Аппарат для непрерывного осуществления биохимических процессов

Изобретение относится к химической, нефтехимической и биотехнологической отраслям промышленности и может быть использовано для осуществления биохимических процессов в гетерогенных системах жидкость-газ. Аппарат включает один или нескольких модулей, каждый из которых содержит один или несколько массообменных блоков для насыщения жидкости газами, а также блок для культивирования микроорганизмов. Массообменные блоки содержат корпус с пучком проточных контактных устройств, крышки, патрубки для ввода и вывода жидкости и газа, а также патрубки для ввода и вывода хладагента. Блок для культивирования микроорганизмов содержит корпус с циркуляционным стаканом, патрубки для ввода и отвода культуральной жидкости, для отвода газов, а также патрубки для ввода и вывода хладагента. Проточные контактные устройства имеют трубчатую форму с периодически изменяющимся вдоль оси поперечным сечением, обусловленную тем, что каждое из проточных контактных устройств состоит из последовательно соединенных одинаковых элементов, включающих зону плавного сужения, узкую горловину, зону плавного расширения и широкую зону. Изобретение обеспечивает повышение интенсивности тепло- и массообменных процессов. 3 ил.

 

Изобретение относится к химической, нефтехимической, биотехнологической и другим отраслям промышленности и может быть использовано для осуществления биохимических процессов в гетерогенных системах жидкость-газ с использованием микроорганизмов, грибов или иных субстратов для выращивания микроорганизмов (в том числе метанотрофных) и/или получения с их помощью полезного продукта, например, белка.

Известно устройство для проведения биохимических процессов в гетерогенных системах, реализованное в аппарате для растворения твердых частиц в жидкости (Аксельруд Г.А. Массообмен в системе твердое тело-жидкость. Львов: Изд-во Львовск. ун-та, 1970. - С. 155), в котором жидкость, несущая твердые частицы, движется по трубе, площадь которой переменна по длине трубы. При этом труба состоит из множества последовательно соединенных элементов одинаковой формы, состоящих из двух частей: одна часть каждого элемента представляет собой веретенообразное полое тело, вторая - горловину цилиндрической формы. При движении в такой трубе жидкость периодически меняет свою скорость. Твердые частицы также периодически меняют скорость своего движения, то отставая от ускоряющейся в узком сечении жидкости, то опережая затормаживающуюся в широком сечении жидкость. Вследствие инерции твердых частиц в трубе создается дополнительная скорость относительного движения фаз, способствующая возрастанию коэффициента массоотдачи. Однако такой инерционный эффект возможен лишь при наличии ненулевой разности плотностей твердой либо жидкой (дисперсная фаза) и жидкой сред (сплошная фаза), а значительным он будет при существенном отличии этих плотностей. Исследования показали (A.N. Phan, A. Harvey, Development and evaluation of novel designs of continuous mesoscale oscillatory baffled reactors, Chemical Engineering Journal, 159 (2010) 212-219), что известное устройство обладает далеко не оптимальной геометрией. В частности, было показано, что велика неравномерность воздействия на гетерогенные среды, находящиеся в аппарате. В результате этого при вводе в жидкость газа дробление пузырей осуществляется недостаточно эффективно, и коэффициент массоотдачи сопоставимы с традиционными аппаратами. Это не позволяет достичь высокой скорости растворения газа в жидкости и обеспечить ускоренный рост микроорганизмов или грибов с целью получения полезного продукта.

Кроме того, в известном изобретении контакт между сплошной и дисперсной фазой (например, жидкостью и газом) довольно кратковременный, в результате чего на длине устройства порядка нескольких метров процесс массообмена не успевает завершиться, а при проведении процессов с медленной кинетикой (с характерной для биотехнологических процессов константой времени процесса порядка десятков минут или даже часов) конверсия (степень превращения) оказывается низкой из-за недостаточного времени пребывания.

