PL233632B1 - Wspomagany magnetycznie bioreaktor - Google Patents
Wspomagany magnetycznie bioreaktor Download PDFInfo
- Publication number
- PL233632B1 PL233632B1 PL414512A PL41451215A PL233632B1 PL 233632 B1 PL233632 B1 PL 233632B1 PL 414512 A PL414512 A PL 414512A PL 41451215 A PL41451215 A PL 41451215A PL 233632 B1 PL233632 B1 PL 233632B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- bioreactor
- column
- magnetic field
- magnetically assisted
- rotating
- Prior art date
Links
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims description 54
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 30
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 23
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 claims description 17
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 12
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 16
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 14
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 13
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 10
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 10
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 10
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 7
- 238000013461 design Methods 0.000 description 6
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 6
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 3
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000006213 oxygenation reaction Methods 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 2
- 229920002749 Bacterial cellulose Polymers 0.000 description 2
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 2
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 2
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 2
- 239000005016 bacterial cellulose Substances 0.000 description 2
- 230000004071 biological effect Effects 0.000 description 2
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 2
- 238000009395 breeding Methods 0.000 description 2
- 230000001488 breeding effect Effects 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 2
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 2
- 230000010399 physical interaction Effects 0.000 description 2
- 239000012429 reaction media Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000004102 animal cell Anatomy 0.000 description 1
- 238000005842 biochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000011138 biotechnological process Methods 0.000 description 1
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002255 enzymatic effect Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 description 1
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 description 1
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003100 immobilizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000002779 inactivation Effects 0.000 description 1
- 239000002054 inoculum Substances 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- 239000006249 magnetic particle Substances 0.000 description 1
- 238000007885 magnetic separation Methods 0.000 description 1
- 239000002207 metabolite Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 229910001172 neodymium magnet Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 230000036632 reaction speed Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000003206 sterilizing agent Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest wspomagany magnetycznie bioreaktor, zawierający reaktor air-lift. Aparat może być stosowany w procesach biotechnologicznych realizowanych przy udziale mikroorganizmów. Przedmiot wynalazku może być stosowany w szczególności do procesów, w trakcie których znacząco zmienia się lepkość mieszanego medium (np. proces produkcji celulozy bakteryjnej).
Wybór odpowiedniego reaktora jest niezmiernie istotny z punktu widzenia właściwości otrzymywanego produktu i efektywności prowadzenia procesu produkcyjnego. Dobór aparatu zależy od natury zachodzącej reakcji chemicznej, lub przemiany fizycznej oraz powinien zapewnić możliwie najbardziej korzystne dla danego procesu warunki transportu masy, energii oraz uwzględniać kinetykę zachodzącej reakcji.
Gwałtowny rozwój biotechnologii zaowocował poszukiwaniem nowych typów aparatów przystosowanych do prowadzenia procesów z zastosowaniem mikroorganizmów. W wielu przypadkach tego typu procesy realizuje się z dodatkowym natlenianiem, zapewniającym właściwe warunki dla hodowli materii ożywionej. W celu ujednolicenia warunków procesowych wewnątrz bioreaktora często stosuje się różnego typu mieszadła mechaniczne. Alternatywą do tego typu aparatów są kolumnowe reaktory typu air-lift, zapewniające odpowiedni proces mieszania środowiska reakcyjnego poprzez zastosowanie powietrza, które doprowadzane do układu reakcyjnego zapewnia również odpowiedni poziom natlenienia medium hodowlanego. Dodatkową korzyścią stosowania kolumnowych reaktorów typu air-lift jest znaczne obniżenie energochłonności prowadzonego procesu. Wadą tego typu rozwiązań konstrukcyjnych jest stosunkowo krótki czas przebywania fazy gazowej w objętości reakcyjnej oraz możliwość występowania w medium hodowlanym stref martwych.
