АППАРАТ ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ Российский патент 1995 года по МПК C12M1/04 

Изобретение относится к микробиологической и пищевой промышленности, в частности к дрожжерастительным аппаратам.

Известен аппарат для выращивания микроорганизмов, содержащий емкость, теплообменник, аэрационную систему, расположенную у нижнего днища емкости и состоящую из аэраторов, подводящего газопровода и газораспределительной системы, соединенной с аэраторами. Аэраторы в этом аппарате расположены равномерно по поперечному сечению емкости. Такая компоновка аэраторов призвана обеспечить по возможности равномерное распределение потока аэрируемого газа в аппарате по всему его объему.

Недостатками прототипа являются следующие:
ввиду отсутствия перемешивания газожидкостной смеси в емкости в контакте с теплообменником оказываются только слои, прилегающие к стенкам емкости, из-за чего эффективность теплообмена низка;
пузырьки газа, поднимающиеся от аэраторов, проходят минимально возможный путь, из-за чего продолжительность контакта газа с жидкостью минимальна, а следовательно, газомассообмен в аппарате на минимальном уровне;
подъем пузырьков газа в неподвижной жидкости характеризуется стремлением мелких пузырьков к слиянию в более крупные и объединению в плотные группы конгломераты, что ухудшает массообмен между газом и жидкостью из-за уменьшения поверхности контакта газовой и жидкой сред.

Интенсификация процесса тепломассообмена в этом случае достигается специальными средствами механическими мешалками, отбором жидкости из бака с последующей ее закачкой обратно и т.п.

Задачей изобретения является повышение эффективности аппарата путем улучшения тепло- и массообмена.

Эта задача достигается тем, что в аппарате для выращивания микроорганизмов, содержащем емкость, теплообменник, аэрационную систему, расположенную у нижнего днища емкости и состоящую из аэраторов, подводящего газотрубопровода и газораспределительной системы, соединенной с аэраторами, аэрационная система выполнена из модулей, в которых аэраторы расположены равномерно по окружности в периферийной части модулей, а модули в аэрационной системе равномерно, по крайней мере по одной окружности в периферической части поперечного сечения емкости, причем отношение площадей периферийной части, занятой аэраторами, к свободной от аэраторов центральной части в модулях и емкости находится в диапазоне от 0,5 до 3,5. Задача решается также тем, что аэраторы в модулях и модули в аэрационной системе друг относительно друга, а также модули относительно внутренней степени в поперечном сечении емкости расположены на расстоянии не более трех максимальных поперечных размеров аэратора, а количество аэраторов в модуле, и количество модулей в аэрационной системе, расположенных на одной окружности, равно больше трех.

На фиг.1 показан поперечный разрез аэратора; на фиг.2 схема расположения аэраторов в поперечном сечении емкости; а на фиг.3 схема вихревого движения газожидкостной смеси в аппарате.

Аппарат для выращивания микроорганизмов (фиг.1) состоит из емкости 1, которая в процессе эксплуатации заполняется культуральной средой, теплообменника 2, благодаря которому поддерживается необходимый температурный режим в аппарате посредством теплообмена через боковую стенку емкости, аэрационной системы, расположенной у нижнего днища емкости и выполненной из модулей 3, состоящих из нескольких аэраторов 4, подводящего трубопровода 5 и газораспределительной системы 6, соединенной с аэраторами 4 (на фиг.1 для примера показан аппарат с тарельчатыми аэраторами).

Аэраторы 4 (фиг. 2) в модулях 3 расположены равномерно по окружности в периферийной части модуля, а модули в аэрационной системе равномерно, по крайней мере по одной окружности в периферийной части поперечного сечения емкости (на фиг. 2 в качестве примера показано по 6 аэраторов в модуле и 6 модулей в аэрационной системе). Причем для обеспечения нормальной работы аэрационной системы отношение площадей периферийной части, занятой аэраторами, к свободной от аэраторов центральной части в модулях и емкости должно находиться в пределах от 0,5 до 3,5.

Модульная конструкция аэрационной системы обладает тем преимуществом, что она позволяет для аппаратов разной величины использовать одни и те же модули, варьируя их количество.

При работе аппарата (фиг.3) в отличие от прототипа возникает вихревое движение газожидкостной смеси в емкости.

Образование вихрей происходит как бы на двух уровнях первый уровень в масштабе модуля и второй уровень в масштабе емкости.

Механизм образования вихрей состоит в следующем.

Пузырьки воздуха, выходя из аэраторов, поднимаются, увлекая за собой части окружающей их жидкости ("газлифтный" эффект), в результате чего возникает движение снизу вверх газожидкостной смеси. Поскольку аэраторы внутри модуля расположены периферийно относительно свободной центральной части, поднимающаяся газожидкостная смесь приобретает форму кольца. "Газлифт", поднимая вверх определенную часть жидкости снизу, подсасывает жидкость из центральной части, заставляя ее двигаться сверху вниз вдоль вертикальной оси модуля (или емкости). Таким образом, возникает вихревое движение среды в вертикальной плоскости вблизи модуля (или внутри аппарата).

Наложение вихрей обоих уровней обеспечивает интенсивное перемешивание культуральной среды, препятствует образованию конгломератов и повышает интенсивность газообменных, химических и биологических процессов, происходящих в аппарате.

Экспериментальные испытания опытного образца аппарата для выращивания микроорганизмов, выполненного в соответствии с предлагаемым изобретением, показали (при использовании воздуха и воды) повышение эффективности теплообмена в ≈1,2 раза и повышение интенсивности массообмена в ≈1,3 раза.

Использование: изобретение относится к микробиологической и пищевой промышленности, в частности к дрожжерастительным аппаратам. Сущность изобретения: аппарат для выращивания микроорганизмов состоит из емкости, теплообменника, аэрационной системы, расположенной у нижнего днища емкости и образованной из модулей состоящих из нескольких аэраторов, подводящего трубопровода и газораспределительной системы, соединенной с аэраторами. Последние в модулях и модули в аэрационной системе расположены по окружностям в периферийной части модуля и поперечного сечения емкости. Такая компоновка аэраторов приводит к вихревому движению жидкости в маштабе модуля и всего аппарата. Наложение этих движений обеспечивает интенсивное перемешивание культуральной среды в емкости. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. АППАРАТ ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ, содержащий емкость, теплообменник, аэрационную систему, расположенную у нижнего днища емкости и состоящую из аэраторов, подводящего газотрубопровода и газораспределительной системы, соединенной с аэраторами, отличающийся тем, что аэрационная система выполнена из модулей, в которых аэраторы расположены равномерно по окружности в периферийной части модулей, а модули в аэрационной системе размещены равномерно, по крайней мере по одной окружности в периферийной части поперечного сечения емкости, при этом отношение площадей периферийной части, занятой аэраторами, к свободной от аэраторов центральной части в модулях и емкости составляет 0,5 3,5. 2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что аэраторы в модулях и модули в аэрационной системе друг относительно друга, а также модули относительно внутренней стенки в поперечном сечении емкости расположены на расстоянии не более трех максимальных поперечных размеров аэратора, а количество аэраторов в модуле и количество модулей в аэрационной системе, расположенных на одной окружности, равно или больше трех.