Известно устройство для биохимических процессов, реализованное в аппарате-ферментере (пат. РФ 2728193, опубл. 28.07.2020), включающий, по меньшей мере, четыре блока, соединенные между собой с образованием замкнутого контура для движения культуральной жидкости (КЖ), где первый и третий блоки, предназначенные для нисходящего и восходящего потоков КЖ, выполнены преимущественно вертикально ориентированными, включают, по меньшей мере, одну трубу для КЖ, выполненную с возможностью термостатирования КЖ; второй - верхний и четвертый - нижний блоки выполнены преимущественно горизонтально ориентированными и включают емкости, выполненные с возможностью дегазации КЖ; по меньшей мере, один насос, подключенный к замкнутому контуру с возможностью обеспечения циркуляции (КЖ) по замкнутому контуру; а также, по меньшей мере, два барботера, выполненные с возможностью подачи газовой смеси в КЖ; статические миксеры для перемешивания КЖ; средства подачи компонентов КЖ, отбора КЖ, удаления остаточных и образующихся в процессе жизнедеятельности микроорганизмов газов, подачи и отвода теплоносителя, средства измерения параметров КЖ. При этом барботеры для подачи газовых сред расположены на входе потока в первый и третий блоки и выполнены с возможностью формирования пузырьков газа в КЖ диаметром не более 5 мм, а статические миксеры расположены по длине вертикальных блоков на расстоянии друг от друга с обеспечением возможности формирования пузырьков газа диаметром от 1 до 5 мм. При этом первый и третий блоки содержат трубы диаметром не менее 50 мм, в количестве не менее 3, длиной не менее 10 м.

Изобретение-прототип позволяет оптимизировать (снизить) уровень СО₂, растворенного в культуральной жидкости, по всему контуру циркуляции, снизить энергозатраты, необходимые для обеспечения массообмена между газовой и жидкой фазами в восходящем потоке культуральной жидкости, увеличить рабочий объем ферментера, удовлетворяя требуемым характеристикам термостатирования КЖ в процессе культивирования микроорганизмов.

Вместе с тем, в изобретении-прототипе блоки, предназначенные для нисходящего и восходящего потоков КЖ, оснащенные барботерами, формирующими пузырьки газа в КЖ диаметром не более 5 мм, и статическими миксерами с возможностью формирования пузырьков газа диаметром от 1 до 5 мм, обеспечивают недостаточно высокий уровень удельной поверхности контакта фаз и коэффициента массоотдачи, поскольку пузыри с такими размерами являются довольно крупными.

Кроме того, возможности термостатирования первого и третьего блоков ограничены как их относительно большими поперечными размерами, так и невысокими скоростями движения, что приводит к снижению числа Рейнольдса и Нуссельта внутри этих блоков, а значит, и к уменьшению общего коэффициента теплопередачи от теплоносителя к КЖ.

В известном изобретении диаметр труб первого и третьего блоков не менее 50 мм, длина не менее 10 м. Все это приводит к существенному увеличению габаритов установки, а с учетом повышенного давления в рабочем пространстве (что ведет к увеличению толщины стенок труб) - к возрастанию ее металлоемкости, а в конечном счете - к увеличению его стоимости.

Задачей предлагаемого изобретения является увеличение поверхности контакта фаз, повышение интенсивности тепло- и массообменных процессов, сопровождающих биохимические процессы, снижение массогабаритных характеристик аппаратуры, достижение высокой точности температурного режима, обеспечение мобильности оборудования и легкой сборки, а также повышение эффективности использования вводимой в аппарат энергии. В совокупности решение этой задачи позволит снизить как капитальные, так и текущие затраты на эксплуатацию установки.