Rozwój technologii wiąże się z intensywnym poszukiwaniem aparatów służących do realizacji procesów technologicznych z większą wydajnością niż stosowane do tej pory urządzenia. Tradycyjna metoda intensyfikacji reakcji prowadzonych z zastosowaniem mikroorganizmów polega na zastosowaniu układów reakcyjnych wyposażonych w kolumny barbotażowe lub urządzenia mieszające o różnorodnej konfiguracji geometrycznej. Znane są również rozwiązania konstrukcyjne, w których zastosowano oddziaływania siłowe, na przykład zewnętrznie przyłożone pole magnetyczne, w celu uzyskania bioproduktu o pożądanych właściwościach i/lub zadawalającej wydajności prowadzonego procesu.
Opis zgłoszeniowy wynalazku CA 2727665 dotyczy urządzenia mieszającego służącego do zawieszania substancji rozpuszczonej w rozpuszczalniku z zastosowaniem rdzenia magnetycznego, jako źródła energii wprawiającego medium w ruch. Proces mieszania jest wywołany wytwarzanym na zewnątrz zbiornika polem elektromagnetycznym. Zastosowanie tego typu pola pozwala na wyrównanie gradientów temperatury i stężeń w mieszanym płynie wywołując przyspieszenie procesu rozpuszczania. Znany z opisu zgłoszenia wynalazku CN 101655054 mieszalnik z zastosowaniem statycznego pola magnetycznego jest wykorzystywany do wspomagania procesu spalania paliwa w silniku spalinowym. Silne pole magnetyczne umożliwia intensyfikację procesu mieszania w układach dwufazowych typu gaz-gaz, gaz-ciecz, ciecz-ciecz oraz zwiększa szybkość spalania poprzez efektywniejsze dostarczanie tlenu do spalanego paliwa. Powoduje to poprawę mocy silnika oraz pozwala zaoszczędzić znaczne ilości paliwa. Przedstawione w zgłoszeniu wynalazku CN 102847477 magnetyczne urządzenie mieszające składa się z uzwojeń (zbudowanych z trzech par cewek Helmholza oraz pary cewek Maxwella), źródła zasilania oraz nanocząstek ciała stałego. Układ uzwojeń generuje gradient pola magnetycznego w różnych sekwencjach czasowych, co wiąże się z wywołaniem ruchu cząstek ciała stałego o właściwościach magnetycznych w mieszanym medium. W opisie zgłoszenia wzoru wynalazku CN 103240016 przestawiono urządzenie mieszające pracujące w sposób ciągły. Mieszalnik składa się z poziomego odcinka rury w osi, której umieszczono wał z rozmieszonym po długości układem mieszadeł. Strefa oddziaływania mieszadła w płynie znajduje się w bezpośrednim oddziaływaniu pola magnetycznego wywołanego poprzez przepływający przez cewki prąd trójfazowy. Zastosowane wirującego pola magnetycznego napędza umieszczone na wale mieszadła, generując obszary o zwiększonej intensywności burzliwości, których występowanie pozwala na przyspieszenie szybkości reakcji. Zgłoszenie wzoru użytkowego CN 202576087 zawiera opis bioreaktora z zastosowaniem indukcji elektromagnetycznej do prowadzenia procesu beztlenowego utleniania amoniaku przeprowadzonego przez bakterie (proces anammox). Wielosekcyjny aparat wyposażono w układ generujący pole magnetyczne i elektryczne wraz z systemem sterowania. Aparat stosowany jest do aktywacji bakterii cechujących się obniżoną aktywnością biologiczną lub będących w fazie inaktywacji. Zastosowanie tego typu oddziaływań fizycznych
PL 233 632 B1 pozwala na zwiększenie aktywności biologicznej materii ożywionej oraz zintensyfikowanie realizowanych procesów enzymatycznych. Z publikacji międzynarodowego zgłoszenia WO 2011/112601 znany jest sposób ciągłej hodowli komórek i produktów komórkowych przy zastosowaniu magnetycznie stabilizowanej hodowli tkankowej. Do hodowli stosuje się przepływowy kolumnowy aparat, podzielony na trzy sekcje: komorę wlotową, część z zewnętrznym zastosowaniem oddziaływania pola magnetycznego (pole magnetyczne generowane jest przez pierścienie wykonane z magnesów neodymowych) oraz komory do przyrostu biomasy. Silne pole magnetyczne umożliwia przestrzenne oddziaływanie na hodowany materiał biologiczny oraz zastosowanie nośników magnetycznych do immobilizacji enzymów lub realizacji procesu separacji magnetycznej.
