Биореактор для разложения растительного сырья Советский патент 1992 года по МПК C12M1/00 

Изобретение относится к области биотехнологии, в частности к устройствам для аэробного микробиологического разложения биологических субстратов, и может быть использовано для получения экотолов- продуктов, повышающих устойчивость биологических организмов к неблагоприятным условиям внешней среды из материалов растительного и животного происхождения.

Известные в настоящее время микробиологические реакторы различных конструкций 1 не могут быть использованы для требуемых целей, так как не позволяют в большом объеме растительного сырья создать условия активной аэрации культурной жидкости.

Известен также биореактор, содержащий цилиндрическую горизонтальную емкость с загрузочным люком, установленную на горизонтальном валу с возможностью вращения за счет привода, и расположенные в емкости лопасти, укрепленные равномерно по окружности на внутренней стенке

для перемешивания среды, и распылитель воздуха 2.

Эта конструкция реактора не позволяет получить объемы экотолов. необходимые промышленности, сельскому хозяйству и медицине, так как при расположении патрубков, подающих воздух по всей длине реактора, твердое сырье, находящееся в питательном растворе реактора, опирается на них и не вращается вместе с корпусом реактора

Кроме того, находящееся над питательным раствором сырье перЧм5диче1ски не смачивается им, так как находится в воздухе верхней части реактора и погрузится в питательную среду лишь в случае уменьшения его объема в процессе разложения сырья, находящегося в питательном растворе. Последнее же сказывается наТ аче стве получаемого продукта - экотола, а также задерживает процесс его получения.

Прототипом к предлагаемой заявке является биореактор 3, представляющий соVI

О

СА)

4

VI

00

бой горизонтальную вращающуюся емкость с загрузочным люком, установленную на го- рмзонтапьисм валу г возможностью вращения за счет привода. Н поверхности внутренней части емкости расположены патрубки, аэрирующие питательный раствор. За счет вмонтированных в патрубки пневматических клзпаиоа происходит открывание патрубков для гзза в ,, когда они находятся в нижней части редчтера, тогда как при поднятии их в верхнюю часть реактора патрубки закрываются, Подача воздуха к патрубкам осуществляется по трубопроводам, вращающимся вместе с корпусом биореактора.

К сожалению, данная конструкция Оно реактора успешно функционирует только в случае, если давление воздуха, подаваемого в патрубки, постоянно, причем это давление не удерживает клапаны в закрытом со- стоянии в период, когда патрубки находятся в нижней части реактора.

Целью изобретения является повышение надежности работы клапанов в патрубках, подводящих воздух внутрь биореактора, и повышение полноты использования аэрирующего культуральную жидкость газа.

Поставленная цель достигается тем, что расположенные в корпусе биореактора рас- пылители воздуха снабжены подпружиненными механическими или магнитными клапанами, автоматически прекращающими подачу воздуха в ту часть реактора, где отсутствует культура л ьная жидкость. В отом случае, в корпусе биореактора располагаются патрубки для подачи воздуха, прикрепленные к воздухораспределягощим магистралям, которые врашаются вместе с цилиндрической горизонтальной емкостью биореактора, причем та часгь патрубков, которая находится в культурачьной жидкости, открывается вел едет сие прохождения подвижной, подпружиненной части клапана через механическую тягу или постоянное или переменное магнитное поле. При отом данная часть патрубков пропускает воздух и осуществляет барботаж жидкости, а другая часть патрубков, находящихся п иена- полненной культурзльной жидкостью части реактора, не пропускает воздух, за счет закрытия их подпружиненным клапаном, вследствие чего и осуществляется экономный расход воздуха.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что на внутренней поверхности цилиндрической горизонтальной емкости биореактора, на воздуховодах, размещаются подающие воздух или газ патрубки, открытие которых происходит за счет

клзчэмов, подвижная часть которых попадает под механическую тягу или в постоянное № л электромагнитное поле в то время, когда патрубки находятся в культуральной жидкости и закрываются за счет пружин, когда они размещаются вне культуральной жидкости что осуществляется за счет вращения патрубков и корпуса реактора от мотора с редуктором и за счет устройства для магнитной или механической тяги, находящейся вне корпуса реактора, причем возможные анаэробные процессы в культуральной жидкости ликвидируются не только за счет функционирования патрубков, находящихся в культуральной жидкости, но и за счет свободно размещенного в реакторе наполнителя из механически прочного, инертного и износостойкого материапа в виде отдельных частиц (фигурз 1, 2, 3)

На фигуре 1 а,б представлен реактор для переработки биологических субстратов, который состоит: из корпуса биореактора в виде цилиндрической горизонтальной емкости 1 с люком ДЛР загрузки сырья 11, системы трубопроводов для воздуха 20, вращающихся на валу 9 с опорными подшипниками 10 за счет мотора 12 и редуктора 4, укоепленных на подставке 5 причем, воздух или га из реактора стравливается через трубу с сеткой 5, а о толще культуральной жидкости 7 свободно размещен наполнитель 8 из механически прочного, инертного и износостойкого материала в виде отдельных Юсгиц. Биореактор, кроме того, содержит систему патрубков для распыления воздуха или газа 3, регуляция которых осуществляется за счет постоянного магнита или электромагнита 18.

