Аппарат для выращивания микроорганизмов

 

Изобретение относится к микробиологической промьшшенности-и может быть использовано для производства белковых и других биологически активных веществ из биомассы бактерий. Целью изобретения является повьшение производительности путем обеспечения равномерной аэрации i культуральной жидкости в секциях. П jr (rt ю ;О О) сл sl со го Фил,Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СО@ЕЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСГЪБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (61) 1082805 (21) 3904559/28-13 (22) 22.05.85 (46) 15.03.87. Бюл, У 10 (?1) Всесоюзный научно-исследовательский биотехнический институт (?2) А,В.Голубкович, Я.В.Семенов, С.К.Ревенко и Г.N.ßêîâëåâ (53) 663.14.032(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1082805, кл. С 12 М 1/02, 1982.

„.SU 1296573 A 2 (504С 12М 1 02 (54) АППАРАТ ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ (5?) Изобретение относится к микробиологической промышленности и может быть использовано для производства белковых и других биологически активных веществ из биомассы бактерий. Целью изобретения является повышение производительности путем обеспечения равномерной аэрации культуральной жидкости в секциях, 129657

Аппарат для выращивания микроорганизмов содержит вертикальную цилиндрическую емкость 1 с напорной камерой 2 в верхней части, разделенную па высоте перегородками 3 и 4 на ряд секций 5 с газовыми камерами 6, установленные в перегородках эжектары 7 с соппами 8, камерами 9, смещения и диффузорами 10, систему рециркуляции культуральной жидкости, состоящую из всасывающего патрубка

ll, насоса 12, теплообменника 13 и нагнетательного патрубка 14, переливные трубы 15 и трубопровод 16, Кроме того, алпарат снабжен рециркуляционным газовым трубопроводом

17 с вентилем 18, приемным газовым патрубком 19 и питающим газовым па3 трубкам 20. Отношение .диаметра камеры 9 смешения каждого нижележащего эжектора 7 к диаметру камеры смешения вышележащего эжектора 7 составляет 0,85-0,95. В нижней части диффузора !О каждого эжектора 7 соосно установлен рассекатель потока, состоящий из коаксиально и ступенчато расположенных цилиндрических обечаек 22, 23, 24 с наружной отбортовкой на нижнем основании, Угол между осью эжектора и касательной, проведенной к кромке отбортовки, составляет 5-60 С, причем указанный угол каждой вьнперасположенной обечайки по ходу движения газожидкостной смеси превьпнает угол нижележащей. 3 ил. Изобретение ОтнОсится к микробиологической промышленности, может быть использовано для производства биомассы микроорганизмов и является усовершенствованием изобретения по авт,св. В 1082805

Известный аппарат содержит вертикальную цилиндрическую емкость с напорной камерой в верхней части, разделенную по высоте перегородка- ® ми на ряд секций и газовых камер, расположенных над секциями, установленные в перегородках эжекторы и систему рециркуляции культуральной жид. кости иэ нижней секции в напорную f5 камеру, при этом верхняя часть каждой секции сообщена переливной трубой с газовой камерой нижележащей секции, а верхняя часть нижней секции емкости — трубопроводом с ат- 20 масферой, при этом отношение диаметра камеры смешения каждого нижележащего эжектора к диаметру камеры смешения вышележащего составляет 0,850,95. 25

Цель изобретения — повышение производительности путем обеспечения равномерной аэрации культуральной жидкости в секциях.

Для этого в аппарате каждый эжек- 30 тар снабжен рассекателем потока, установленным в нижней части его диффузора и состоящим из нескольких коаксиально и ступенчато расположенных цилиндрических обечаек с наружной отбортовкой на нижнем основании, при этом угол между осью эжектора и касательной, проведенной к кромке о отбортовки, составляет 5-60, причем укаэанный угол каждой вьпперасположенной обечайки по ходу движения газожидкостной смеси превышает угол нижележащей.

На фиг. 1 схематично изображен аппарат для выращивания микроорганизмов, продольный разрез, на фиг.2рассекатель, на фиг, 3 — разрез А-А на фиг. 1 (схема размещения эжекторов с убывающим диаметром камер смешения от верхней секции к нижней).