Opis zgłoszenia patentowego DE 102004026448 dotyczy mieszalnika wyposażonego w magnes stały oraz cząstki magnetyczne, stosowane w celu immobilizacji materiału biologicznego lub enzymów. Reaktor może być stosowany do: reakcji uwodornienia, reakcji katalitycznych (katalizator jest w tym przypadku unieruchomiony na nośnikach magnetycznych); procesach konwersji realizowanych w zadaniach biomedycznych, biologicznych, farmaceutycznych, spożywczych; w reakcjach z wymianą jonową; reakcjach polimeryzacji.
Przedstawiony w opisie wynalazku UA 55792 C2 aparat do mieszania płynów wyposażony jest w zewnętrzny generator pola magnetycznego oraz zbiornik wykonany z materiału niepos iadającego właściwości magnetycznych. W objętości roboczej mieszalnika umieszczono elementy posiadające właściwości ferromagnetyczne, które są podatne na oddziaływanie zewnętrznie przyłożonego stacjonarnego pola magnetycznego. Utworzony w ten sposób przestrzenny układ umożliwia intensyfikację burzliwości w przepływającym przez aparat płynie. Publikacja międzynarodowego zgłoszenia WO 2007032472 dotyczy mieszalnika wyposażonego w trzy uzwojenia, umieszczone wokół cylindrycznego zbiornika. Przepływający przez uzwojenia prąd elektryczny generuje wirujące pole magnetyczne, które oddziałując na płyn cechujący się przewodnością elektryczną wywołuje jego ruch i przepływ przez aparat.
Znany z opisu patentowego PL 219386 mieszalnik magnetyczny zawiera zbiornik, zewnętrzne trójfazowe uzwojenie elektryczne generujące wirujące pole magnetyczne, łopatki, elementy mocujące oraz wewnętrzne uzwojenia elektryczne usytuowane na dyfuzorach magnetycznych zamontowanych współosiowo w zbiorniku oraz pionowe przegrody umieszczone przy ściance zbiornika, które wyposażono w turbinki.
W polskim zgłoszeniu patentowym P. 394335 opisano mieszalnik magnetyczny zawierający zbiornik, zewnętrzne uzwojenie elektryczne oraz układ mieszadeł. Aparat charakteryzuje się tym, że jest wyposażony w wewnętrzne uzwojenia elektryczne usytuowane na dyfuzorach magnetycznych, zamocowanych współosiowo w zbiorniku oraz pionowe przegrody z turbinkami, umieszczone przy ściance zbiornika. Wytwarzane przez trójfazowe uzwojenie elektryczne wirujące pole magnetyczne napędza mieszadła (wykonane z materiału podatnego na tego typu oddziaływania) oraz wywołuje cyrkulację płynu wewnątrz aparatu.
Z opisu polskiego zgłoszenia patentowego P. 412174 znany jest dwukomorowy reaktor do magnetycznego wspomagania procesów chemicznych, w których mogą brać udział gazy, ciecze i ciała stałe oraz reakcji chemicznych lub biochemicznych prowadzonych z zastosowaniem mikroorganizmów, wyposażony w dwie komory mieszania, generator wirującego pola magnetycznego, obudowę, pokrywę i dno z króćcami. Reaktor ten wyróżnia się tym, że ma centralną cylindryczną przegrodę, która tworzy wewnątrz reaktora dwie komory cylindryczną i pierścieniową, przymocowaną do stożkowego dna. Reaktor ma zewnętrzną cylindryczną obudowę, w której jest generator wirującego pola magnetycznego, umieszczoną pomiędzy pokrywą a stożkowym dnem. Zewnętrzna cylindryczna obudowa ma króciec wlotowy i króciec wylotowy czynnika termicznego. Stożkowe dno ma centralny króciec wylotowy. Pokrywa ma króciec wlotowy, służący do doprowadzania dodatkowych substancji chemicznych do wnętrza reaktora. Reaktor, pod generatorem ma co najmniej jeden króciec wlotowy na medium reakcyjne.