Данный биореактор работает следующим образом- сырье в виде размельченного биологического материала (солома, листья, зерно, крахмал, животная ткань и т д.) помещают через загрузочный люк 11 в барабан реактора 1, загружают также свободно размещаемый наполнитель из механически прочного, инертного и износостойкого материала, в виде отдельных частиц 8 и в реактор заливают культуральную жидкость 7, включают давление воздуха или газа, который, проходя через вал 9 и систему труб для подводки воздуха 2, поступает к патрубкам 3.

Стравливание воздуха из биореакюра осуществляется через трубку с сеткой 6, находящиеся в реакторе, включают мотор 12 и через редуктор цилиндрическая горизонтальная емкость биореактора вместе с патрубками и сырьем, находящимся в реакторе, начинает вращаться, за счет чего вся масса растительного сырья периодически смачивается культуральной жидкостью 7, через которую из патрубков беспрерывно пропускается воздух или газ, причем те патрубки, которые находятся в культурзльной жидкости, пропускают через себя воздух или газ, а те, которые находятся в объеме, не заполненном культуральной жидкостью, запираются подпружиненными клапанами 17, что приводит к снижению потребления воздуха или газа на барботаж культуральной жидкости минимум на 50%.

С целью ликвидации анаэробного процесса на стенках биорезктора, вследствие налипания на них биологических материалов, в реакторе находится свободно размещенный наполнитель 8, который снимает с вращающихся поверхностей налипающие на них разлагаемые микроорганизмами биологические материалы, чему помогают и прикрепленные к внутренней стенке реактора продольные лопасти 16.

Открытие патрубков для прохода воздуха или газа в определенной последовательности осуществляется за с«ет постоянного или переменного магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом или электромагнитом, причем последний выключается и включается в работу сердечником клапана 13 при движении его по полости электромагнита 18. Давление воздуха или газа, при этом подаваемого в резктор, может быть увеличено так же, как и усилен барботаж питательного раствора.

Подпружиненные клапаны патрубков функционируют при этом за счет магнитного поля, но не увеличивают нагрузку на вращение корпуса реактора, так как штоки 13 клапанов в патрубках по отношению к корпусу постоянного или переменного магнита располагаются так, что одновременно один из них втягивается е магнитное поле, а другой извлекается из него, что приводит к уравниванию действующих сил. В случае использования электромагнита включение и выключение его осуществляется сердечником клапана 13 при движении последнего в полости электромагнита 18 и даже может, в зависимости от времени включения и выключения электромагнитного поля, способствовать вращению биореактора,

Попадая в магнитное поле, сердечник 13 оттягивает клапан 17, прижатый к седлу патрубка, пружиной 15, и открывает проход воздуха или газа в реактор. Сочленение клапана патрубка и сердечника производится через шток, проходящий через сальник 14, не позволяющий вытекать культуральной жидкости из реактора. Перемещение сердечником 13 из магнитного поля приводит к закрытию прохода воздуха или газа из патрубков, чему способствуют находящиеся в них подпружиненные клапаны.

На фигуре 2 а,б представлен другой реактор для переработки биологических суб- 5 стратоз и устройство патрубков, которые состоят: из корпуса биореактора, в виде цилиндрической горизонтальной емкости 1 с люком для загрузки сырья 11, системы трубопроводов для воздуха 20, вращающихся

10 на валу 9 с опорными подшипниками 10 за счет мотора 12 и редуктора 4, укрепленных на подставке 5, причем воздух или газ из реактора стравливается за счет трубы с сеткой б, а а толще культуральной жидкости 7

15 свободно размещен наполнитель 8 из механически прочного, инертного и износостойкого материала, в виде отдельных частиц. Биореактор, кроме того, содержит систему патрубков для распыления воздуха или газа

0 3, регуляция которых осуществляется за счет устройства для механической тяги 18.

