплуатационные характеристики.

Задачей заявляемой группы полезных моделей является разработка биореактора для культивирования аэробных бактерий, обеспечивающего за счет барботажа воздухом высокую и однородную насыщенность культуральной жидкости кислородом и интенсивность ее массообмена по кислороду.

Задача решается за счет того, что биореактор содержит вертикальный полый корпус с теплообменной рубашкой и герметично закрываемой крышкой, необходимые технологические патрубки: для подачи в емкость корпуса питательной среды, посевного материала, пеногасителя, подачи стерильного воздуха, отвода газов, взятия проб культуральной жидкости, регулирования ее кислотности, слива готового бактериального препарата, подачи в корпус теплообменной рубашки и отвода из него теплоносителя, причем внутри корпуса с помощью направляющих соосно и с зазором от дна установлен диффузор, в нижней части которого расположен барбатер. При этом отношение диаметра корпуса к его высоте находится в пределах от 1:3 до 1:6, диаметр диффузора составляет 0,4-0,6 диаметра корпуса, высота диффузора составляет 0,5-0,8 высоты корпуса, зазор между дном корпуса и нижним краем диффузора составляет 0,1-0,2 диаметра корпуса.

В одном варианте барбатер выполнен в виде подводящей стерильный воздух трубы со съемной полой насадкой на конце высотой 5-10 мм, которая сверху имеет один или несколько диспергаторов воздуха с микроотверстиями диаметром не более 0,3 мм и расстояниями между ними 3-5 мм, при этом площадь диспергатора (диспергаторов) с перфорацией составляет соответственно не менее 1-2,5% площади поперечного сечения диффузора. Распределение и подача воздуха к каждому диспергатору происходит внутри полости насадки.

В другом варианте барбатер выполнен в виде подводящей стерильный воздух трубы с разветвителем, т.е. с отходящими в стороны отводами, на концах которых закреплены съемные полые насадки высотой 5-10 мм, каждая из которых сверху снабжена диспергатором воздуха с микроотверстиями диаметром не более 0,3 мм и расстояниями между ними 3-5 мм, причем общая площадь диспергаторов с перфорацией составляет соответственно не менее 1-2,5% площади поперечного сечения диффузора. В этом варианте распределение воздуха для его подачи к каждому из диспергаторов происходит в разветвителе, образованном отводами трубы, подводящей в корпус биореактора стерильный воздух, с последующей его подачей в полость соответствующей насадки.

При этом в обоих вариантах выполнения барбатера для удобства обслуживания диспергаторы воздуха могут быть выполнены съемными с насадок, либо закрепленными на них несъемно (например, приварены), либо выполненными заедино с насадками. Причем диспергаторы могут быть выполнены из того же материала, что и насадка (например, из пористой нержавеющей стали), либо из другого материала по сравнению с насадкой (например, насадка выполнена из нержавеющей стали, а диспергаторы - из фторопласта).

В биореакторе с помощью необходимых технологических патрубков осуществляют подачу через герметичную крышку в емкость корпуса питательной среды, посевного материала, пеногасителя, веществ для регулирования кислотности культуральной жидкости, отвода образующихся газов, через патрубки внизу корпуса - подачу стерильного воздуха, взятие проб культуральной жидкости, слив готового бактериального препарата, через патрубки в корпусе теплообменной рубашки для регулирования температуры - подачу в него теплоносителя, т.е. пара или горячей воды и отвод из него охлажденной воды.

Диффузор установлен с помощью направляющих внутри корпуса соосно с ним и при работе биореактора разделяет емкость корпуса на зоны восходящего и нисходящего потоков культуральной жидкости. При этом разность высот корпуса и диффузора, а также зазор, образованный между дном корпуса и нижним краем диффузора, способствуют циркуляции культуральной жидкости в корпусе биореактора. Выполнение диффузора с направляющими и насадок барбатера съемными повышает удобство использования биореактора.