Поставленная задача достигается тем, что предлагаемый аппарат для осуществления биохимических процессов, состоящий из одного или нескольких модулей, согласно предлагаемому изобретению, каждый из модулей содержит один или несколько массообменных блоков для насыщения жидкости газами, а также блок для культивирования микроорганизмов и получения биопродуктов, при этом массообменные блоки содержат корпус с пучком проточных контактных устройств, крышки, патрубки для ввода и вывода жидкости и газа, а также патрубки для ввода и вывода хладагента, блок для культивирования микроорганизмов содержит корпус с циркуляционным стаканом, патрубки для ввода и отвода культуральной жидкости, для отвода газов, а также патрубки для ввода и вывода хладагента, при этом проточные контактные устройства имеют трубчатую форму с периодически изменяющимся вдоль оси поперечным сечением, обусловленную тем, что каждое из проточных контактных устройств состоит из последовательно соединенных одинаковых элементов, включающих зону плавного сужения, узкую горловину, зону плавного расширения и широкую зону.

Заявляемое устройство позволяет обеспечить увеличение поверхности контакта фаз, повышение интенсивности тепло- и массообменных процессов, сопровождающих биохимические процессы за счет использования в массообменных блоках проточных контактных устройств трубчатой формы с периодически изменяющимся вдоль оси поперечным сечением. Их применение в совокупности с использованием блока для культивирования микроорганизмов с циркуляционным стаканом обеспечивает снижение массогабаритных характеристик аппаратуры. Наличие блочно-модульной системы в конструкции аппарата позволяет обеспечение мобильности оборудования и легкой сборки, а также дискретную настройку на заданную производительность. Повышение эффективности использования вводимой в аппарат энергии достигается за счет благоприятного сочетания проточных контактных устройств трубчатой формы с периодически изменяющимся вдоль оси поперечным сечением для быстрого растворения газов в культуральной жидкости, с одной стороны, с емкостным эрлифтным блоком для культивирования микроорганизмов, где происходит наращивание массы микроорганизмов и формирование биопродуктов, с другой стороны.

Заявляемое техническое решение является новым, обладает изобретательским уровнем и промышленно применимо.

Особенностями предлагаемого аппарата являются:

1) Сочетание быстрого высокоэффективного растворения газа за счет: (а) увеличения удельной поверхности фаз, (б) увеличения коэффициента массоотдачи, (в) обеспечения повышенного давления в зоне ПАПТ) при минимальных энергозатратах (благодаря оптимальной геометрии аппарата) с необходимой выдержкой в эрлифтной/емкостной части (за счет использования эффективной конструкции блока для культивирования микроорганизмов (эрлифтной части)) - с рециркуляцией, корректно выбранными зонами отвода газа и рециркулирующей смеси.

2) Легкость обеспечения температурного режима - за счет развитой поверхности проточных контактных устройства, а в блоке для культивирования микроорганизмов (эрлифтной части) - за счет наличия рубашки, полого стакана. Это позволяет с высокой точностью контролировать температуру в аппарате, что чрезвычайно важно для роста микроорганизмов (для них интервал ±1°С часто является предельно допустимым).

3) Удобной для эксплуатации особенностью предлагаемого устройства является также возможность ориентировать массообменные блоки в любом направлении, в том числе горизонтально, наклонно, вертикально.

4) Другой важной для эксплуатации особенностью предлагаемого устройства является возможность комплектовать такое количество модулей (включающих один или несколько массообменных блоков и блок для культивирования микроорганизмов и получения биопродуктов), которое необходимо для обеспечения заданной производительности оборудования.

Кроме того, блочно-модульная система облегчает мобильность всей установки в целом. Каждый из блоков предлагаемого устройства может быть изготовлен в различных исполнениях: с соединением элементов сваркой, при помощи фланцев, или иными допустимыми способами. Предлагаемый аппарат может быть оборудован газосепарационными устройствами, насосами для циркуляции теплоносителя, необходимыми контрольно-измерительными приборами и автоматикой, позволяющими аппарату работать на оптимальных режимах.