Данный биореактор работает следующим образом сырье в виде размельченного биологического материала (сопома, листья,

5 зерно, крахмал, животная ткань и т.д.) помещают через загрузочный люк 11 в барабан реактора 1, одновременно загружают свободно размещаемый наполнитель из механически прочного, инертного и

0 износостойкого материала, в виде отдельных частиц 8 и заливают культурзльную жидкость 7, включают давление воздуха или газа, который, проходя через вал 9 и систему труб для подводки воздуха 2, поступает к

5 патрубкам.

Стравливание воздуха из биореактора осуществляется через трубку с сеткой б, находящиеся в реакторе. Затем включают мотор 12 и через редуктор 4 цилиндрическая

0 горизонтальная емкость биореактора, вместе с патрубками и сырьем, находящимся в реакторе, начинает вращаться, за счет чего вся масса растительного сырья периодически смачивается культуральной жидкостью

5 7, через которую из патрубков беспрерывно пропускается воздух или газ, причем те патрубки, которые находятся в культуральной жидкости, пропускают через себя воздух или газ, а те, которые находятся в объеме не

0 заполненном культуральной жидкостью, запираются подпружиненными клапанами 17, что приводит к снижению потребления воздуха или газа на баработзж культуральной жидкости минимум на 50%.

5 С целью ликвидации анаэробного процесса на стенках биореактора, вследствие налипания на них биологических материалов, в реакторе находится свободно размещенный наполнитель 8, который снимает с вращающихся поверхностей налипающие

на них разлагаемые микроорганизмами биологические материалы, чему способствуют и прикрепленные к внутренней стенке реактора продольные лопасти 16.

Открытие патрубков для прохода воздуха или газа в определенной последовательности осуществляется за счет устройства для механической тяги, смонтированного вне реактора 18. Давление воздуха или газа, подаваемого в реактор, при этом может быть увеличено, так же, как и усилен барбо- таж питательного раствора.

Попадая в устройство для механической тяги, шайба 13 оттягивает клапан 17, прижатый к седлу патрубка пружиной 15, и открывает проход воздуха или газа в реактор. Сочленение клапана, находящегося в патрубке 17, и шайбы 13 происходит через шток, проходящий через сальник 14, не позволяющий вытекать культуральной жидкости из реактора. Перемещение шайб 13 и устройства для механической тяги 18 приводит к закрытию прохода воздуха или газа из патрубков, чему способствуют находящиеся в них подпружиненные клапаны.

Помимо этого, конструкция биореактора без тяги за счет приводного механизма, создаваемого мотором и механическим редуктором, а с тягой за счет электромагнитного поля позволяет без демонтажа отчленить корпус биореактора от подставок и механизировать процесс загрузки в него биологического сырья и выгрузки из него получаемого физиологически активного препарата как в виде раствора, так и в виде оставшейся части неразложмвшегося сырья,.что важно, особенно, при синтезе ядовитых и радиоактивных соединений.

На фигуре 3 а,б представлен биореактор для переработки биологических субстратов, который состоит: из корпуса биореактора в виде цилиндрической горизонтальной емкости 1 с лопастями на внутренней поверхности 16 и люком для загрузки сырья 11. патрубков для распыления воздуха или газа 3 с подпружиненными клапанами 17, соединенными с шайбами 13 через шток, проходящий через сальники 14, регуляция работы которых осуществляется за счет устройства для механической или магнитной тяги 18. системы трубопроводов для воздуха 2, вращающихся на валу 9 с опорными подшипниками 10, причем воздух или газ стравливается из биореактора через трубу с сеткой б, а в толще культурной жидкости 7 свободно размещен наполнитель 8 из механически прочного, инертного и износостойкого материала в виде отдельных частиц.

Биореактор, кроме того, содержит систему для вращения корпуса биореактора за счет тягового усилил электромагнитного поля, создаваемого между сердечниками электромагнитов А, прикрепленных к корпусу биореактора и корпусами электромагнитов 12, прикрепленных к подставке 5. Регуляция характера электромагнитного поля осуществляется за счет индукционных выключате0 лей питания 19.

Биореэктор работает следующим образом: сырье, в виде размельченного биологического материала (солома, листья, зерно, крахмал, животная ткань и т.д.) помещают

5 через загрузочный люк 11 в барабан реактора 1, одновременно загружают свободно размещенный наполнитель из механически прочного, инертного и износостойкого материала в виде отдельных частиц 8 и залива0 ют культурную жидкость 7, включают давление воздуха или газа, который, проходя через вал 9 и систему труб для подводки воздуха 2, поступает к патрубкам.

Стравливание воздуха или газа из био5 реактора происходит через трубку с сеткой 6, находящиеся в реакторе.

