Аппарат для выращивания микроорганизмов

Номер патента: 1774654

Авторы: Жаров, Листов, Литманс, Боярчук, Кан, Кожокина, Авдонина

Формула

АППАРАТ ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ, включающий вертикальную емкость с технологическими патрубками, циркуляционный контур, размещенные по высоте емкости перфорированные тарелки с переточными отверстиями и аэрирующее устройство, отличающийся тем, что, с целью снижения удельных энергозатрат, переточные отверстия размещены в шахматном порядке, причем площадь переточных отверстий составляет 0,10 - 0,25 площади тарелок, а расстояние между тарелками составляет 0,2 - 0,6 эквивалентного диаметра емкости.

Описание

Изобретение относится к микробиологической промышленности, в частности к аппаратурному оформлению процесса биосинтеза микроорганизмов.
Известен массообменный аппарат, выполненный в виде вертикальной емкости с установленными по высоте емкости контактными перфорированными тарелками. Отверстия тарелок выполнены так, что при прохождении газожидкостный поток приобретает спиралевидное или зигзагообразное движение, направленное вверх. Воздух подается через аэрирующее устройство, расположенное в нижней части аппарата, а жидкая фаза - через тангенциальный ввод поступает также в нижнюю часть емкости.
Недостаток данного аппарата заключается в том, что формирование спиралевидного или зигзагообразного движения газожидкостного движения газожидкостного потока происходит на всей площади контактных элементов за счет выполнения отверстий тарелок соответствующей конфигурации (отверстия с отогнутыми лепестками, чешуйчатые отверстия и др.) и весь газожидкостный поток проходит через отверстия тарелки, и, как следствие этого, повышение использования кислорода воздуха по сравнению с прямоточным аппаратом может достичь лишь 3-5%.
Ближайшим техническим решением к предложенному является аппарат для выращивания микроорганизмов, содержащий емкость с технологическими патрубками, систему рециркуляции среды, расположенные в емкости по высоте одна над другой перфорированные тарелки. Тарелки снабжены верхними и нижними отбортовками с образованием пакета и кольцевой полости между ними и стенкой емкости для отвода культуральной жидкости.
Недостаток данного аппарата заключается в том, что принцип зигзагообразного движения в аппарате реализуется только для жидкой фазы, газовая же фаза двигается строго снизу вверх, что не может привести к значительному увеличению использованного кислорода воздуха и, как следствие, к снижению удельных энергозатрат на сорбирование кислорода. Под каждой перфорированной тарелкой в процессе работы колонны образуется газовая подушка, что снижает степень заполнения колонны и снижает общую производительность аппарата. Кроме того, циркуляция жидкости в аппарате осуществляется принудительно за счет циркуляционного насоса, вследствие чего увеличиваются удельные энергозатраты на производство микроорганизмов.
Цель изобретения - снижение удельных энергозатрат.
Поставленная цель достигается тем, что переточные отверстия размещены в шахматном порядке, причем площадь переточных отверстий составляет 0,1-0,25 площади тарелок, а расстояние между тарелками составляет 0,2-0,6 эквивалентного диаметра емкости.
На фиг. 1 схематично изображен аппарат, разрез; на фиг.2 - узел I на фиг.1.
Аппарат содержит вертикально установленную емкость 1, циркуляционный контур 2 с теплообменником 3, размещенные по высоте емкости перфорированные тарелки 4, имеющие переточные отверстия 5, установленные в нижней части емкости 1 аэрирующие устройства 6. Аппарат снабжен технологическими штуцерами подвода питательной среды 7, отвода готового продукта 8, ввода воздуха 9, вывода воздуха 10, слива 11.
