Биореактор для разложения растительного сырья

 

Использование: переработка растительных отходов микробиологическим их разложением , получение компостированных масс, удобрений и жидких физиологическиактивных веществ путем анаэробного процесса . Сущность изобретения: содержит цилиндрическую вращающуюся емкость с внутренними патрубками для подвода аэрирующего газа, каждый из которых включает подпружиненный поршень со штоком, который срабатывает периодически под действием магнита или упора, размещенных вне емкости. 6 ил.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s С 12 М 1/00

ГОСУДАРСТ8Е ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4738399/13; 4746142/13; 4770808/13 (22) 18.09,89 (23) 21.09,89; 17.11.89 (46) 23.09.92. Бюл. ¹ 35 (75) Г.В.Лебедев (56) 1. Кн. В,А.Быкова и др. "Расчет процессов микробиологического производства", Киев, "Техника", 1985. с.243.

2. Авторское свидетельство СССР

N 237081, кл. С 12 М 1/10, 1967.

3. Авторское свидетельство СССР № 1712399, кл. С 12 М 1/00, 1989, заявка ¹ 4711384/13 (089065), приор.

29.06.89.

Изобретение относится к области биотехнологии, в частности к устройствам для аэробного микробиологического разложения биологических субстратов, и может быть использовано для получения экотолови родуктов, повышающих устойчивость био логических организмов к неблагоприятным условиям внешней. среды из материалов растительного и животного происхождения.

Известные в настоящее время микробиологические реакторы различных конструкций (1) не могут быть использованы для требуемых целей, так как не позволяют в большом объеме растительного сырья создать условия активной аэрации культурной жидкости.

Известен также биореактор, содержащий цилиндрическую горизонтальную емкость с загрузочным люком, установленную на горизонтальном валу с возможностью вращения за счет привода, и расположенные в емкости лопасти, укрепленные равномерно по окружности на внутренней стенке,, БЦ„„1763478 Al (54) БИОРЕАКТОР ДЛЯ РАЗЛОЖЕНИЯ

РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ (57) Использование: переработка растительных отходов микробиологическим их разложением, получение компостированных масс, удобрений и жидких физиологическиактивных веществ путем анаэробного процесса. Сущность изобретения: содержит цилиндрическую вращающуюся емкость с внутренними патрубками для подвода аэрирующего газа, каждый из которых включает подпружиненный поршень со штоком. который срабатывает периодически под действием магнита или упора, размещенных вне емкости. 6 ил, для перемешивания среды, и распылитель воздуха (2).

Эта конструкция реактора не позволяет получить обьемы экотолов, необходимые промышленности, сельскому хозяйству и медицине, так как при расположении патрубков, подающих воздух по всей длине реактора, твердое сырье; находящееся в питательном растворе реактора. опирается 44 на них и не вращается вместе с корпусом Ф ь реактора:

Кроме того, находящееся над питатель- (ф ным раствором сырье-периодически"не смачивается им, так как находится в воздухе верхней части реактора и погрузится в питательную среду лишь в случае уменьшенйя его объема в процессе разложения сырья, находящегося в питательном растворе, Последнее же сказывается на качеСтве получаемого продукта — экотола, а также задерживает процесс его получения.

Прототипом к предлагаемой заявке является биореактор (3), представляющий собой горизонтальну«о вращающуюся емкость с Загрузочным люкОм, установленну«0 на ГОриэонтальном Валу (; Бозио>к««остью врзщения за с«ет привода. На поверхности внутренней части емкости расположены патрубки, азрирующие питательный раствор. За счет вмонтировав««нь«х в г«атрубки пневматических клапанов происходит открывание патрубков для газа в периоц, когда..они находятся в нижней части реактора, тогда как при поднятии их в верх«-4«ою часть реактора патрубки закрыва«отея, Подача воздуха к патрубкам осуществляетс44 по трубопроводам, враща«ощимся вместе с корпусом биореактора.