На фиг. 1 показан общий вид массообменного блока для насыщения жидкости газами, на фиг. 2 - общий вид блока для культивирования микроорганизмов и получения биопродуктов, объединенный со схемой потоков в аппарате, на фиг. 3 - общий вид модуля с вертикальным расположением массообменных блоков для насыщения жидкости газами.

На фиг. 1 изображен массообменный блок для насыщения жидкости газами, содержащий корпус 1 вытянутой формы, в котором на трубных решетках размещен пучок проточных контактных устройств 2. Сверху и снизу установлены крышки (преимущественно эллиптической формы), которые формируют в нижней части распределительную камеру 3 для распределения жидкой и газовой фаз по контактным устройствам 2, а в верхней части формируют сепарационную камеру 4 для предварительной сепарации жидкости и газа. Блок оборудован необходимыми патрубками 5 для ввода и вывода жидкости и газа, а также патрубки для ввода и вывода хладагента. В нижней части проточных контактных устройств 2, расположенной внутри распределительной камеры 3, выполнены отверстия 6 для ввода газа. На фиг. 2 изображен общий вид блока для культивирования микроорганизмов и получения биопродуктов, а также общая схема циркуляционных и проточных потоков в аппарате (модуле). Блок для культивирования микроорганизмов содержит корпус 7 с циркуляционным стаканом 8, которые образуют две зоны - внутри стакана 8 - в зоне 9 - происходит восходящее течение газожидкостной смеси -культуральной жидкости и газа (газ растворен в жидкости, но может быть частично в дисперсном состоянии в результате десорбции газа, так и в результате жизнедеятельности микроорганизмов), а между стаканом 8 и корпусом 7 формируется кольцевая зона 10, где происходит нисходящее течение газожидкостной смеси. Стакан может быть выполнен полым, с целью дополнительного охлаждения культуральной жидкости путем подачи внутрь полости хладагента. В верхней части корпуса 7 организована сепарационная зона с переливным устройством 11 для отвода жидкости. В нижней части корпуса 7 через патрубки 12 к блоку для культивирования микроорганизмов и получения биопродуктов присоединен циркуляционный контур, включающий массообменные блоки (на фиг. 2 условно не показаны), и содержащий насос 13, компрессоры 14, 15 для подачи газов (на фиг. 2 для примера показа подача метана и кислорода), восходящую 16 и нисходящую 17 линии. На месте ввода нисходящей линии 17 в корпус 7 может быть установлен барботер 18 для дополнительного диспергирования газов. В верхней части корпуса 7 установлен компрессор 19 для отвода газов на рециркуляцию (или отвод их на утилизацию, например, СО₂). Корпус оснащен патрубками 20 для ввода и отвода культуральной жидкости, для отвода газов, а также патрубками 21 для ввода и вывода хладагента. Корпус 7 может быть оснащен рубашкой для охлаждения (на фиг. 2 условно не показана).

На фиг. 3 представлен общий вид модуля с вертикальным расположением массообменных блоков для насыщения жидкости газами. Модуль включает блок 22 для культивирования микроорганизмов и получения биопродуктов, массообменный блок 23 для ввода одного газа (например, метана) и массообменный блок 24 для ввода второго газа (например, кислорода или воздуха), а также насос 13, компрессоры 14, 15 для подачи газов, восходящую 16 и нисходящую 17 линии, компрессор 19 для отвода газов на утилизацию (например, СО₂). Кроме того, модуль может быть оснащен контрольно-измерительными приборами и автоматикой, необходимой арматурой с исполнительными устройствами. При необходимости блоки 23 и 24 могут быть объединены в один корпус. При необходимости блоки 23 и 24 могут быть расположены горизонтально.

Размеры одного модуля определяются преимущественно легкостью монтажа, сборки и транспортировки. Количество параллельно включенных модулей определяется производительностью всего аппарата в целом, путем деления расчетной производительности аппарата в целом на расчетную производительность одного модуля.