Opis zgłoszenia patentowego US 5342781 ujawnia konstrukcję bioreaktora typu air-lift z zewnętrzną pętlą cyrkulacyjną do hodowli mikroorganizmów, komórek roślinnych, zwierzęcych w celu pozyskiwania cennych metabolitów. Rurę opadową wyposażono w komorę w kształcie ściętego stożka, tworząc w ten sposób strefę odpadania. Na wewnętrznych ściankach stożka umieszczono pofalowane powierzchnie w celu zwiększenia efektywności oddzielania komórek materii ożywionej od medium hodowlanego.
Opis zgłoszeniowy wzoru użytkowego CN 202157075 dotyczy bioreaktora typu air-lift z zastosowanym zewnętrznym generatorem pola magnetycznego. Urządzenie składa się z przepływowego bioreaktora z wewnętrzną cyrkulacją płynu fermentacyjnego, wyposażonego w króćce wlotowy i wylotowy.
PL 233 632 B1
Króciec wylotowy podłączony jest do rurociągu, na którym zamontowano kolejno generator pola magnetycznego, wymiennik ciepła (w celu kondycjonowania temperaturowego pożywki hodowlanej) oraz pompę cyrkulacyjną. Zastosowanie stacjonarnego lub zmiennego pola magnetycznego umożliwia poprawę rozpuszczania tlenu w medium hodowlanym w celu poprawienia warunków procesowych w zbiorniku bioreaktora. W opisie zgłoszenia patentowego US 5728577 omówiono bioreaktor wyposażony w wykonujący ruchy obrotowe wał z przymocowaną do niego konstrukcją, na której możliwe jest umieszczenie elementów służących do unieruchamiania mikroorganizmów. Proponowane rozwiązanie konstrukcyjne zapewnia większą efektywność transportu masy pomiędzy mikroorganizmami a medium hodowlanym wzbogacanym w gaz.
Opis zgłoszeniowy wynalazku US 5955326 dotyczy sposobu produkcji celulozy bakteryjnej z zastosowaniem bioreaktora z obrotowymi dyskami. Wynalazek umożliwia prowadzenie procesu produkcji celulozy, w postaci jednolitych błon, z wysoką wydajnością.
Podsumowując powyższy stan techniki, można wyciągnąć następujące wnioski dotyczące zastosowania w bioprocesach omawianych rozwiązań konstrukcyjnych: i) proponowane rozwiązania konstrukcyjne nie zapewniają właściwych warunków operacyjnych przy wzrastającej lepkości medium hodowlanego; ii) możliwość występowania w medium hodowlanym tzw. martwych stref, wpływających na jakość i ilość otrzymywanego produktu; iii) niewystarczająca wymiana masy na granicy faz gaz-ciecz; iv) niedostateczne rozprowadzenie składników odżywczych wewnątrz medium hodowlanego; v) w przypadku zastosowania zewnętrznego oddziaływania siłowego w postaci pola magnetycznego, pole może cechować się silną niejednorodnością oraz zmiennością w czasie i/lub przestrzeni, powodując występowanie w objętości roboczej obszarów o obniżonej wartości natężenia pola magnetycznego.
Uwzględniając powyższe uwagi celowym jest opracowanie aparatu umożliwiającego otrzymanie produktu o żądanym stopniu czystości oraz realizację procesu z zadawalającą wydajnością. Głównym celem wynalazku jest opracowanie wspomaganego magnetycznie bioreaktora hybrydowego, łączącego główne zalety kolumn typu air-lift oraz aparatów wykorzystujących mieszadła mechaniczne.