K сожалению, данная конструкция биореактора успешно функционирует только в случае, если давление воздуха, подаваемого в патрубки, постоянно, причем это давление не удерживает клапаны в закрытом состоянии в период, когда патрубки находятся в нйжней части реактора.

Целью изобретения является повышение надежности работы клапанов в патрубках, подводящих воздух внутрь биореактора, и повышение полноты использования аэрирующего культуральную жидкость газа.

Поставленная цель достигается тем, что расположенные в корпусе биореактора распылители воздуха снабжены подпружиненными механическими или магнитными клапанами, автоматически прекращающими подачу воздуха в ту часть реактора, где отсутствует культуральная жидкость. В этом случае, в корпусе биореактора располага«отся патоубки для подачи воздуха, прикрепленные к воэдухораспределяющим магистралям, которые врашаются вместе с цилиндрической горизонтальной емкость«О биореактора, причем та часть патрубков, которая находится в культуральной жидкости, открывается вследствие прохождения подвижной, подпру>киненной части клапана через механическую тягу или постоянное или переменное магнитное поле, При этом данная часть патрубков пропускает воздух и осуществляет барботаж жидкости, а другая часть патрубков, находящихся в ненаполненной культуральной жидкостью части реактора, не пропускает воздух, за счет закрытия их подпружиненным клапаном, вследствие чего и осуществляется экономный расход воздуха.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что на внутренней поверхности цилиндрической горизонтальной емкости биореактора. На воздуховодах, раэмеща«отся подающие воздух или газ патрубки, открытие которых происходит за счет клапанol> под ви>кная час"4 ь 4(ото рых попадает под меха««ическу«О тягу или в постоянное или электромагнитное поле в то время, когда патрубки находятся в культуральной жидкости и закрываются за счет пру>кин, когда они размеща«отся вне культуральной жидкости., что осуществляется за счет вращения патрубков и корпуса реактора от мотора с редуктором и за счет устройства для магнитО ной или механической тяги, находящейся вне 4(орпуса p83KTopi9 причем ВОэможные анаэробные процессы в культуральной жидкости ликвидируются не только за счет функционирования патрубков, находящихся в

5 культуральной >4(идкости, но и эа счет свободно размещенного в реакторе наполнителя из механически прочного, инертного и износостойкого материала в виде отдельных частиц (фигура 1, 2, 3), (4 На фигуре 1 а,б представлен реактор для переработки биологических субстратов, который состоит: из корпуса биореактора в виде цилиндрической горизонтальной емкости 1 с люком для загрузки сырья 11, системы трубопроводов для воздуха 20, вращающихся на валу 9 с опорными подшипниками 10 за счет мотора 12 и редуктора

4, укрепленных на подставке 5 причем, воздух или газ из реактора стравливается через рубу с сеткбй 6, а в толще культуральной жидкости 7 свобод««о размещен наполнитель 8 иэ механически прочного, инертного и 4«э««осостойкого материала в виде отдельных частиц. Биореактор, кроме того, содержит систему патрубков для распыления воздуха или газа 3, регуляция которых осу«цествляется за счет постоянного магнита или электромагнита 18.

Данный биореактор работает следующим образом: сырье в виде размельченного биологического материала (солома, листья, зерно, крахмал, животная ткань и т,д.) помещают через загрузочный л«ок 11 в барабан реактора 1, загружают также свободно размещаемый. наполнитель из механически прочного, инертного и износостойкого материала, в виде отдельных частиц 8 и в реактор заливают культуральную жидкость 7, включают давление воздуха или газа, который, проходя через вал 9 и систему труб для подводки воздуха 2, поступает к патрубкам

3.

