Аппарат для выращивания микроорганизмов Советский патент 1992 года по МПК C12M1/04 

Изобретение относится к микробиологической и пищевой промышленности и, в частности, к процессам аэрации культураль- ных жидкостей дрожжевого производства в условиях интенсивного образования пены.

Известны дрожжерастильные аппараты с устройствами, использующими механические способы разделения пены.

Недостатками этих аппаратов являются значительное усложнение их конструкции, высокие эксплуатационные затраты на гашение пены за счет необходимости подвода дополнительной энергии. В крупнотоннажных аппаратах использование известных устройств для гашения пены малоэффективно и не представляется возможным.

Известен циркуляционный дрожжера- стильный аппарат барботажного типа, содержащий вертикальную цилиндрическую емкость с технологическими патрубками, размещенную в емкости циркуляционную трубу, расположенный под ней аэратор и

устройство для коалесценции пузырьков газа в жидкости, включающие камеру со свободно расположенным в ней наполнителем в виде отдельных твердых частиц и перфорированным днищем, сообщенным с полостью трубы.

В данном аппарате поток газожидкостной смеси пропускают через псевдоожи- женный слой твердых частиц, служащий для усиления коалесценции пузырьков газа этой смеси. Скоалесцированные пузыоьки обладают меньшей устойчивостью к разрушению и более высокой подъемной силой не захватываются циркуляционным потоком и не уносятся вновь в рабочий объем, а всплывают на поверхность и разрушаются, уменьшая тем самым газосодержание в жидкости

Благодаря этому процессу значительно снижается скорость нарастания мелкоячеистой пены, представляющей собой газожидкостную эмульсию Однако данный

Ё

VI

:оо ел

со ел ел

аппарат обладает рядом существенных недостатков: коалесценция пузырьков газа проводится в слое жидкости, что требует больших затрат энергии на создание псев- доожиженного слоя твердых частиц и преодоление гидравлических сопротивлений, кроме того, скоалесцированные пузырьки газа, проходя через слой жидкости, образуют вторичную пену, которая в аппарате ничем не гасится, значительная часть объема жидкости в аппарате, начиная от перфорированного днища камеры и выше, насыщена укрупненными пузырьками газа, что снижает площадь контакта поверхностей фаз, а значит, и интенсивность массообме- на.

Целью изобретения является более полное гашение пены.

Указанная цель достигается тем, что аппарат для выращивания микроорганизмов, содержащий вертикальную цилиндрическую емкость с технологическими патрубка- ми, размещенную в емкости циркуляционную трубу и расположенный под ней аэратор, имеет в своем составе пе- ногасительную камеру, выполненную в виде усеченного конуса, обращенного меньшим основанием вниз, имеющего отверстия в стенке для прохода дегазированной среды, и расположенную под крышкой емкости над предполагаемым уровнем жидкости в аппарате или вне емкости над ней, при этом полость камеры сообщена через отверстие в ее стенке с емкостью для возврата в последнюю деганизированной среды.

Кроме того, плотность твердых тел, свободно размещенных в камере, выше плотности разрушаемой ими пены.

На фиг. 1 изображен аппарат с встроенным пеноотделителем, продольный разрез; на фиг. 2 - выносной пеноотделитель, продольный разрез, вариант.

Аппарат содержит вертикальную цилиндрическую емкость 1 с технологическими патрубками 2 и 3, размещенную в емкости циркуляционную трубу 4, устройство для гашения пены имеет камеру 5, выпол- ненную в виде усеченного конуса с перфорированными стенками и со свободно размещенным в ней наполнителем 6 в виде отдельных твердых частиц, и перфорированным днищем 7, сообщенным с полостью трубы 4.

Угол раскрытия конуса камеры 5 определяется из условий расположения его в аппарате и создания оптимальных условий для перемещения твердых тел. Увеличение угла раскрытия конуса камеры (более 60 град) нецелесообразно, так как приводит к увеличению количества твердых тел и, следовательно, к возрастанию гидравлических сопротивлений, а также к увеличению размеров аппарата. Наиболее оптимальным является угол раскрытия конуса камеры 5 25 - 45°, так как данный угол обеспечивает наиболее равномерный отвод жидкости через отверстия в стенке конической камеры.

На фиг. 2 изображен вариант устройства пеногасительной камеры, размещенной

вне аппарата, состоящей из вертикальной цилиндрической емкости 1 с технологическими патрубками 2,3, выполненной в виде усеченного конуса с перфорированными стенками и днищем 4, размещенного в емкости 1 и обращенного меньшим основанием вниз, в котором расположен наполнитель 6 в виде отдельных твердых частиц.

