CUBAS DE FERMENTACION.

Un aparato de fermentación (10) que comprende, una cuba de fermentación (12) que tiene un agitador de baja velocidad,

comprendiendo el agitador un árbol (14) montado coaxialmente en la cuba (12) y penetrando en la cuba (12) a través de una abertura (16) existente en el fondo de la cuba (12), uno o más elementos agitadores (18; 72) que están montados sobre el árbol (14) para que giren con el mismo, estando el, o cada, elemento agitador (18; 72) dispuesto dentro de la cuba (12), y proporcionándose un medio de sellado (20) para sellar el huelgo entre el árbol (14) y la abertura (16), teniendo dicho medio de sellado una carcasa cilíndrica (22), sujeta al fondo de la cuba (12), externa al mismo y rodeando al árbol (14) según atraviesa este el fondo de la cuba (12); caracterizado porque un primer y un segundo conjuntos de sello (30, 50), que actúan entre el árbol (14) y la carcasa (22), están situados en unas localizaciones separadas para definir una cámara (64) entre ambos, abriéndose una entrada (66) a dicha cámara (64) para la conexión de la cámara (64) a una fuente de gas de proceso, estando el primer conjunto de sello (30) situado entre la cuba de fermentación (12) y la cámara (64) y comprendiendo un primer anillo de sellado (32) montado sobre el árbol (14) para girar con el mismo y un segundo anillo de sellado (36) montado con una relación rotacional fija en la carcasa (22), siendo el primer y el segundo anillos de sellado (32, 36) axialmente móviles entre sí y estando resilientemente solicitados el uno hacia el otro, de tal modo que una cara de sellado (44) del primer anillo de sellado (32) puede estar solicitada para que entre en contacto con una cara de sellado (42) del segundo anillo de sellado (36), teniendo la cara de sellado (42, 44) de uno de los anillos de sellado primero y segundo (32, 36) unos surcos (68) que proporcionarán una separación hidrodinámica de las caras de sellado ante la rotación del árbol (14), permitiendo que el gas de proceso de la cámara (64) fluya hacia adentro cruzando las caras de sellado (42, 44) hasta el interior de la cuba de fermentación (12), estando los surcos (68) rodeados por una formación de dique continuo (70) adyacente a la periferia exterior del anillo de sellado (32, 36), de manera que cuando la cara de sellado (42) esté en contacto con la cara de sellado (44), la formación de dique (70) de una cara de sellado (42, 44) hará un contacto estanco con la otra cara de sellado (44, 42)

Cubas de fermentación.

La presente invención que aquí se describe se refiere a cubas de fermentación y, en particular, a un aparato para la aireación de cultivos microbianos o celulares sumergidos, con fines biológicos.

En tales cubas es esencial un aporte suficiente de oxígeno para el crecimiento de los microorganismos aeróbicos así como de los cultivos celulares, por lo cual resulta crítico para la obtención de beneficios económicos en la biotecnología que utiliza procesos de fermentación sumergida. El aporte normal de oxígeno en los procesos de fermentación sumergida se efectúa introduciendo un gas que contenga oxígeno a través de un anillo de aireación estacionado en el fondo de una cuba de fermentación. La eficiencia del proceso de fermentación depende de la tasa de transferencia de oxígeno a través de la interfaz líquido/gas con el medio de crecimiento líquido. Esta tasa de transferencia depende principalmente de la superficie total de la interfaz, la cual depende del tamaño de las burbujas del oxígeno introducido en la vasija, a burbujas más pequeñas, mayor superficie de interfaz.

Con los aparatos de fermentación convencionales, las burbujas de gas introducidas en el fondo de la cuba tienen tendencia a coagularse en burbujas mayores a medida que las burbujas ascienden por la cuba. Para reducir este efecto pueden usarse productos químicos anticoagulantes. Sin embargo, tales productos químicos pueden afectar negativamente a la calidad del producto.

Hasta el momento, una solución alternativa al problema de la coagulación ha sido la utilización de agitadores mecánicos para romper las burbujas más grandes. Para que tales agitadores sean efectivos se requiere una elevada velocidad de mezcla que puede ser perjudicial para los cultivos celulares utilizados en la biotecnología moderna. Adicionalmente, la agitación rápida de la masa biológica provocará un calentamiento que exigirá un aparato de refrigeración para mantener las temperaturas de funcionamiento adecuadas y producirá por lo tanto unos costes elevados de energía.

La Memoria Técnica de Patente Europea EP1479758 describe un aparato de fermentación en el cual se introduce oxígeno en la cuba de fermentación a través del árbol hueco de un agitador, a una pluralidad de distintos niveles en el interior de la cuba, proporcionándose en cada nivel un medio de agitación de baja velocidad. Esta construcción permite obtener un aumento de la interfaz total entre gas y líquido a bajas velocidades de agitación. Sin embargo la solución es relativamente costosa y sólo es adecuada para vasijas de fermentación de tamaño medio y grande.

La presente invención proporciona una solución económica para el problema de la coagulación que resulta adecuada para vasijas de fermentación de tamaño pequeño.