Стравливание воздуха из биореактора

Осуществляется «ерез трубку с сеткой 6, находящиеся в реакторе, включают мотор 12 и через редуктор 4 цилиндрическая горизонтальная емкость биореактора вместе с патрубками и сырьем, находящимся в реакторе, начинает вращаться, за счет чего вся масса растительного сырья периодически смачи1763478 вается культуральной жлдкостью 7, через которую из патрубков беспрерывно пропускается воздух или газ, причем те патрубки, которые находятся в культуральной жидкости, пропускают через себя воздух или газ, а те, которые находятся в обьеме, не заполненном культуральной жидкостью, запираются подпружиненными клапанами 17, что приводит к снижению потребления воздуха или газа на барботаж культуральной жидкости минимум на 50%, С целью ликвидации анаэробного процесса на стенках биореактора, вследствие налипания на них биологических материалов, в реакторе находится свободно размещенный цаполнитель 8, который снимает с вращающихся поверхностей налипающие на них разлагаемые микроорганизмами биологические материалы, чему помогают и прикрепленные к внутренней стенке реактора продольные лопасти 16.

Открытие патрубков для прохода воздуха или газа в определен -юй последовательности осуществляется эа счет постоянного или переменного магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом или электромагнитом, причем последний выключается и включается в работу сердечником клапана

13 при движении его по полости электромагнита 18. Давление воздуха или газа, при этом подаваемого в реактор, может быть увеличено так же, как и усилен барботаж питательного раствора.

Подпружиненные клапаны патрубков функционируют при этом за счет магнитного поля, но не увеличивают нагрузку на вращение корпуса реактора, так как штоки 13 клапанов в патрубках по отношению к корпусу постоянного или переменного магнита располагаются так, что одновременно один из них втягивается в магнитное поле, а другой извлекается из него, что приводит к уравниванию действующих сил, В случае использования электромагнита включение и выключение его осуществляется сердечником клапана 13 при движении последнего в полости электромагнита 18 и даже может, в зависимости от времени включения и выключения электромагнитного поля, способствовать вращению биореактора.

Попадая в магнитное поле, сердечник

13 оттягивает клапан 17, прижатый к седлу патрубка, пружиной 15, и открывает проход воздуха или газа в реактор. Сочленение клапана патрубка и сердечника производится через шток, проходящий через сальник 14, не позволяющий вытекать культуральной жидкости из реактора. Перемещение сердечником 13 из магнитного поля приводит к закрытию прохода воздуха или газа из пат55 С целью ликвидации аназробного процесса на стенках биореактора, вследствие налипания на них биологических материалов, в реакторе находится свободно размещенный наполнитель 8, который снимает с вращающихся поверхностей налипающие

40 рубков, чему способствуют находящиеся в них подпружиненные клапаны, На фигуре 2 а,б представлен другой реактор для переработки биологических суб- стратов и устройство патрубков, которые состоят: из корпуса биореактора, в виде цилиндрической горизонтальной емкости 1 с люком для загрузки сырья 11, системы трубопроводов для воздуха 20, вращающихся на валу 9 с опорными подшипниками 10 за счет мотора 12 и редуктора 4, укрепленных на нодставке 5, причем воздух или газ из реактора стравливается за счет трубы с сеткой 6, а в толще культуральной жидкости 7 свободно размещен наполнитель 8 из механически прочного, инертного "; иэносостойкого материала, в виде отдельных частиц, Биореактор, кроме того, содержит систему патрубков для распыления воздуха или газа

3, регуляция которых осуществляется эа счет устройства для механической тяги 18.

Данный биореактор работает следующим образом: сырье в виде размельченного биологического материала (солома, листья; зерно, крахмал, животная ткань и т.д,) помещают через загрузочный люк 11 в барабан реактора !, одновременно загружают свободно размещаемый нзполнитель из мехаHM÷åñKè прочного, инертного и износостойкого материала, в виде отдельных частиц 8 и заливают культуральную жидкость 7, включают давление воздуха или газа, который, проходя через вал 9 и систему труб для подводки воздуха 2, поступает к патрубкам.