Wspomagany magnetycznie bioreaktor, według wynalazku, zawiera reaktor air-lift z generatorami pola magnetycznego, kolumny i charakteryzuje się tym, że ma wznoszącą kolumnę i opadającą kolumnę, połączone od góry z komorą (kołnierzowo z dnem komory), która ma kształt prostopadłościanu o cylindrycznym dnie (taka konstrukcja komory umożliwia pracę dysków w pobliżu dna komory aparatu.), a od dołu z łącznikiem, który składa się z rurowej części środkowej i dwóch bocznych trójników (3), przy czym kolumny umieszczone są w obudowie (np. prostopadłościennej) z osobnymi dla każdej kolumny generatorami wirującego pola magnetycznego (po jednym dla każdej kolumny). Kolumny stanowią przewody rurowe o równej długości, korzystnie kolumny są równoległe do siebie. Komora ma wał, na którym osadzone są obrotowe dyski (mieszadła tarczowe) w postaci krążka lub stożka. Dyski obrotowe osadzone są na wale i obracają się wraz z nim. Korzystnie dyski wykonane są z materiału (tworzywa sztucznego np. polietylen lub metalu np. stali nierdzewnej) umożliwiającego tworzenie się na nich biofilmu. Bioreaktor w łączniku, poniżej wznoszącej kolumny ma bełkotkę, np. toroidalną, która umożliwia doprowadzanie do medium hodowlanego gazu np. powietrza, powietrza wzbogaconego o tlen. W reaktorze stosunek przekroju poprzecznego wznoszącej kolumny do opadającej kolumny jest nie większy niż 1.
Korzystnie w trójnikach łącznika rozmieszczono króćce umożliwiające operacje technologiczne podczas prowadzenia bioprocesu takie jak np. doprowadzenie czynnika sterylizującego aparat, wprowadzenie pożywki itd.
Korzystnie obrotowy dysk jest perforowany, co zwiększa jego powierzchnię oraz ułatwia utrzymanie się biofilmu. Korzystnie perforacja ma kształt otworów o równej średnicy. W celu osadzenie na wale korzystnie obrotowe dyski mają centralne otwory przelotowe.
Korzystnie stożkowe obrotowe dyski rozmieszczone są parami zwróconymi do siebie ściętymi wierzchołkami.
Korzystnie komora wyposażona jest w pokrywę.
Korzystnie reaktor ma w łączniku zasuwę, która umożliwia regulowanie strumienia płynu przepływającego z jednej kolumny do drugiej.
Korzystnie generatory pola magnetycznego mają średnicę wewnętrzną zbliżoną do zewnętrznej średnicy kolumn. Korzystnie szczelina pomiędzy wewnętrzną średnicą statora a zewnętrzną średnicą kolumny jest jak najmniejsza. Korzystnie generatory wirującego pola magnetycznego są umieszczone względem siebie równolegle oraz na tej samej wysokości. Generator wirującego pola magnetycznego ma postać statora indukcyjnego silników klatkowych.
PL 233 632 B1
Uzwojenie generatora wirującego pola magnetycznego jest zasilane prądem trójfazowym wywołującym w przestrzeni reakcyjnej wirujące pole magnetyczne (we wnętrzu statora), pole cechujące się niejednorodnością w przestrzeni indukcji magnetycznej oraz stałością w czasie. Korzystnie obudowa ma króciec wlotowy i króciec wylotowy czynnika termicznego (obudowa ta wypełniona cieczą termostatuje reaktor oraz uzwojenia generatorów), dzięki czemu istnieje płaszcz, który służy do zapewnienia stabilnych warunków temperaturowych dla przepływającego przez wznoszącą kolumnę i opadającą kolumnę medium hodowlanego.