De aquí en adelante el término gas de proceso significará un gas puro o una mezcla de gases que contenga al menos un componente, siendo dicho gas puro o dicho al menos un componente capaces de ser metabolizados por microorganismos en un proceso de fermentación.

De acuerdo a un aspecto de la presente invención, un aparato de fermentación comprende, una cuba de fermentación que tiene un agitador de baja velocidad, comprendiendo el agitador un árbol montado coaxialmente en la cuba y que penetra en la cuba a través de una abertura en el fondo de la cuba, uno o más elementos agitadores que están montados sobre el árbol para que giren con el mismo, estando el, o cada, elemento agitador dispuesto dentro de la cuba, y proporcionándose un medio de sellado para sellar el huelgo entre el árbol y la abertura, teniendo dicho medio de sellado una carcasa cilíndrica, sujeta al fondo de la cuba, externa al mismo y rodeando al árbol según atraviesa este el fondo de la cuba; caracterizado porque un primer y un segundo conjuntos de sello, que actúan entre el árbol y la carcasa, están situados en unas localizaciones separadas para definir una cámara entre ambos, abriéndose una entrada a dicha cámara para la conexión de la cámara a una fuente de gas de proceso, estando el primer conjunto de sello situado entre la cuba de fermentación y la cámara y comprendiendo un primer anillo de sellado montado sobre el árbol para girar con el mismo y un segundo anillo de sellado montado con una relación rotacional fija en la carcasa, siendo el primer y el segundo anillos de sellado axialmente móviles entre sí y estando resilientemente solicitados el uno hacia el otro, de tal modo que una cara de sellado del primer anillo de sellado puede estar solicitada para que entre en contacto con una cara de sellado del segundo anillo de sellado, teniendo la cara de sellado de uno de los anillos de sellado primero y segundo unos surcos que proporcionarán una separación hidrodinámica de las caras de sellado ante la rotación del árbol, permitiendo que el gas de proceso de la cámara fluya hacia adentro cruzando las caras de sellado hasta el interior de la cuba de fermentación, estando los surcos rodeados por una formación de dique continuo adyacente a la periferia exterior del anillo de sellado, de manera que cuando la cara de sellado esté en contacto con la cara de sellado la formación de dique de una cara de sellado hará un contacto estanco con la otra cara de sellado.

Las caras del primer y segundo anillos de sellado están configuradas para proporcionar entre las caras de sellado una separación hidrostática y/o hidrodinámica suficiente para permitir un paso óptimo del gas de proceso al interior de la cuba de fermentación para satisfacer las necesidades de los microorganismos utilizados.

Con el aparato anteriormente descrito, cuando el árbol está girando, los efectos hidrostáticos/hidrodinámicos provocarán que las caras de sellado se separen, y que el gas fluya entre las caras de sellado desde la cámara hasta la cuba de fermentación. El gas de proceso introducido en la cámara definida por la carcasa de sellado es introducido así en la cuba de fermentación. Debido al estrecho huelgo que se forma entre las caras de sellado y a las elevadas fuerzas a cortadura, las burbujas que se forman de esta manera son muy pequeñas y las fuerzas centrifugas generadas por la rotación del asiento mezclan eficientemente las burbujas con el líquido de la cuba de fermentación. Estos dos efectos aumentan la interfaz gas/líquido en la cuba de fermentación y por lo tanto la tasa de transferencia del gas de proceso, incluso a bajas velocidades. Las caras del sello también pueden ser separadas por las fuerzas hidrostáticas, cuando la presión en la cámara sobrepasa un valor predeterminado, de manera que pueda introducirse gas de proceso en la cuba de fermentación mientras exista suficiente presión en la cámara, incluso cuando el árbol no esté girando. Cuando el árbol deja de girar y la presión del fluido de la cámara cae por debajo del valor predeterminado, la solicitación resiliente de los anillos de sellado forzará a la formación en dique de un anillo para que apoye herméticamente sobre el otro anillo para formar un sello estanco a los fluidos.

El uso de un sello hidrodinámico de acuerdo con la presente invención tiene también la ventaja de que, cuando el árbol está girando, las caras de sellado están separadas, por lo que no habrá desgaste alguno de las caras de sellado, cuyos residuos podrían de otro modo contaminar el producto del proceso de fermentación.

De acuerdo a una realización preferida de la invención, se proveen unas formaciones deflectoras sobre la circunferencia externa del asiento adyacentes a la cara de sellado del mismo, con el fin de mejorar la distribución de la burbujas en la cuba de fermentación.

A continuación se describe la invención, sólo a título de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:

La Figura 1 es una ilustración esquemática, en alzado seccionado, de un aparato de fermentación de acuerdo con la presente invención;

La Figura 2 muestra una modificación de la realización que se muestra en la figura 1; y

La Figura 3 y 4 muestran unas modificaciones adicionales al aparato que se muestra en la figura 1.

Según se muestra en la figura 1, un aparato de fermentación 10 comprende una cuba de fermentación 12 que contiene, por ejemplo, un cultivo líquido de crecimiento microbiano. Un árbol 14 está rotativamente montado a través de una abertura 16 existente en el fondo de la cuba 12. Sobre el árbol 14 están montados unos elementos mezcladores 18, en el interior de la cuba 12, y el árbol 14 está conectado a un medio motriz (no representado) externo a la cuba 12,...

