Аппараты с циркуляционным перемешиванием.

Биореакторы циркуляционного (гидродинамического) типа содержат устройства (насосы, эжекторы), создающие направленный ток жидкости по замкнутому контуру. Жидкость увлекает за собой пузырьки газа. Существуют биореакторы, сочетающие пневматическое и циркуляционное перемешивание, когда насос для циркуляции культуральной жидкости может соседствовать с барботером.

Принцип работы аппарата типа «падающей струи»: культуральная жидкость по трубе, соединяющей дно реактора с его верхней частью, подается с помощью насоса в сопла на крыше аппарата. Пузырьки воздуха захватываются жидкостью, струящейся сверху вниз, в полости биореактора (рис. 49).

Рис. 49. Циркуляционный биореактор (принцип «падающей струи») для получения биогаза: 1 – насос; 2 – частицы твердой насадки

Принцип работы аппарата типа «погруженной струи»: насос перекачивает культуральную жидкость сверху вниз по внешней трубе, и она попадает внутрь реактора через сопло в дне аппарата. Воздух подсасывается через эжекторы в стенках внешней трубы.

Для биотехнологических процессов, требующих интенсивной аэрации или подачи различных малорастворимых газов, существует реактор, в котором газ подается вместе с жидкостью через специальный эжектор наверху аппарата. Газ и жидкость перемещаются вниз по диффузору и далее вверх по простенку между диффузором и стенкой биореактора. Таким образом, в аппарате обеспечивается высокоэффективная массопередача между газом и жидкостью.

Аппараты циркуляционного типа часто заполняют твердыми частицами (насадкой). Эти частицы улучшают перемешивание в биореакторе, при длительном непрерывном культивировании препятствуют обрастанию его стенок, способствуют диспергированию воздуха в жидкости. В качестве насадки используют песок, куски обожженной глины, гранулы полимерных материалов. Прикрепление к твердой поверхности стимулирует развитие многих организмов, в частности грибов и актиномицетов.

Таким образом, по способам перемешивания и аэрации различают биореакторы трех основных типов, каждый из которых допускает многообразные варианты. Выбор конкретного типа и варианта биореактора должен производиться не только в зависимости от экономичности системы аэрации, но и по всему массиву различных параметров. Эффективность аэрации может быть повышена с помощью переносчиков кислорода, добавленных в среду для выращивания клеток. Существуют различные механизмы действия таких переносчиков: а) переносчик принимает кислород при контакте с газовой фазой и отдает его в жидкую фазу; б) переносчик принимает кислород в жидкой фазе и отдает его при контакте с клеткой; в) переносчик принимает кислород из газовой фазы и отдает его непосредственно клетке.