Аппарат для выращивания микроорганизмов Советский патент 1988 года по МПК C12M1/04 

-I «

СО

о

О)

ми каналами 14 с газовой камерой 4. Отношение площади сечения внутреннего цилиндра 11 к суммарной площади радиальньпх каналов 14 составляет 1,0- 4,0. Отношение высоты каждой камеры смешения к расстоянию между перегородками 2 и 3 составляет 0,3-0,4, а

отиошспие внутреннего диаметра камеры 6 смешения к наружному диаметру насадка равно 1,15-1,25. Суммарная площадь сечения цилиндрических камер 6 смешения каждой секции составляет 0,05-0,1 площади поперечного сечения цилиндрической емкости 1, 2 ил.

Изобретение относится к ферментационной аппаратуре и может быть использовано в микробиологической промышленности. Цель изобретения заключается в повышении производительнот сти аппарата путем интенсификации массопереноса газа в культуральную жидкость. Аппарат для выращивания микроорганизмов содержит цилиндрическую емкость 1, разделенную по высоте на ряд секций перегородками 2 и 3, установленными попарно с образованием между ними газовых камер 4, и снабженную насадками, расположенными на верхних перегородках 2, и цилиндрическими камерами 6 смешения, прикрепленными к нижним перегородкам 3, и систему циркуляции культуральной жидкости, состоящую из насоса, теплообменника и трубопроводов. Каждый насадок состоит из двух коаксиально расположенных цилиндров 11 и 12, образующих кольцевую полость 13 для истечения жидкости. Полость внутреннего цилиндра 11 сообщена радиальны (f. С

1

Изобретение относится к микробиологической промьшшенности и может быть использовано для вьфащивания микроорганизмов на жидких питательных средах при насыщении их кислородом воздуха.

Цель изобретения - повьшение производительности аппарата.

На фиг. 1 схематично изображен предлагаемый аппарат с частичным продольным разрезом; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1.

Аппарат для выращивания микроорганизмов содержит цилиндрическую емкость 1, разделенную по высоте на ряд секций перегородками 2 и 3, установленными попарно с образованием между ними газовых камер 4, и снабженную насадками 5, расположенными на верхних перегородках 2, и цилиндрическими камерами 6 смещения, прикрепленными к нижним перегородкам 3, и систему циркуляции культуральной жидкости, состоящую из насоса 7, теплообменника 8 и трубопроводов 9 и 10.

Каждый насадок 5 состоит из двух коаксиально расположенных цилиндров 11 и 12, образующих кольцевую полость 13 для истечения жидкости. Полость внутреннего цилиндра 11 сообщена радиальными каналами 14 с газовой камерой 4. Отношение площади сечения внут fr1

peHtiero цилиндра 11 f tj - Я i5 диаметр цилиндра, к суммарной площа,, .. nlTd к ди п радиальных каналов 1ч t ---)

где d - диаметр канала 14, составляет 1,0-4,0. Отношение высоты hj. каждой камеры 6 смешения к расстоянию h между перегородками 2 и 3 h|-/h,, « 0,3-0,4, а отношение внутреннего диаметра цилиндрической камеры

0

5

0

5

0

5

0

смешения к наружному диаметру d насадка 5 равно 1,15-1,25.

Суммарная площадь сечения цилиндрических камер 6 смешения каждой секции составляет 0,05-0,1 площади поперечного сечения цилиндрической емкости 1 аппарата.

Газовые камеры 4 снабжены патрубками 15 для подачи газа из газового коллектора 16, снабженного клапаном 17 для поддержания постоянного давления. Отработанный газ отводится через патрубки 18,расположенные под перегородками 3, в газовый коллектор 19. В центре каждой секции расположены цилиндрические обечайки 20, служащие для поддержания определенного уровня жидкости в секциях и отвода излишней пены. Аппарат снабжен устройством 21 для дегазации жидкости.

Аппарат работает следующим образом.

