IT9019908A1 - EQUIPMENT FOR THE REALIZATION OF BIOCATALYTIC PROCESSES WITH SOLID PHASE BIOCATALYST - Google Patents

Description

D E S C R I Z I O N E DESCRIPTION

L'invenzione si riferisce ad un 'apparecchiatura per la realizzazione di processi biocatalitici con biocatalizzatore in fase solida. The invention relates to an apparatus for carrying out biocatalytic processes with a solid phase biocatalyst.

Una 'delle aree di sviluppo più dinamico della biotecnologia sono le operazioni realizzate con l'uso di biocatalizzatori in fase solida, I biocatalizzatori in fase solida vengono realizzati con la cosiddetta tecnica di immobilizzo, in sostanze per localizzare i materiali biologici cataliticamente attivi nello spazio del reattore allo scopo di impedire il loro passaggio nella fase di flusso J, Chem, Tech,Biotech,, 1984. 34 , 127), I biocatalizzatori in fase solida possono essere prodotti immobilizzando enzimi isolati, cellule morte o componenti cellulari, o cellule . vive inicrobi, cellule vegetali.o animali), One of the most dynamic development areas of biotechnology are the operations carried out with the use of solid phase biocatalysts. Solid phase biocatalysts are made with the so-called immobilization technique, in substances to localize the catalytically active biological materials in the reactor in order to prevent their passage into the flow phase J, Chem, Tech, Biotech ,, 1984. 34, 127), Solid phase biocatalysts can be produced by immobilizing isolated enzymes, dead cells or cellular components, or cells. lives in microbes, plant or animal cells),

Nel caso concreto la possibilità più appropriata viene scelta tenendo presente gli aspetti economici e/o la.stabilità, In the concrete case, the most appropriate option is chosen taking into account the economic aspects and / or stability,

L'uso di biocatalizzatori in fase solida presenta significativi benefici economici rispetto alle tradizionali procedure biocatalitiche, cioè; The use of solid phase biocatalysts has significant economic benefits over traditional biocatalytic procedures, ie;

- è realizzabile secondo modalità operativa continua o semicontinua, - it can be carried out in a continuous or semi-continuous operating mode,

- la produttività volumetrica è aumentata, - volumetric productivity has increased,

— i costi operativi e di ricupero del prodotto sono riducibili, - the operating and recovery costs of the product are reducible,

Nel caso di produzione di metaboliti secondari con fermentazione di cellule immobilizzate, si ottiene ulteriore beneficio dalla ridotta viscosità della soluzione chiara del fermento dovuta all'uso della modalità operativa continua, in tal modo migliorando il trasferimento di ossigeno; alcuni problemi di sovrariproduzione possono essere evitati e viene diminuita la perdita di prodotti chimicamente instabili (Biotechnol, Bioeng, 1S3, 25 2339—2411), E' stato sviluppato un certo numero di differenti reattori per effettuare operazioni biocatalitiche in fase solida, Su scala industriale viene più frequentemente usato il cosiddetto reattore a letto riempito, per esempio, per isomerizzazione di glucosio, risoluzione di amminoacidi o fermentazione di etanolo (Chem, Eng, Sci, 1335, 40 1321-1354). In the case of production of secondary metabolites with fermentation of immobilized cells, further benefit is obtained from the reduced viscosity of the clear solution of the ferment due to the use of the continuous operating mode, thus improving the oxygen transfer; some overproduction problems can be avoided and the loss of chemically unstable products is decreased (Biotechnol, Bioeng, 1S3, 25 2339—2411), A number of different reactors have been developed to carry out solid phase biocatalytic operations, On an industrial scale the so-called filled bed reactor is more frequently used, for example, for glucose isomerization, amino acid resolution or ethanol fermentation (Chem, Eng, Sci, 1335, 40 1321-1354).

I reattori a letto fluidezzat-o su scala industriale vengono usati per il trattamento di acque di rifiuto con biomassa immobilizzata CJ, Walter F’ollut, Control Fed. 1377, 43., 816), Fluidized bed reactors on an industrial scale are used for the treatment of waste water with immobilized biomass CJ, Walter F’ollut, Control Fed. 1377, 43., 816),

Vi è esempio anche d:i uso di reattori a membrana su scala industriale, Chem, Ing, Techn, 1938, 60 , 15-23). There is also example d: i use of membrane reactors on an industrial scale (Chem, Ing, Techn, 1938, 60, 15-23).

Sono noti diversi tipi di impianti pilota e reattori di laboratorio, 1 più frequentemente usati, il reattore a letto riempito ed a letto fluidizzato, sono stati sviluppati in forme complesse (.costruzione in cascata. orizzontale e verticale), tra le altre, per impedire 1'arricchimento del CO2 prodotto durante il processo <-J, Chem, Tech, Biotech,, 1387, 33., 75—84), o per ridurre la retromiscelazione assiale della soluzione del substrato (Proc , 4th Eur, Congr, Biotech, vol. 1, 1987 , 273—276). Different types of pilot plants and laboratory reactors are known, the most frequently used, the filled bed and fluidized bed reactor, have been developed in complex forms (cascade construction. Horizontal and vertical), among others, to prevent Enrichment of the CO2 produced during the process <-J, Chem, Tech, Biotech ,, 1387, 33., 75-84), or to reduce the axial back-mixing of the substrate solution (Proc, 4th Eur, Congr, Biotech, vol. 1, 1987, 273-276).

I cosiddetti reattori ad anello esterno ed interno vengono usati soprattutto per la realizzazione della fermentazione di cellule immobilizzate (Biotech, Bioeng 1987, 30. , 498-604; J. Chem , Tech, Biotechnol , 1986, 36 , 415-426), The so-called outer and inner loop reactors are used above all for carrying out the fermentation of immobilized cells (Biotech, Bioeng 1987, 30., 498-604; J. Chem, Tech, Biotechnol, 1986, 36, 415-426),

Benché esistano numerosi tipi di reattori - come menzionato in precedenza, per la realizzazione di biocatalisi in fase solida, rimangono insoluti parecchi problemi connessi alle tecniche di reazione, soprattutto nei procedimenti in cui uno dei substrati è in fase gassosa (solitamente ossigeno , Although there are numerous types of reactors - as mentioned above, for the realization of biocatalysis in the solid phase, several problems related to the reaction techniques remain unsolved, especially in processes in which one of the substrates is in the gas phase (usually oxygen,

II trasferimento gas - liquido è altamente significativo nella maggioranza dei sistemi biocatalitici tradizionali, per esempio, i microbi consumatori d'aria necessitano che la velocità di trasferimento di ossigeno (OTR) raggiunga il valore di 150 mmoli/dm3/h, Per un'efficace utilizzo del volume utile dell 'apparecchiatura, il valore OTR menzionato dovrebbe essere raggiunto con aerazione moderatamente alta (1—1,5 vvm). Poiché la presenza delle particelle vettrici che servono per l'immobilizzo dei materiali bioattivi nella maggio)' parte dei casi deteriora i gas - trasferimento della massa liquida - le particelle granulari aumentano l 'agglomerazione delle bolle di gas (Proc, 4th Eur , Congr . Biotech. 1987, voi, 1 101 - 1041 nella colonna di fluidizzazione a gorgogliamento a tre fasi, o nei sistemi ad anello muniti di distributori di gas tradizionali, può essere ottenuta al massimo una frazione del summenzionato valore OTR (Chem , Eng, Sci, 1987, 42. , 543-553; Biotech, Bioeng, 1988, 32. , 677 - 688), Gas-liquid transfer is highly significant in most traditional biocatalytic systems, for example, air-consuming microbes need the oxygen transfer rate (OTR) to reach 150 mmol / dm3 / h, for effective using the useful volume of the equipment, the mentioned OTR value should be achieved with moderately high aeration (1—1.5 vvm). Since the presence of the vector particles that serve for the immobilization of bioactive materials in May) 'part of the cases deteriorates the gases - transfer of the liquid mass - the granular particles increase the agglomeration of gas bubbles (Proc, 4th Eur, Congr. Biotech. 1987, vol.1 101 - 1041 in the three-phase bubbler fluidization column, or in ring systems equipped with conventional gas distributors, a maximum fraction of the aforementioned OTR value can be obtained (Chem, Eng, Sci, 1987, 42., 543-553; Biotech, Bioeng, 1988, 32., 677 - 688),

L 'intensificazioene della distribuzione di gas è resa più difficile dalla stabilità meccanica relativamente bassa della maggior parte dei materiali matrice, quindi devono essere evitati nella zona di catalisi effetti di forza significativi, per esempio, la maggior parte dei geli e dei materiali organici ed inorganici di elevata porosità non può sopportare non soltanto le sollecitazioni di taglio associate alla miscelazione meccanica ,ma anche gli effetti della forza indotta dal liquido altamente turbolento, o dai getti di gas liquido. The intensification of the gas distribution is made more difficult by the relatively low mechanical stability of most matrix materials, therefore significant force effects in the catalysis zone must be avoided, for example, most gels and organic and inorganic materials. of high porosity, it cannot withstand not only the shear stresses associated with mechanical mixing, but also the effects of the force induced by the highly turbulent liquid, or by the jets of liquid gas.

In alcuni processi di fermentazione connessi alle colture di cellule vegetali e animali batteriche particolarmente sensibili alle infezioni, un'ulteriore difficoltà è che le cellule solitamente intrappolate dal gel devono essere portate nel fermentatore in condizioni sterili, Vale a dire, la struttura del fermentatore non permette generalmente o soltanto con una procedura,molto complicata - la formazione di particelle di catalizzatore sterile in situ , In some fermentation processes related to bacterial plant and animal cell cultures particularly susceptible to infections, a further difficulty is that the cells usually trapped by the gel must be brought into the fermenter under sterile conditions, i.e. the structure of the fermenter does not allow generally or only with a very complicated procedure - the formation of sterile catalyst particles in situ,

L'invenzione è rivolta a fornire un'apparecchiatura per la realizzazione di processi biocatalitici con biocatalizzatori in fase solida, che assicuri trasferimento intensivo gas-liquido durante il funzionamento della quale le particelle vettrici di catalizzatore di bassa stabilità meccanica non vengono danneggiate e che è utile per combinare le funzioni del 'apparecchiatura che forma le particelle vettrici di tipo gel ed il bioreattore anche quando è richiesta speciale sterilizzazione, L'invenzione è basata sulle seguenti constatazioni; se la parte dell'apparecchi,atura che fornisce area interfacciale gas- liquido altamente specifica viene separata dalla parte contenente il biocatalizzatore in fase solida, le forze turbolente che facilitano la dispersione dei gas non influenzano le particelle del catalizzatore, di conseguenza non vengono danneggiate, Un'altra constatazione è che la miscelazione della fase gassosa e liquida può essere molto intensificata se la miscelazione avviene in un tubo di circolazione in cui sono incorporati gli eie menti di d ispersi.one , ed il suo vo 1ume è al massimo il 10% del volume della zona di catalisi del apparecchiatura , The invention is aimed at providing an apparatus for carrying out biocatalytic processes with solid phase biocatalysts, which ensures intensive gas-liquid transfer during operation of which the catalyst carrier particles of low mechanical stability are not damaged and which is useful. To combine the functions of the apparatus forming the gel-type carrier particles and the bioreactor even when special sterilization is required, the invention is based on the following findings; if the part of the apparatus providing highly specific gas-liquid interfacial area is separated from the part containing the solid phase biocatalyst, the turbulent forces that facilitate the dispersion of the gases do not affect the particles of the catalyst, consequently they are not damaged, Another observation is that the mixing of the gaseous and liquid phase can be very intensified if the mixing takes place in a circulation tube in which the dispersion elements are incorporated, and its volume is at most 10%. the volume of the catalysis zone of the equipment,

Inoltre, scegliendo convenientemente la direzione e la velocità dell'entrata di dispersione gas-liquido nello spazio di reazione che si trova nello spazio dell'apparecchiatura usato per il contatto delle fasi gassosa e liquida , come pure la. struttura Cformazione) dello spazio di reazione, in quest'ultimo viene assicurato il flusso di circolazione costante delle particelle del catalizzatore ed il tempo di sosta prolungato delle bolle di gas, e con l'appropriata formazione della zona di reazione la renderebbe adatta per la coagulazione delle gocce di sol nella zona di reazione - che vengono prodotte dall'unità di formazione delle gocce inserita nel coperchio del ‘apparecchiatura, nel periodo che precede la biocatalisi - dette gocce di sol contengono biocatalizzatore (p.e, sospensione di cellule o spore), per cui i grani di biocatalizzatore in situ vengono prodotti nell'apparecchiatura in condizioni intensificate, Furthermore, by conveniently choosing the direction and speed of the gas-liquid dispersion entry into the reaction space which is in the space of the apparatus used for contacting the gas and liquid phases, as well as the. structure Cformation) of the reaction space, in the latter the constant circulation flow of the catalyst particles and the prolonged dwell time of the gas bubbles are ensured, and with the appropriate formation of the reaction zone it would make it suitable for coagulation drops of sol in the reaction zone - which are produced by the drop formation unit inserted in the lid of the apparatus, in the period preceding the biocatalysis - said drops of sol contain biocatalyst (e.g. suspension of cells or spores), to which in situ biocatalyst grains are produced in the equipment under intensified conditions,