Все соотношения конструктивных элементов биореактора получены экспериментально. При этом соотношения высот корпуса и диффузора, их диаметров, установка диффузора с указанным зазором между его нижним краем и дном корпуса, а также конструкция барбатера, выполненного по любому из указанных вариантов и установленного в нижней части диффузора, позволяют обеспечить за счет высокой интенсивности барботажа хорошую циркуляцию культуральной жидкости, равномерную ее насыщенность воздухом, т.е. обеспечить необходимый для культуральной жидкости массообмен по кислороду.

В частном случае, в обоих вариантах выполнения биореактора, его корпус установлен на раму с колесами, что позволяет при необходимости перемещать и поворачивать биореактор в помещении без использования подъемного крана

Таким образом, описанная конструкция биореактора, как в первом, так и во втором вариантах исполнения, позволяет обеспечить высокую интенсивность барботажа и равномерную насыщенность культуральной жидкости воздухом с необходимым массообменом по кислороду.

Заявляемая конструкция биореактора поясняется чертежами.

На фиг.1 представлена схема биореактора в 1-м варианте выполнения.

На фиг.2 представлена схема биореактора во 2-м варианте выполнения.

Биореактор в обоих вариантах исполнения (фиг.1, 2) в общем случае содержит вертикальный полый корпус 1 с теплообменной рубашкой 2 и герметично закрываемой крышкой 3, необходимые технологические патрубки 4-8, установленный с помощью направляющих 9 диффузор 10, в нижней части которого расположен барбатер 11, причем диффузор 10 установлен соосно с корпусом 1 и с образованием зазора между дном корпуса 1 и нижним краем диффузора 10. Технологические патрубки 4 служат для подачи в емкость корпуса 1 сверху питательной среды, посевного материала, пеногасителя, веществ для регулирования кислотности, патрубок 5 служит для подачи снизу корпуса 1 стерильного воздуха для барботажа, патрубок 6 - для отвода в верхней части корпуса 1 газов, патрубок 7 внизу корпуса 1 предназначен для взятия проб культуральной жидкости и слива готового бактериального препарата, впускной и выпускной патрубки 8 служат для подачи в корпус и, соответственно, отвода из корпуса теплообменной рубашки 2 теплоносителя.

При этом диаметр корпуса 1 относится к его высоте от 1:3 до 1:6, диаметр диффузора 10 составляет 0,4-0,6 диаметра корпуса 1, высота диффузора 10 составляет 0,5-0,8 высоты корпуса 1, зазор между дном корпуса 1 и нижним краем диффузора 10 составляет 0,1-0,2 диаметра корпуса 1.

При этом в 1-м варианте общего случая исполнения биореактора (фиг.1) барбатер 11 выполнен в виде трубы 12, подводящей стерильный воздух под рабочим давлением (от внешнего воздушного компрессора) через патрубок 5, снабженной на конце съемной полой насадкой 13 высотой 5-10 мм, которая сверху имеет один или несколько диспергаторов воздуха 14 с микроотверстиями диаметром не более 0,3 мм и расстояниями между ними 3-5 мм, при этом площадь диспергатора (диспергаторов) 14 с перфорацией составляет, соответственно, не менее 1-2,5% площади поперечного сечения диффузора 10.

В частном случае выполнения 1-го варианта биореактора (фиг.1) корпус 1 установлен на раму 15 с колесами.

В других частных случаях выполнения 1-го варианта биореактора, диспергаторы (или один) воздуха 14 барбатера 11 могут быть выполнены съемными с насадки 13, или несъемными, или выполнены с насадкой 13 заедино.

Во 2-м варианте исполнения биореактора (фиг.2), он в общем случае содержит все составные части и элементы, имеющие на чертеже позиции 1-10, при этом барбатер 11 выполнен в виде трубы 16, подводящей стерильный воздух под давлением от внешнего источника (воздушного компрессора) через патрубок 5, с отходящими в стороны отводами (с разветвителем), на концах которых закреплены съемные полые насадки 17 высотой 5-10 мм, каждая из которых сверху снабжена диспергатором воздуха 18 с микроотверстиями диаметром не более 0,3 мм и расстояниями между ними 3-5 мм, причем общая площадь диспергаторов 18 с перфорацией на всех насадках 17 составляет, соответственно, не менее 1-2,5% площади поперечного сечения диффузора 10.