Reaktor pracuje w sposób okresowy. Do wnętrza reaktora wprowadza się sterylne medium hodowlane oraz zaszczepia odpowiednim inokulum. Cyrkulacja wewnątrz bioreaktora wywoływana jest poprzez wprowadzenie do niego przez bełkotkę strumienia gazu w dolnej części wznoszącej kolumny. Unoszące się pęcherzyki gazu (we wznoszącej kolumnie) wprawiają również w ruch ciecz, następnie w komorze dochodzi do rozdzielenia gazu od cieczy, jednocześnie następuje zassanie cieczy przez opadającą kolumnę, zamknięcie pętli cyrkulacyjnej dokonuje się poprzez przepływ cieczy łącznikiem z jednej kolumny do drugiej. Wywołany w ten sposób przepływ medium we wznoszącej kolumnie, przepływa przez strefę oddziaływania magnetycznego, komorę z układem obrotowych dysków- mieszadeł, opadającą kolumnę oraz strefę oddziaływania magnetycznego w opadającej kolumnie. Następnie medium powraca do wznoszącej kolumny poprzez poziomy łącznik, pomiędzy obiema kolumnami, gdzie zasilane jest nową porcją gazu. Objętość strumienia recyrkulowanego może być sterowana poprzez odpowiednie przymykanie i otwieranie znajdującej się na łączniku zasuwy. Korzystnie maksymalny stopień zapełnienia aparatu medium hodowlanym jest równy połowie wysokości obrotowego dysku.
Kolumnowa budowa bioreaktora wiąże się z brakiem obszarów o wysokich naprężeniach ścinających oraz umożliwia pracę w szerokich zakresach przepływu medium hodowlanego. W komorze, poprzez zastosowanie dysków obrotowych, uzyskuje się obszary cechujące się dodatkowym rozwinięciem powierzchni, lepszym natlenieniem z zachowaniem dobrej cyrkulacji mieszanego medium. Rozwiązanie umożliwia regulację prędkości obrotowej dysków. W przypadku realizacji procesu z udziałem materii ożywionej, główną zaletą oddziaływania wirującego pola magnetycznego jest fizyczne zintensyfikowanie zjawisk transportu masy, pędu i energii pomiędzy pożywką a mikroorganizmami lub bezpośredni wpływ tego typu oddziaływania fizycznego na mikroorganizmy, co wpływa na jakość i ilość wytworzonej biomasy oraz bioproduktu. Rozwiązanie umożliwia regulację natężenia uzyskiwanych pól magnetycznych. Bioreaktor według wynalazku w znaczący sposób poprawia efektywność realizowanych procesów, zapewniając odpowiednią: intensywność mieszania, ilość dostarczonego gazu, oraz odpowiednią powierzchnię zajmowaną przez mikroorganizmy. Zastosowanie połączenia kolumny air-lift, z dyskami oborowymi w jednym aparacie oraz mieszalnia magnetycznego zapewnia właściwy przebieg procesów kinetycznych z udziałem materii ożywionej, jak również możliwość elastycznego dostosowywania warunków hodowli.
Wspomagany magnetycznie bioreaktor hybrydowy według wynalazku przedstawiony jest w przykładach wykonania oraz na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia wspomagany magnetycznie bioreaktor w przekroju wzdłużnym, Fig. 2 przedstawia bioreaktor w przekroju bocznym, Fig. 3 przedstawia krążkowy obrotowy dysk z perforacją w widoku z przodu, Fig. 4 przedstawia krążkowy obrotowy dysk z perforacją w przekroju poprzecznym, Fig. 5 przedstawia parę dysków stożkowych obrotowych z perforacją połączonych wierzchołkami w widoku.