Sulla base di queste constatazioni , l'oggetto dell invenzione è stato conseguito con una apparecchiatura munita di spazio di reazione contenente un tubo aspirante, un dispositivo per caricare il catalizzatore, l'alimentazione di liquido e gas nello spazio di reazione, e un dispositivo per scaricare il prodotto ottenuto dalla biocatal isi e dal gas sepiarato durante il processo, oltre ad una pompa di circolazione, e detta apparecchiatura è caratterizzata dall'avere un tubo di ricircolazione le cui due estremità portano nello spazio di reazione in punti l'uno sopra l'altro, un elemento filtrante situato prima dell'orificio d'uscita del mezzo trattato nello spazio di reazione, in cui l'elemento filtrante viene usato per trattenere le particelle vettrici di catalizzatore solido nello spazio di reazione; la pompa di ricircolazione è incorporata nel tubo di ricircolazione dividendolo in ramo di pressione e di aspirazione, e, rispetto alla direzione di flusso del mezzo trattato, viene incorporato dapprima un acceleratore di flusso nel ramo di pressione dopo la pompa, quindi viene portato un tubo d'entrata, dopo di che i ramo di pressione contiene elemento(i) di dispersione del gas, On the basis of these findings, the object of the invention has been achieved with an apparatus equipped with a reaction space containing a suction tube, a device for loading the catalyst, the feeding of liquid and gas into the reaction space, and a device for discharge the product obtained from the biocatalysis and the gas separated during the process, as well as a circulation pump, and said equipment is characterized by having a recirculation tube whose two ends lead into the reaction space at points one above the the other, a filter element located prior to the outlet orifice of the treated medium in the reaction space, where the filter element is used to retain the solid catalyst carrier particles in the reaction space; the recirculation pump is incorporated in the recirculation pipe dividing it into pressure and suction branch, and, with respect to the flow direction of the treated medium, a flow accelerator is first incorporated in the pressure branch after the pump, then a pipe is brought inlet, after which the pressure branch contains gas dispersion element (s),

In accordo con una forma di realizzazione preferita, una camera di separazione di fasi è collegata sulla sommità dello spazio di reazione con un tronchetto di scarico dei gas e la derivazione di aspirazione del tubo di ricircolazione inizia dalla parte inferiore della camera ed un tubo'aspirante situato nello spazio di reazione si estende nella camera, In accordo con un'altra forma di realizzazione preferita dell'invenzione, lo spazio cilindrico del reattore è chiuso nella parte infeiore da un elemento di rivestimento pure cilindrico in cui un condotto unisce tangenzialmente la derivazione di pressione del tubo di circolazione, Esso serve allo scopo se la superficie superiore della parte inferiore, l'arco inclinato che inizia dal fondo dell'orificio di alimentazione della ramificazione di pressione estendentesi alla sommità di questo orificio, è formata come superficie frontale, e se tubo di raccordo di drenaggio coperto con l'elemento filtrante dalla spazio di reazione previsto con una valvola viene portato dal fondo all'esterno, mentre sopra l'elemento filtrante viene fissato un elemento di modifica del flusso di sezione trasversale, che va riducendosi verso l'alto ed e diretto all'interno del tubo di raccordo, In accordance with a preferred embodiment, a phase separation chamber is connected at the top of the reaction space with a gas discharge socket and the suction branch of the recirculation tube starts from the lower part of the chamber and a suction tube located in the reaction space extends into the chamber. In accordance with another preferred embodiment of the invention, the cylindrical space of the reactor is closed in the lower part by a cylindrical casing element in which a conduit tangentially joins the derivation of pressure of the circulation pipe, It serves the purpose if the upper surface of the lower part, the sloping arc starting from the bottom of the supply orifice of the pressure branch extending to the top of this orifice, is formed as a front surface, and if drain connection pipe covered with the filter element from the reaction space provided with a the valve is brought from the bottom to the outside, while above the filter element is fixed an element for modifying the flow of cross section, which is reduced upwards and is directed inside the connection pipe,

E anche preferita la forma di realizzazione in cui il tubo di raccordo di entrata del liquido che deve essere trattato porta nella ramificazione di pressione del tubo di ricircolazione tra la pompa e l'elemento di accelerazione del flusso, e il tubo di raccordo che scarica il prodotto ottenuto come risultato del processo biocatalitico porta fuori dalla ramificazione di aspirazione del tubo di ricircolazione, Also preferred is the embodiment in which the liquid inlet connecting pipe to be treated leads into the pressure branch of the recirculation pipe between the pump and the flow accelerator element, and the connecting pipe which discharges the product obtained as a result of the biocatalytic process leads out of the suction branch of the recirculation tube,

In accordo con un altro criterio dell'invenzione, l'apparecchiatura presenta un tubo di raccordo che porta nella camera di separazione delle fasi per caricare il materiale biocalizzatore solido nello spazio di reazione, In accordance with another criterion of the invention, the apparatus has a connecting tube which leads into the phase separation chamber to load the solid biocalizer material into the reaction space,

Una forma di realizzazione dell'apparecchiatura è caratterizzata da un testina di formazione di gocce diretta alla camera di separazione delle fasi per caricare il materiale biocatalizzatore, per esempio, gocce di sol contenenti batteri, collegata con un serbatoio contenente un miscelatore per ricevere il materiale di sol, In questo caso, essa serve allo scopo se una valvola è incorporata tra la testina di formazione delle gocce ed il serbatoio, e se la testina di formazione delle gocce è munita di elementi di formazione di gocce rivolti verso l'interno della camera,di separazione delle fasi, se la densità delle particelle del catalizzatone solido è inferiore a quella della fase liquida che partecipa al processo biocatalitico, è consigliabile usare questa forma di realizzazione dell'apparecchiatura, la cui particolarità è che il tubo di raccordo incorporato nello spazio di reazione conico nel fondo e cilindrico sulla parte superiore ha una parte cilindrica superiore di maggior diametro, ed una parte cilindrica inferiore di diametro più piccolo che collega la parte cilindrica superiore con una parte conica intermedia, One embodiment of the apparatus is characterized by a drop forming head directed to the phase separation chamber for loading the biocatalyst material, for example, sol droplets containing bacteria, connected with a reservoir containing a mixer for receiving the biocatalyst material. In this case, it serves the purpose if a valve is incorporated between the drop forming head and the reservoir, and if the drop forming head is provided with drop forming elements facing the interior of the chamber, phase separation, if the particle density of the solid catalyst is lower than that of the liquid phase that participates in the biocatalytic process, it is advisable to use this embodiment of the equipment, the particularity of which is that the connection pipe incorporated in the reaction conical in the bottom and cylindrical on the upper part has an upper cylindrical part of greater diameter , and a lower cylindrical part of smaller diameter which connects the upper cylindrical part with an intermediate conical part,

L'apparecchiatura presenta una camera conica come continuazione verso il basso della parte conica inferiore dello spazio di reazione che è unito dalla ramificazione di aspirazione del tubo di ricircolazione, e la ramificazione di pressione del tubo di ricircolazione viene portata tangenzialmente nella parte inferiore della parte cilindrica superiore del tubo di raccordo, ed un elemento filtrante è disposto davanti all orifizio della diramazione di aspirazione che porta fuori dalla camera, in questo caso è conveniente se un ugello ausiliario d'entrata di gas viene diretto attraverso la parete che circonda la camera rastremata, nel fondo, che è diretta verso l'orifizio della parte cilindrica. inferiore del tubo di raccordo raggiungendo la camera. The apparatus has a conical chamber as a downward continuation of the lower conical part of the reaction space which is joined by the suction branch of the recirculation tube, and the pressure branch of the recirculation tube is brought tangentially into the lower part of the cylindrical part top of the connecting pipe, and a filter element is arranged in front of the orifice of the suction branch leading out of the chamber, in this case it is convenient if an auxiliary gas inlet nozzle is directed through the wall surrounding the tapered chamber, in the bottom, which is directed towards the orifice of the cylindrical part. bottom of the connecting pipe reaching the chamber.

In accordo con un ulteriore aspetto dell'invenzione, la lunghezza della diramazione di pressione del tubo di circolazione eccede di molto la lunghezza della diramazione di aspirazione, Di conseguenza, può essere aumentato il numero di elementi di dispersione, e quindi può essere aumentata l'intensità di trasferimento gas-liquido, In accordo con un'ulteriore forma di realizzazione, l'apparecchiatura è munita di elemento il di dispersione dei gas che comprendono confusone, diffusore e scanalatura. In accordance with a further aspect of the invention, the length of the pressure branch of the circulation pipe greatly exceeds the length of the suction branch. Consequently, the number of dispersion elements can be increased, and therefore the gas-liquid transfer intensity. In accordance with a further embodiment, the apparatus is provided with gas dispersion element II comprising confusion, diffuser and groove.

Questi elementi di dispersione dei gas sono posti innanrcitutto nella sezione, o sezioni, verticale o quasi verticale della diramazione di pressione del tubo di circolazione, Gli elementi di dispersione dei gas con una barra ed una parte circondante a spirale sono disposti nella sezione o sezioni orizzontale o quasi orizzontale della diramazione di pressione, These gas dispersion elements are primarily placed in the vertical or near vertical section or sections of the pressure branch of the circulation pipe.The gas dispersion elements with a bar and a spiral surrounding part are arranged in the horizontal section or sections or almost horizontal of the pressure branch,

L'invenzione viene descritta dettagliatamente con l'aiuto di disegni che illustrano forme di reaiizzazioene preferite dell apparecchiatura date a titolo di esempio e le sue parti strutturali, in cui: The invention is described in detail with the aid of drawings which illustrate preferred embodiments of the apparatus given by way of example and its structural parts, in which:

- figura la; sezione assiale verticale schematica dell'apparecchiatura, - figure la; schematic vertical axial section of the equipment,

- figura Ib; sezione lungo la linea A-A di figura la, - figure Ib; section along the line A-A of figure la,

- figura le; sezione assiale verticale di un elemento di formazione di gocce raffigurato in scala ingrandita - figure le; vertical axial section of a drop forming element shown on an enlarged scale

- figura ld; raffigurazione assonometrica d:i. un elemento di dispersione in scala ingrandita, - figure ld; axonometric representation d: i. an enlarged-scale dispersion element,

-- figura le; vista frontale di un altro elemento di. dispersione, - figure le; front view of another element of. dispersion,

- figura 2a; sezione assiale verticale schematica,di. un'altra forma di realizzazione della appa.recchiatura, - figure 2a; schematic vertical axial section, of. another embodiment of the apparatus,

- figura 2b; illustra l'apparecchiatura illustrata in figura 2a secondo una linea in cascata, - figure 2b; shows the apparatus illustrated in figure 2a according to a cascade line,

- figura 3a; sezione assiale verticale di un elemento, - figure 3a; vertical axial section of an element,

- figura 3b; sezione lungo F-F di figura 3a, - figure 3b; section along F-F of figure 3a,

Il dispositivo presentato nelle figure la - le è realizzato nella forma adatta per intrappolare i microrganismi consumatori di aria, o le loro spore in gel, e per effettuare una. fermentazione quasi continua con i microrganismi intrappolati nel gel The device presented in figures la-le is made in the form suitable for trapping the air-consuming microorganisms, or their spores in gel, and for carrying out one. almost continuous fermentation with microorganisms trapped in the gel

vettore K-carragenato e la sua applicazione per la biosintesi di L-triftofano . K-carragenate vector and its application for the biosynthesis of L-triphthophane.