Размещение по высоте емкости тарелок с возможностью образования переточных отверстий, расположенных в шахматном порядке, позволяет создать зигзагообразное движение газожидкостного потока по высоте колонны. В пространстве между соседними тарелками движение газообразного потока осуществляется в горизонтальном направлении. Для обеспечения гомогенизированного газожидкостного потока необходимо, чтобы его скорость была не менее 2 м/с; этого можно достичь, с одной стороны, увеличением расхода воздуха, с другой - уменьшением расстояния между тарелками. При прохождении газожидкостного потока через переточные отверстия 5 направление потока меняется на противоположное. Во избежание застойной зоны, которая может образовываться в области переточного отверстия, площадь его должна быть не более 0,25 площади тарелки. Площадь передаточного отверстия меньше 0,1 площади тарелки приводит к значительному сопротивлению газожидкостного потока в переточном отверстии, что приводит к поддержанию большего давления подводящего воздуха для обеспечения циркуляции жидкости в аппарате и увеличению удельных энергозатрат на единицу сорбированного кислорода.
Что касается расстояния между тарелками, то нижний его предел 0,2 ограничивается значительным увеличением металлоемкости конструкции, а его верхний предел 0,6 - тем, что при дальнейшем увеличении расстояния между тарелками достижение поставленной цели - снижение удельных энергозатрат за счет увеличения степени использования кислорода воздуха - не достигается, ввиду уменьшения количества ходов газожидкостной смеси по высоте аппарата.
Оптимальные геометрические соотношения между элементами конструкций аппарата были определены в результате гидродинамических и массообменных испытаний модели барботажно-эрлифтного ферментера объемом 0,14 м3. Показатели, подтверждающие правильность выбора интервала соотношений между основными геометрическими размерами аппарата, представлены в таблице.
Размещение тарелок с возможностью образования переточных отверстий, расположенных в шахматном порядке, позволяет за счет зигзагообразного движения жидкости по высоте аппарата достичь снижения удельных энергозатрат на сорбцию кислорода воздуха за счет увеличения степени использования кислорода воздуха.
Проходя между тарелками из газожидкосной смеси может выделяться некоторое количество пузырьков воздуха, которое через перфорацию в тарелках барботирует в газожидкостной слой вышерасположенной тарелки. Свободное сечение перфорации не должно превышать 3% от площади тарелки. При большем свободном сечении перфорации через нее может проходить значительная часть и газожидкостного потока, что приведет к снижению зигзагообразного движения газожидкостного потока, уменьшению степени использования кислорода воздуха и, как следствие, увеличение удельных энергозатрат.
Аппарат работает следующим образом.
Емкость 1 заполняют питательной средой и вносят культуру микроорганизмов. В аэрирующие устройства 6 через штуцер 9 подают воздух. Газожидкостная смесь проходит между тарелками 4 снизу вверх через переточные отверстия 5, затем попадает в верхнюю часть емкости, где частично дегазируется и опускается по циркуляционному контуру 2 в нижнюю часть колонны 1. Проходя через теплообменники 3 происходит термостатирование среды.
За счет зигзагообразного движения газожидкостной смеси в емкости увеличивается время пребывания газовой фазы в аппарате, увеличивается турбулизация газожидкостного потока за счет стесненного движения газожидкостного потока между тарелками и, как следствие, увеличивается степень использования кислорода воздуха и снижаются удельные энергозатраты.
Таким образом, предлагаемый аппарат в сравнении с известным обеспечивает повышение использования кислорода воздуха на 25-30%, а снижение удельных энергозатрат на 20-25%.
Использование: в технологических линиях микробиологической промышленности. Сущность изобретения: аппарат включает вертикальную емкость с технологическими патрубками, циркуляционный контур, размещенные по высоте емкости перфорированные тарелки с переточными отверстиями и аэрирующее устройство. Переточные отверстия размещены в шахматном порядке. Площадь переточных отверстий составляет 0,10 - 0,25 площади тарелок. Расстояние между тарелками составляет 0,2 - 0,6 эквивалентного диаметра емкости. 2 ил.

Рисунки

Заявка

4888334/13, 04.12.1990

Всесоюзный научно-исследовательский институт биосинтеза белковых веществ

Литманс Б. А, Листов Е. Л, Кан С. В, Жаров И. И, Боярчук Ю. П, Кожокина Н. И, Авдонина Е. Д

МПК / Метки

МПК: C12M 1/04

Метки: аппарат, микроорганизмов, выращивания

Опубликовано: 15.10.1994

Код ссылки

<a href="http://patents.su/0-1774654-apparat-dlya-vyrashhivaniya-mikroorganizmov.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Аппарат для выращивания микроорганизмов</a>

Похожие патенты