Стравливание воздуха из биореактора осуществляется через трубку с сеткой 6, находящиеся в реакторе. Затем включают мотор 12 и через редуктор 4 цилиндрическая горизонтальная емкость биореактора, вместе с патрубками и сырьем, находящимся в реакторе, начинает вращаться, за счет чего вся масса растительного сырья периодически смачивается культуральной жидкостью

7, через которую из патрубков беспрерывно пропускается воздух или газ, причем те патрубки, которые находятся в культуральной жидкости, пропускают через себя воздух или газ, а те, которые находятся в обьеме не заполненном культуральной жидкостью, запира.отся подпружиненными клапанами

17, что приводит к снижению потребления воздуха или газа на баработаж культуральной жидкости минимум на 50%, лей питания 19

45

50 на них разлагаемые микроорганизмами биологические материалы, чему способствуют и прикрепленные к внутренней стенке реактора продольные лопасти 16.

Открытие патрубков для прохода воздуха или газа в определенной последовательности осуществляется за счет устройства для механической тяги, смонтированного вне реактора 18. Давление воздуха или газа, подаваемого в реактор, при этом может быть увеличено, так же, как и усилен барботаж питательного раствора.

Попадая в устройство для механической тяги, шайба 13 оттягивает клапан 17, прижатый к седлу патрубка пружиной 15, и открывает проход воздуха или газа в реактор, Сочленение клапана, находящегося в патрубке 17, и шайбы 13 происходит через шток, проходящий через сальник 14, не позволяющий вытекать культуральной жидкости из реактора, Перемещение шайб 13 и устройства для механической тяги 18 приводит к закрытию прохода воздуха или газа из патрубков, чему способствуют находящиеся в них подпружиненные клапаны.

Помимо этого, конструкция биореактора без тяги за счет приводного механизма, создаваемого мотором и механическим редуктором, а с тягой за счет электромагнитного поля позволяет без демонтажа отчленить корпус биореактора от подставок и механизировать процесс загрузки в него биологического сырья и выгрузки из него получаемого физиологически активного препарата как в виде раствора, так и в виде оставшейся части неразло>кившегося сырья„ что важно, особенно. при синтезе ядовитых и радиоактивных соединений..

На фигуре 3 а,б представлен биореактор для переработки биологических субстратов, который состоит: из корпуса биореактора в виде цилиндрической горизонтальной емкости 1 с лопастями на внутренней поверхности 16 и люком для загрузки сырья 11, патрубков для распыления воздуха или газа 3 с подпружиненными клапанами 17, соединенными с шайбами 13 через шток, проходящий через сальники 14, регуляция работы которых осуществляется за счет устройства для механической или магнитной тяги f8. системы трубопроводов для воздуха.2, вращающихся на валу 9 с опорными подшипниками 10, причем воздух или гаэ стравливается из биореактора через трубу с сеткой 6, а в толще культурной жидкости 7 свободно размещен наполнитель 8 из механически прочного; инертного и износостойкого материала в виде отдельных частиц, Биореактор, кроме того, содержит систему для вращения корпуса биореактора за счет тягового усилия электромагнитного поля, создаваемого между сердечниками электромагнитов 4, прикрепленных к корпусу биореактора и корпусами электромагнитов

12, прикрепленных к подставке 5. Регуляция характера электромагнитного поля осуществляется за счет индукционных выключатеБиореактор работает следующим образом: сырье, в виде размельченного биологического материала (солома, листья, зерно, крахмал, животная ткань и т.д.) помещают через загрузочный люк 11 в барабан реактора 1, одновременно загружают свободно размещенный наполнитель из механически прочного, инертного и износостоикого материала в виде отдельных частиц 8 и заливают культурную жидкость 7, включают давление воздуха или газа, который, прохо-. дя через вал 9 и систему труб для подводки воздуха 2, поступает к патрубкам, Стравливание воздуха или газа из биореактора происходит через трубку с сеткой

6, находящиеся в реакторе.