Аппарат для выращивания микроорганизмов содержит вертикальную цилиндрическую емкость 1 с напорной камерой 2 в верхней части, разделен- ную по высоте перегородками 3 и 4 на ряд секций 5 с газовыми камерами

6, установленные в перегородках эжекторы 7 с соплами 8, камерами 9 смещения и диффузорами 10, систему рециркуляции культуральной жидкости, состоящую из всасывающего патрубка

11 насоса 12, теплообменника 13 и нагнетательного патрубка 14, переливные трубы 15 и трубопровод 16. Кроме того, аппарат снабжен рециркуляционным газовым трубопроводом 17 с

3 12965 вентилем 18, приемным газовым патрубком 19 и питающим газовым патруб-, ком 20,.

Отношение диаметра камеры 9 смешения каждого нижележащего эжектора

7 к диаметру камеры смешения вьппележащего эжектора составляет 0,850,95. Указанный предел обеспечивает повышение давления в каждой нижележащей секции и компенсацию парциаль- 1О ного давления субстрата в газовой ,.смеси. Большее значение соотношения соответствует большему числу секций аппарата, меньшее — меньшему, В нижней части диффузора 10 каж- 15 дого эжектора 7 соосно расположен рассекатель 21 потока, состоящий из нескольких коаксиально и ступенчато расположенных цилиндрических обечаек 22-24 с наружной отбортовкой на нижнем основании, выполненной по радиусу. Угол между осью эжектора и касательной, проведенной к кромке отбортовки, составляет 5-60, причем указанный угол каждой вышерасположенной обечайки по ходу движения газожидкостной смеси превьппает угол нижележащей. При величине угла между осью эжектора и касательной, проведенной к кромке отбортовР ки, менее 5 аэрация секции по сторонам от центрального потока, выходящего иэ диффузора, незначительна.

При величине указанного угла более 60 происходит заметное уменьшение скорости потока, что приводит к сокращению длины пробега пузырька, Ступенчатое расположение цилиндрических обечаек 22-24 и увели40 чение укаэанного угла от каждой нижерасположенной обечайки,по ходу движения газожидкостной среды обусловливаются неравномерной скоростью выхода газожидкостной среды иэ 45 диффузора 10. В центральной части диффузора 10 скорость. вьппе, чем на его переферейной части.

Аппарат работает следующим образом, 50

Цилиндрическая емкость 1 на 70757. объема заполняется солевым питательным раствором с культурой мик ро организмов . При включении циркуляционного насоса 12 культуральная

55 жидкость из нижней части секции 5 по всасывающему патрубку 11 насосом

l2 через теплообменник 13 и нагнетательный патрубок 14 подается в на73 4 порную камеру 2. Истекающая из сопла 8 культуральная жидкость проходит газовую камеру 6 верхней секции

5 и захватывает газ, В камере 9 смешения происходит перемешивание газа и жидкости, а в диффуэоре 10 — сжатие газожидкостной смеси. Иэ диффузора 10 газожидкостная смесь поступает в рассекатель 21, Из рассекателя 21 газожидкостная смесь поступает в верхнюю секцию 5, постепенно заполняя ее, и далее через сопла 8 в перегородках 4 аналогичным образом в последующие секции, Через несколько минут после включения насоса 12 в каждой секции устанавливается уровень жидкости, ограниченный сверху краем переливной трубы !

5. Площади поперечного сечения сопл

8 эжекторов 7 каждой секции одинаковы, поэтому через верхний край переливной трубы переливается не более

1-27 общего расхода культуральной жидкости, следовательно, сечение переливной трубы постоянно открыто для прохода газа. Газ в аппарат поступает от внешнего источника по патрубку 20 через приемный патрубок 19 в газовую камеру верхней секции и далее в составе газожидкостной смеси проходит камеры 9 смешения и диффузоры 10. Часть газожидкостной смеси через центральную обечайку 24 рассекателя поступает в секцию 5 и перемешивает ее объем непосредственно под эжектором. Скорость этой части газожидкостной смеси — наибольшая, поэтому длина пробега газового пузырька будет самой большой и аэрация будет достаточной непосредственно у перегородки Э. Остальная часть газожидкостной смеси после выхода из рассекателя 21 изменяет направление своего движения и перемешивает объем секции вокруг центральной части, находящейся под эжектором 7.