P r z y k ł a d 1
Wspomagany magnetycznie bioreaktor zawiera kolumny wykonane z materiału niewykazującego właściwości magnetycznych: wznoszącą 1 i opadającą 2, wprowadzone dolnymi końcami w odrębne trójniki 3, połączone rurową częścią środkową, które razem stanowią łącznik 4. Trójniki 3 zaopatrzono w króćce, niezbędne do poprawnej realizacji procesu hodowlanego. Od góry kolumny 1 i 2 połączone są z komorą 5, w której umieszczono wał 6, na którym umieszczono obrotowe dyski 7. Dyski 7 mają kształt krążków. Pomiędzy łącznikiem 4 i komorą 5 bioreaktor ma obudowę 8, w której umieszczono, osadzone na kolumnach 1 i 2, generatory 9 wirującego pola magnetycznego. W trójniku 3, pod wznoszącą kolumną 1, jest króciec, do którego wprowadzono bełkotkę 10. Generatory 9 zasilane są prądem jednofazowym. Reaktor ma w łączniku 4 zasuwę 11.
Zasada działania opiera się na wywołaniu cyrkulacji wewnątrz reaktora poprzez wprowadzenie do jego wnętrza za pomocą bełkotki 10 strumienia gazu. Unoszące się pęcherzyki gazu we wznoszącej kolumnie 1 wprawiają w ruch ciecz, następnie w komorze 5 dochodzi do rozdzielenia gazu od cieczy. Jednocześnie następuje zassanie cieczy do opadającej kolumny 2. We wznoszącej kolumnie 1, mieszanina ciecz-gaz przepływa przez strefę oddziaływania generatora 9 wirującego pola magnetycznego,
PL 233 632 B1 natomiast w opadającej kolumnie 2, przez strefę oddziaływania magnetycznego (drugiego generatora 9) przepływa wyłącznie ciecz. W komorze 5 zamontowano obrotowe dyski 7 z perforacją, które osadzone są na poziomym obrotowym wale 6. Wykonano perforacje na całej powierzchni kontaktu obrotowego dysku 7 z cieczą. Perforacja wykonana jest w postaci otworów umożliwiających przepływ cieczy na drugą stronę dysku 7, oraz ułatwiających utrzymanie się biofilmu.
P r z y k ł a d II
Reaktor vu konam analogicznie jak w przykładzie I, przy czym, w komorze 5 umieszczono stożkowe obrotowe dyski 7, 7', które rozmieszczone są parami zwróconymi do siebie wierzchołkami. Oś stożkowego dysku obrotowego 7, 7' pokrywa się z osią wału 6. Łącznik 4 wykonany jest w postaci monolitu. Generatory 9 zasilane są prądem trójfazowym i mają postać statorów indukcyjnych silników klatkowych. Obudowa 8 ma wlotowy króciec i wylotowy króciec czynnika termicznego.
Claims (8)
- Zastrzeżenia patentowe1. Wspomagany magnetycznie bioreaktor, zawierający reaktor air-lift z generatorami pola magnetycznego, kolumny, znamienny tym, że ma wznoszącą kolumnę (1) i opadającą kolumnę (2), połączone od góry z komorą (5), która ma kształt prostopadłościanu o cylindrycznym dnie, a od dołu z łącznikiem (4), który składa się z rurowej części środkowej i dwóch bocznych trójników (3), przy czym kolumny (1,2) umieszczone są w obudowie (8) z osobnymi dla każdej kolumny (1,2) generatorami (9) wirującego pola magnetycznego, komora (5) ma wał (6), na którym osadzone są obrotowe dyski (7) w postaci krążka lub stożka, zaś w łączniku (4), poniżej wznoszącej kolumny (1) ma bełkotkę (10), przy czym stosunek przekroju poprzecznego wznoszącej kolumny (1) do opadającej kolumny (2) jest nie większy niż 1.
- 2. Wspomagany magnetycznie bioreaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że obrotowy dysk (7) jest perforowany.
- 3. Wspomagany magnetycznie bioreaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że stożkowe obrotowe dyski (7, 7') rozmieszczone są parami zwróconymi do siebie wierzchołkami.
- 4. Wspomagany magnetycznie bioreaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że ma w łączniku (4) zasuwę (11).
