Аппарат для выращивания микроорганизмов Советский патент 1984 года по МПК C12M1/02 

; Изобретение относится к микробиологической промышленности и может быть использовано для производства «елковых и других биологически, активных веществ из биомассы бактерий

. Известен аппарат для выращивания микроорганизмов, представляющий собой колонну, разделенную перегородками на отдельные отсеки, расположенные друг под другом, над верхним отсеком установлен перелив, а отсеки соединены меисду собой вертикальными водосливными трубами, причем воронка каждой трубы ограничивает высоту столба жидкости в отсеке, а выходное сопло находится над жид- . костью .нижележащего отсека, нижний

. отсек соединен с циркуляционным насосом, который перекачивает жидкост в водослив. Воздух попадает специальными патрубками к воронке водопе реливной трубы, а выходит через отверстие, расположенное в верхней части нижележащего отсека 13.Недостатки данного аппарата - от.бор.жидкости в водосливные трубы с

Поверхности и образование застойных зон у одних отсеков.

Известен также аппарат для выращивания микроорганизмов содержащий цилиндрическую емкость с газовой ка мерой, пакет электронов разной длины и диаметра, спиральные пластины под ними и конфузор, циркуляционный стакан в нижней части емкости, а также контуры рециркуляции жидкости и газа 23. .

Недостатками указанного аппарата являются высокая энергоемкость побудителя рециркуляции жидкости, питающего эжекторы, собранные в параллельный пакет, и неизбежность значительных потерь газового субстрата в отходящих газах.

Наиболее близок к предлагаемому аппарат для выращивания микроорганизмов, содержащий вертикальную цилиндрическую емкость с напорной ка.1ерой в верхней части, разделенную ло высоте перегородками на ряд секций и газовых камер располохсенных под секциями, установленные в перегородках эжекторы и систему рециркуляции культуральной жидкости из нижней секции в напорную камеру ЦЗ,

Применение этого аппарата для культивирования микроорганизмов сопряжено с большими потерями газового субстрата, небольшим выходом готового продукта из единицы газового сырья и загрязнением окружающей среды.

Цель изобретения - повышение коэффициента утилизации газового -субстрата.

Для достижения указанной цели в аппарате для выращивания микроорга|й11змо.в, преимущественно водородных бактерий, содержащем вертикальную цилиндрическую емкость с напорной камерой в верхней части, разделенную по высоте перегородками на ряд секций и газовых камер, расположенных над секциями, установленные в перегородках эжекторы и систему,рециркуляции культуральной жидкости из нижней секции в напорную камеру, верхняя часть каждой секции сообщена переливной трубой с газовой камерой нижележащей секции, а верхняя часть нижней секции емкости - трубопроводов с атмосферой, при этом отношение диаметра камеры смешения кадого нижележащего эжектора к диаметру камеры- смешения вышележащего составляет 0,85-0,95.

На фиг. 1 схематически изображен аппарат для выращивания микроорганизмов , преимущественно водородных бактерий, вертикальный разрез; На фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Аппарат для выращивания микроорганизмов содержит вертикальную цилиндрическую емкость 1 с напорной камерой 2 в верхней части, разделенную по высоте перегородками 3 и 4 на ряд секций 5 с газовыми камерами 6, установленные в перегородках эжекторы 7с соплами 8, камерами 9 смешения 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 рециркуляционны1 1 газовым трубопроводом 17 с вентилем 18, приемным газовым патрубком 19 и питающим газовым патрубком 20.

Отношение диаметра камеры 9 смешения калсдого нижележащего эжектора 7 к диаметру камеры смешения вышележащего эжектора 7 к диаметру камеры смешения вышележащего составляет 0,85-0,95.