Часть газожидкостной смеси, проходящая между обечайками 23 и 24, имеет большую скорость по сравнению со всем потоком, меняющим направление, и ее энергии хватает на аэрирование нижних слоев культуральной жидкости в секции, поэтому длина обечайки 24 является наибольшей, а угол отбортовки — наименьшим. Часть потока, проходящая между обечайками 22 и 23, имеет меньшую скорость и аэрирует средние слои культуральной жидкости, находящейся в секции 5, поэтому дли5 129 на обечайки 23 меньше, а угол отбортовки — больше, чем у обечайки 24.

Наименьшую длину и наибольший угол отбортовки имеет обечайка 22, так как поток, проходящий между ней и диффузором 10, имеет самую маленькую скорость и его энергии хватает только на аэрирование верхних .слоев культуральной жидкости, находящейся в секции 5. Чем больше высота секции и меньше количество эжекторов в секции, тем больше должно быть обечаек у рассекателя 21, и наоборот.

Нерастворившиеся газовые пузырьки всплывают к свободной поверхности жидкости в секции. Статическое давление газожидкостной смеси, созданное в диффузоре 10 эжектора 7, идет на преодоление столба жидкости, равного глубине погружения эжектора в жидкость, и на создание остаточного давления над свободной поверхностью жидкости в секции. Далее газ под остаточным давлением из верхней секции поступает в газовую камеру 6 нижележащей секции через переливную трубу 15 и так далее до последней секции, причем давление газа в каждой последующей секции вьппе, чем в предыдущей, на величину остаточного давления, создаваемого в эжекторах. Из нижней секции газ удаляется в атмосферу.

При расчетной производительности аппарата над свободной поверхностью жидкости в последней секции выделяется не более 10-15Х общего количества поданного газа, который удаляется в атмосферу. В составе удаляемого газа содержатся в основном неутилизируемые примеси. Если аппарат еще не достиг своей расчетной производительности (переходный режим), то излишек неутилизированного газа иэ трубопровода 16 через открытый вентиль 18 и рециркуляционный

6573 трубопровод 17 возвращается в приемный газовый патрубок 19 и после смешивания со свежим газом поступает в аппарат на доутилизацию.

5 При последовательном прохождении газовой смеси по секциям аппарата ее объем уменьшается вследствие утилизации Субстрата микроорганизмами, а также в результате сжатия в эжек10 торах, Повьппение давления газовой смеси от секции к секции компенсирует убыль субстрата в ней, и коэффициент массопередачи остается практически одинаковым.

15 Таким образом, конструкция предлагаемого аппарата позволяет улучшить аэрацию и перемешивание объема культуральной жидкости в каждой секции, создать более ровный режим

20 работы, уменьшить количество эжекторов в каждой секции, что обеспечивает уменьшение энергетических затрат на аэрацию и перемешивание и повышение производительности àïïà25 рата.

Формула изобретения

Аппарат для выращивания микроорЗ0 ганизмов по авт,св. N 1082805, о тличающийс я тем, что, с целью повышения производительности путем обеспечения равномерной аэрации культуральной жидкости в секциях, каждый эжектор снабжен рассекателем потока, установленным в нижней части его диффузора и состоящим из нескольких коаксиально и ступенчато расположенных цилиндрических обечаек с наружной отбортовкой на нижнем основании, при этом угол между осью эжектора и касательной, проведенной к кромке отбортовки, составляет 560, причем указанный угол каждой вынерасположенной обечайки по ходу движения газожидкостной смеси превышает угол нижележащей.

1296573

Составитель Г.Лошкарева

Техред А.Кравчук

Редактор А.Огар

Корректор И.Зрдейи

Заказ 717/28 Тираж 500 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4