Le parti principali dell'apparecchiatura sono l'unità d'entrata I nella piante inferiore,l'unità di reazione autocircolante II sopirà la precedente, l'unità di separazione di fase III, l'unità di formazione di gocce di sol IV unita al coperchio dell' unità precedente, e l'unità di dispersione dei gas a circolazione forzata V, che collega l'unità di entrata del fluido I e l'unità di separazione di fasi III bipassando l'unità di reazione II, The main parts of the equipment are the inlet unit I in the lower plant, the self-circulating reaction unit II will suppress the previous one, the phase III separation unit, the sol drop forming unit IV combined with the cover of the previous unit, and the forced circulation gas dispersion unit V, which connects the fluid inlet unit I and the phase separation unit III by bypassing the reaction unit II,

L'unità di immissione del fluido I presenta un elemento inferiore cilindrico 1, il tubo di raccordo di entrata del fluido 2, dirigendosi tangenzialmente verso di esso dall'esterno, — come illustrato in figura 1b continua nel condotto tangenziale 3 realizzato nell'elemento di fondo 1. La superficie confinante inferiore 5 di parte dello spazio 4 (figura lai, (vedere pure figura 1b , si eleva frontalmente in forma filettata rispetto all'asse geometrico verticale longitudinale dell apparecchiatura iniziando dal bordo limite inferiore del piano d'entrata 6 e terminando sullo stesso piano. The fluid inlet unit I has a cylindrical lower element 1, the fluid inlet connection pipe 2, moving tangentially towards it from the outside, - as illustrated in Figure 1b, continues in the tangential duct 3 made in the bottom 1. The lower bordering surface 5 of part of the space 4 (figure lai, (see also figure 1b, rises from the front in a threaded form with respect to the longitudinal vertical geometric axis of the apparatus starting from the lower limit edge of the inlet plane 6 and ending on the same plane.

L'unità conica di modifica del flusso 8 è disposta con la sua punta sull'asse geometrico verticale distanziato sull'elemento di fondo 1, e fissata con vite 7 all'elemento di fondo 1, Un elemento filtrante longitudinale a superfici cilindriche 10 è situato tra la piastra di base dell'unità di modifica del flusso 8 e la piastra estrema superiore della parte centrale circolare 9 (vista dall'alto dell'elemento di fondo 1 (vedere pure figura 1b , L'angolo di conicità dell'unità di modifica del flusso 8 è convenientemente tra 50 e 70°, il diametro dk della sua base è proporzionato al diametro interno Da del fondo, come (1—1,2) - 2, Due tubi di raccordo passanti 11, 12 sono inseriti nell'elemento di fondo cilindrico 1 dell'unità di entrata del fluido I. Il tubo di raccordo 11 viene usato per la rimozione della fase liquida senza le particelle di catalizzatore (l'elemento filtrante 10 - comie si vedrà. in seguito - trattiene queste piarticelle mentre il tubo di raccordo 12 è previsto per la completa rimozione della sospensione liquido-solido dall'apparecchiatura, The conical flow modification unit 8 is arranged with its tip on the vertical geometric axis spaced on the bottom element 1, and fixed with screw 7 to the bottom element 1, A longitudinal filter element with cylindrical surfaces 10 is located between the base plate of the flow modification unit 8 and the upper end plate of the circular central part 9 (top view of the bottom element 1 (see also Figure 1b, The taper angle of the modification unit flow 8 is conveniently between 50 and 70 °, the diameter dk of its base is proportional to the internal diameter Da of the bottom, as (1 - 1,2) - 2, Two passing connecting pipes 11, 12 are inserted in the element bottom 1 of the fluid inlet unit I. The connecting pipe 11 is used for the removal of the liquid phase without the catalyst particles (the filter element 10 - see below - retains these particles while the connecting pipe 12 is provided for co complete removal of the liquid-solid suspension from the equipment,

I tubi di scarico possono essere aperti con le valvole 13 e 14 sotto l'elemento di fondo 1, The drain pipes can be opened with valves 13 and 14 under the bottom element 1,

L'unità di.reazione autocircolante Il comprende uno spazio di reazione 15 circondato da una parete cilindrica 15a, The self-circulating ventilation unit II comprises a reaction space 15 surrounded by a cylindrical wall 15a,

Il diametro interno Di dell'alloggiamento 15a è identico al diametro DA dell'elemento di fondo cilindrico I, The internal diameter Di of the housing 15a is identical to the diameter DA of the cylindrical bottom element I,

La parete 15a è circondata da un mantello termostatico 16 distanziato dalla parete , quindi vi è uno stretto spazio termostatico circolare 16 tra la parete ed il manto, The wall 15a is surrounded by a thermostatic jacket 16 spaced from the wall, so there is a narrow circular thermostatic space 16 between the wall and the mantle,

Un tubo di raccordo 17 di diametro di è centralmente situato nello spazio di reazione 15, in altre parole, la parete 15a, il mantello termostatico 16 ed il tubo di raccordo 17 sono concentrici all'asse x geometrico verticale, A connecting pipe 17 with a diameter of is centrally located in the reaction space 15, in other words, the wall 15a, the thermostatic jacket 16 and the connecting pipe 17 are concentric to the vertical geometric x axis,

Il diametro Di è in proporzione con di di 2;1. The diameter Di is in proportion to di of 2; 1.

La flangia inferiore del.tubo di raccordo si estende sotto la piunta dell'elemento conico di modifica del flusso 8, cioè il tubo di. raccordo circonda parzialmente la parte superiore dell'elemento di modifica del flusso The lower flange of the connecting tube extends beneath the tip of the conical flow modification member 8, i.e. fillet partially surrounds the top of the flow modification element

La distanza verticale hi tra la.flangia inferiore dei tubo di raccordo 17 ed il cerchio di diametro di tagliato sul cono dal prolungamento verticale del tubo di raccordo è determinata,in modo che il riientello cilindrico immaginario tra questo cerchio e la flangia inferiore del tubo di raccordo e l'area di sezione trasversale del tubo di raccordo siano quasi identici. The vertical distance hi between the lower flange of the connecting pipe 17 and the circle of diameter cut on the cone by the vertical extension of the connecting pipe is determined, so that the imaginary cylindrical recess between this circle and the lower flange of the connecting pipe fitting and the cross-sectional area of the fitting pipe are almost identical.

L'unità di separazione di fasi III comprende una camera 18 con parte inferiore tronco-conica dilatata verso l’alto Ί3 ed una parte superiore cindrica 20 che si collega con la parte superiore conica da sopra quest,a, Il diametro D; della parte superiore è convenientemente circa 1,5- 2 volte il diametro Di dello spazio di reazione 15, Il peso hz dell'unità di separazione di fas.i III è circa 1/3 - 1/4 dell'altezza 1 dello spazio di reazione 15, La parte inferiore conica 19 dell'unità di. separazione di fasi III è circa 1/3 dell'altezza della parte superiore 20, L'altezza totale L. dell'unità di entrata del fluido I, dell'unità,di reazione II e dell'unità di separazione di fasi III, cioè l'effettivo reattore, non eccede convenientemente 5 — G volte il diametro Di dello spazio di reazione La parete della parte inferiore tronco-conica 13 è coperta all'interno dai un elemento filtrante 21, costituito convenientemente da tessuto filtrante, che ha pure superiici tronco-coniche, La dirnensione delle maglie dell'elemento filtrante 21 viene determinata in modo da trattenere i.1 gas tanto da lasciare il fluido nella direzione della minor resistenza all'interno della camera 18, Il tubo di raccordo di uscita del liquido 22 ed il tubo di raccordo di campionamento 23 escono dalla piarle inferiore 13, Il tubo aspirante verticale 17 raggiunge l'interno della parte inferiore 19 dell'unità di separazione di fasi III, in particolare circa 0,01 - 0,02 m oltre il livello determinato dagli assi dei tubi di raccordo 22 e '23 li tubi di raccordo 22 e 23 sono convenientemente orizzontali ed i loro assi sono nello stesso piano orizzontale), The phase separation unit III includes a chamber 18 with a truncated conical lower part dilated upwards Ί3 and a cylindrical upper part 20 that connects with the conical upper part from above, a, the diameter D; of the upper part is conveniently about 1.5-2 times the diameter Di of the reaction space 15, The weight hz of the separation unit of phase III is about 1/3 - 1/4 of the height 1 of the reaction space reaction 15, The conical underside 19 of the unit of. phase separation III is about 1/3 of the height of the upper part 20, The total height L. of the fluid inlet unit I, the unit, reaction unit II and the phase separation unit III, i.e. the actual reactor, conveniently does not exceed 5 - G times the diameter Di of the reaction space. -conical, The size of the meshes of the filtering element 21 is determined in such a way as to retain the gas so as to leave the fluid in the direction of the least resistance inside the chamber 18, The liquid outlet pipe 22 and the sampling connection pipe 23 come out of the lower plate 13, The vertical suction pipe 17 reaches the inside of the lower part 19 of the phase separation unit III, in particular about 0.01 - 0.02 m above the level determined by theaxes of the connecting pipes 22 and 23 the connecting pipes 22 and 23 are conveniently horizontal and their axes are in the same horizontal plane),

L.a piarle superiore 20 dell'unità di separazione di fasi III è chiusa dal coperchio (piastra) 24, La testa di formareione di gocce cilindrica 25 dell'unità di formazione di gocce di sol IV è incorporata nel coperchio 24 simmetricamenete all'asse x geometrico verticale, Pertanto, la testa di formazione di gocce,la parte inferiore 13 e la parte superiore 20 dell'unità di separazione di fasi III sono concentriche all'asse geometrico verticale, La testa di formazione di gocce è collegata, attraverso la valvola 26 ed il tubo di. raccordo 36, al serbatoio 27 dell'unità di. formazione di gocce di.sol IV, Il tubo di raccordo di uscita del gas 28 è diretto all'esterno dal coperchio 24, che è collegato al dispositivo di raffreddamento 23, Il diametro DC dela testa di formazione delle gocce 25 è circa la metà del diametro Di dello spazio di reazione 15. La testa di formazione delle gocce 28 può pure essere circondata da un mantello termostatico (non illustrato) ed il suo volume è circa 1/10 del volume del serbatoio 27 (serbatoio del sol), che fa parte dell'unità di formazione delle gocce di sol IV, Il serbatoio 27, conico nella parte inferiore e cilindrico nella parte superiore - concentrico con l'asse x geometrico verticale - è chiuso da un coperchio 27a, e il tubo di raccordo di inoculazione 30, il tubo di raccordo di riempimento 31 (orifizio di riempimento), e il tubo di raccordo 34 penetrano in questo coperchio dal serbatoio, ed un tubo per il flusso dell'aria pressurizzata è collegato al tubo di raccordo 34 (non illustrato), La parete del serbatoio 27, indicata con il riferimento numerico 27b, è circondata dal mantello termostatico 27c, distanziato da questa, che confina con la parete 27b con uno stretto spazio termostatico 27d, The top plate 20 of the phase separation unit III is closed by the lid (plate) 24, The cylindrical droplet head 25 of the sol droplet unit IV is incorporated in the lid 24 symmetrically to the geometric x-axis Therefore, the drop forming head, the lower part 13 and the upper part 20 of the phase separation unit III are concentric to the vertical geometric axis, The drop forming head is connected, through the valve 26 and the tube. connection 36, to the tank 27 of the unit. drip formation of sol IV, The gas outlet connection pipe 28 is directed outward from the cover 24, which is connected to the cooler 23, The DC diameter of the drip formation head 25 is approximately half the size of the diameter Di of the reaction space 15. The drop formation head 28 may also be surrounded by a thermostatic jacket (not shown) and its volume is approximately 1/10 of the volume of the tank 27 (sol tank), which is part of the droplet formation unit of sol IV, The tank 27, conical in the lower part and cylindrical in the upper part - concentric with the vertical geometric x axis - is closed by a lid 27a, and the inoculation connection tube 30, the filling connection tube 31 (filling orifice), and the connection tube 34 enter this lid from the tank, and a tube for the flow of pressurized air is connected to the connection tube 34 (not shown). of the tank 27, i indicated with the reference number 27b, it is surrounded by the thermostatic jacket 27c, spaced from this, which borders the wall 27b with a narrow thermostatic space 27d,

Il volume del serbatoio 27 è circa il 50% del volume dello spazio di reazione 15 dell'unità di reazione II. The volume of the tank 27 is approximately 50% of the volume of the reaction space 15 of the reaction unit II.

Un'elica di miscelazione 33 si estende nel serbatoio 27,in particolare nella sua parte inferiore tronco-conica, il cui albero di collegamento si trova nell'asse x geometrico verticale ed è azionato dal motore M, A mixing propeller 33 extends into the tank 27, in particular in its frusto-conical lower part, the connecting shaft of which is located in the vertical geometric x axis and is driven by the motor M,

Gli elementi di formazione delle gocce 35 sono incorporate nella base della testa di formazione delle gocce 2S, uno di essi è mostrato in sezione e in scala ingrandita in figura le, The drop forming elements 35 are incorporated in the base of the drop forming head 2S, one of them is shown in section and on an enlarged scale in figure 1e,

Il filtro 36 — costituito da tessuto filtrante con una conveniente dimensione di maglie di 0,1 mm è incorporato nella testa di formazione delle gocce 25 sopra la base, Il numero degli elementi di formazione delle gocce 35 concentricamente distribuiti sulla base, può essere determinato con la seguente formula empirica: The filter 36 - consisting of filter cloth with a convenient mesh size of 0.1 mm is incorporated in the drop forming head 25 above the base, The number of drop forming elements 35 concentrically distributed on the base, can be determined with the following empirical formula:

Il diametro del foro dF degli elementi. di formazione delle gocce35 ifigura le) è 0,3 - 0,8 mm in relazione al tipo di sol. The diameter of the hole dF of the elements. formation of the drops35 figure le) is 0.3 - 0.8 mm in relation to the type of sol.