Затем подают электропитание и зэ счет тягового усилия, развиваемого магнитным полем между сердечниками электромагнйтов 4 и корпусами электромагнитов 2, периодичность функционирования которых определяется индукционными выключэтелями 19, корпус биореактора 1 в виде горизонтальной емкости вместе с патрубкэми и сырьем, находящимся в реакторе, начинает вращаться, вследствие чего вся масса обрабатываемого сырья периодически смэчивается культуральной >хидковтью 7, через которую из патрубков 3 беспрерывно пропускается воздух или гээ, причем те патрубки, которые находятся в культуральной жидкости, пропускают через себя воздух или газ, а те, которые находятся в объеме биореэктора, не заполненного культуральной жидкостью, запираются подпружиненными клапанами 17, что приводит к снижению потребления воздуха или газа нэ барбота>к культуральной жидкости минимум на 50; .

С целью ликвидации анаэробного процесса на стенках биореактора вследствие налипания на них биологических материалов в реакторе находится свободно размещаемый наполнитель 8, который снимает с вращающихся поверхностей налипающие на них разлагаемые микроорганизмами биологические материалы, чему помогают и прикрепленные к внутренней стенке реактора продольные лопасти 16.

Открытие патрубков в определенной последовательности для прохода воздуха

1763478

10 или газа осуществляется за счет устройства для механической или магнитной тяги, смонтированной вне реактора 18, Попадая в устройство для механической или магнитной тяги, шайба 13 оттягивает клапан 17, прижатый к седлу патрубка пружиной 15 и открывает проход воздуха или газа в реактор. Сочленение клапана, находящегося в патрубке 17, и шайбы 13 осуществляется через шток, проходящий через сальник 14, не позволяющий вытекать культуральной жидкости из биореактора. Перемещение шайб из устройства для механической или магнитной тяги 18 приводит к закрытию прохода воздуха или газа из патрубков, чему способствуют находящиеся в них подпружиненные клапаны.

Открытие форсунок для воздуха или газа, может осуществляться в любом их положении по отношению к культуральному раствору и перерабатываемому сырью, что определяется характером технологии получения физиологически активного препарата и размещением устройств, создающих механическую или магнитную тягу для работы патрубков .

Таким образом, предлагаемые конструкции допускают повысить эффективность использования объема реактора и улучшить условия азрирования культуральной жидкости при постоянном высоком или низком, а также переменном давлении воздуха или газа, подаваемого в реактор, что, в свою очередь, позволяет резко повысить надежность работы биореактора, что очень важно при длительной его эксплуатации.

Кроме того, конструкция биореактора, тяговое усилие которого для вращения корпуса биореактора создается за счет периодически действующего магнитного поля, 5 позволяет отказаться и от механических устройств, как то, редуктора и мотора, и делает возможным создать отъемный от основания биореактор, что, в свою очередь, облегчает процесс загрузки и выгрузки

10 сырья из биореакторов. что весьма важно при синтезе ядовитых и радиоактивных фи- . зиологически активных препаратов и строгом соблюдении техники безопасности.

Формула изобретения

15 Биореактор для разложения растительного сырья, содержащий вертикальную цилиндрическую емкость с технологическими патрубками, установленную на горизонтальных валах с возможностью вращения, 20 имеющую двойную стенку с образованием кольцевой полости для подвода газа, и размещенные равномерно по окружности на внутренней стенке радиальные патрубки для ввода газа в среду, сообщенные с этой

25 полостью. каждый из которых снабжен клапаном для периодической подачи газа, о тлича ющийся тем,что,сцельюповышения надежности работы клапанов и увеличения тем самым полноты использования

30 аэрирующего газа, клапан в патрубке выполнен в виде подпружиненного поршня со штоком, снабженным упором или магнитом, расположенным вне корпуса, при этом вокруг емкости размещены направляющие пла35 стины или электромагниты, служащие для срабатывания клапанов.

3763478

1763478

1763478

Составитель Г. Лебедев

Техред М.Моргентал- - Корректор И. Шмакова

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 3429 - Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР . 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5