В частном случае выполнения 2-го варианта биореактора (фиг.2) корпус 1 установлен на раму 15 с колесами.

В других частных случаях выполнения 2-го варианта биореактора, диспергаторы воздуха 18 барбатера 11 могут быть выполнены съемными со своих насадок 17, или несъемными, или выполнены со своими насадками 17 заедино.

Заявляемый биореактор в 1-м варианте (фиг.1) в общем случае исполнения работает следующим образом.

Сначала осуществляют подготовку собранного биореактора к работе, для чего корпус 1 через соответствующий технологический патрубок 4 в крышке 3 заполняют питательной средой. Затем с помощью подачи пара в корпус теплообменной рубашки 2 через впускной патрубок 8 и отвода воды из теплообменной рубашки 2 через выпускной патрубок 8 в течение определенного времени осуществляют стерилизацию питательной среды и систем подвода воздуха и слива готового бактериального препарата После чего биореактор охлаждают до температуры ферментации и проводят инокуляцию питательной среды, подавая в нее через соответствующий технологический патрубок 4 посевной материал, за счет чего образуется культуральная жидкость.

В рабочем режиме через патрубок 5 внизу корпуса 1 подают в барбатер 11 под давлением стерильный воздух, который по трубе 12 поступает сначала в полость насадки 13, а затем из насадки через микроотверстия одного или нескольких диспергаторов 14, расположенных в верхней ее стенке, пузырьки воздуха под давлением, которое обычно составляет 2-4 атм, выталкиваются в среду культуральной жидкости внутреннего объема диффузора 10, инициируя ее барботаж. При этом культуральная жидкость, насыщаясь воздухом и, соответственно, кислородом, образует восходящий поток, который достигая верхнего края диффузора 10 и переливаясь через него, превращается в нисходящий поток в кольцевом пространстве между внутренней поверхностью корпуса 1 и диффузором 10. Образующиеся при ферментации бактерий газы отводятся через патрубок 6, расположенный в верхней части корпуса 1 выше уровня жидкости, а пеногаситель, при необходимости, подают через технологический патрубок 4, расположенный в крышке 3. То есть диффузор 10, имеющий указанное выше соотношение габаритных размеров по отношению к размерам корпуса 1 и установленный с помощью направляющих 9 соосно, разделяет емкость корпуса 1 на зоны восходящего и нисходящего потоков культуральной жидкости с возможностью их циркуляции в биореакторе, в частности за счет разницы высот диффузора 10 и корпуса 1, а также наличия зазора, образованного между дном корпуса 1 и нижним краем диффузора 10, а конструкция барбатера 11 обеспечивает эту циркуляцию за счет барботажа воздухом.

Ферментацию бактерий в полученной культуральной жидкости осуществляют при поддержании необходимых параметров: кислотности, температуры, объема подаваемого воздуха. При этом кислотность регулируют с помощью подачи кислоты или щелочи через тот же технологический патрубок 4 в крышке 3, через который наливают в корпус 1 питательную среду. Температуру культуральной жидкости регулируют при помощи циркуляции теплоносителя (например, горячей воды) в корпусе теплообменной рубашки 2. Объем подаваемого воздуха регулируют путем изменения давления, под которым его подают от внешнего воздушного компрессора через патрубок 5 в дне корпуса 1.

Отбор промежуточных проб на кислотность, а также на качество культуральной жидкости по титру бактерий и наличию посторонних примесей проводят через патрубок 7 внизу корпуса 1. По результатам отбора проб определяют время слива готового бактериального препарата, который осуществляют также через патрубок 7 внизу корпуса 1.