L'unità di dispersione del gas a circolazione forzata V dell'apparecchiatura comprende un tubo di circolazione 50, un'estremità del quale è collegata al tubo di raccordo 2 dell'unità di entrata del fluido I, l'altra estremità con il tubo di raccordo di uscita del liquido 22 dell'unità eli separazione di fasi III, Il tubo di circolazione 50 (il cui massimo diametro è circa 1/4 - 1/6 del diametro Di dello spazio di reazione 151 presenta due sezioni; la sua diramazione di aspirazione s.i estende dal tubo di raccordo di uscita del liquido 22 alla pompa di circolazione 33 di mandata variabile, e la sua diramazione di pressione 39 va dalla pompa 38 al tubo di raccordo d'entrata del fluido 2, The forced circulation gas dispersion unit V of the equipment comprises a circulation pipe 50, one end of which is connected to the connecting pipe 2 of the fluid inlet unit I, the other end with the discharge pipe liquid outlet connection 22 of the phase separation unit III, The circulation tube 50 (the maximum diameter of which is approximately 1/4 - 1/6 of the diameter Di of the reaction space 151 has two sections; its branch of suction s.i extends from the liquid outlet connection pipe 22 to the variable delivery circulation pump 33, and its pressure branch 39 goes from the pump 38 to the fluid inlet connection pipe 2,

La posizione della pompa 33 viene scelta nel tubo di. circolazione 50 in modo che sia il più possibile vicina. al tubo di. raccordo 22, cioè la diramazione di pressione 39 del tubo di circolazione The position of the pump 33 is chosen in the tube. circulation 50 so that it is as close as possible. to the tube. fitting 22, i.e. the pressure branch 39 of the circulation pipe

50 dovrebbe essere la più lunga possibile, La diramazione di aspiraszione e la diramazione di pressione 39 possono essere cort-o—cricuitate con la valvola 41 incorporata nel tubo bipassante 40, L'elemento di accelerazione del flusso 42 incorporato nella diramazione di pressione 39, serve all'accelerazione ad alta velocità della portata, L'ugello 43, previsto per un flusso uniforme di gas, è situato nel tubo 44 diretto nella diramazione di pressione 39 dopo il confusore 42 rivolto verso la direzione di flusso del mezzo indicata con la freccia g, detto tubo 44 serve ad introdurre il gas, generalmente aria (ossigeno), nella direzione della freccia p (figura la), necessario per la reazione biochimica, 50 should be as long as possible, The suction branch and the pressure branch 39 can be short-or-crimped with the valve 41 incorporated in the bypass tube 40, The flow accelerator element 42 incorporated in the pressure branch 39, serves to accelerate the flow rate at high speed, The nozzle 43, intended for a uniform flow of gas, is located in the pipe 44 directed into the pressure branch 39 after the confuser 42 facing the direction of flow of the medium indicated by the arrow g, said tube 44 serves to introduce the gas, generally air (oxygen), in the direction of the arrow p (figure la), necessary for the biochemical reaction,

Gli elementi di dispersione 45 si trovano nella diramazione di pressione 33 tra il tubo 44 ed il tubo di raccordo 2, uno di essi è presentato nel disegno assonometrico di figura td realizzato in scala ingrandita, e questi elementi forniscono la miscelazione intensiva gas—liquido e la dispersione della fase gassoso,in piccole bolle, The dispersion elements 45 are located in the pressure branch 33 between the tube 44 and the connecting tube 2, one of them is presented in the axonometric drawing of figure td made on an enlarged scale, and these elements provide the intensive gas-liquid mixing and the dispersion of the gaseous phase, in small bubbles,

L'elemento di dispersione 45, iliustrato nel1e figure la e ld presenta nel suo centro una scanalatura contratta, la cui estremità anteriore è collegata con il confusore, e l'altra estremità con un diffusore, prospicente la direzione del flusso del mezzo indicata dalla freccia g Cfigura lai c<'>.o la scanalatura 45a - come illustrato in figura ld -è collegata in parte con :i.l confusore 45b ed in parte con il diffusore 45c), Gli elementi di tipo scanalato sono incorporati nel tratto del tubo verticale se il gas-liquido affluisce verso il basso, The dispersion element 45, illustrated in figures la and ld, has in its center a contracted groove, the front end of which is connected with the confuser, and the other end with a diffuser, facing the direction of flow of the medium indicated by the arrow. g Cfigure lai c <'>. o the groove 45a - as illustrated in figure ld - is connected in part with: i. the confuser 45b and in part with the diffuser 45c). the gas-liquid flows downwards,

L'elemento di dispersione 46 illustrato in figura le è formato da una barra diritta 46a e dalla sua parte a spirale 4Sb; l'elemento di dispersione 46 dovrebbe essere situato in un tratto del tubo orizzonta1e. The dispersion element 46 illustrated in figure 1a is formed by a straight bar 46a and its spiral part 4Sb; the dispersion element 46 should be located in a portion of the horizontal tube.

Gli elementi di dispersione 45 e 46 sono sostituibili e le loro dimensioni caratteristiche possono essere determinate in accordo con il consumo di aria della data coltura, di cellule e con le climensioni del reaitore, The dispersion elements 45 and 46 are replaceable and their characteristic dimensions can be determined in accordance with the air consumption of the given culture, of cells and with the climatic conditions of the reactor,

Il tubo di raccordo 48 che serve da entrata della soluzione di alimentazione (freccia p, figura la) e il tubo di raccordo 43 per la rimozione del prodotto (freccia t, figura la) sono parti dell'unità di dispersione del gas V con circolazione forzata, e pud essere chiuso o aperto con le valvole 47a e 47b, L'apparecchiatura sopra descritta funziona nel modo seguente; The connection tube 48 which serves as the inlet for the supply solution (arrow p, figure la) and the connection tube 43 for product removal (arrow t, figure la) are parts of the gas dispersion unit V with circulation forced, and can be closed or opened with valves 47a and 47b. The apparatus described above operates as follows;

il serbatoio 27 dell'unità di formazione delle gocce IV viene riempito attraverso il serbatoio di riempimento con sol Na-alginato di appropriata concentrazione, mentre la valvola 25 si trova nella posizione chiusa, quindi l'entrata di riempimento viene chiusa e l'intero reattore (bioreattore) viene sterilizzato con il metodo di sterilizzazione a vapore generalmente usato, Per effettuare questa operazione, il vapore viene introdotto attraverso il tubo di raccordo 44 dell'unità di dispersione V ed è eliminato dal sistema attraverso il tubo di raccordo 38 diretto fuori dalla camera 18 dell'unità di separazione di fasi III, the tank 27 of the drip forming unit IV is filled through the filling tank with sol Na-alginate of appropriate concentration, while the valve 25 is in the closed position, then the filling inlet is closed and the whole reactor (bioreactor) is sterilized by the steam sterilization method generally used. To carry out this operation, the steam is introduced through the connecting pipe 44 of the dispersion unit V and is eliminated from the system through the connecting pipe 38 directed out of the chamber 18 of the phase separation unit III,

Il serbatoio 27 dell'unità di formazione delle gocce di sol IV e la testa di formazione delle gocce 25 vengono sterilizzati con vapore a 120° introdotto nello spazio termostatico 27d, mentre la soluzione nel serbatoio 27 viene miscelata con l'elica di miscelazione 33 per migliorare il trasferimento di calore,A completamento della sterilizzazione, lo spazio di reazione ed il tubo di circolazione 50 vengono privati dell'acqua attraverso il tubo di raccordo 12 che collega con l'unità di entrata del fluido I, quindi il reattore e la soluzione di sol vengono raffreddati a temperatura ambiente con acqua di raffreddamento fatta circolare nello spazio termostatico 16a e nello spazio termostatico 27d, rispettivamente. The tank 27 of the sol IV drop forming unit and the drop forming head 25 are sterilized with steam at 120 ° introduced into the thermostatic space 27d, while the solution in the tank 27 is mixed with the mixing helix 33 for improve the heat transfer, Upon completion of the sterilization, the reaction space and the circulation tube 50 are deprived of water through the connection tube 12 which connects with the fluid inlet unit I, then the reactor and the solution of sol are cooled to room temperature with cooling water circulated in the thermostatic space 16a and in the thermostatic space 27d, respectively.

Nel successivo stadio, lo spazio di.reazione 15 -ed in parte la camera 18 - vengono riempiti all'altezza della flangia superiore del tubo di raccordo 17 con soluzione di precipitazione di CaCla sterile usando la pompa 38, che è portata nel sistema attraverso il tubo di raccordo 48. In the next stage, the ventilation space 15 - and partly the chamber 18 - are filled at the height of the upper flange of the connecting tube 17 with sterile CaCla precipitation solution using the pump 38, which is brought into the system through the connecting pipe 48.

La soluzione di sol nel serbatoio viene inoculata attraverso il tubo di raccordo 30 con sospensione di cellule di Brevibacterium flavum , e la soluzione inoculata viene omogeneizzata con l'elica di miscelazione 33 fino ad ottenere la concentrazione di cellule omogenee, Quindi, la sospensione di sol-cellule omogeneizzata ottenuta, aprendo la valvola 28, viene portata dal serbatoio 27 nella testa cilindrica di formazione delle gocce 24 dell'unità di formazione delle gocce III, Qui il filtro 36 trattiene le micelle grosse incidentalmente presenti nella sospensione, mentre la sospensione stesse affluisce nell elemento di formazione delle gocce 35. The sol solution in the tank is inoculated through the connecting tube 30 with a suspension of Brevibacterium flavum cells, and the inoculated solution is homogenized with the mixing helix 33 until the concentration of homogeneous cells is obtained. -homogenized cells obtained, by opening the valve 28, are brought from the tank 27 into the cylindrical drop-forming head 24 of the drop-forming unit III, Here the filter 36 retains the large micelles incidentally present in the suspension, while the suspension itself flows in the drop formation element 35.

La sospensione fluisce attraverso il tubo di raccordo 34 come risultato del flusso di aria pressurizzata sterile an nientata al serbatoio 27, la velocità del flusso viene controllata variando la pressione dell'aria, The suspension flows through the connecting tube 34 as a result of the flow of sterile pressurized air entering the reservoir 27, the flow rate is controlled by varying the air pressure,

L'unità di formazione delle gocce 25 è atta ad alimentare sospensione cellule/sol alla portata The drop formation unit 25 is adapted to feed the cell / sol suspension at the flow rate

massima maximum

in = numero di elementi di formazione di gocce 35), In accordo con la formula, per esempio con un reattore del diametro di 0,2 metri, possono essere raggiunti 20 dm<3>/h di velocità di alimentazione e questo valore si avvicina all'uscita delle unità di formazione di gocce di sol a vibrazione note con la più alta uscita, usate in dimensioni di impianti pilota, ma contrariamente a questi, non vengono disintegrate le cellule. in = number of drop formation elements 35), According to the formula, for example with a reactor with a diameter of 0.2 meters, 20 dm <3> / h of feeding speed can be reached and this value approaches at the outlet of the known vibration droplet forming units with the highest output, used in pilot plant sizes, but contrary to these, the cells are not disintegrated.

Le gocce della sospensione cellule/sol cadono dalla testa di formazione delle gocce 25 nella soluzione di precipitazione di CaCl2 che si trova nello spazio di reazione 15, dove solidificano in gel, e si depositano, attraverso il tubo aspirante 17 nel fonde- del reattore, Durante il periodo della formazione di particelle di gel il flusso di aria sterile avviene attraverso il condotto 44 e l'ugello 43 ad una velocità volumetrica corrispondente ad una velocità lineare di 1 cm/s in relazione alla sezione trasversale dell'apparecchiatura vuota, attraverso il tubo di circolazione 50, il tubo di raccordo 2 ed il condotto 3 figura Ib) nel reattore. The drops of the cell / sol suspension fall from the drop formation head 25 into the CaCl2 precipitation solution located in the reaction space 15, where they solidify into a gel, and are deposited, through the suction tube 17 in the reactor melt, During the period of the formation of gel particles the flow of sterile air occurs through the duct 44 and the nozzle 43 at a volumetric velocity corresponding to a linear velocity of 1 cm / s in relation to the cross section of the empty apparatus, through the circulation pipe 50, the connecting pipe 2 and the pipe 3 Figure Ib) in the reactor.