Проточные контактные устройства 2 имеют трубчатую форму с периодически изменяющимся вдоль оси поперечным сечением, то есть каждое из проточных контактных устройств 2 состоит из последовательно соединенных одинаковых элементов 25, включающих зону плавного сужения 26, узкую горловину 27, зону плавного расширения 28 и широкую зону 29.

Количество элементов 25 (и соответственно длина контактных устройств 2) определяется конкретным процессом и составляет обычно от трех до десяти; более точное его значение подлежит определению экспериментальными или расчетными методами. Диаметр горловины 27, углы раскрытия зоны плавного сужения 26 и зоны плавного расширения 28 определяются конкретным процессом. Типичные размеры проточных контактных устройств: диаметр горловины 27 составляет 5-20 мм, углы при вершине зоны плавного сужения 26 и зоны плавного расширения 28 составляют соответственно 25-65° и 6-15°, диаметр широкой зоны 29 предпочтительно в 2-2.5 раза больше диаметра горловины 27.

Предлагаемый аппарат работает следующим образом.

Один или несколько модулей, представленных на фиг. 3, монтируют в единый аппарат, подключая их параллельно при помощи труб и коллекторов (на фиг. 3 показан один модуль). Перед началом работы модуль заполняют культуральной жидкостью, в нее вносят необходимое количество микроорганизмов. В блок 22 для культивирования микроорганизмов и получения биопродуктов через патрубок 20а вводят жидкую фазу, а при помощи компрессоров 14, 15 вводят газы с заданным давлением и производительностью. В распределительной камере 3 массообменных блоков происходит формирование газовой подушки, из которой газ равномерно поступает в проточные контактные устройства 2. Благодаря большой кинетической энергии, создаваемой насосом 13, а также особой форме контактных устройств 2 (с периодически изменяющимся вдоль оси поперечным сечением), происходит интенсивное диспергирование газа в жидкости, а также достигается высокий коэффициент массоотдачи на границе раздела газ-жидкость. Кроме того, насосом 13 в рабочем пространстве массообменных блоков создается достаточное избыточное давление, что приводит к увеличению растворимости газов. В результате действия этих факторов газы быстро растворяются в жидкости, и к патрубку 12 в блоке 22 для культивирования микроорганизмов и получения биопродуктов подходит насыщенная газом культуральная жидкость, в которой может находиться некоторое количество газовых пузырьков.

При наличии барботера 18 в нем происходит вторичное диспергирование пузырей. Патрубок 12 находится в зоне 9, так что выходящая из нисходящей линии 17 культуральная жидкость попадает в зону 9 внутри стакана 8, поднимается вверх (при наличии пузырей - в том числе из-за меньшей плотности по сравнению с однородной жидкостью без газа), в верхней части блока 22 для культивирования микроорганизмов и получения биопродуктов газ отделяется от жидкости, часть жидкости попадает в кольцевую зону 10 и далее следует по внутреннему циркуляционному контуру в корпусе 7, и по внешнему циркуляционному контуру, включающему восходящую 16, нисходящую 17 линии и массообменные блоки 23, 24. Остальная часть жидкости выводится из аппарата через патрубки 206 на дальнейшую переработку. Остаточные газы, прошедшие через аппарат, выводятся компрессором 19 (или другим нагнетательным устройством, например, газодувкой) на утилизацию или на рецикл. Полый стакан 8, а также корпуса всех блоков охлаждаются при помощи хладагента.

Массообменные блоки 23, 24 выполняют функцию быстрого насыщения жидкости газами, необходимыми для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов (бактерий) или грибов. Время пребывания в них составляет доли секунды, за счет чего снижаются затраты энергии на растворение газов. Блок 22 служит для культивирования микроорганизмов и получения биопродуктов. Время пребывания в нем устанавливается достаточным для эффективного роста микроорганизмов и формирования ими биопродукта; этим определяется достаточный объем блока 22.