1. Un aparato de fermentación (10) que comprende, una cuba de fermentación (12) que tiene un agitador de baja velocidad, comprendiendo el agitador un árbol (14) montado coaxialmente en la cuba (12) y penetrando en la cuba (12) a través de una abertura (16) existente en el fondo de la cuba (12), uno o más elementos agitadores (18; 72) que están montados sobre el árbol (14) para que giren con el mismo, estando el, o cada, elemento agitador (18; 72) dispuesto dentro de la cuba (12), y proporcionándose un medio de sellado (20) para sellar el huelgo entre el árbol (14) y la abertura (16), teniendo dicho medio de sellado una carcasa cilíndrica (22), sujeta al fondo de la cuba (12), externa al mismo y rodeando al árbol (14) según atraviesa este el fondo de la cuba (12); caracterizado porque un primer y un segundo conjuntos de sello (30, 50), que actúan entre el árbol (14) y la carcasa (22), están situados en unas localizaciones separadas para definir una cámara (64) entre ambos, abriéndose una entrada (66) a dicha cámara (64) para la conexión de la cámara (64) a una fuente de gas de proceso, estando el primer conjunto de sello (30) situado entre la cuba de fermentación (12) y la cámara (64) y comprendiendo un primer anillo de sellado (32) montado sobre el árbol (14) para girar con el mismo y un segundo anillo de sellado (36) montado con una relación rotacional fija en la carcasa (22), siendo el primer y el segundo anillos de sellado (32, 36) axialmente móviles entre sí y estando resilientemente solicitados el uno hacia el otro, de tal modo que una cara de sellado (44) del primer anillo de sellado (32) puede estar solicitada para que entre en contacto con una cara de sellado (42) del segundo anillo de sellado (36), teniendo la cara de sellado (42, 44) de uno de los anillos de sellado primero y segundo (32, 36) unos surcos (68) que proporcionarán una separación hidrodinámica de las caras de sellado ante la rotación del árbol (14), permitiendo que el gas de proceso de la cámara (64) fluya hacia adentro cruzando las caras de sellado (42, 44) hasta el interior de la cuba de fermentación (12), estando los surcos (68) rodeados por una formación de dique continuo (70) adyacente a la periferia exterior del anillo de sellado (32, 36), de manera que cuando la cara de sellado (42) esté en contacto con la cara de sellado (44), la formación de dique (70) de una cara de sellado (42, 44) hará un contacto estanco con la otra cara de sellado (44, 42).

2. Un aparato de fermentación (10) de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque cuando el árbol está estacionario, las caras de sellado (42, 44) son forzadas hidrostáticamente a separarse cuando la presión en la cámara (64) supera un valor predeterminado.

3. Un aparato de fermentación (10) de acuerdo con las reivindicaciones 1 ó 2 caracterizado porque los surcos (68) proporcionan una separación hidrostática.

4. Un aparato de fermentación (10) de acuerdo con la reivindicación 2 caracterizado porque las caras de sellado (42, 44) forman un ángulo para proporcionar la separación hidrostática.

5. Un aparato de fermentación (10) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizado porque las caras de sellado del primer y/o segundo anillo de sellado (32, 36) se forman con un material que tenga una baja energía superficial.

6. Un aparato de fermentación (10) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 caracterizado porque el segundo anillo de sellado (36) o el primer anillo de sellado (32) del primer conjunto de sello (30) tiene una serie de surcos helicoidales (68) angularmente espaciados, estando los surcos (68) inclinados con un ángulo obtuso respecto a la dirección de rotación del árbol (14), estando los extremos interiores de los surcos (68) expuestos al gas de proceso de la cámara (64).

7. Un aparato de fermentación (10) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizado porque el primer anillo de sellado (32) del primer conjunto de sello (30) está provisto de unas formaciones (72, 74, 76) para mejorar la distribución de las burbujas de gas de proceso a través de un líquido contenido en la cuba (12).

8. Un aparato de fermentación (10) de acuerdo con la reivindicación 7 caracterizado porque la superficie circunferencial del primer anillo de sellado (32) está provista de unas aletas (72), extendidas axialmente y espaciadas angularmente, para aumentar o reemplazar los elementos mezcladores (18).

9. Un aparato de fermentación (10) de acuerdo con las reivindicaciones 7 u 8 caracterizado porque la superficie circunferencial del primer anillo de sellado (32) está provista de una formación anular (74, 76) en forma de cuña, estando situada la formación anular (74, 76) adyacente a la cara de sellado (44) del asiento (32).

10. Un aparato de fermentación (10) de acuerdo con la reivindicación 9 caracterizado porque la formación anular (76) está formada integralmente en el primer anillo de sellado (32).

11. Un aparato de fermentación (10) de acuerdo con la reivindicación 10 caracterizado porque la formación anular (74) está formada independientemente del primer anillo de sellado (32) con un material de baja fricción.