Sotto l'influenza del getto liquido-aria alimentato tangenzialmente che induce il flusso a spirale verso l'alto iniziando dalla superficie frontale 5 Cfigura Ib), le particelle di gel depositate sull'elemento di fondo 1 assieme alla soluzione CaCls» salgono nello spazio anulare cilindrico tra la parete dello spazio di reazione 1Sa ed il tubo aspirante 17, quindi raggiungendo la flangia superiore del tubo aspirante 17 e cadendo all'interno sopra di esso, esse cadono ancora ed in questo modo le particelle di gel circolano nello spazio di reazione 15, Le condizioni di flusso indotte dal flusso di aria sterile migliorano il trasferimento della massa solido-liquido, cioè la diffusione degli ioni Ca<2+ >nei grani di gel, quindi vengono gelificati sulla,loro intera sezione trasversale in un periodo più breve — confrontato ai metodi noti — e di conseguenza le cellule racchiuse:nel gel sono meno esposte al possibile effetto danneggiante della soluzione Cad a, Under the influence of the tangentially fed liquid-air jet which induces the upward spiral flow starting from the front surface 5 Cfigure Ib), the gel particles deposited on the bottom element 1 together with the CaCls solution "rise into the annular space cylindrical between the wall of the reaction space 1Sa and the suction tube 17, therefore reaching the upper flange of the suction tube 17 and falling inside above it, they fall again and in this way the gel particles circulate in the reaction space 15 , The flow conditions induced by the flow of sterile air improve the solid-liquid mass transfer, i.e. the diffusion of Ca <2+> ions in the gel grains, then they are gelled on their entire cross section in a shorter period - compared to known methods - and consequently the cells enclosed: in the gel are less exposed to the possible damaging effect of the Cad solution a,

Dopo il completamento della formazione delle particelle di gel, la valvola 2G viene chiusa e la sovrapressione esercitata all'interno del contenitore 27 viene arrestata attraverso il tubo di raccordo 34, la valvola 13 viene aperta ed attraverso il tubo di raccordo 11 la soluzione di CaCl2-viene estratta dall'apparecchiatura, quindi, mentre la valvola di autocircolazione 41 è in posizione aperta, i mezzi di coltura sterili nel reattore vengono alimentati dalla pompa 33, Se necessario, prima di introdurre i mezzi di coltura, le particelle di gel vengono lavate con acqua distillata-sterile). After the completion of the formation of the gel particles, the valve 2G is closed and the overpressure exerted inside the container 27 is stopped through the connecting pipe 34, the valve 13 is opened and the CaCl2 solution through the connecting pipe 11 - is extracted from the apparatus, then, while the autocirculation valve 41 is in the open position, the sterile culture media in the reactor are fed by the pump 33, If necessary, before introducing the culture media, the gel particles are washed with distilled-sterile water).

I mezzi di coltura vengono alimentati attraverso il tubo di raccordo 43 nel tubo di circolazione 50, Non appena il livello dei mezzi di coltura raggiunge la flangia superiore del tubo di raccordo 17, viene arrestata la carica dei mezzi di coltura, la valvola 41 viene chiusa, ma i mezzi di coltura vengono fatti ancora circolare con la pompa 33, Attraverso il tubo 44 e l'ugello 43 (quest'ultimo serve a stabilizzare la portata del gas), il flusso di aria sterile viene caricato nella derivazione eli pressione 33 del tubo di circolazione 50 (freccia p, figura la) ad una portata che dà un consumo di aria della coltura batterica alla velocità di ventilazione di 1 - 1,5 vvm, In caso di microrganismi consumatori di aria, è desiderabile mantenere il valore della velocità di trasferimento dell'ossigeno (OTRI nella gamma di 150 - 250 mmoli O2/dm<3 >h, Questo intervallo OTR nell'apparecchiatura può essere raggiunto stabilendo la portata del liquido fatto circolare dalla pompa 38 al 50 - 80% della portata volumetrica reale del gas (flusso di aria sterile), Sotto l'influenza del flusso gas-liquido molto turbolento viene prodotta una finissima dispersione gas—liquido negli elementi di dispersione 45 e 46 incorporati nel tubo di circolazione 50 (vedere figure Id e le), ed il rinnovamento dell'area interfacciale sarà estremamente intensivo, La caduta di pressione negli elementi 45, 46 non eccede (0,8 -1,0) 10* Fa, The culture media are fed through the connection tube 43 into the circulation tube 50, As soon as the level of the culture media reaches the upper flange of the connection tube 17, the loading of the culture media is stopped, the valve 41 is closed , but the culture media are still circulated with the pump 33. Through the tube 44 and the nozzle 43 (the latter serves to stabilize the gas flow), the flow of sterile air is charged into the pressure branch 33 of the circulation pipe 50 (arrow p, figure la) at a flow rate that gives an air consumption of the bacterial culture at the ventilation speed of 1 - 1.5 vvm, In the case of air consuming microorganisms, it is desirable to maintain the speed value oxygen transfer (OTRI in the range of 150 - 250 mmol O2 / dm <3> h, This OTR interval in the equipment can be achieved by establishing the flow rate of the liquid circulated by the pump 38 at 50 - 80% of the p real volumetric flow of the gas (sterile air flow), Under the influence of the very turbulent gas-liquid flow, a very fine gas-liquid dispersion is produced in the dispersion elements 45 and 46 incorporated in the circulation tube 50 (see figures Id and ), and the renewal of the interfacial area will be extremely intensive, The pressure drop in elements 45, 46 does not exceed (0,8 -1,0) 10 * Fa,

La dispersione gas-liquido entra nell'elemento di fondo 1 del reattore attraverso il tubo di raccordo di entrata del fluido 2 ed il condotto tangenziale 3 (figura Ib) e, grazie alla superficie anteriore 5 filettata, viene forzata in un movimento a spirale verso l'alto, Il mezzo contenente la fase liquida e gassosa che entra con una velocità,di 10 -20 m/s induce il movimento elei fluido, che sale su un percorso a spirale nello spazio di reazione 15, nell'anello cilindrico situato all'esterno del tubo aspirante 17, Le bolle di gas,- che si agglomerano mentre salgono, si muovono su un percorso a spirale, per cui il tempo di sosta medio delle bolle nello spazio di reazione sarà più lungo, d'altra parte, come risultato delle forze d.i differenti direzioni, si verificheranno tali sollecitazioni di taglio che disgregheranno le bolle già agglomerate, aumentando cosi l'area interfacciale gas-liquido specifica nello spazio di reazione 15, The gas-liquid dispersion enters the bottom element 1 of the reactor through the fluid inlet connection pipe 2 and the tangential duct 3 (figure Ib) and, thanks to the threaded front surface 5, is forced into a spiral movement towards the medium containing the liquid and gaseous phase which enters with a velocity of 10-20 m / s induces the movement of the fluid, which rises on a spiral path in the reaction space 15, in the cylindrical ring located at the 'exterior of the suction tube 17, The gas bubbles, - which agglomerate as they rise, move on a spiral path, so that the average dwell time of the bubbles in the reaction space will be longer, on the other hand, as As a result of the forces of the different directions, such shear stresses will occur which will break up the already agglomerated bubbles, thus increasing the specific gas-liquid interfacial area in the reaction space 15,

Il flusso gas—liquido porta le particelle di gel vettrici catalizzatrici, e queste salgono all'unità di separazione di fasi III sopra la flangia del tubo di raccordo 17, quindi attraverso il tubo aspirante assieme al f1usso di autocircolazione indotto dalle bolle di gas rifluiscono sul fondo dello spazio di reazione 15, Il flusso delle particelle idi gel (biocatalizzatore in fase solida) e la fase liquida vengono regolati dall'elemento di modifica del flusso 8 ed inoltre esso previene la formazione di spazio inattivo nell aρparecchiatura, Il flusso che defluisce attraverso il tubo aspirante 17 trascina pure le bolle gassose finemente distribuite , The gas-liquid flow carries the catalyst gel vector particles, and these rise to the phase separation unit III above the flange of the connecting tube 17, then through the suction tube together with the autocirculation flow induced by the gas bubbles flow back onto the bottom of the reaction space 15, The flow of gel particles (solid phase biocatalyst) and the liquid phase are regulated by the flow modifier 8 and furthermore it prevents the formation of inactive space in the equipment, The flow flowing through the suction tube 17 also carries the finely distributed gaseous bubbles,

Il gas emerge dalla fase liquida nell'unità di separazione di fasi III e lascia l'apparecchiatura attraverso il tubo di raccordo 28, Il flusso di liquido lascia l'unità di separazione di fasi III attraverso il tubo di raccordo 22 ma può affluire nel tubo di raccordo 22 soltanto attraverso il filtro 21, che trattiene le particelle di biocatalizzatore particelie di gel), La fase liquida affluisce dal tubo di raccordo 22 nella derivazione di aspirazione 37 del tubo di circolazione 30 e da qui, attraverso la pompa 38, nella derivazione di.pressione 39, The gas emerges from the liquid phase in the phase separation unit III and leaves the equipment through the connection pipe 28, The liquid flow leaves the phase separation unit III through the connection pipe 22 but can flow into the pipe connection 22 only through the filter 21, which retains the biocatalyst particles and gel particles), The liquid phase flows from the connection pipe 22 into the suction branch 37 of the circulation pipe 30 and from here, through the pump 38, into the branch di.pressure 39,

Il processo e le condizioni di fermentazione dei mezzi di coltura possono essere seguiti con attenzione analizzando i campiioni presi attraverso il tubo di raccordo 23 che porta all’esterno dell'unità di separazione di fasi III, The fermentation process and conditions of the culture media can be followed carefully by analyzing the fields taken through the connection pipe 23 that leads to the outside of the phase III separation unit,

Nello stadio produttivo della fermentazione, la continua estrazione del prodotto e la continua alimentazione dei mezzi di coltura possono essere effettuati con la pompa o le pompe collegate a tubo di raccordo 43 e/o 43, o covi traboccamento, In the productive stage of fermentation, the continuous extraction of the product and the continuous feeding of the culture media can be carried out with the pump or pumps connected to the connecting pipe 43 and / or 43, or overflow holes,

Se è necessaria la sostituzione dei mezzi di coltura, il liquido di fermentazione viene estratto attraverso il tubo di raccordo 11 aprendo la valvola 13 (figura la) ed il reattore viene riempito con mezzi di coltura freschi, come descritto dettagliatamente in precedenza, Dopo completamento del ciclo di fermentazione completo la soluzione chiara di fermentazione assieme alle particelle di gel catalizzatrici vengono estratte attraverso il tubo di raccordo 12 aprendo la valvola 14, quindi sterilizzate con vapore, La forma d:i realizzazione dell'apparecchiatura in accordo con le figure 2a, 2b, a parte la mancanza dell'unità di formazione di gocce di sol - è praticamente la stessa delle figure la - le, quindi vengono usati i precedenti riferimenti numerici per indicare parti identiche dell'apparecchiatura. If replacement of the culture media is required, the fermentation liquid is extracted through the connecting tube 11 by opening the valve 13 (figure la) and the reactor is filled with fresh culture media, as described in detail above. complete fermentation cycle the clear fermentation solution together with the catalyst gel particles are extracted through the connecting pipe 12 by opening the valve 14, then sterilized with steam, Form d: i realization of the apparatus in accordance with figures 2a, 2b , apart from the lack of the unit for the formation of drops of sol - it is practically the same as in figures la - le, therefore the preceding numerical references are used to indicate identical parts of the apparatus.

L'apparecchiatura in accordo con le figure 2a,2b è realizzata nelle forma adatta per la realizzazione di fermentazione quasi continua con microrganismi immobilizzati su materiale vettore preformato, la cui densità è inferiore alla densità del fluido. Una caratteristica spiecifica del procedimento è che è anaerobico o richiede soltanto una piccola quantità di aria, allo stesso tempo il gas (p,e. diossido di carbonio) come sottoprodotto inibisce la fermentazi.one -- per esempio la fermentazione di etanolo con cellule Saccharomyces -, quindi viene usato gas inerte fp,e, azoto) o miscela di gas inerte ed aria, per rimuovere CO2 dal.la fase liquida, Un'altra caratteristica del procedimento è che il prodotto ha pure un effetto inibitore di fermentazione, quindi, allo scopo di ridurre la retromiscelazione del fluido, vengono utilizzate diverse apparecchiature disposte in cascata. The apparatus in accordance with Figures 2a, 2b is made in the form suitable for carrying out almost continuous fermentation with microorganisms immobilized on preformed carrier material, whose density is lower than the density of the fluid. A specific feature of the process is that it is anaerobic or requires only a small amount of air, at the same time the gas (eg, carbon dioxide) as a byproduct inhibits fermentation - for example the fermentation of ethanol with Saccharomyces cells. -, then inert gas fp, e, nitrogen) or mixture of inert gas and air is used, to remove CO2 from the liquid phase. Another feature of the process is that the product also has a fermentation inhibiting effect, therefore, in order to reduce the back-mixing of the fluid, various devices arranged in cascade are used.