Ферментационная среда, увлекаемая насосом 7 из емкости 1, проходит через устройство 21 для дегазации жидкости, через располрженный на трубопроводе 10 теплообменник 8 и подается в пространство над перегородкой 2 верхней секции емкости. Под действием гидростатического давления жидкость из пространства над перегородкой 2 истекает через установленные в ней насадки 5 в виде струй кольцевого сечения. Проходя через газовую камеру 4 между перегородками 2 и 3 и через камеры 6 смешения, струи вовлекают газ в шероховатостях своей наружной и внутренней поверхности и в примыкающих к этим поверхностям пограничных слоях. Газ поступает в камеры 4 через патрубки 15 из газового коллектора 16. С помощью клапана

17 в камерах поддерживается постоянное небольшое избыточное давление Его величина подбирается так, что жидкость из камер 6 смешения почти полностью вытесняется газом, ее уровень в них понижается почти до их ниж-- ней кромки. Газ поступает и к внутренней поверхности кольцевых струй через каналы 14 в стенках насадкоп, связывающие газовую камеру 4 с центральными газовыми каналами 22. При этом давление в центральных каналах 22 и газовой камере выравнивается, и струя сохраняет кольцевую форму до входа в жидкость нижележащей секции. Кольцевые струи с газом проходят через газовое пространство в верхней части камер 6 смешения, почти не теряя импульса, и падают на поверхност ферментационной среды в них, проника в ее толщу на 0,40-0,45 м.

Поскольку камеры 6 смешения заглублены в жидкость нижележащей секции, общая глубина проникновения газожид- костных струй гораздо больше. При этом происходит тонкое диспергирование газа, образуется газожидкостная смесь с большой поверхностью контакта фаз, что обеспечивает интенсивный массообмен. Всплывая, пузыри газа пронизывают почти весь объем ферментационной среды в нижележащей секции за исключением самого нижнего ее слоя высотой 0,15-0,30 м над насадками 5 следующей секции. Таким образом объем ферментационной среды, не участвующий в интенсивном массообмене, в таком аппарате сведен до минимума. Отработанный газ отводится из пространств под перегородками 3 через патрубки 18 в коллектор 19. Необходимый уровень жидкости в каждой секции поддерживается с помощью расположенных в центре аппарата цилиндрических обечаек 20, по которым избыток пены попадает в нижнюю часть аппарата.

Использование насадков с полостью кольцевого сечения, образующих дополнительно центральный воздушный канал, по сравнению с соплами, используемыми в известном аппарате, позволяет при одном и том же расходе циркулирующей жидкости существенно увеличить

расход вовлекаемого в ферментатор га- ю (5 20

25 0

35

40

45

0

5

та. Объясняется это тем, что по сран- нению со сплошн)1ми круглыми струями, полые кольцевые струи при одной и той же п:1ощади поперечного сечения имеют бо,п)ШИЙ периметр нарчокной и внутренней шероховатых поверхностей, в пограничных слоях которых увлекается газ.

Сообщение центрального воздушного канала с газовой камерой необходимо также и для того, чтобы ликвидировать разрежение в центральном канале, приводящее к его сужению и схлапыванию кольцевой струи жидкости.

Указанные соотношения размеров конструктивных элементов позволяют добиться наибольшей интенсивности мас- сопереноса в аппарате и тем самым повышения производительности аппарата.

Формула изобретения

Аппарат для выращивания микроорганизмов, содержащий цилиндрическую емкость, разделенную по высоте на ряд секций перегородками, установленными попарно с образованием между ними газовых камер, и снабженную насадками, расположенными на верхних перегородках, и цилиндрическими камерами смешения, прикрепленными к нижним перегородкам, и систему циркуляции куль- туральной жидкости, состоящую из насоса, теплообменника и трубопроводов, отличающийся тем, что, с целью увеличения производительности аппарата, каждый насадок состоит из двух коаксиально расположенных цилиндров, образующих кольцевую полость для истечения жидкости, при этом полость внутреннего цилиндра сообщена каналами с газовой камерой, причем отношение площади сечения полости внутреннего цилиндра к суммарной площади указанных каналов составляет 1- 4, отношение высоты каждой камеры смешения к расстоянию между парами перегородок 0,3-0,4, отношение внутреннего диаметра цилиндрической камеры смешения к наружному диаметру кольцевой полости 1,15-1,25, а суммарная площадь сечения цилиндрических камер смешения каждой секции составляет 0,05-0,10 площади поперечного сечения цилиндрической емкости аппарата.

Фиг.1