Устройство для разрушения и разделения пены к ферментерам Советский патент 1992 года по МПК C12M1/21 

Изобретение относится к устройствам для культивирования различных микроорганизмов в ферментационных аппаратах на пенообразующих культуральных средах.

Известно пеногасящее устройство механического типа в виде горизонтально вращающегося набора конических тарелок на одном валу с мешалкой ферментера.

Основным его недостатком является малая эффективность отделения жидкости от выходящего из ферментера газа, унос из ферментера значительного количества куль- туралькой жидкости с этим газом, что вызвано эффектом захлебывания таких и им подобных устройств пеной в эмульсионном режиме.

Это подтверждается результатами исследований ряда конструкций таких устройств.

В пеногасящем устройстве, также содержащем набор вращающихся конических тарелок, была предпринята попытка смыва пены с этих тарелок встречным потоку газа потоком культуральной жидкости.

Однако указанный выше недостаток присущ и этому устройству, так как возникает эффект вторичного пенообразования в лабиринтных каналах между его тарелками,

Конструктивное отделение привода вращения таких пеногасящих устройств от вала мешалки ферментера позволяет час2 В

NJ

тично уменьшить эти недостатки за счет обеспечения возможности изменять скорость вращения этих устройств в зависимости от интенсивности пенообразования, не связывая это со скоростью вращения ме- шалки.

С учетом этого из известных устройств для разрушения и разделения пены наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является пенога- ситель, содержащий цилиндрический корпус с патрубками для подвода пены, отвода отделенной жидкой фазы и отвода отсепа- рированного газа, размещенную в корпусе вращающуюся цилиндрическую камеру с отверстиями для прохода газа, установленную на вертикальном, полом, перфорированном приводном валу, полость которого сообщена с полостью камеры и патрубком для отвода отсепарированного газа. Данное устройство принято за прототип.

Недостатком этого устройства является сохранение достаточно большой вероятности проникновения части мелкодисперсной пены и капель жидкости в тракт выходящего из пеногасителя газа.

Это происходит вследствие того, что мелкодисперсная пена и жидкость (крупнодисперсная пена легко отсепарируется стенкой цилиндрической камеры) обволаки- в а ют поверхность вращающейся камеры эмульсионной пленкой, и газ, прорывая эту пленку над отверстиями в стенке камеры, уносит частички жидкости с собой на выход, Кроме того, скорость газа в отверстиях ка- меры значительно больше, чем снаружи, поэтому происходит эжектирование части жидкости с поверхности камеры в эти отверстия.

Цель изобретения - обеспечение более полного разделения жидкой и газообразной фаз пены и снижение количества жидкости в отсепарированном газе.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом устройстве для разрушения и разделения пены, содержащем цилиндрический корпус с патрубками для подвода пены, отвода отделенной жидкой фазы и отвода отсепарированного газа, размещенную в корпусе цилиндрическую камеру с отверстиями для прохода газа в стенке и установленную на вертикальном, полом, перфорированном приводном валу, полость которого сообщена с полостью камеры и патрубком для отвода отсепарированного газа, стенка камеры выполнена волнообразной в горизонтальном сечении по всей высоте камеры, и отверстия в ней расположены вдоль углублений волнообразной поверхности стенки по всей ее высоте.

Такая форма вращающейся поверхности цилиндрической камеры исключает возможность перекрытия пленкой жидкости или мелкодисперсной пены отверстий в ней для выхода газа.

На фиг.1 изображено устройство для разруше ния и разделения пены к ферментеру, продольный разрез; на фиг,2 - разрез А - А на фиг.1.

Устройство содержит цилиндрический корпус 1, патрубки 2 для подвода пены, 3 - для отвода отделенной жидкой фазы и 4 - для отвода отсепарированного газа, размещенную внутри корпуса 1 цилиндрическую камеру 5 с отверстиями 6 для прохода газа в ее стенке, -установленную на полом валу 7, перфорированном отверстиями 8, при этом стенка камеры 5 имеет волнообразную поверхность в горизонтальном сечении по всей ее высоте, а отверстия 6 расположены в углублениях этой волнообразной поверхности по всей ее высоте.

Канал 9 в валу 7 и отверстия 10 в его верхней части сообщают внутреннюю полость камеры 5 с патрубком 4 отвода отсепарированного газа,

Кроме того, устройство содержит уплотнения 11 и 12 для герметичного ввода вращения вала 7 в корпус 1. На верхнем торце камеры 5 установлены вентиляционные лопатки 13.