Come menzionato in precedenza, l'unità d'entrata del fluido I dell'apparecchiatura in accordo con la figura 2a differisce dall'unità in accordo con la figura la nel fatto che questa è provvista di manto termostatico 51 che circonda lo stretto spazio termostatico 51a, Il tubo di- cordo 52 per caricare attraverso il coperchio nella camera 1S è collegato all'unità di separazione di fasi III anziché all'unità di formazione di gocce di sol, in cui la carica avviene con controllo di livello. As previously mentioned, the fluid inlet unit I of the apparatus according to figure 2a differs from the unit according to figure la in that the latter is provided with a thermostatic mantle 51 which surrounds the narrow thermostatic space 51a The conduit tube 52 for charging through the lid into the chamber 1S is connected to the phase separation unit III instead of the sol droplet forming unit, in which charging takes place with level control.

Gli elementi in cascata possono essere collegati con un sistema tubo e valvola per cui la loro sequenza è variabile durante il funzionamento, Gli elementi (reattori) K1 - K3 del reattore in cascata (linea in cascata) sono collegati con tubi 60, 61. The elements in cascade can be connected with a tube and valve system so their sequence is variable during operation, The elements (reactors) K1 - K3 of the cascade reactor (cascade line) are connected with tubes 60, 61.

L'apparecchiatura in accordo con le figure 2a, 2b funziona nel modo seguente; The apparatus according to figures 2a, 2b works in the following way;

gli elementi K1 — K3 della linea in cascata (figura 2b) vengono riempiti con mezzi di coltura usando le pompe 57 — 53, Quindi,le valvole 47b vengono chiuse ed i reattori,della linea in cascata vengono sterilizzati. secondo un metodo di sterilizzazione generalmente noto dei fernientatori, Doρo comp1etamento deIla sterilizzazione, i reattori vengono raffreddati, quindi viene fissata la temperatura di fermentazione e le particelle di biocatalizzatore contenenti cellule Saccharomyces immobilizzate vengono alimentate attraverso il tubo di raccordo di caricamento 52 nei mezzi d:i.coltura sterilizzati ed il livello dei mezzi di coltura viene stabilito al livello della flangia superiore del tubo di raccordo 17 (figura 2a), the elements K1 - K3 of the cascade line (figure 2b) are filled with culture media using the pumps 57 - 53, Then, the valves 47b are closed and the reactors of the cascade line are sterilized. according to a generally known sterilization method of fernientators, After completing the sterilization, the reactors are cooled, then the fermentation temperature is set and the biocatalyst particles containing immobilized Saccharomyces cells are fed through the loading connection tube 52 into the media d: i. culture sterilized and the level of the culture media is established at the level of the upper flange of the connecting pipe 17 (figure 2a),

Nella fase suecessiva, gas inerte sterile, o miscela di gas inerte ed aria, viene alintentato attraverso il tubo di-raccordo 44 contenente l'ugello 43 negli elementi Κ1 - K3 del reattore in cascata ad una portata sufficiente a rimuovere il CO2 prodotto durante la fermentazione e ad assicurare l'autocircolazione della sospensione liquido-solido nello spazio di reazione. Allo acopo di assicurare il trasferimento della massa gas-liquido intensivo, il liquido viene fatto circolare con la pompa di circolazione 38 da ogni elemento in cascata, attraverso gli elementi di dispersione 45 e 46, nel tubo di circolazione 50 (vedere anche quello dettein relazione alle figure la — le), In the subsequent phase, sterile inert gas, or a mixture of inert gas and air, is fed through the connecting pipe 44 containing the nozzle 43 into the elements Κ1 - K3 of the cascade reactor at a flow rate sufficient to remove the CO2 produced during the fermentation and to ensure the self-circulation of the liquid-solid suspension in the reaction space. In order to ensure the transfer of the intensive gas-liquid mass, the liquid is circulated with the circulation pump 38 from each element in cascade, through the dispersion elements 45 and 46, into the circulation tube 50 (see also the one referred to in relation in figures la - le),

Il gas contenente CO2 in ogni elemento (reattore) K1 - K3 emerge dalla fase liquida nella camera 18 dell'unità di separazione di fasi III, e lascia il reattore attraverso il tubo di raccordo 55, ed il liquido lascia lo spazio di reazione 15 attraverso il filtro 21 ed il tubo di raccordo 22 (il filtro 21 trattiene i grani di catalizzatore; e circola attraverso la derivazione di aspirazione 37 del tubedi circolazione 50 nella pompa 38, e da qui nella diramazione di pressione 33, Dopo aver raggiunto un predeterminato numero di cellule, viene iniziata carica continua dei.mezzi di coltura sterile con le pompe 57 - 53 (figura 2b) ed il prodotto viene estratto in continuazione. The gas containing CO2 in each element (reactor) K1 - K3 emerges from the liquid phase in chamber 18 of the phase separation unit III, and leaves the reactor through the connecting tube 55, and the liquid leaves the reaction space 15 through the filter 21 and the connecting pipe 22 (the filter 21 retains the catalyst grains; and circulates through the suction branch 37 of the circulation pipe 50 into the pump 38, and from there into the pressure branch 33, after having reached a predetermined number of cells, continuous loading of the sterile culture media is started with pumps 57 - 53 (Figure 2b) and the product is continuously extracted.

La forma di realizzazione dell'apparecchiatura in accordo con l'invenzione illustrata nelle figure e 3b viene usata per la realizzazione bella reazione biochimica catalizzata con enzima fisso, un substrato del quale è in fase liquida, l'altro substrato è in fase gel e l'enzima. viene immobilizzato su piccole particelle vettrici di bassa densità sensibili alla deformazione, Tale reazione è, per esempio, l'ossidazione di glucosio in acido gluconico in presenza di glucosioossidasi immobilizzato su polimero di.acriIonitrile, Le parti principali dell'apparecchiatura. sono l'unità di uscita del fluido IV, l'unità di reazione II e l'unità di dispersione del gas V con circolazione forzata, The embodiment of the apparatus according to the invention illustrated in figures and 3b is used for carrying out the biochemical reaction catalyzed with a fixed enzyme, one substrate of which is in the liquid phase, the other substrate is in the gel phase and the 'enzyme. it is immobilized on small deformation-sensitive low-density vector particles. This reaction is, for example, the oxidation of glucose into gluconic acid in the presence of immobilized glucose oxidase on acrylonitrile polymer. The main parts of the equipment. are the fluid outlet unit IV, the reaction unit II and the gas dispersion unit V with forced circulation,

L'unità di uscita del fluido VI ha una camera tronco-conica allargantesi. verso l'alto 64 dalla quale il tubo di raccordo di uscita del fluido 64 porta all'esterno, ed un tubo di raccordo 65 per alimentare il gas ausiliario porta all'interno, Pe la rimozione del liquido dall’apparecchiatura senza le particelle vettrici di catalizzatore, sono previsti un tubo di raccordo 67 con la valvola 66, e per la rimozione della carica complessiva dal reattore, un tubo di raccordo SS con valvola 66!, Gli-orifici dei tubi di raccordo 64, 67 e 69 che portano alla camera 63 ono separati dall'interno della carriera da un elemento a filtro tronco—conico realizzato in tessuto filtrante situato sulla superiicie interna della camera, La dimensione delle maglie dell'elemento a filtro 70 viene determinata in modo da esercitare una resistenza tale alla fase gassosa che questa si solleva nello spazio di reazione nella direzione di minor resistenza, The fluid outlet unit VI has a widening frusto-conical chamber. upwards 64 from which the fluid outlet connection pipe 64 leads to the outside, and a connection pipe 65 for supplying the auxiliary gas leads to the inside, For the removal of the liquid from the apparatus without the vector particles of catalyst, a connecting pipe 67 with the valve 66 is provided, and for the removal of the overall charge from the reactor, a connecting pipe SS with valve 66 !, The orifices of the connecting pipes 64, 67 and 69 leading to the chamber 63 are separated from the inside of the carrier by a frustoconical filter element made of filtering fabric located on the internal surface of the chamber. this rises in the reaction space in the direction of least resistance,

Il tubo di raccordo 65 per l'entrata del flusso di gas ausiliario è collegato all'ugello 71 che raggiunge l'interno della camera 63, mediante la quale si ottiene un flusso di gas uniforme. L'angolo idi conicità della camera è convenientemente tra 50 e 70<°>, il suo diametro medio B può essere circa 1/3 del diametro Eh del reattore e la sua altezza può essere circa 1/5 dell'altezza complessiva del reattore L, The connection pipe 65 for the inlet of the auxiliary gas flow is connected to the nozzle 71 which reaches the inside of the chamber 63, by means of which a uniform gas flow is obtained. The conic angle of the chamber is conveniently between 50 and 70 <°>, its average diameter B can be about 1/3 of the reactor diameter Eh and its height can be about 1/5 of the overall height of the reactor L ,

L'unità di reazione autocircolante II è collegata all'unità di uscita del. fluido VI munita di parte inferiore tronco—conica allargantesi verso l'alto 73 ed una parte superiore cilindrica 74, La parte iriferìore 73 può essere vista come una continuazione della camera.63, L'altezza della parte inferiore 73 è circa in proporzione all'altezza della piante superiore, come 1 a 3, L'altezza cornplessiva L del reattore (formato assieme all'unità di uscita del fluide· VI e all'unità di reazione II) non è maggiore di 1,8 - 2,5 volte il diametro ET dello spazio di reazione 75 (parte superiore cilindrica 74), Nell'asse geometrico verticale del reattore si trova il tubo di raccordo 76 formato da tre parti; la parte cilindrica inferiore 77 di diametro inferiore e·, la parte cilindrica superiore 78 di maggior diametro eE, e, tra di esse, la parte intermedia tronco-conica che si dilata verso l'alto 79, le cui lunghezze sono contraddistinte, iniziando dal basso, con lettere di The self-circulating reaction unit II is connected to the output unit of the. fluid VI equipped with a truncated-conical lower part extending upwards 73 and a cylindrical upper part 74, The referring part 73 can be seen as a continuation of the chamber. 63, The height of the lower part 73 is approximately in proportion to the upper plant height, such as 1 to 3, The overall height L of the reactor (formed together with the fluid outlet unit VI and reaction unit II) is not greater than 1.8 - 2.5 times the diameter ET of the reaction space 75 (upper cylindrical part 74). In the vertical geometric axis of the reactor there is the connecting tube 76 formed by three parts; the lower cylindrical part 77 of lower diameter e low, with letters of

L'altezza Η1 dello spazio di reazione 75 è la stessa o guasi la stessa dell'altezza del. tubo· aspirante 76, ma l'estremità inferiore della parte cilindrica inferiore del tubo aspirante 77 si prolunga all'interno della camera 63 ed è situata con uno spazio di circa Ba/3 sopra la sommità dell'ugello 71 estendendosi nella camera. The height Η1 of the reaction space 75 is the same or nearly the same as the height of. suction tube 76, but the lower end of the lower cylindrical part of the suction tube 77 extends inside the chamber 63 and is located with a space of about Ba / 3 above the top of the nozzle 71 extending into the chamber.

