JPH01501437A - 発酵プラントから酸素を配給する方法及びその方法を実施するための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発酵プラントから酸素を配給する方法 及びその方法を実施するための装置 酸素を必要とする生命工学的方法はしばしば、反応器の水相に酸素を配給するの に用いられる空気分散が気泡の形成につながり、その結果、発泡や望ましくない 浮遊効果が生じるという不都合がある。細胞の損傷、不十分な成長及び高い死滅 率がしばしば認められる。これらの問題を避けるため、必要とされる酸素を多孔 質で疏水性の合成膜を介して反応器に導入することが勧められているが、その際 、膜は管空膜として準備される。それらの膜では酸素分圧が低いために酸素導入 量は低くなる。さもなければ、吹出し点（Ｂｌａｓｐｕｎｋｔ　）を越えた場合 望ましくない気泡が膜を通過してしまう、自動制御技術は橿めて高価となろう、 又、懸濁液又は単層中の敏感な真核細胞の培養のために、期待透過性で非多孔質 のシリコン管によっては素を供給することも勧められている。しかしながら、こ れらの管空膜は機械的影響に極めて敏感であるので、反応器中への設置は損傷を 避けるため極めて注意深く行わねばならない、従って敏感な管の使用は実験室反 応器に限られる。更に別の不都合は約２ｇ０ｚ／ｒｄｈという低い酸素導入量で 、さもなければ管空膜は約１．５バールというより高い酸素分圧で破損してしま う。

更に、非多孔質だが金属補強されたシリコン膜によって酸素を液体に導入するこ とも勧められている。シリコンゴム中の可撓性の＆Ｉ＆ｌｌ金属ライナーが、高 い酸素導入量用に、且つ自立式の膜組織を達成するための支持組織として、用い られる０本質的な不都合は、金属補強シリコン膜の製造及び導入系全体は技術的 に高価であるということである。そのような管空膜は限られた長さでしか製造で きない、更に、非可撓性の金ＴＸ組織では取扱いが複雑になり機械的損傷の危険 が大きくなる。

本発明の目的は、他の気泡のない酸素導入方法の前記の不都合を防ぎ、且つ高い 酸素導入量が可能な、反応器へ気泡なしに酸素を配給する方法及びその方法を実 施するための装置を提供することである。

本発明によれば、この課題は、気体交換器として用いられる、固定の支持部材上 に設けられた可撓性の織物によって補強された少な（とも一つの固定又は可動の 合成膜を介して、酸素のすべてまたは一部を反応器に配給することで、解決され る。

本発明の一実施例によれば、気体交換器は、可撓性の織物によって補強された少 なくとも一つの合成膜が、固定の支持部材上ムニ配設されていることを特徴とす る０合成膜は、合成膜の水相に隣接する表面又は水相と反対の表面に配設される 可撓性の織物によって補強された管空又は平型の膜として、構成されてもよい。

反応器の型と応用に従い、可撓性の織物によって補強された管空又は平型の合成 膜は、他の合成膜に比べて重要な利点を有することを特徴としている。自立式の 合成膜モジュールは、可視性の織物補強材と支持部材とによって達成される。何 れの場合において、合成膜と可撓性の織物補強材とは一つの膜として準備され、 圧力と機械的応力に対して極めて大きな抵抗力を有している。このような補強膜 の取扱いは極めて容易で、容易に設置され、費用のかからない自動制御技術で高 い酸素導入量（１０〜２０ｇ０ｚ／ｒｒｒｈ）を達成する。

本発明のさらに別の特徴は、従属請求の範囲において、及び添付の図面を参照し て以下において説明される。

図面に関して、 第１図乃至第３図は、気体交換器用の管空膜の実施例の概略切断側面図、 第４図乃至第６図は、気体交換器用の平型膜の実施例の概略切断側面図、 第７ａ図は、平型膜を備えた気体交換器を有する反応器の切断側面図、 第７ｂ図は、第７ａ図の反応器の二重膜の拡大詳細図、第７Ｃ図は、平型膜を備 えた気体交換器を有する反応器のさらに別の実施例の切断側面図、 第８図は管空膜を備えた気体交換器を有する反応器の切断側面図、 第９ａ図乃至第９ｂ図は、管空膜の配役の概略上面図、第９Ｃ図は、前型膜のさ らに別の構成の、拡大された一部を示す概略側面図である。