Указанный предел установлен экспериментально. Если соотношение диаметров будет меньше 0,85, то нижележащие эжекторы будут иметь меньший коэффициент эжекции и не. смогут транспортировать весь объем газа, поступающий в газовую камеру, в итоге аппарат не сможет пропустить через культуральную жидкость обьем газовой смеси, необходимый для обеспечения микроорганизмов субстрактом. Если соотношение будет больше 0,95, то давление, развиваемое нижележащими эжекторами, будет недостаточным, чтобы компенсировать уменьшение порциального давления субстрата в газовой смеси, уменьшится .скорость сорбции субстрата и в результате снизится производительность аппарата. Большее значение соотношения со ответствует большему числу секций аппарата, меньшее - меньшему. Аппарат работает следующим образом. Цилиндрическая емкость 1 на 7075% своего объема заполняется солевым питательным раствором с культурой микроорганизмов (культуральной жидкостью ). При включении циркуляционного насоса 12 культуральная жидкость из нижней части секции 5 п всасывающему патрубку 11 насосом 12 через теплообменник 13 и нагнетател ный патрубок 14 подается в напорную камеру 2. Истекающая из сопел культ ральная жидкость проходит газовую камеру 6 верхней секции 5, где захватывает газ. В камере 9 смешения происходит перемешивание газа и жид кости, а в диффузоре 10 - сжатие га зожидкостной смеси. Из диффузоров 1 газожидкостная смесь поступает в верхнюю секцию 5, постепенно заполняя ее, а далее через сопла 8 в перегородке 4 аналогичным образом в последующие секции. Через несколько минут после включения насоса 12 в каждой секции устанавливает уровень жидкости, ограниченный сверху краем переливной трубы 15. Площадь попереч ного сечения сопел 8 эжекторов 7 каждой секции одинаков, поэтому через верхний край переливной трубы переливается не более 1-2% общего расхода воздуха, следовательно, сечение переливной трубы постоянно открыто для прохода газа. Газ в аппарат поступает от внешнего источни ка по патрубку 20 через приемный патрубок 19 в газовую камеру в верх ней секции, далее в составе газожид костной смеси проходит камеры смешения и диффузоры 10. Газожидкостная смесь, истекающая из диффузоров 10, перемешивает объем жидкости в секции 5, насыщает ее газом, а нерастворившаяся часть газа всплывает в виде пузырьков к свободной поверхности жидкости в секции. Статическое давление газожидкостной смеси, со данное в диффузоре, идет на преодоление столба жидкости, равного глубине погружения эжектора в жидкость и на создание остаточного давления над свободной поверхностью жидкости в секций. Далее газ под остаточным давление верхней секции поступает в газовую камеру б нижележащей секции через переливную трубу 15 и так далее по последней секции, причем давление газа в каждой послед5дащей секции выше, чем в предыдущей, на величину остаточного дайления. Из последней секции газ удаляется в атмосферу. При расчетной производительности аппарата над свободной поверхностью жидкости в последней его секции выделяется не более 10-15% общего количества поданного газа, который удаляется в атмосферу. В составе Удаляемого газа содержатся в основ:.ном неутилиаируемые примеси. Если же аппарат еще не достиг своей расчетной производитель лости ( переходный режим/ , то излишек неутилизи- рованного газа из трубопровода 16 через открытый вентиль 18 и рециркуляционный трубопровод 17 возвращается в приемный газовый патрубок 19, где, смешиваясь со свежим газом, поступает снова в аппарат на доутилизацию. При последовательном прохождении f газовой смесью секций аппарата ее объем уменьшается за счет утилизации субстрата микроорганизмами, а также в результате сжатия в эжекторах. Так как расход жидкости через сопла эжекторов каждой секции практически одинаков, то коэффициент эжекции нижележащих эжекторов от секции к секции меньше на 20-30%, а развиваемое давление на 10-15% больше. Повышение давления газовой смеси от секции к секции компенсирует убыль субстрата в ней и коэффициент массопередачи остается практически одинаковым. Такое изменение основной характеристики эжекторов достигается тем, что отношение диаметра камер смешения нижележащих эжекторов к диаметрам камер смешения вышележащих составляет 0,85-0,95. Конкретная величина этого соотношения в указанном диапазоне является функцией параметров технологического процесса (скорости сорбции кислорода, концентрации бактерий и т.д., а также числа секций аппарата. Конструкция предлагаемого аппарата позволяет пов{,1сить коэффициент утилизации газового субстрата или выхода готовой продукции на единицу затраченного газового сырья за счет многократного последовательного прохождения газовой смеси через культуральную жидкость с постепенным повышением давления, давление газовой смеси эжекторами в 1,5-2 раза и увеличить коэффициент массопередачи, а ледовательно, производительность аппарата, а также повысить взрывобезопасность технологического процесса за счет разделения газового объема работающем аппарате на число частей, равное удвоенному количеству екций. Известно, что при производстве одной тонны биомассы водородных бактерий с отходящими газами уходит около 1500 нм водорода. Применяя предлагаемый аппарат, MOJJCHO на 2/3

снизить объем потерь, без снижения производительности. При годовом производстве в 100000 т биомассы

экономия остродефицитного сырья составит 100 млн. нм на сумму 2800 тыс.руб.

АППАРАТ ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ., преимущественно водородных бактерий, содержащий вертикальную цилиндрическую емкость с напорной камерой в верхней , разделенную по высоте перегородками на ряд секций и газовых камер, расположенных над секциями, установлен,ные в перегородках эжекторы и систег му рециркуляции культуральной жидкости из нижней секции в напорную камеру ,о т личающийся тем,что,с целью повышения коэффициента утилизации Iгазового субстрата, верхняя часть каждой секции сообщена переливной трубой с газовой камерой нижележащей секции, а верхняя часть нижней секции емкости - трубопроводом с атмосферой, при этом отношение диаметра камеры смешения каждого нижеле(Л жащего эжектора к диаметру камеры смешения вышележащего составляет 0,85-0,95.