Установка для выращивания микроводорослей Советский патент 1993 года по МПК A01G33/02 C12M1/00 

Лзобретение относится к установкам для промышленного выращивания фотосин- тезирующих микроорганизмов и предназначено для использования в сельском хозяйстве и микробиологической промышленности.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение производительности установки.

Технический результат, получаемый

эешении задачи, выражается вувеличе- КПД реактора за счет оптимизации схе- эасположения труб реактора с точки ия наиболее полного поглощения свепри

НИИ

мы зреь

тового потока от источников света и достигает ;я тем, что компоновка труб змеевика в поперечном сечении имеет сложную конфи- гурадию звездообразной формы, в которой трубы расположены по концентричным окружностям, образуют цилиндрическую поверхность с источниками света в центре и их расположения описывается уравнениями:

d/2

d/2

Sin orcti tAW

tft IR,-co5farc5in-p-J«E-cos(areei«J/Ј)j

(Л

С

JI2

n - Г i All т

Sin arcttj Тю

I Rn.,-c0sfarc5;np-Ue cosLrcs id/e)

4Kn-i vJ

w -12

(2) 2.Rl .R2 :

R2 + R3 - I2 cos p2--2 .R2 .R3 :

R n - 1 Ь Rn

cos z. .Rn- : (3) ....

00

CJ

XJ

Vj СЛ

о

GO

/71

360

в случае однослойного расположения труб),

где RI - радиус окружности расположения

труб в первом внутреннем слое;

R2 - радиус окружности расположения труб во втором слое;-

Rn - радиус окружности расположения труб в поле;

d - наружный диаметр трубы;

I - расстояние между отводами (шаг расположения труб), п 2 - число труб, расположенных в первом слое;

центральный угол между центрами соседних труб первого и второго слоя;

pi центральный угол между центрами соседних труб второго и третьего слоя;

центральный угол между центрами соседних труб (п-1)-го и n-го слоя.

На фиг.1 изображена установка, вид сбоку; на фиг.2 - вид А на фиг.1; на фиг.З - разрез Б-Б на фиг.1 (поперечное сечение змеевика); на.фиг.4 - вид сверху (в плане); на фиг.5 - схема расположения труб, в общем виде.

Установка состоит из змеевика реактора, выполненного из стеклянных труб, имеющих прямолинейные участки 1 с отводами 2, компоновка которых в поперечном сечении имеет сложную конфигурацию звездообразной формы и трубы расположены по трем концентричным окружностям и образуют цилиндрическую поверхность, в центре которой установлены источники света 3. Каждый прямолинейный участок 1 труб соединен при помощи отвода 2 с одного торца реактора с соседним, лежащим на другой окружности прямолинейным участком, который в свою очередь связан отводом со следующим прямолинейным участком другой окружности также при помощи отвода, но уже с другого торца реактора. На общем каркасе 4 смонтированые остальные узлы и механизмы: бак питательного раствора 5, бак приемный б, газообменник 7, насос 8, вентилятор 9 с электродвигателем 10. Змеевик реактора соединен с насосом гибкой связью 11. Патрубок 12 соединяет змеевик с газообменником. Бак питательного раствора 5 имеет патрубок 14, через который поступает раствор в газообменник 7. Бак приемный 6 имеет патрубок 15 отвода готового продукта, а змеевик снабжен патрубком 16 аварийного слива.

.кулят фогосинтезирующей микроводоросли. Оператор включает насос 8, который осуществляет принудительную циркуляцию суспензии микроводоросли из газообменника 7 в змеевик реактора и обратно. После того как суспензия начнет циркулировать по установке, включают источники света 3, световой поток от которых освещает суспензию, циркулирующую в стеклянном

змеевике реактора, при этом клетки микроводоросли поглощают часть светового потока и за счет фотосинтеза клеток осуществляется их рост. Компоновочная схема расположения труб змеевика позволяет максимально увеличить световоспри- мимэющую поверхность трубчатого реактора и практически исключить потери света, т.к. расположение труб по концентричным окружностям,имеющим в поперечном сечении сложную звездообразную форму, схема расположения которых описывается уравнениями,позволяет создать вокруг источников света практически сплошную цилиндрическую поверхность и,

как следствие этого, производительность установки повышается.

При увеличении биомассы клеток микроводоросли происходит потребление углекислого газа и выделение кислорода.

Производится автоматический замер кислотности в газообменнике 7 и по достижении ее определенной величины осуществляется автоматическая подача углекислого газа из баллона. В автоматическом режиме осуществляется регулировка насыщенности раствора микроводорослью, по достижении определенной величины производят отбор части готового продукта из газообменника 7 в приемный бак 6. Затем

осуществляют долив в газообменник 7 из бака 5 питательного раствора в количестве, равном отобранному продукту, Осуществляется контроль за нагревом биомассы от иг.1- точникоа света,, по достижении

определенной температуры включают вентилятор 9 для охлаждения змеевика реактора.

