Устройство для определения содержания растворенных в жидкости газов

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 119) (11) 4(51) С 7/1 О НИЯ пус. СУДАРС 1 ВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБР И АВТОРСКОМУ СВМДА"ЕЛЬСТВ(56) 1. Авторское свидетельство СССРВ 987463, кл. О 01 И 7/10, 1980.(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯСОДЕРЖАНИЯ РАСТВОРЕННЫХ В ЖИДКОСТИ ГАЗОВпо авт. св. У 987463, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюсокращения расхода газа-носителя впроцессе определения, выход газоанализатора подключен к входному патрубку через побудитель расходаи осушигтель, образуя замкнутый контур, снабженный вымораживателями влаги, размещенными перед газоанализатором ипосле него, а газоанализатор выполнен в виде селективных датчиков срабочими полупроницаемыми мембранами, заключенными в герметичный кор1139999 10 15 20 в жидкс сти Изобретение относится к техникеизмерения содержания растворенныхв жидкости газов, а именно к устройствам для определения этого содержания непосредственно в технологических аппаратах, например ферментерах, и может быть использовано в медицинской, пищевой, ферментной имикробиЬлогической промышленности,По основному авт. св. 9 987463известно устройство для определениярастворенных газов в жидкостй, со"держащее емкость с полупроницаемымистенками, выполненную в виде гильзы и укрепленную на общем фланце спатрубком ввода инертного газа инаправляющими соплами, внутри гильзы плотно установлена трубка-коллектор вывода газа с распределительнымиребрами, расположенными вдоль образующих, а на торцовые поверхностиребер намотана электрическая спираль, трубка-коллектор соединена сгазоанализатором, заключенную в герметичный корпус с системой трубопроводов для прокачки жидкости гильзу,установленную на общем с основнойгильзой фланце, подсоединенную кпатрубкам ввода инертного газа, связанную с гаэбаналиэатором, дополнительным патрубком и систему регулирования температуры, подключеннуюк гильзам Я ,Недостатком известного устройства является значительный расходинертного газа при определении содержания растворенных газов в жидкости при длительных измерениях в промышленных условиях ввиду того, чтоинертный газ из патрубка вывода,пройдя гаэоанализатор, выбрасывается в атмосферу,Кроме того использование, например, хромтографа в качестве гаэоанализатора значительно увеличиваетвесогабаритные характеристики всего устройства и является неудобнымдля промышленной эксплуатации,Цель изобретения - сокращениерасхода инертного газа в процессеопределения. 30 35 40 45 50 55 Поставленная цель достигается . тем, что в устройстве, содержащем емкость с полупроницаемыми стенками, выполненную в виде гильзы и укрепленную на общем фланце с патрубком ввода инертного газа и направляющими соплами, внутри гильзы плотно установлена трубка-коллектор вывода газа с распределительными ребрами, расположенными вдоль образующих, на торцовые поверхности ребер намотана электрическая спираль, причем трубка-коллектор соединена с газоанализатором, заключенную.в герметичный корпус с системой трубопроводов для прокачки жидкости гильзу, установленную на общем с основной гильзой фланце, подсоединенную к патрубкам ввода инертного газа, связанную с газоанализатором дополнительным патрубком, и систему регулирования температуры, подключенную к гильзам, выход газоанализатора подключен к входному патрубку через побудитель расхода и осушитель, образуя замкнутый контур, снабженный вымораживателями влаги, размещенными перед газоанализатором и после него, а газоаналиэатор выполнен в виде селективных датчиков с рабочими полупроницаемыми мембранами, заключенными в герметичный корпус.