Заявляемый биореактор во 2-м варианте (фиг.2) в общем случае исполнения работает так же, как и в 1-м варианте, за исключением, обусловленным различием в конструкции барбатера 11.

Подаваемый в барбатер 11 в рабочем режиме под давлением через патрубок 5 внизу корпуса 1 стерильный воздух поступает по трубе 16 с разветвите-лем, проходя сначала по ее общей части, затем распределяясь по отводам, и подается в полости насадок 17, закрепленных на концах отводов разветвителя трубы 16, после чего воздух из насадок 17, каждая из которых сверху снабжена диспергатором воздуха 18, через микроотверстия в них под давлением, которое обычно составляет 2-4 атм, в виде пузырьков выталкивается в среду культуральной жидкости внутреннего объема диффузора 10, инициируя ее барботаж и формируя восходящий поток культуральной жидкости.

Описанная конструкция биореактора в 1-м и 2-м вариантах выполнения общего случая позволяют обеспечить за счет высокой интенсивности барботажа хорошую циркуляцию культуральной жидкости в корпусе, равномерную ее насыщенность воздухом, т.е. обеспечить необходимый для культуральной жидкости массообмен по кислороду.

При этом в обоих вариантах исполнения биореактора выполнение диффузора 10 с направляющими 9, а также насадок 13 или 17 барбатера 11 съемными, даже при несъемных диспергаторах 14 или 18, соответственно, повышает удобство использования биореактора.

В частных случаях биореактора, в обоих вариантах его исполнения (фиг.1, 2), когда корпус 1 установлен на раму 15 с колесами, биореактор работает так же как и в общем случае выполнения, за исключением того, что это позволяет при необходимости перемещать и поворачивать биореактор в помещении без использования подъемного крана, т.е. дополнительно улучшает его эксплуатационные характеристики при обслуживании.

В других частных случаях выполнения биореактора, в обоих вариантах его исполнения (фиг.1, 2), когда в барбатере 11 диспергаторы воздуха 14 или 18 выполнены по отношению к своим съемным насадкам 13 или 17, соответственно, съемными, или несъемными, или выполненными с ними заедино, т.е. в виде одной детали, биореактор работает так же как и в общем случае выполнения, за исключением того, что такое их выполнение позволяет при обслуживании снимать не только с подводящей воздух трубы 12 или 16, соответственно, насадки 13 или 17, но и позволяет снимать с насадок для прочистки перфорированные диспергаторы воздуха 14 или 18, соответственно, что дополнительно улучшает эксплуатационные характеристики биореактора.

Для осуществления полезной модели - биореактора в обоих вариантах и во всех случаях выполнения могут быть использованы известные и применяемые в данной области техники конструктивные элементы, комплектующие детали, материалы и крепеж.

Так, например, корпус 1 биореактора может быть выполнен из листовой нержавеющей стали толщиной 2-5 мм.

Крышка 3 может быть выполнена, например, из нержавеющей стали толщиной 12-20 мм.

Корпус теплообменной рубашки 2 может быть выполнен, например, из нержавеющей стали толщиной 2-3 мм.

Диффузор 10 может быть выполнен, например, из нержавеющей стали толщиной 1-2 мм.

Направляющие 9 для установки диффузора 10 внутри корпуса 1 могут быть выполнены, например, в виде нескольких приваренных к диффузору центрирующих нижних опор и верхних центрирующих держателей из пластин нержавеющей стали толщиной 2-3 мм.

В качестве технологических патрубков 4-8 могут быть использованы, например, патрубки из нержавеющей стали с толщиной стенок 2-3 мм и диаметром 20-25 мм.

В качестве подводящей воздух трубы 12 или 16 барбатера 11 может быть использована, например, труба из нержавеющей стали с толщиной стенок 2-3 мм и диаметром 15-20 мм.

Насадки 13 или 17 барбатера 11 могут быть выполнены, например, из нержавеющей стали толщиной 4-5 мм.