Устройство работает следующим образом.

Пеногазовая смесь, выходящая из ферментационного аппарата, через патрубок 2 поступает в полость корпуса 1 и далее на поверхность вращающейся камеры 5.

Под действием центробежных сил от вращения камеры 5 пеногазовая смесь отбрасывается на внутренние стенки корпуса 1,

За счет многократного соударения ее об эти стенки пена частично разрушается (ее крупно- и среднедисперсная часть), жидкость стекает по стенкам корпуса 1 и выходит через патрубок 3 обратно в ферментер, а освободившийся от пены и жидкости газ стремится выйти в отверстия 6, далее через отверстия 8, канал 9 и отверстия 10 в патрубок 4 отвода отсепарированого газа.

Мелкодисперсная пена (наиболее устойчивая к соударениям) пытается обволакивать наружную поверхность вращающейся камеры 5 эмульсионной пленкой. Однако под действием центробежных сил такая пленка может образоваться лишь между вершинами волн на поверхности камеры 5.

В результате освободившийся от более крупнодисперсной пены газ, стремящийся к

отверстиям 6, разрывает эту пленку, а центробежные силы отбрасывают ее частички на стенку корпуса 1.

Образующаяся из них жидкость также стекает в патрубок 3, откуда возвращается вновь в ферментационый аппарат.

Пеногазовая смесь, поднявшаяся в корпусе 1 выше стенок камеры 5, отбрасывается лопатками 13 на стенки корпуса 1, откуда жидкость тоже стекает в патрубок 3, а сохра- нившаяся пена участвует в дальнейшем процессе ее разрушения и разделения, приведенном выше.

Уплотнения 11 и 12 обеспечивают герметичность и асептичность от атмосферы происходящего процесса пеноотделения.

Существо происходящего процесса заключается в том, что даже при возникновении вокруг вращающейся камеры 5 эмульсионной пленки, она временно будет существовать лишь между выступами кромками волнообразной поверхности камеры 5, но каждый раз будет разорвана газом, стремящимся к центру этой камеры, еще до того, как газ достигнет отверстий 6.

В результате частички жидкости (эмульсионной пленки) будут отброшены центробежной силой на периферию, а газ пройдет через отверстия 6 внутрь камеры 5 без жидкости.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет, подбирая необходимую скорость вращения его привода в зависимости от вязкостных характеристик и скорости поступления пеногазовой смеси в него, под-

нять полноту разделения жидкой и газообразной фаз пены и существенно снизить количество жидкости в отсепарированном газе, что в свою очередь значительно снижает количество возможных выбросов нежелательной микрофлоры из ферментационного аппарата в окружающую среду без дополнительных фильтрующих устройств.

Предлагаемое устройство может быть использовано в комплекте не только с ферментером, но и с другим технологическими аппаратами химических и биохимических производств, в которых ожидается интенсивное пенообразование.

Формула изобретения Устройство для разрушения и разделения пены к ферментерам, содержащее цилиндрический корпус с патрубками для повода пены, отвода отделенной жидкости и отвода отсепарированного газа, размещенную в корпусе цилиндрическую камеру с отверстиями для прохода газа в стенке, установленную на вертикальном, полом, перфорированном приводном валу, полость которого сообщена с полостью камеры и патрубком для отвода отсепарированного газа, отличающееся тем, что, с целью более полного разделения жидкой и газообразной фаз пены и снижения количества жидкости в отсепарированном газе, стенка камеры выполнена волнообразной в горизонтальном сечении по всей высоте камеры, а отверстия в ней расположены вдоль углублений волнообразной поверхности стенки по всей ее высоте.

Яенога- зобая

смесь

Жидкость Фиг.1

Использование: микробиологическая промышленность, процессы культивирования различных микроорганизмов в ферментерах на пенообразующих средах. Сущность изобретения: устройство содержит цилиндрический корпус с патрубками для подвода пены, отвода отделенной жидкой фазы и отвода отсепарированного газа, размещенную в корпусе цилиндрическую камеру с отверстиями для прохода газа в стенки, установленную на вертикальном, полом, перфорированном приводном валу, полость которого сообщена с полостью камеры и патрубком для отвода отсепарированного газа. Стенка камеры выполнена волнообразной в горизонтальном сечении по всей высоте камеры, а отверстия в ней расположены вдоль углублений волнообразной поверхности стенки по всей ее высоте. Устройство осуществляет разрушение пены и ее разделение на составляющие. 2 ил. to С