На чертеже изображено устройство для определения растворенных газов Устройство для определения содержания растворенных в жидкости газов содержит цилиндрическую трубку-коллектор 1 с ребрами 2, на торцы которых плотно одета гильза 3, например из силиконовой резины, фланец 4 с соплами 5, патрубок 6 для ввода инертного газа в трубку-коллектор патрубок 7 для вывода газа из гильзы и патрубок 8 для ввода пара на стерилизацию. Патрубки 6 и 7 объединены с побудителем 9 в замкнутый контур. В замкнутый контур вмонтированы также вымораживатели 10 влаги и селективные датчики 11 и 12, регистрирующие парциальное давление, рабочими органами которых являются полупроницаемые мембраны, заключенные в общий герметичный корпус 13. Устройство дополнительно снабжено гильзой 14, установленной на фланце 4 и закрепленной на выступающей части трубки коллектора 1. Внутри гильзы 14 расположен патрубок ввода 6 и патрубок вывода 7 инертного газа. Кроме того,гильза 14 соединена с селективными датчиками 11 и 12 (газоанализатором) через дополнительный патрубок 15. Гильзы 3 и 14 снабжены системой,регулирования температуры, состоящей1139999 35 55 3из датчиков 16 и 17 температуры, связанных с блоком сравнения 18.Блок сравнения 18 через функциональный усилитель 19 связан с исполнительным механизмом 20 нагревателя воды 21.Устройство работает следующим образом.Гильзу 3 помещают в исследуемую жидкость (среду). Замкнутый контур перед каждым циклом ферментации заполняют чистым инертным газом. Инерт ный гаэ с помощью побудителя 9 непрерывно циркулирует по патрубкам б и 7 внутри гильзы 3 и 14, Проходя между ребрами 2 трубки-коллектора 1 обеих гильз, газ из среды ферментера 22 в гильзе 3 и газ из воды в гильзе 14 диффундирует через стенки гильз. При этом происходит насьяцение инертного газа газами ферментера по мере роста культуры в аппарате. В насыщенном инертном газе, выходящем из патрубков 7 и 23, предварительно с помощью вымораживателей 10 удаляется влага, Затем этот насыщенный инертный газ поступает в герметичный корпус 13, где происходит с помощью селективных датчиков 11 и 12 определение содержания растворенных в ферментере газов. например по параметру их парциального давления, Газ диффундирует через мембраны. датчиков и изменяет их электрический сигнал в зависимости от его парциального давления. Датчики 16 и 1 фиксируют температуру в обоих гильзах. При отклонении температуры от заданной величины данные поступают в блок сравнения 18, затем через функциональный усилитель 19 - на на,полнительный механизм 20 и нагреватель 21, который и уравнивает темпе" ратуры в обеих гильзах, что обеспечивает одинаковый коэффициент диффу.зии растворенных газов в воде и сус,пензии.Измерение этого парциального дав" ления растворенных газов в культу-ральной среде в ферментере происходит до момента выравнивания его с парциальным давлением в замкнутом контуре инертного газа. В период измерения в системе соблюдается неравенство объемных растворов аналиВзируемых газов в гильзе 3 и в мембранах датчиков 11 и 12. чи 4Для селективного датчика с полупроницаемой мембраной соотношение(1) может быть записано какс 5 Р) П 6 (уг)Э(Р,-С М 1 Ь 1,где С - концентрация газа вферментере;С - концентрация газа вО1 О электролите селективного датчика;Б,Б - селективности мембрангильзы и датчика;Л ,П - проницаемости гильзы и15 датчика;0 - диаметр мембраны датчика;3 - толщина мембраны датчика;г г - внутренний и внешний раЭ у20диусы гильзы;Ь " длина гильзы;Р - парциальное давлениеконтролируемого газа.Таким образом, характеристика .гильз и мембран датчиков П ,3,П ,ББ,П,г 1,г может быть заранее выбрана. При этом устанавливается соотношение концентрационных потенциалов в гильзе и в измеряемом датчике.Так как С Б =Рт - парциальноефдавление в ферментере, СОБ - парциальное давление в растворе датчика, Р -парциальное давление газав инертном газе,п 2 1 п(г /г 1 )П Рф Р----- ( - (3)П, 861. Р -Р.Соотношение (3) справедливо навсех стадиях роста микроорганизмов вферментере и зависит от времени о,так как Р =Р (С) р =р(2) р р (")и может служить средством выбора йеобходпмых селективных датчиков для,; сущестценко .сократить расход инертного газа в процессе контроля при ферментации так,например, оптико-акустический газоанализатор ОА-09 для контроля СО и О требует непрерывного расходаинертного газа 450 см /вин. Кроме того, использование силиконовой гильзы позволяет существенно повысить температуру стелилизации аппарата (до 150 С),тем самым значительно до 1,5 раза) сократить, время этого процесса ферментации в целом1139999 а рректор О, Бил 1897 Подписиственного комитета СССРретений и открытий-35, Раушская наб д. 4/ аказ 254 32 Тираж ВНИИПИ Госуда по делам изо 113035, Москва, филиал ППП "Патент", г. Ужгоро Проектна Составитель О.Редактор Н. Горват Техред С.Легеза