За счет высокой эффективности диспергирования газа и энергосберегающих массообменных процессов, реализованных по предлагаемому изобретению в блоках 23, 24 при помощи проточных контактных устройств 2 с периодически изменяющимся вдоль оси поперечным сечением, снижаются габариты массообменной части оборудования, а значит, сокращается и общий объем аппарата по сравнению с известными устройствами.

Решение задачи предлагаемого изобретения достигается следующим образом:

1) увеличение поверхности контакта фаз, повышение интенсивности тепло- и массообменных процессов, сопровождающих биохимические процессы, снижение массогабаритных характеристик аппаратуры достигается за счет существенного улучшения диспергирования и массопереноса в установленных параллельно (в виде пучка) проточных контактных устройствах 2, имеющих трубчатую форму с периодически изменяющимся вдоль оси поперечным сечением;

2) достижение высокой точности температурного режима достигается за счет использования проточных контактных устройств, обладающих высокими коэффициентами теплоотдачи, как в трубном пространстве, так и в межтрубном;

3) повышение эффективности использования вводимой в аппарат энергии достигается за счет кратковременного, но действенного воздействия на газ в блоках 23, 24, в результате чего он быстро диспергируется и растворяется в жидкости; кроме того, за счет турбулизации потока в межтрубном пространстве модулей 23, 24 улучшается теплоперенос в этих модулях, а значит, снижается расход хладагента;

4) обеспечение мобильности оборудования и легкой сборки достигается за счет применения блочно-модульного принципа, который становится возможным благодаря применению высокоэффективных (а значит компактных) массообменных блоков 23, 24 с проточными контактными устройствами 2.

Базовые варианты иллюстрируются примерами 1 и 2.

Пример 1. Процесс насыщения жидкости газом в эрлифтном аппарате

В эрлифтном аппарате объемом 90 м³ проводят модельный процесс - насыщение газом (кислородом) жидкости (водного раствора сульфита натрия). При подаче газа через отверстия барботера формируются пузыри со средним размером 12-14 мм. По мере их движения вверх в центральной зоне аппарата происходит столкновение и слияние пузырей, приводящее к дальнейшему увеличению их размеров и снижению удельной поверхности.

Массообмен от пузырей к жидкости в данном устройстве определяется в основном скоростью относительного движения фаз, которая составляет 0,20,25 м/с. По этой причине коэффициент массоотдачи довольно низкий. Проведенные нами эксперименты показали, что коэффициент массоотдачи в эрлифтном аппарате в 26,9 раз ниже, чем в массообменных блоках 23, 24 предлагаемого аппарата.

Таким образом, в известном устройстве (эрлифтном аппарате) скорость переноса газа в жидкость в 26,9 раз ниже, чем в предлагаемом аппарате.

Пример 2. Процесс насыщения жидкости газом, температурный режим в аппарате-прототипе и его массогабаритные характеристики

В аппарате-прототипе (пат. РФ 2728193), в соответствии с его описанием, формируются довольно крупные пузыри (диаметром от 1 до 5 мм), первый и третий блоки содержат трубы диаметром не менее 50 мм, в количестве не менее 3, длиной не менее 10 м. Следует отметить, что диаметр 50 мм довольно большой, как с точки зрения быстрого прогрева и легкости контроля температурного режима, поскольку в трубах диаметром 50 мм могут возникать существенные температурные градиенты, так и с точки зрения эффективного диспергирования газа. Кроме того, при таком большом диаметре возрастает и толщина стенок труб, работающих под давлением, а значит, увеличивается масса аппарата в целом.

Длина труб не менее 10 м, заявленная в изобретении-прототипе, также приводит к увеличению массогабаритных характеристик аппарата; кроме того, существенно снижается его мобильность.

Далее, можно показать, что объем аппарата-прототипа оказывается существенно больше, чем объем аппарата по предлагаемому изобретению.