Затем подают электропитание и за счет тягового усилия, развиваемого магнитным полем между сердечниками электромагнй0 тов А и корпусами электромагнитов 2, периодичность функционирования которых определяется индукционными выключателями 19, корпус биореактора 1 в виде горизонтальной емкости вместе с патрубками и

5 сырьем, находящимся в реакторе, начинает вращаться, вследствие чего вся масса обрабатываемого сырья периодически смачивается культуральной жидкостью 7, через которую из патрубков 3 беспрерывно пропу0 скается воздух или газ, причем те патрубки, которые находятся в культуральной жидкости, пропускают через себя воздух или газ, д те, которые находятся в объеме биореактора, не заполненного культуральной жид5 костью, запираются подпружиненными клапанами 17, что приводит к снижению потребления воздуха или газа на барботаж культуральной жидкости минимум на 50%. С целью ликвидации анаэробного про0 цесса на стенках биореактора вследствие налипания на них биологических материалов в реакторе находится свободно размещаемый наполнитель 8, который снимает с вращающихся поверхностей налипающие

5 на них разлагаемые микроорганизмами биологические материалы, чему помогают и прикрепленные к внутренней стенке реактора продольные лопасти 16.

Открытие патрубков в определенной последовательности для прохода воздуха

или газа осуществляется за счет устройства для механической или магнитной тяги, смонтированной вне реактора 18, Попадая в устройство для механической или магнитной тяги, шайба 13 оттягивает клапан 17. прижатый к седлу патрубка пружиной 15 и открывает проход воздуха или газа в реактор. Сочленение клапана, находящегося в патрубке 17, и шайбы 13 осуществляется через шток, проходящий через сальник 14, не позволяющий вытекать культуральной жидкости из биореактора. Перемещение шайб из устройства для механической или магнитной тяги 18 приводит к закрытию прохода воздуха или газа из патрубков, чему способствуют находящиеся в них подпружиненные клапаны.

Открытие форсунок для воздуха или газа, может осуществляться в любом их положении по отношению к культуральному раствору и перерабатываемому сырью, что определяется характером технологии получения физиологически активного препарата и размещением устройств, создающих механическую или магнитную тягу для работы патрубков.

Таким образом, предлагаемые конструкции допускают повысить эффективность использования объема реактора и улучшить условия аэрирования культуральной жидкости при постоянном высоком или низком, а также переменном давлении воздуха или газа, подаваемого в реактор, что, в свою очередь, позволяет резко повысить надежность работы биореактора, что очень важно при длительной его эксплуатации.

Кроме того, конструкция биореактора, тяговое усилие которого для вращения корпуса биореактора создается за счет периодически действующего магнитного поля,

позволяет отказаться и от механических устройств, как то, редуктора и мотора, и делает возможным создать отъемный от основания биореактор, что, в свою очередь, облегчает процесс загрузки и выгрузки

сырья из биореакторов, что весьма важно при синтезе ядовитых и радиоактивных физиологически активных препаратов и строгом соблюдении техники безопасности. Формула изобретения

Биореактор для разложения растительного сырья, содержащий вертикальную цилиндрическую емкость с технологическими патрубками, установленную на горизонтальных валах с возможностью вращения,

имеющую двойную стенку с образованием кольцевой полости для подвода газа, и размещенные равномерно по окружности на внутренней стенке радиальные патрубки для ввода газа в среду, сообщенные с этой

полостью, каждый из которых снабжен клапаном для периодической подачи газа, о т - личающийся тем, что, с целью повышения надежности работы клапанов и увеличения тем самым полноты использования

аэрирующего газа, клапан в патрубке выполнен в виде подпружиненного поршня со штоком, снабженным упором или магнитом, расположенным вне корпуса, при этом вокруг емкости размещены направляющие пластины или электромагниты, служащие для срабатывания клапанов.

г

ТГТ

h I I I

У

и

b

ftKVKlMjnl II 1

ist.iv

«i

RV-vffl

fiuihiM

Wf;l«iu

г i

/

/

/

/

Ј$

и

b

1

«

Использование: переработка растительных отходов микробиологическим их разложением, получение компостированных масс, удобрений и жидких физиологически- активных веществ путем анаэробного процесса. Сущность изобретения: содержит цилиндрическую вращающуюся емкость с внутренними патрубками для подвода аэрирующего газа, каждый из которых включает подпружиненный поршень со штоком, который срабатывает периодически под действием магнита или упора, размещенных вне емкости. 6 ил.

I

V

tX

ч

й

NJ

BLK9LI