Аппарат для выращивания микроорганизмов работает следующим образом.

Аппарат заполняют культуральной жидкостью, затем подают воздух через входной патрубок 2 с расходом, соответствующим заданной технологии выращивания. В процессе аэрации внутри циркуляционной трубы 4 образовывается газожидкостная смесь, над которой формируется постоянно нарастающий слой пены.

В дальнейшем пена под воздействием потока воздуха поступает через перфорированное днище 7 в усеченный конус 5, в котором свободно расположены отдельные твердые тела 6.

Поток пены, проходя входное отверстие

конуса, передает свою кинетическую энергию твердым телам, что приводит их в движение При этом возникает циркуляция твердых тел: тела, находящиеся напротив

перфорированного днища 7 усеченного конуса 5, отбрасываются вверх и в стороны к его стенкам. Освободившееся место заполняется нижележащими телами, перемещающимися по наклонной поверхности

усеченного конуса 5. Пузырьки воздуха, поступившие через перфорированное днище 7, заполняют пространство между твердыми телами и, двигаясь через него, коалесци- руют друг с другом,

Увеличение диаметра пузырьков газа делает их менее стабильными, что в совокупности с механическим воздействием на них со стороны твердых тел, столкновениями и трением самих пузырьков друг с другом, а также усиливающимся с приближением к поверхности слоя твердых тел явлением синерезиса приводит к ее разрушению.

Выделившийся из пены воздух удаляется через технологический патрубок 3, а вы- Делившаяся при разрушении пузырьков

культуральная жидкость через отверстия в стенке усеченного конуса 5 поступает в кольцевое пространство между цилиндрической емкостью 1 и циркуляционной трубой 4.

Из кольцевого пространства жидкость перетекает вовнутрь циркуляционной трубы 4 за счет разности плотностей чистой жидкости и находящийся внутри нее газожидкостной смеси, а также эрлифтного эф- фекта. Пеногасящее устройство может быть отделено от ферментационного аппарата, как это представлено на фиг. 2.

Аппарат по фиг. 2 работает аналогично описанному. Под воздействием кинетиче- ской энергии потока пены, поступающего из технологического патрубка 2 в усеченный конус 4 с перфорированными стенками и днищем, в котором свободно расположены отдельные твердые тела 6, последние при- водятся в движение. При этом возникает циркуляция твердых тел аналогично описанной выше. Выделившийся из пены воздух удаляется через технологический патрубок 3, а выделившаяся при разруше- нии пузырьков культуральная жидкость через отверстия в стенке усеченного конуса 4 поступает в кольцевое пространство между ним и цилиндрической емкостью 1.

Таким образом, проведение процесса пеногашения в слое пены, а не жидкости,

позволяет значительно снизить затраты на создание псевдоожиженного слоя твердых частиц и циркуляцию через него аэрируемой жидкости, а также увеличить производительность аппарата за счет того, что процесс коалесценции пузырьков газа, ведущий к ухудшению массообмена, происходит вне культуральной жидкости,

Формула изобретения

Аппарат для выращивания микроорганизмов, содержащий вертикальную цилиндрическую емкость с технологическими патрубками, размещенную в емкости циркуляционную трубу, расположенный под ней аэратор и устройство для гашения пены, включающее камеру со свободно размещенным в ней наполнителем в виде отдельных частиц и перфорированным днищем, сообщенным с полостью трубы, отличающий- с я тем, что, с целью более полного гашения пены, камера выполнена в виде усеченного конуса, обращенного меньшим основанием вниз, имеет отверстия в стенке для прохода дегазированной среды и расположена под крышкой емкости над предполагаемым уровнем жидкости или вне емкости над ней, при этом полость камеры сообщена через отверстия в ее стенке с емкостью для возврата в последнюю дегазированной среды.

Использование: микробиологическая промышленность производство дрожжей Сущность изобретения: аппарат содержит вертикальную цилиндрическую емкость с размещенными в ней циркуляционной трубой и аэратором. Аппарат снабжен также устройством для пеногашения, включающим камеру с частицами наполнителя, сообщенную с полостью циркуляционной трубы. Камера выполнена в виде усеченного конуса и имеет отверстия в стенке для прохода дегазированной среды При этом полость камеры сообщена через эти отверстия с емкостью для возврата в нее этой среды 2 ил

I|

Фиг. 2