203288. lajstromszámú szabadalom • Berendezés biokatalitikus folyamatok megvalósítására szilárd fázisú biokatalizátor segítségével
HU 203288B w = 0,4, n [dm3/h] térfogatáramú sejt/szól szuszpenzió adagolására alkalmas (a képletben n a 35 cseppképző elemek száma). A képlet alapján például egy 0,2 m átmérőjű reaktorral - 20 dni n adagolási sebesség érhető el, és ez az érték megközelíti a nagylaboratóriumi méretben alkalmazott legnagyobb tejesítményű ismert vibrációs szólcseppképzők teljesítményét, azokkal ellentétben azonban nem roncsolja a sejteket. A sejt/szól szuszpenzió cseppjei a 25 cseppképző fejből a 15 reakciótérben levő CaCl2 kicsapószeroldatba hullnak, és ott géllé szilárdulnak, és a 17 betétcsövön át a reaktor aljára ülepednek. A gélszemcsék képzésének az ideje alatt a 44 csövön és az abba épített 43 fúvókán átkb. 1 cm/s üres berendezés-keresztmetszetre vonatkoztatott lineáris sebességnek megfelelő térfogati sebességű steril levegőáramot táplálunk az 50 cirkulációs vezetéken, a 2 csonkon és a 3 csatornán (lb. ábra) keresztül a reaktorba. A tangenciálisan bevezetett, és a homlokmenet-jellegű 5 felülettel (b. ábra) spirális felfelé áramlásra kényszerített levegősugár hatására az 1 alátételemre kiülepedett gélszemcsék a CaCl2 oldattal együtt a 15a ház fala és a 17 betétcső külső felülete közötti hengergyűrű alakú térben felemelkednek, majd a 17 betétcső felső pereméig jutva és azon befelé átbukva ismét lesüllyednek, és ily módon a gélszemcsék a 15 reakciótérben cirkulálnak. A steril levegőárammal előidézett áramlás hatására javul a szilárd-folyadék anyagátadás, azaz a C& ionok bejutása a gélszemcsékbe, így azok — az ismert eljárásokhoz képest rövidebb idő alatt teljes keresztmetszetükben gélesednek, következésképpen a gélbezárt sejtek kevésbé vannak kitéve a CaCl2 oldat esetleg káros hatásának. A gélszemcsék kialakulásának a befejeződése után a 26 szelepet zárjuk, és a 34 csonkon át a 27 tartály belső terére gyakorolt túlnyomást megszüntetjük, a 13 szelepet nyitjuk, és a 11 csonkon át a berendezésből a CaCl2 oldatot eltávolítjuk, majd az autocirkulációs 41 szelep nyitott állása mellett a 38 szivattyúval megkezdjük a steril tápoldatnak a reaktorba adagolását. (Szükség esetén a tápoldat beadagolása előtt a gélszemcséket steril desztillált vízzel átöblítjük.) A tápoldatot a 48 csonkon át vezetjük az 50 cirkulációs vezetékbe. Amint a tápoldat szintje a 17 betétcső felső peremét elérte, a tápoldat adagolását megszüntetjük, és a 41 szelepet lezárjuk, a 38 szivattyúval azonban a tápoldatot tovább cirkuláltatjuk. A 44 csövön és a 43 fúvókán át (az utóbbi a gázáram egyenletessé tételét szolgálja) sterilre szűrt levegőáramot táplálunk az 50 cirkulációs vezeték 39 nyomóágába (p nyíl, la. ábra) olyan térfogatárammal, amely a baktériumtenyészet levegőszükségletét 1-1,5 wp szellőztetési ráta-érték mellett biztosítja. Levegőigényes mikroorganizmusok esetén kívánatos, hogy az ún. oxigéntranszfer-ráta (OTR) értéke a 150-250 mmól 02/dnrh tartományban legyen.EzazOTR-intervallum a berendezésben úgy érhető el, hogy a 38 szivattyúval cirkuláltatott folyadékáram térfogati sebességét a gázáram (steril levegőáram) tényleges térfogati sebességének a 30-80%-ára állítjuk