В изобретении-прототипе не указан тип статических смесителей (миксеров). Если предположить, что в аппарате-прототипе используются одно из наиболее эффективных известных устройств - статические смесители типа Lightnin, то проведенное исследование (A. Heyouni, М. Roustan, Z. Do-Quang, Hydrodynamics and mass transfer in gas-liquid flow through static mixers. Chem. Eng. Sci. 57 (2002) 3325-3333) показало, что в них достигаются пузыри размером около 2 мм. Оценка экспериментальных значений объемного коэффициента массоотдачи kLa показала, что в статических смесителях Lightnin трех различных видов его значения в среднем на порядок ниже, чем в предлагаемом устройстве, выполненном на основе контактных устройств с периодически изменяющимся вдоль оси поперечным сечением. Таким образом, оценка объема аппарата дает значение 30 м³.

Предлагаемый вариант иллюстрируется следующим примером (пример 3)

Пример 3. Процесс насыщения жидкости газом в предлагаемом аппарате, температурный режим в аппарате-прототипе и его массогабаритные характеристики

Исследования показали, что при использовании контактных устройств 2 с периодически изменяющимся вдоль оси поперечным сечением и диаметром горловины 10 мм средний диаметр пузырьков 0.55 мм (т.е. в 3,6 раза меньше, чем в аппарате-прототипе), а коэффициент массоотдачи в 10 раз выше, чем в аппарате-прототипе, т.е. длина трубчатой части (контактных устройств 2) не превышает 1 м для каждого газа. Это приводит к снижению металлоемкости и габаритов в 10 раз. Это также означает, что вводимая в аппарат энергия на диспергирование газа используется с высокой эффективностью.

Кроме того, из-за использования контактных устройств 2 с диаметром 10 мм толщина стенок в 3-4 раза меньше, чем для труб диаметром 50 мм, что также приводит к снижению металлоемкости.

Уменьшение диаметра контактных устройств 2 (-10 мм вместо 50 мм) позволяет существенно лучше контролировать температурный режим в аппарате (время выравнивания температуры пропорционально квадрату линейного размера, поэтому уменьшение диаметра в 5 раз приводит к увеличению скорости выравнивания температуры в 25 раз).

Оценка объема предлагаемого аппарата (для сопоставимой производительности) составляет 3 м³, что примерно в 30 раз меньше, чем объем эрлифтного аппарата и в 10 раз меньше объема аппарата-прототипа. Масса аппарата по предлагаемому изобретению не менее в 4 раза ниже, чем у эрлифтного аппарата, и примерно в 2 раза меньше, чем в аппарате-прототипе.

Таким образом, использование предлагаемого устройства позволяет обеспечить увеличение поверхности контакта фаз, повысить интенсивность тепло- и массообменных процессов, сопровождающих биохимические процессы, снизить массогабаритные характеристики аппаратуры, достичь высокой точности температурного режима, обеспечить мобильности оборудования и легкой сборки, а также повысить эффективности использования вводимой в аппарат энергии. В совокупности решение этой задачи позволит снизить как капитальные, так и текущие затраты на эксплуатацию установки.

Аппарат для осуществления биохимических процессов, состоящий из одного или нескольких модулей, отличающийся тем, что каждый из модулей содержит один или несколько массообменных блоков для насыщения жидкости газами, а также блок для культивирования микроорганизмов и получения биопродуктов, при этом массообменные блоки содержат корпус с пучком проточных контактных устройств, крышки, патрубки для ввода и вывода жидкости и газа, а также патрубки для ввода и вывода хладагента, блок для культивирования микроорганизмов содержит корпус с циркуляционным стаканом, патрубки для ввода и отвода культуральной жидкости, для отвода газов, а также патрубки для ввода и вывода хладагента, при этом проточные контактные устройства имеют трубчатую форму с периодически изменяющимся вдоль оси поперечным сечением, обусловленную тем, что каждое из проточных контактных устройств состоит из последовательно соединенных одинаковых элементов, включающих зону плавного сужения, узкую горловину, зону плавного расширения и широкую зону.