Перфорированные диспергаторы 14 или 18, соответственно, в насадках 13 или 17 барбатера И могут быть выполнены, например, из нержавеющей стали толщиной 1-2 мм или фторопласта толщиной 2-3 мм.

Рама 15 с колесами может быть выполнена, например, из окрашенной конструкционной углеродистой стали с использованием колес, например, типа SCDB 200 фирмы Grost (Китай).

1. Биореактор для культивирования аэробных бактерий, содержащий вертикальный корпус с герметичной крышкой и теплообменной рубашкой, необходимые технологические патрубки: для подачи в корпус питательной среды, посевного материала, пеногасителя, стерильного воздуха, отвода газов, взятия проб, регулирования кислотности, слива готового бактериального препарата, подачи в корпус теплообменной рубашки и отвода из него теплоносителя, установленный с помощью направляющих внутри корпуса, соосно с ним и с зазором от дна корпуса диффузор, а также расположенный в нижней части диффузора барбатер, причем отношение диаметра корпуса к его высоте находится в пределах от 1:3 до 1:6, диаметр диффузора составляет 0,4-0,6 диаметра корпуса, высота диффузора составляет 0,5-0,8 высоты корпуса, зазор между дном корпуса и нижним краем диффузора составляет 0,1-0,2 диаметра корпуса, причем барбатер выполнен в виде подводящей воздух трубы со съемной полой насадкой на конце высотой 5-10 мм, которая сверху снабжена, по крайней мере, одним диспергатором воздуха с микроотверстиями диаметром не более 0,3 мм и расстояниями между ними 3-5 мм, причем общая площадь диспергаторов составляет соответственно не менее 1-2,5% площади поперечного сечения диффузора.

2. Биореактор по п.1, в котором корпус установлен на раму с колесами.

3. Биореактор по пп.1 и 2, в котором диспергаторы воздуха барбатера выполнены съемными с насадки.

4. Биореактор по пп.1 и 2, в котором диспергаторы воздуха барбатера выполнены несъемными с насадки.

5. Биореактор по п.4, в котором диспергаторы воздуха выполнены заедино со съемной полой насадкой барбатера.

6. Биореактор для культивирования аэробных бактерий, содержащий вертикальный корпус с герметичной крышкой и теплообменной рубашкой, необходимые технологические патрубки: для подачи в корпус питательной среды, посевного материала, пеногасителя, стерильного воздуха, отвода газов, взятия проб, регулирования кислотности, слива готового бактериального препарата, подачи в корпус теплообменной рубашки и отвода из него теплоносителя, установленный с помощью направляющих внутри корпуса, соосно с ним и с зазором от дна корпуса диффузор, а также расположенный в нижней части диффузора барбатер, причем отношение диаметра корпуса к его высоте находится в пределах от 1:3 до 1:6, диаметр диффузора составляет 0,4-0,6 диаметра корпуса, высота диффузора составляет 0,5-0,8 высоты корпуса, зазор между дном корпуса и нижним краем диффузора составляет 0,1-0,2 диаметра корпуса, причем барбатер выполнен в виде подводящей воздух трубы с отходящими в стороны отводами, на концах которых закреплены съемные полые насадки высотой 5-10 мм, которые сверху снабжены диспергаторами воздуха с микроотверстиями диаметром не более 0,3 мм и расстояниями между ними 3-5 мм, причем общая площадь диспергаторов составляет соответственно не менее 1-2,5% площади поперечного сечения диффузора.

7. Биореактор по п.6, в котором корпус установлен на раму с колесами.

8. Биореактор по пп.6 и 7, в котором диспергаторы воздуха барбатера выполнены съемными с насадок.

9. Биореактор по пп.6 и 7, в котором диспергаторы воздуха барбатера выполнены несъемными с насадок.

10. Биореактор по п.9, в котором диспергаторы воздуха выполнены заедино со съемными полыми насадками барбатера.