be. Az 50 cirkulációs 9 vezetékbe épített 45 és 46 diszpergáló elemekben (lásd az ld. és le. ábrákat is) a nagy turbulenciájú gáz-folyadék áramlás hatására nagy finomságú gáz-folyadék diszperzió alakul ki, és az anyagátadási felület megújulása is rendkívül intenzíven megy végbe. A 45,46 diszpergáló elemeken fellépő nyomásesés összességében nem haladja meg a (0,8- l,0).105Pa-t. A fluidumbevezető 2 csonkon és a tangenciális 3 csatornán (lb. ábra) a gáz-folyadék diszperzió a reaktor 1 alátételemébe lép be, és — az 5 felület homokmenet-szerű kialakításának is köszönhetően — felfelé irányuló spirális mozgásra kényszerül. A10- 20 m/s sebességgel beáramló, folyadék-emelő hatású gázfázist is tartalmazó közeg a 15 reakciótérben spirális pályán emelkedő folyadékmozgást idéz elő. A gázbuborék — emelkedés közben agglomerálódva — a folyadékfázisénál elnyújtottabb, de ugyancsak spirális pályán mozognak, miáltal egyrészt megnövekszik a buborékok átlagos tartózkodási ideje a reakciótérben, másrészt a különböző irányú erők eredőjeként olyan nyírófeszültségek lépnek fel, amelyek a már agglomerálódott buborékokat aprítják, tehát növelik a fajlagos gáz-folyadék érintkezési felületet a 15 reakciótérben. A folyadékáram a katalizátorhordozó gélszemcséket magával ragadja, és azok a III fázisszétválasztó egységbe, a 17 betétcső pereme fölé emelkednek, majd a betétcsövön át a gázbuborékok által előidézett autocirkulációs folyadékárammal együtt visszaáramlanak a 15 reakciótér aljába. A gélszemcsék (szilárd fázisú biokatalizátor) és a folyadékfázis áramlását a 8 áramlásmódosító elem egyenletesebbé teszi, és emellett holttér kialakulását is meggátolja a berendezésben. A 17 betétcsövön át lefelé áramló folyadék finomeloszlású gázbuborékokat is magával ragad. A gáz a III fázisszétválasztó egységben lép ki a folyadékfázisból, és a 28 csonkon át hagyja el a berendezést. A folyadékáram a 22 csonkon át hagyja el a ül fázisszétválasztó egységet, a 22 csonkba azonban csak a 21 szűrőn át tud beáramolni, amely a biokatalizátor szemcséket (gélszemcséket) visszatartja. A 22 csonkból a folyadék az 50 cirkulációs vezeték 37 szívóágába jut, onnan pedig a 28 szivattyún keresztül a 39 nyomóágba áramlik vissza. A fermentációs folyamat lelőrehaladását és a tápoldat állapotát a III fázisszétválasztó egységből kitorkolló 23 csonkon át vett minták elemzésével kísérhetjük figyelemmel. A fermentáció termelő szakaszában a 48 és/vagy 49 csonkokra kötött (nem ábrázolt) betápláló szivattyúval és túlfolyással, vagy betápláló és elvevő szivattyúkkal a folyamatos tápoldatbetáplálás és termékelvétel is megoldható. Tápoldat-csere szükségessége esetén a 13 szelep (la. ábra) nyitásával a 11 csonkon át a fermentlevet leengedjük, és a korábban már részletesen leírt módon a reaktort friss tápoldattal töltjük fel. A teljes fermentációs ciklus befejezése után a fermentlevet a katalizátorhordozó gélszemcsékkel együtta 14 szelep megnyitásával a 12 csonkon át leengedjük, majd a berendezést a gőzzel sterilezziik. A berendezésnek a 2a., 2b. ábrák szerinti kiviteli alakja — a szól cseppképző egység hiányától eltekintve — gyakorlatilag megegyezik az la-le. ábrák 10 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 6