前型膜として準備された合成膜４が第１図乃至第３閏に示されているが、これら は本技術分野で公知のシリコンから成る０合成膜４は可撓性の織物６によって補 強されている。織物６は合成膜の水側７と隣接した表面８又は水側７と反対の表 面９に埋込まれている。織物６はモノフィラメント又はマルチフィラメントの有 機又は無機繊維から成る。有機繊維は例えばポリエステル、ポリアミド又はポリ テトラフルオロエチレンから成り、無機繊維はガラス繊維又は炭素繊維から成る 。ポリエステル繊維は、滅菌に使用される高温に対して抵抗力を有し、機械的特 徴に影響を与えないという利点を示す。

平型膜として準備された非多孔質の合成膜が第４図乃至第６図に概略的に示され ている。これらの合成膜は前記のように配設された可撓性の織物６によって補強 されている。

反応器１は第７ａ図に概略的に示されているが、底部攪拌機１１を備えた反応器 ケーシング１０から成る。気体交換器３３は二重膜１９から成る合成膜モジニー ル１８として備えられており、反応器ケーシング１０の内側に配設されている。

各二重膜１９は、支持部材３２として準備された気体透過性のスプレッダ−１４ によって間隔を置いて配設されている二つの平型膜１２．１３から成る（第７ｂ 図参照）、ａ素は、平型膜１２，１３によって形成された流路２０を介して導入 され、平型ｔＩｌｌ　２゜１３を通って水側７へ拡散する。スプレッダ−１４は 例えば波型リボン、ネット又は織物として準備され得る。

スプレッダ−２２は支持部材３２として二重ｌＮｌ１１９の間に配設されている 。このスプレッダ−１４は、気体が流路２０に導入される時、気体の圧力によっ て引き起こされる平型膜の変形を阻止する。このスプレンダーもまた・波型リボ ン、ネット又は織物として準備され得る０合成膜モジュール１８は側壁２３．２ ４に配設され、反応器ケーシング１０内に格子支持部３１によって支持される。

気体交換器は支持部材３２によって自立式の気体交換器として備えられている。

反応器１と比べて異なる構成の攪拌機を備えた別の反応器が第７Ｃ図に示されて いる。この攪拌機２５は、二重膜１９の外側２７０間に配設されたバー形状の攪 拌部材２６を備えていて水平方向に配設されている。攪拌部材は、反応器ケーシ ング１０の側壁に通された攪拌機２５のスピンドル２８に、軸方向に配設されて いる０合成膜モジエールとして備えられる。気体交換器３３の設置及び取外しを 迅速に行なうために、側壁２３及び二重膜１９には、ここでは詳細に示されてい ないが第７ｃ図に示されている垂直方向のスロット２９．３０が備えられている 。撹拌機２５の回転によって、剪断力を伴わすに極めて高い酸素導入が達成され る。

第８図に示された反応器２も、反応器ケーシング１０中の底部攪拌機１１を備え ている。しかしながら非多孔質の合成膜４は前型膜として反応器ケーシング１０ 中に配設されていて、気体交換器３３を合成膜モジュール２１として提示してい る０合成膜４は異なる断面を有し相互に離して積み重ねられた管型リング１５と して配設されている。支持部材３２は散布及び固定用の支持部材として備えられ ている。第９ａ図は合成膜モジュール２１の概略上面図である。第９ｂ図に示さ れているように、管壁合成膜４は螺旋リングとして水平方向に配設されることも 可能である。しかしながら不規則な応力と導入量の変化が生じるかもしれない、 第９Ｃ図は、直接相互に接した管型リングを備えた別の型の合成膜モジュール２ １を示している。

平型膜から成るモジュールに比べ、この型の有効表面は、管型リング１５の湾曲 によって増大せしめられる。

支持部材３２は管型リング１５（第９ａ図）及び螺旋管型リング１７（第９ｂ図 ）の間にもスプレッダ−２２として配設される。

水相７の混合も、織物によって補強された合成膜を介しての酸素の配給に影響を 与えるが、これは一つ又は複数の攪拌機１１及び／又は添付の図面によって示さ れていない外部ポンプによって達成される。追加の運動、回転もまた、酸素の導 入及び反応器の効率を助ける。連続回転又は二方向運動が実施可能である。

支持部材３２と組み合わせて可撓性の織物補強材によって合成膜３，４．５の機 械的安定性が増大する結果、膜の取扱いもまた全く容易になる。酸素配給膜モジ ュールの構造が複雑になる補強１壁膜から公知の機械的損傷は、可撓性の織物に よって補強され、支持部材３２が備えられている合成膜３．４．５では全く起こ り得ない。

支持部材３２上で可撓性の織物によって補強された固定又は可動で非多孔質の合 成膜３，４．５を介しての、発泡を伴わない気泡のない酸素配給は、一般に、生 命工学で用いられるあらゆる型の反応器への酸素配給に適している。可撓性の織 物によって補強された合成膜はループ型反応器、エアリフト反応器及び固定床反 応器中で膜モジュールとして用いられるばかりでなく、管型モジュール、平型膜 モジュール、又は、前型膜又は平型膜を伴う螺旋リングモジュールのような、特 別な型の膜モジュールを備えた流動床反応器中での生命工学的方法にも用いられ る。