L'unità di uscita del fluido VI e l'unità di reazione II sono circondate dal mantello termostatico 80a che racchiude lo spazio termostatico 80, Il tubo di raccordo di carica del fluido 81 è diretto tangenzialmente verse Ia parte cilindrica superiore del tubo aspirante 76 circa al quarto inferiore dell'altezza c3 condotto attraverso la parete del serbatoio 72 (ed il rnantello termostatico 80a), Il tubo di raccordo SI è convenientemente orizzontale ed il suo diametro è circa 1/10 del diametro e3 della,parte cilindrica superiore 78, Lo spazio di reazione 75 è chiuso con il coperchio 82, attraverso il quale i.1 tubo di raccordo di uscita del gas 83 porta all'esterno dello spazio di reazione, ed i.1 tubo di raccordo di carica del catalizzatore 84 porta all'interno di esso, Un'estremità del tubo di circolazione 85 è collegata al tubo di raccordo 64 dell'unità d:i. uscita del fluido VI, e la sua altra estremità al tubo di raccordo di carica del fluido 81 dello spazio di reazione, con elementi di dispersione 45, 46 incorporati nel tubo di circolazione 85 in accordo con le figure la e le, Il tubo di circolazione 85 ha una diramazione d.i. aspirazione 87 estendentesi dal tubo -di raccordo 64 alla pompa di circolazione 86, ed una diramazione di pressione 88 estendentesi dalla pompa 86 al tubo di raccordo di carica del fluido 81, Un confusore 83 è incorporato in quest'ultimo, per aumentare considerevolmente la velocità di portata, Il tubo di raccordo 92 con l'ugello 91 è previsto per alimentare il flusso di gas, Gli. elementi. di dispersione 45 si trovano nel tratto verticale della diramazione di pressione 83 tra il confusero 89 ed il tubo di raccordo 81 (figura ld), e gli elementi di dispersione 46 sono incorporati nel tratto orizzontale (figure le), l'elemento di dispersione 46 è situato nel. tubo di raccordo 81 come è chiaramente illustrato in figura 3b, The fluid outlet unit VI and the reaction unit II are surrounded by the thermostatic jacket 80a which encloses the thermostatic space 80. The fluid charge connection pipe 81 is directed tangentially towards the upper cylindrical part of the suction pipe 76 approximately at the lower quarter of the height c3 conducted through the wall of the tank 72 (and the thermostatic ring 80a), the connecting pipe SI is conveniently horizontal and its diameter is about 1/10 of the diameter e3 of the upper cylindrical part 78, Lo reaction space 75 is closed with the lid 82, through which i.1 gas outlet connection pipe 83 leads to the outside of the reaction space, and i.1 catalyst charge connection pipe 84 leads inside of it, one end of the circulation pipe 85 is connected to the connecting pipe 64 of the unit d: i. fluid outlet VI, and its other end to the fluid charge connection pipe 81 of the reaction space, with dispersion elements 45, 46 incorporated in the circulation pipe 85 in accordance with figures la and le, The circulation pipe 85 has a branch d.i. suction 87 extending from the connecting pipe 64 to the circulation pump 86, and a pressure branch 88 extending from the pump 86 to the fluid charge connecting pipe 81. A confuser 83 is incorporated in the latter, to considerably increase the speed flow rate, The connection pipe 92 with the nozzle 91 is provided for supplying the gas flow, Gli. elements. dispersion elements 45 are located in the vertical section of the pressure branch 83 between the confusero 89 and the connecting pipe 81 (figure 1d), and the dispersion elements 46 are incorporated in the horizontal section (figure le), the dispersion element 46 is located in the. connecting pipe 81 as clearly illustrated in figure 3b,

Un tubo di raccordo 93 con valvola 94 porta alla diramazione di aspirazione 87 prima del tubo di raccordo 64, e l'elemento di accelerazione del flusso 89, preferibilmente il tubo 95 con la valvola 96, rima del confusero, serve per alimentazione del substrato, A connecting pipe 93 with valve 94 leads to the suction branch 87 before the connecting pipe 64, and the flow acceleration element 89, preferably the pipe 95 with the valve 96, before the confusero, serves for supply of the substrate,

L apparecchiatura in accordo con le figure 3a e 3b funziona nel seguente modo; The apparatus according to figures 3a and 3b works in the following way;

l'apparecchiatura sterilizzata chimicamente viene riempita attraverso il tubo di raccordo di carica del catalizzatore 84 con sospensione di enzima immobilizzata su poliacrilammide in substrato di glucosio. Il volume della carica di enzima immobilizzato è circa il 30 - 40% del volumie utile del reattore, La soluzione di substrato dì glucosio '/iene alimentata attraverso il tubo di raccordo 95 secondo la freccia o nella diramazione di pressione 88 del tubo di circolazione 85 con l'aiuto della pompa 86 ed aprendo la valvola 36, La soluzione di substrato di glucosio è alimentata attraverso i.1 condotto 81 nello spazio di reazione 75. L'alimentazione viene continuata fino a che il livello del liquido raggiunge la flangia superiore del tubo di rivestimento 76, A questi punto, la valvola 34 viene chiusa, Dopo aver fissato la temperatura di reazione con il liquido fatto circolare nello -spazio termostatico 80, il flusso di aria ausiliaria che induce autocircolazione della fase liquida e delle particelle di catalizzatore viene iniziato attraverso il tubo di raccordo di entrata ausiliario 65 e l'ugello 71, La velocità volumetrica del flusso d'ariciausiliario è uguale a circa il 10% della velocità volumetrica del flusso d'aria (caricata aittraverso il tubo di raccordo 32) che fornisce il consumo di ossigeno della. reazione, Le bolle che scaturiscono dall'ugello 71 passando nella parte cilindrica inferiore 77 del tubo di raccordo 76 esercitano effetto di aspirazione alla fase liquida e alle particelle di biocatalizzatore di densità inferiore di quella del liquido sospeso nella fase liquida. In questo modo, avviene movimento verso l'alto del fluido e delle particelle nel tubo aspirante 76, e questi ricircolano attraverso l'anello tra la parete esterna del tubo di raccordo 76 e la faccia interna,della parete del serbatoio 72. Nel tubo di raccordo 76 si verificai un'intensa agglomerazione delle bolle, pertanto il. flusso di aria ausiliario è virtualmente insignificante come sorgente di ossigeno, esso serve soltanto per la regolazione della circolazione delle particelle, La concentrazione di ossigeno richiesta è prevista nella fase liquida in modo che venga realizzata circolazione forzata nel tubo di circolazione SS con l'aiuto della pompa 86 la pompa 86 porta il liquido attraverso il tubo di raccordo di uscita,del fluido 64, mentre l'elemento a filtro 70 trattiene le particelle di catalizzatore nella camera 63, La pompa 86 alimenta liquido nella derivazione di pressione 88 miscelandolo con il flusso di aria alimentato, secondo la freccia p, attraverso il tubo di raccordo 92 e l'ugello 31 e dove gli elementi di dispersione 45, 46, come descritto in relazione alle figure la — le forniscono il trasporto di ossigeno richiesto dalle. fase gassosa alla fase liquida, La dispersione gas--liquido affluisce dalla. diramazione di pressione 88 attraverso il tubo di carica del fluido 81 nella parte cilindrica superiore 78 del tubo di raccordo 76 del reattore, quindi il liquido prosegue sulla sua flangia e con le particelle del catalizzatore, che si muovono verso il basso tra il serbatoio 72 e la superficie esterna del tubo di raccordo 76, ritorna sul fondo del reattore, il gas lascia il reattore attraverso il tubo di raccordo 83, the chemically sterilized apparatus is filled through the catalyst charge tube 84 with enzyme suspension immobilized on polyacrylamide in glucose substrate. The volume of the immobilized enzyme charge is about 30 - 40% of the reactor useful volume. The glucose / substrate solution is fed through the connecting tube 95 according to the arrow or into the pressure branch 88 of the circulation tube 85 with the aid of the pump 86 and opening the valve 36, the glucose substrate solution is fed through conduit 81 into the reaction space 75. The supply is continued until the liquid level reaches the upper flange of the casing pipe 76 At this point, the valve 34 is closed. After setting the reaction temperature with the liquid circulated in the thermostatic space 80, the flow of auxiliary air which induces autocirculation of the liquid phase and of the catalyst particles is initiated through the auxiliary inlet connection pipe 65 and the nozzle 71, The volumetric velocity of the auxiliary aricia flow is equal to approximately 10% of the velocity volumetric flow rate of the air (charged through the connection pipe 32) which provides the oxygen consumption of the. reaction, The bubbles which arise from the nozzle 71 passing into the lower cylindrical part 77 of the connecting pipe 76 exert a suction effect on the liquid phase and on the biocatalyst particles having a lower density than that of the liquid suspended in the liquid phase. In this way, upward movement of the fluid and particles occurs in the suction pipe 76, and these recirculate through the ring between the outer wall of the connecting pipe 76 and the inner face of the tank wall 72. In the delivery pipe connection 76 there was an intense agglomeration of the bubbles, therefore the. Auxiliary air flow is virtually insignificant as an oxygen source, it serves only for the regulation of particle circulation, The required oxygen concentration is provided in the liquid phase so that forced circulation is achieved in the circulation tube SS with the help of the pump 86 the pump 86 carries the liquid through the fluid outlet connection pipe 64, while the filter element 70 retains the catalyst particles in the chamber 63, The pump 86 feeds liquid into the pressure branch 88 mixing it with the flow of air fed, according to the arrow p, through the connecting pipe 92 and the nozzle 31 and where the dispersion elements 45, 46, as described in relation to figures la - l, provide the transport of oxygen required by the. gas phase to liquid phase, The gas - liquid dispersion flows from the. pressure branch 88 through the fluid charge tube 81 into the upper cylindrical part 78 of the reactor connecting tube 76, then the liquid continues on its flange and with the catalyst particles, moving downwards between the tank 72 and the outer surface of the connecting pipe 76 returns to the bottom of the reactor, the gas leaves the reactor through the connecting pipe 83,

L'importanza del tubo passante tangenziale d'entrata del fluido 81 sta nel fatto che la soluzione del substrato con alto contenuto di ossigeno, che si muove in un percorso a spirale in contatto intensivo con le particelle di catalizzatore nel tubo di raccordo per un tempo prolungato, assicura,la giusta conversione, The importance of the tangential fluid inlet pipe 81 lies in the fact that the substrate solution with high oxygen content, which moves in a spiral path in intensive contact with the catalyst particles in the connecting pipe for a time prolonged, ensures the right conversion,

Il funzionamento continuo può essere realizzato con alimentazione della. soluzione di substrato nella direzione della freccia o, nell.a posizione aperta della valvola 36 e con estrazione del prodotto nella direzione della freccia t attraverso il tubo di raccordo 93, mentre la valvola.94 é. aperta, o con collegamento in cascata di diversi reattori, Continuous operation can be achieved with the power supply. substrate solution in the direction of the arrow o, in the open position of the valve 36 and with extraction of the product in the direction of the arrow t through the connecting pipe 93, while the valve 94 is. open, or with cascade connection of several reactors,

In caso di modalità di funzionamento discontinuo del reattore, il prodotto viene scaricato dalla camera 63 attraverso il tubo idi raccordo 67 aprendo la valvola 66. Il reattore viene completamente scaricato attraverso il tubo di raccordo 63 aprendo la valvola 68, In case of discontinuous reactor mode of operation, the product is discharged from chamber 63 through connecting pipe 67 by opening valve 66. The reactor is completely discharged through connecting pipe 63 by opening valve 68,

I vantaggi dell’invenzione possono essere ricapitolati come segue, The advantages of the invention can be summarized as follows,

Un vantaggio fondamentalmente importante dell'apparecchiatura è che le operazioni biocatalitiche a consumo di ossigeno altamente specifiche in presenza di biocatalizzatore in fase solida sono rese economicamente possibili dal massimo utilizzo dei benefici apportati dall'applicazione del biocatalilzzatore in fase solida; allo stesso tempo, le difficoltà di trasferimento della massa che si verificano nei metodi tradizionali vengono eliminate intensificando il contatto gas-liquido e con stabile circolazione del biocatalilzzatore immobilizzato sulle particelle vettrici. Inoltre, un vantaggio significativo è che, poiché lo spazio di reazione nel1'apparecchiatura è separato dallo spazio di contatto intensivo gas-liquido, le particelle di catalizzatore non sono esposte ad un elevato sforzo meccanico, quindi non vengono danneggiate durante l'operazione biocatalitica , Se vengono usate come biocatalizzatori colture d:i. cellule particolarmente sensibili ad infezioni, una versione preferita dell'apparecchiatura offre la possibilità di intrappolare le cellule in sit-u in gel, cioè di produrre gocce di biocatalizzatore solido nell'apparato stesso in condizioni più intensive e sicure di quelle offerte dai metodi noti, A fundamentally important advantage of the equipment is that highly specific oxygen-consuming biocatalytic operations in the presence of a solid-phase biocatalyst are made economically viable by maximizing the benefits of applying the solid-phase biocatalyst; at the same time, the mass transfer difficulties that occur in traditional methods are eliminated by intensifying the gas-liquid contact and with stable circulation of the biocatalyst immobilized on the vector particles. Furthermore, a significant advantage is that, since the reaction space in the equipment is separated from the gas-liquid intensive contact space, the catalyst particles are not exposed to high mechanical stress, so they are not damaged during the biocatalytic operation. If d cultures are used as biocatalysts: i. cells particularly sensitive to infections, a preferred version of the apparatus offers the possibility of trapping the cells in sit-u in gel, that is to produce drops of solid biocatalyst in the apparatus itself in more intensive and safe conditions than those offered by known methods,

Un ulteriore vantaggio è che don distribuzione intensiva di gas inerte o miscela di gas inerte ed aria), viene data la possibilità di spostare i sottoprodotti gassosi dannosi dalla fase liquida,del fermentatore con un economico uso di gas inerte. A further advantage is that by intensive distribution of inert gas or mixture of inert gas and air), the possibility is given to displace the harmful gaseous by-products from the liquid phase of the fermenter with an economical use of inert gas.

