Аппарат для перемешивания и аэрации жидкой среды Советский патент 1992 года по МПК C12M1/06 

Изобретение относится к устройствам, применяемым для принудительной аэрации и перемешивания жидкостей и может быть использовано, в частности в медицинской, микробиологической и пищевой промыш- ленностях, например в аппаратах для выращивания микроорганизмов

Известен аппарат для перемешивания и аэрации среды который содержит цилиндрическую емкость, концентрично установленный полый вал с ярусно укрепленными аэрирующими и перемешивающими устройствами в виде закрытой турбинки с удлиненными лопастями, концы которых выведены за пределы турбинки до внутренней поверхности конических тарелок

Недостатком известного аппарата является то, что газожидкостная фаза формируется внутри аэрирующего устройства В результате оно не обеспечивает достаточного пропускания объема воздуха и работает в режиме предшествующем захлебыванию

Наиболее близким к изобретению является аппарат для перемешивания и аэрации жидкой среды, содержащей вертикальную цилиндрическую емкость с технологическими патрубками и барботером, центрально установленный в ней приводной вал с радиальными отверсти яШПГ вТрхней части для забора воздуха на рециркуляцию, закрепленные на валу в нижней части полые радиальные лопасти, сообщенные с полостью вала для прохода воздуха.

Недостатком этого аппарата является то, что газожидкостная фаза формируется в ограниченном закрытом пространстве между дисками мешалки, поэтому пропускная способность по объему газовой фазы недостаточна

VJ

СЛ

Ю СО

Целью изобретения является повышение производительности аппарата и снижение энергозатрат.

На фиг. 1 изображен аппарат для перемешивания и аэрации жидкой среды. общий вид на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1.

Аппарат для перемешивания и аэрации жидкой среды содержит вертикальную цилиндрическую емкость 1 с барботером 2, расположенным у днища емкости 1, и сброс воздуха - патрубок 3. В центре емкости 1 установлен полый вал 4, на котором закреплены в нижней части полые радиальные лопасти 5, сообщающиеся с полостью вала для прохода воздуха. В верхней части на приводном валу равномерно по окружности горизонтально укреплены желоба 6 для забора воздуха, изогнутые в направлении вращения вала 4 по эвольвенте. Радиаль- ные лопасти 5 заглушены с торцов и имеют отверстия 7 на стороне, противоположной направлению вращения для подачи воздуха на аэрацию. А полости желобов б сообщены с радиальными отверстиями в верхней час- ти вала 4. В емкости 1 между стенкой емкости и лопастями 5 расположены отбойные пластины 8, препятствующие раскручиванию жидкости. Вращение вала осуществляется приводом 9.

Аппарат для перемешивания и аэрации жидкой среды работает следующим образом.

Герметически закрытую емкость 1 заполняют питательной средой, засевают со- ответствующую культуру микроорганизмов.

Зеркало жидкости устанавливают на 20-25% ниже желобов 6, которые должны находиться в газовой фазе. Полый вал 4 приводится во вращение приводом 9. От- бойные пластины 8 препятствуют раскручиванию жидкости. При вращении вала устанавливается определенная разность в скорости движения между лопастями 5 м жидкостью. В результате этого на тыльной стороне лопастей 5, противоположной направлению вращения вала, возникает разрежение, благодаря которому газ, находящийся в верхней части емкости 1, через радиальные отверстия по полому валу 4 попадает в лопасти 5 и через отверстия 7 поступает в виде воздушных пузырей диаметром 1-4 мм и, подчиняясь турбулентному течению жидкости, поднимаются по всему периметру жидкости, Относительное количество воздуха, одномоментно находящегося в жидкости, составляет 10-20 об.% (газовая фаза составляет 10-20% от жидкой фазы), а высота водяного столба возрастает на 15-20% по высоте. Воздушные пузыри,

преодолев столб жидкости, попадают в воздушное пространство, где с помощью желобов 6 засасывается воздух в полый вал 4 и через отверстия 7 вторично и многократно рециркулирует через жидкость.

Процентное соотношение количества поступающего свежего воздуха, кратность рециркуляции воздуха регулируется барботером 2, воздух можно подавать дискретно Отработанный воздух удаляется через штуцер 3.

Механизм работы следующий

При вращении вала устанавливается определенная разность в скорости движения между лопастями 5 и жидкостью. В результате на тыльной стороне лопастей 5, противоположной направлению вращения вала, возникает разрежение. В эту область пониженного давления засасывается воздух из отверстий 7 и в этой открытой рабочей зоне формируются воздушные пузыри. Возникшие воздушные пузыри моментально покидают рабочую зону формирования пузырей, которые отрываются от лопасти 5 и поднимаются вверх. А полая лопасть 5 постоянно на всем пути движения находится в жидкости с постоянным удельным весом, что сохраняет интенсивность формирования воздушных пузырей. С увеличением разности в скорости движения между лопастями и жидкостью степень разрежения возрастает и увеличивается количество засасываемого воздуха Одновременно увеличивается абсолютный процент содержания воздуха в жидкости, поверхность контакта газ-жидкость возрастает. Диспергируемый лопастями воздух может быть представлен наружным или внутренним воздухом или различным процентным соотношением, что достигается периодическим чередованием поступления наружного воздуха через бар- ботер 2. Количество воздуха, идущего на рециркуляцию, диктуется задачами массо- обмена, лимитирующим или стимулирующим факторами.

Проведен ряд экспериментальных операций по выращиванию культуры Pseudomonas putida в предлагаемом аппарате емкостью 0,5 м и в аппарате с механической мешалкой и бэрботером. Результаты приведены в таблице.

Как видно из таблицы, использование предлагаемого аэратора позволило сократить расход воздуха с 23 до 8 м3/ч и увеличить выход биомассы в 2 раза.

Таким образом, предлагаемый аппарат сокращает расход воздуха на аэрацию и уменьшает воздушные выбросы в атмосферу. Это позволяет снизить экологическую

напряженность по воздушным выбросам биохимических производств

Формула изобретения Аппарат для перемешивания и аэрации жидкой среды, содержащий вертикальную цилиндрическую емкость с технологическими патрубками и барботером, центрально установленный в ней приводной полый вал с радиальными отверстиями в верхней части для забора воздуха на рециркуляцию, закрепленные на валу в нижней части полые радиальные лопасти, сообщенные с по

мощью вала прохода воздуха, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и снижения энергозатрат, полые радиальные лопасти заглушены с торцов и имеют отверстия на стороне, противоположной направлению вращения для подачи воздуха на аэрацию, а на приводном валу равномерно по окружности горизонтально укреплены желоба для забора воздуха, полости которых сообщены с радиальными отверстиями на валу, причем желоба изогнуты в направлении вращения вала по эвольвенте.

Использование в медицинской, микробиологической и пищевой промышленности Сущность изобретения аппарат содержит вертикальную цилиндрическую емкость с технологическими патрубками и барботе- ром В емкости центрально установлен приводной вал с радиальными отверстиями в верхней части для забора воздуха на рециркуляцию На валу в нижней части закреплены радиальные лопасти, сообщенные с полостью вала для пр 0хода в оздуха Полые радиальные лопасти заглушены с торцов На стороне противоположной направлению вращения лопасти имеют отверстия для подачи воздуха на аэрацию На привод ном валу равномерно по окружности горизонтально укреплены желоба для забора воздуха Полости желобов сообщены с радиальными отверстиями на валу Желоба изогнуты в направлении вращения вала по эвольвенте 3 ил 1 табл

Фиг.1

Фиг.I

1 -J:

А-А

Фиг.1