- 5. Wspomagany magnetycznie bioreaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że wznosząca kolumna (1) i opadająca (2) kolumna wykonane są z materiału nie wykazującego właściwości magnetycznych oraz nie tłumiącego zewnętrznie przyłożonego pola magnetycznego.
- 6. Wspomagany magnetycznie bioreaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że generatory (9) wirującego pola magnetycznego mają postać statorów indukcyjnych silników klatkowych.
- 7. Wspomagany magnetycznie bioreaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że uzwojenie generatora (9) wirującego pola magnetycznego jest zasilane prądem trójfazowym.
- 8. Wspomagany magnetycznie bioreaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że obudowa (8) ma wlotowy króciec i wylotowy króciec czynnika termicznego.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL414512A PL233632B1 (pl) | 2015-10-27 | 2015-10-27 | Wspomagany magnetycznie bioreaktor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL414512A PL233632B1 (pl) | 2015-10-27 | 2015-10-27 | Wspomagany magnetycznie bioreaktor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL414512A1 PL414512A1 (pl) | 2017-05-08 |
| PL233632B1 true PL233632B1 (pl) | 2019-11-29 |
Family
ID=58643709
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL414512A PL233632B1 (pl) | 2015-10-27 | 2015-10-27 | Wspomagany magnetycznie bioreaktor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL233632B1 (pl) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL449796A1 (pl) * | 2024-09-11 | 2026-03-16 | Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny W Szczecinie | Zespoły przegród kolumny do aparatu GasLift |
-
2015
- 2015-10-27 PL PL414512A patent/PL233632B1/pl unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL414512A1 (pl) | 2017-05-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1931761B1 (en) | Method of cell cultures and device for implementing it | |
| US20170029758A1 (en) | Horizontal Single Use Pressurizable Modular Multi-Atitator Microbial Fermentor | |
| JP7177278B2 (ja) | 微生物を増殖させるためのバイオリアクタ | |
| KR20220002585A (ko) | 미생물들을 성장시키기 위한 생물반응기 | |
| Regonesi | Bioreactors: A complete review | |
| BRPI0803630B1 (pt) | biorreator de escoamento em vórtices de taylor para cultivo celular | |
| WO2019162971A1 (en) | An improved aeration system for bioreactor, fermenter and process vessel | |
| PL233632B1 (pl) | Wspomagany magnetycznie bioreaktor | |
| JP2024074193A (ja) | 気液撹拌装置 | |
| EP3088509A1 (en) | Dual-chamber reactor for magnetic assisting of chemical processes and the system of this reactor | |
| US20190249129A1 (en) | Concentrically baffled reactors and systems that incorporate them | |
| WO2016092073A1 (en) | Coupled systems of aeration, agitation and heat exchange for the culture of microorganisms in single use bioreactors | |
| US20060141614A1 (en) | Device and method for parallel, automated cultivation of cells in technical conditions | |
| CN117343835A (zh) | 一种管式连续亚微通道微气泡生物反应器 | |
| Singhal et al. | Fermentation technology prospecting on bioreactors/fermenters: design and types | |
| RU2585666C1 (ru) | Аппарат для культивирования метанокисляющих микроорганизмов | |
| RU2664860C1 (ru) | Биореактор для интенсивного процесса выращивания аэробных микроорганизмов | |
| CN112143651B (zh) | 一种用于细胞培养的一体式旋转搅拌过滤器 | |
| EP3031896A1 (en) | Coupled systems of heat exchange and droplet formation for single-use bioreactors | |
| KR102592116B1 (ko) | 오폐수 처리용 미생물 배양장치 및 이를 이용한 오폐수 처리용 미생물의 배양방법 | |
| KR20180122056A (ko) | 캐비테이션 및 마그네틱 유체 처리장치 | |
| EP4680713A1 (en) | Linearly scalable bioreactor system | |
| Chuong | Bioprocess Development Upstream and Downstream Technologies | |
| HK40061306A (en) | Bioreactors for growing micro-organisms | |
| PL235242B1 (pl) | Wspomagany magnetycznie reaktor przepływowy |