流動床反応器は、粒径０．５ｎの砂のような細粒化された支持材上のバイオフィ ルム中で成長するか、又は支持材なしに成長し、栄養流を逆上がることによって 達成される浮動細胞集合体を常時形成する微生物を含む０合成膜モジュールが流 動床の高さいっばいに配設され、管型モジュール又は環状管型モジュールとして ！１！備されるならば、安定した気泡のない酸素配給が達成される。膜又は膜モ ジュールを水平方向又は垂直方向に連続的に動かすことによって、織物によって 補強された合成膜を介しての酸素配給が酸素分圧に依存する流動床反応器におい ても、より良好な酸素導入が達成される。

国際調査報告 、−−、−＝、−−−、、−−−ＰＣＴ／ＥＰ８６１００７４４Ａ、’ＪＮＥＸ 　ＴＯＴ）！Ｅ　工ＮＴＥＲＮＡＴ！０ＮＡＬ　５ＥＡＲＣＨＲＥＦＯＲＴ　Ｏ Ｎ

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. １．織物によって補強された非多孔質の合成膜を介して気体交換が達成される、 反応器へ気泡なしに酸素を配給する方法において、 気体交換器として準備された、安定した支持部材上の可撓性の織物によって補強 された少なくとも一つの固定又は可動の合成膜を介して、酸素のすべてまたは一 部が水相へ導入されるようにしたことを特徴とする方法。
2. ２．酸素の一部が、本技術分野で公知の空気混和によって水相へ導入され、しか も、可撓性の織物によって補強された一つ又は複数の非多孔質の合成膜を介して 気泡なしに導入されて、発泡や浮遊を防ぐようにしたことを特徴とする、請求の 範囲１に記載の方法。
3. ３．反応器が撹拌反応器，ループ型反応器，流動床反応器，エアリフト反応器又 は固定床反応器として備えられていることを特徴とする、請求の範囲１及び２に 記載の方法。
4. ４．酸素配給が、もっぱら又は付加的に、撹拌反応器，ループ型反応器，流動床 反応器又は固定反応器の再循環水流中の可撓性の織物で補強された非多孔質の合 成膜を介して行なわれようにしたことを特徴とする、請求の範囲１乃至３の何れ かに記載の方法。
5. ５．可撓性の織物によって補強された非多孔質の合成膜を介しての反応器への酸 素配給が、酸素に敏感な微生物の培養、及び動物又は植物の組織培養に用いられ るようにしたことを特徴とする、請求の範囲１乃至４の何れかに記載の方法の応 用。
6. ６．織物を伴った少なくとも一つの合成膜（３，４，５）が、支持部材（３２） に配設されており、合成膜（３，４，５）中に埋め込まれて合成膜（３，４，５ ）の水相（７）に隣接する側（８）又は水相（７）と反対側（９）に配設された 可撓性の織物を備えていることを特徴とする、織物によって補強された少なくと も一つの多孔質の合成膜を有する、請求の範囲１乃至４の何れかに記載の方法の 実施のための気体交換器並びに請求の範囲５に記載の気体交換器の応用。
7. ７．支持部材（３２）が支持部（１６）又はスプレッダー（２２）として備えら れていることを特徴とする、請求の範囲６に記載の気体交換器。
8. ８．合成膜（３，４，５）の補強織物（６）がモノフィラメント又はマルチフィ ラメントの有機繊維から成っていることを特徴とする、請求の範囲６に記載の気 体交換器。
9. ９．合成膜（３，４，５）の補強織物（６）がモノフィラメント又はマルチフィ ラメントの無機繊維から成っていることを特徴とする、請求の範囲６に記載の気 体交換器。
10. １０．非多孔質の合成膜（４）が平型腹又は管型腹として備えられていることを 特徴とする、請求の範囲７乃至１２の何れかに記載の装置。
11. １１．反応器（１２）への酸素の配給と、二酸化炭素及び他の代謝最終生成物の 放出とが、支持部材（３２）に配設され織物によって補強された少なくとも一つ の合成膜（３，４，５）によって、同時に又は連続的に達成されるようにしたこ とを特徴とする、請求の範囲６乃至１０の何れかに記載の気体交換器の応用。
12. １２．支持部材（３２）に配設され織物によって補強された合成膜（３，４，５ ）を介して反応器（１，２）中の水相から望ましくない成分が撤収されることを 特徴とする、請求の範囲６乃至１０の何れかに記載の気体交換器の応用。