Infine, un importante vantaggio è che se l'apparecchiatura viene usata come elemento della linea in cascata, tali processi. biocatalitici possono essere pure effettuati con grande efficienza, dove il prodotto e/o il gas come sottoprodotto (per esempio diossido di. carbonio) inibisce il processo biocatalitico (per esempio, fermentazione), Finally, an important advantage is that if the equipment is used as an element of the cascade line, such processes. biocatalytics can also be carried out with great efficiency, where the product and / or the gas as a by-product (for example carbon dioxide) inhibits the biocatalytic process (for example, fermentation),

Naturalmente l'invenzione non è limitata alle forme di realizzazione dell'apparecchiatura descritta dettagliatamente in precedenza, ma può essere realizzata in molti modi nell'ambito definito dalle rivendicazioni. Of course, the invention is not limited to the embodiments of the apparatus described in detail above, but can be implemented in many ways within the scope defined by the claims.

Claims (1)

R I V E N D I C A Z I O N I 1 . Apparecchiatura per la realizzazione di un processo blocatalitico con biocatalizzatore in fase solida, detta apparecchiatura è provvista idi. spazio di reazione contenente un tubo di raccordo, un dispositivo per caricare il catalizzatore, mezzi di coltura e gas nello spazio di reazione, come pure di un dispositivo per scaricare il prodotto ottenuto dalla biocatalisi ed il gas separato durante il processo, inoltre di una pompa di circolazione, caratterizzata dal fatto di possedere un tubo di ricirco1azione <50, 85) le cui due estremità portano nello spazio di reazione <15, 75) in punti uno sopra l'altro; in cui è disposto un elemento a filtro (21, 70) per trattenere i vettoricatalizzatori solidi nello spazio di reazione 15, 75) prima dell'orificio di uscita che serve per scaricare il mezzo trattato dalla spazio di reazione <15,75); una pompa di. ricircolazione <38, 86) è incorporata nel tubo di ricirco lazion <85) suddiviso in derivazione di pressione <33, 88) e derivazione di aspirazioene <37, 87) ed un elemento di accelerazione del flusso 42, 89) è ineorporato nella derivazione di pressione (39, 88) dopo la pompa, prospicente la direzione di. flusso (g) del mezzo trattato, quindi un tubo d'entrata del gas (4Λ, 32) porta all'interno; inoltre la derivazione di pressione (33, 88) contiene elementi di dispersione del gas (4S, 46) (figure la, 2a e 3a), 2. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, caratterizzata da una carniera di separazione di fasi (18) collegata allo spazio di reazione (15) munita di.tubo di raccordo per l'uscita del gas (28, 55) e derivazione di aspirazione (-37) del tubo di circolazione (50) che inizia dalla parte inferiore di.questa camera (18) in cui arriva un tubo di raccordo (17) situato nello spazio di reazione (15), (figure 1a, 2a5. 3. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1 o la rivendicazione 2, caratterizzata da uno spazio di reazione cilindrico (.15) chiuso nel fondo con un elemento di fondo ugualmente cilindrico il) che presenta un condotto (3) che si unisce tangenzialmente all'orificio di afflusso della diramazione di pressione (39) del tubo di circolazione (50), (figure 1a e 1b), 4, Apparecchiatura secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dalla faccia superiore (5) dell'elemento di fondo 1 ) formato da una superficie curva inclinata - filettatura anteriore -che inizia dal fondo dell'orificio di afflusso della diramazione di pressione C33) ed estendentesi alla sommità di questo orificio ( figure la e lb), 5. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 3 o 4, caratterizzata da un tubo di raccordo di scarico ili) condotto attraverso l'elemento di fondo il) munito di valvola (13) all'esterno e coperto con elemento filtrante 110) che parte dallo spazio di reazione sulla parte superiore, ed un elemento conico di (luridifica del flusso (8) di sezione trasversale ridotta verso l'alto che raggiunge l'interno del tubo di raccordo il ) è fissato sopra l elemento filtro 10), (figure la e 2a.), 6, Apparecchiatura secondo una qualsiasi delle rivendicagioni 1 — 5, caratterizzata da un tubo di. raccordo (48, 95), per alimentare il. liquido che aeve essere tra.ttato, che piort-a alla derivazione di pressione (39, 88) del tubo di circolazione (50, 85) tra la pompa (33, 85) e un elemento di accelerazione del flusso (42, 89), ed un raccordo (49, 93) per scaricare il prodotto ottenuto come risultato del processo biocatalit:i.co portano all'esterno della diramazione di aspirazione (37, o7) del tubo di circolazione (50), figure la, 2a., 3s), 7, appparechiatura secondo una qualsiasi. delle rivendicazioni.1 - 6, caratterizzata da un tubo di raccordo (52) che porta nella camera di separazione di fasi (18) per alimentare il materiale biocatalitico solido nello spazio di reazione C.15), (figura 2a), 8. Apparecchiatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 - 6, caratterizzata da un testa di formazione di gocce (25) che porta nella camera di separazione di fase (18) per caricare il materiale biocatalitico, per esempio, gocce di sol intrappolate in batteri, che è in collegamento con un serbatoio (27) per ricevere il materiale di sol e in detto contenitore si trova un miscelatore (figura la). 3, Apparecchiatura secondo la rivendicazione 8, caratterizzata da una valvola (26) incorporata tra. la testa di formazione delle gocce (25) ed il serbatoio (.27), (figura la), 10, Apparecchiatura secondo la rivendicazione 3 o S, caratterizzata da una testa di formazione di gocce (25) munita di elementi di formazione di gocce che raggiungono l'interno della camera di separazione di. fasi 18 figura 1a e 1c. 11, Apparecchiatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 - 6, caratterizzata dal tubo di raccordo (17) che raggiunge uno spazio di reazione conico nella parte inferiore e cilindrico nella parte superiore (75) che presenta. un parte cilindrica superiore (78) a diametro e3) maggiore (73) ed una parte cilindrica a diametro (ei) inferiore che si unisce alla parte superiore con una parte conica intermedia (73); l’apparecchiatura ha una camera conica (63) come continuazione verso il basso della,parte inferiore coni.ca(73) dello spazio di reazione (75) collegato alla derivazione di aspirazione (87) del tubo di circolazione (85), e la diraniazione di pressi,one (88) del tubo di circolazione (85) è tangenzialmente condotta nella linea inferiore della parte cilindrica superiore (78) del tubo di raccordo (76), ed un elemento filtrante 70) è disposto prima dell'orificio della diramazione di aspirazione (37) che porta fuori dalla camera (63), (figure 3a, 3b), 12, Apparecchiatura secondo la rivendicazione 11, caratterizzata dal fatto di essere munita di un ugello di flusso di gas ausiliario (71) condotto attraverso la parete che circonda la camera conica (63) nel fondo, e diretto all'orificio della parte cilindrica inferiore (77) del tubo di raccordo (76) che arriva nella camera (63) figura 3a , 13, Αρparecchiatura secondo una qualsiasi della rivendicazioni 1 -- 12, caratterizza.ta dalla lunghezza della derivazione di pressione (39, 88) del tubo di circolazione (50, 85) che eccede di molto la lunghezza della derivazione di aspirazione (37, 88). 14, Apparecchiatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 - 13, caratterizzata dal fatto di avere elementi di dispersione di gas (45) che possiedono un confusore (45b),un diffusore (45c) ed una scanalatura di inter-collegamento (4Sa) (figura 1d), 15, Apparecchiatur una qualsiasi delle rivendicazioni 1 -1 4 caratterizzata adl fatto di avere elemento(i) di dispersione del gas (4b) con una barra diritta (46a) e una parte a spirale che lo circonda (46b), (figura le), R I V E N D I C A Z I O N I 1. Apparatus for carrying out a blocatalytic process with solid phase biocatalyst, said apparatus is provided with idi. reaction space containing a connecting tube, a device for loading the catalyst, culture media and gas into the reaction space, as well as a device for discharging the product obtained from the biocatalysis and the gas separated during the process, in addition to a pump circulation, characterized by the fact of having a recirculation tube <50, 85) whose two ends lead into the reaction space <15, 75) in points one above the other; in which a filter element (21, 70) is arranged for retaining the solid vector catalysts in the reaction space 15, 75) before the outlet orifice which serves to discharge the treated medium from the reaction space (<15.75); a pump of. recirculation <38, 86) is incorporated in the recirculation pipe <85) divided into pressure branch <33, 88) and suction branch <37, 87) and a flow acceleration element 42, 89) is incorporated in the branch pressure (39, 88) after the pump, facing the direction of. flow (g) of the treated medium, then a gas inlet pipe (4Λ, 32) leads inside; furthermore the pressure shunt (33, 88) contains gas dispersion elements (4S, 46) (figures la, 2a and 3a), 2. Apparatus according to claim 1, characterized by a connected phase separation game bag (18) to the reaction space (15) equipped with a connection pipe for the gas outlet (28, 55) and suction branch (-37) of the circulation pipe (50) which starts from the lower part of this chamber (18 ) where a connection pipe (17) located in the reaction space (15) arrives, (Figures 1a, 2a5. 3. Apparatus according to claim 1 or claim 2, characterized by a cylindrical reaction space (15) closed in the bottom with an equally cylindrical bottom element 11) which has a duct (3) which joins tangentially to the orifice of inflow of the pressure branch (39) of the circulation pipe (50), (Figures 1a and 1b), 4, Apparatus according to claim 3, characterized by the upper face (5) of the bottom element 1) formed by an inclined curved surface - front thread - starting from the bottom of the inflow orifice of the pressure branch C33) and extending to the top of this orifice (figures la and lb), 5. Apparatus according to claim 3 or 4, characterized by a discharge connection pipe ili) conducted through the bottom element il) fitted with a valve (13) on the outside and covered with filter element 110) which starts from the reaction space on the upper part, and a conical element of (flow luridification (8) of reduced cross section upwards reaching the inside of the connection pipe il) is fixed above the filter element 10), (figures la and 2a.), 6, Apparatus according to any one of claims 1 - 5, characterized by a tube of. fitting (48, 95), to feed the. liquid that has to be transferred, which leads to the pressure branch (39, 88) of the circulation pipe (50, 85) between the pump (33, 85) and a flow accelerator element (42, 89) , and a fitting (49, 93) to discharge the product obtained as a result of the biocatalytic process: i.co lead to the outside of the suction branch (37, o7) of the circulation pipe (50), figures la, 2a., 3s), 7, apparatus according to any one. of claims 1-6, characterized by a connecting pipe (52) which leads into the phase separation chamber (18) to feed the solid biocatalytic material into the reaction space C.15), (Figure 2a), Apparatus according to any one of claims 1 to 6, characterized by a drop forming head (25) leading into the phase separation chamber (18) for loading the biocatalytic material, for example, sol droplets trapped in bacteria, which is in connection with a tank (27) for receiving the sol material and a mixer is located in said container (Figure la). 3, Apparatus according to claim 8, characterized by a valve (26) incorporated between. the drop formation head (25) and the tank (.27), (figure la), 10. Apparatus according to claim 3 or S, characterized by a drop forming head (25) equipped with drop forming elements which reach the interior of the separation chamber of. steps 18 figure 1a and 1c. 11. Apparatus according to any one of claims 1 to 6, characterized by the connecting pipe (17) which reaches a conical reaction space in the lower part and cylindrical in the upper part (75) which it presents. an upper cylindrical part (78) with a larger diameter e3) (73) and a cylindrical part with a lower diameter (ei) which joins the upper part with an intermediate conical part (73); the apparatus has a conical chamber (63) as a downward continuation of the conical lower part (73) of the reaction space (75) connected to the suction branch (87) of the circulation tube (85), and the one (88) of the circulation pipe (85) is tangentially conducted in the lower line of the upper cylindrical part (78) of the connecting pipe (76), and a filter element 70) is arranged before the orifice of the branch suction (37) leading out of the chamber (63), (figures 3a, 3b), 12, Apparatus according to claim 11, characterized in that it is equipped with an auxiliary gas flow nozzle (71) conducted through the wall surrounding the conical chamber (63) in the bottom, and directed to the orifice of the lower cylindrical part ( 77) of the connecting pipe (76) arriving in the chamber (63) Figure 3a, 13, Αρequipment according to any one of claims 1 - 12, characterized by the length of the pressure branch (39, 88) of the circulation pipe (50, 85) which far exceeds the length of the suction branch (37, 88). 14, Apparatus according to any one of claims 1 - 13, characterized in that it has gas dispersion elements (45) which have a confuser (45b), a diffuser (45c) and an interconnection groove (4Sa) (figure 1d), 15, Apparecchiatur any one of claims 1 -1 4 characterized in having gas dispersion element (i) (4b) with a straight bar (46a) and a spiral part surrounding it (46b), (figure le) ,