Предложенные уравнения описывают расположение труб в змеевике при числе

труб, равном или большем двух, в случае однослойного или многослойного расположения труб вокруг источников света. В любом из вариантов схема расположения труб такова, что образует цилиндрическую поверхность. .

Использование: микробиологическая промышленность и кормопроизводство в сельском хозяйстве, выращивание фотосинтезирующих микроорганизмов и микроводорослей. Сущность изобретения: установка содержит светопропускающий трубчатый реактор, выполненный в виде змеевика с параллельными участками. Расположение труб змеевика в поперечном сечении имеет конфигурацию звездообразной формы, в которой трубы размещены по концентрическим окружностям и . образуют цилиндрические поверхности - слои с источниками света в общем центре, а компоновка взаимного расположения труб в пространстве определена системой математических уравнений.5 ил.

Установка работает следующим образом.

В бак 5 заливают питательный раствор. В газообменник 7 загружают раствор и инонии.

Пример конкретного решения уравне- I. Имеем: d 65 мм; I 150 мм; п 7.

j ,360 360

| Тогдэ:(р1 + P2---2 уту

| 25,714°.

Задаемся первоначально значением Ri |180 мм и. решая уравнение (I), находим значения R2 и Нз.

65/2

;,„ Г„,

IIUO- св.(агев«1 |).190„ь(а«,-,„1||У

Я3.91 мм 1

. 10

-0.102875

н

Последнее заданное значение радиуса RI 188 мм необходимо уменьшить на «в. 0,914мм. щ|.со«(а«.-,.И).1М««(огс.в;п)|15Задаемся радиусом Ri 187,1 мм, ре6512.

65|

шаем уравнения:

- 1802 +313.912 -1502 cos 180 313,91

0,95957 ; р - 16,347° ;

COS 52

2 313,91 -448,59 0,9845; pi 10,096°; (pi ,347°+10.096°

26,443° 25,714°

Задаемся следующим значением ради- а RI 188 мм находим:

6512

,; Jwctj 65|г -1

16e.co(a«ein-)ti50cos(arceln1||)J

- -«322 «« ;

V

«12.

Йп|омЦ

65)2.

(arc9in Щ-) + 1 0-«15(ат-с.5,ч

.cos р

1882 +3222 -1502 2-188-322

0,9625; pi 15,747°;

3222+456,72-1502 COS 2 322 456,7

0,9852: 2 9,873°;

(pi + pl)l 15,747° + 9,873°

25,62° 25,714°:

Находим количество градусов суммы уг- лбв (р. +(pi приходящуюся на единицу радиуса:

i-flJl LlLJZ ) . 180-188

26,,621 о 102875 ЈЈ«&. .

-8мм

1

. 10

-0,914 мм.

-0.102875

Последнее зад RI 188 мм нео 0,914мм. Задаемся рад

шаем уравнения:

-S5/1

,л агсЦ

6512

1&7.1.соо(а«5.т)н50со(огг5н,1-Ц)

&5|г

JSI.U

Sin

6512

J2M ccsfarcsm sin - V32((

COS

107,12 +321,12 - 1502 2 187,1 321,1

--0,962; ,807°;

321,12 +45S.82 -1502 cos ,1 -455,8

0,985: (,897°;

p} 15,807° -r 9.897°

- 25,704° 25,714°;

Значение Ri найдено с достаточной степенью точности.

Применение предлагаемого изобретения позволит повысить производительность установки при промышленном ее применении.

Формула изобретения

Установка для выращивания микроводорослей, содержащая светопропускающий трубчатый реактор, выполненный в виде змеевика, включающего прямолинейные участки, расположенные в параллельных вертикальных плоскостях так, что витки труб в одной плоскости размещены напротив межвитковых зазоров другой рядом ле- жащей плоскости, технологические патрубки и емкости, насос и источники света, отличающаяся тем, что расположение труб в змеевике в поперечном сечении имеет конфигурацию звездообразной формы, трубы в которой размещены по концентрическим окружностям и образуют цилиндрические поверхности-слои, при этом источники света расположены в общем центре окружностей, а компоновка взаим- ного расположения труо в пространстве, в поперечном сечении определена системой уравнений:

..

,, / Л1

bin arc

еЦ

J . «Ш

Sinjai c

R,-co5(arc5in-g-U6-co5 ctrc5i«d/Ј d/2

Rn.,-cos(arc5 iri - tP-cos(oircs;)Td/E)

R1 + R - I2 cos f :

R 4- R§ - I2 cos -r ;

COS fln - o F5 / К n

R2n - 1 + R2, --12 Rn

360

W ...

где RI - радиус окружности расположения труб в первом по отношению к центру слое;

Ra радиус окружности расположения труб во втором слое;

Rn - радиус окружности расположения труб в л-м слое;

d - наружный диаметр трубы;

1 - расстояние между центрами рядом расположенных труб в поперечном сечении;

центральный угол между центрами соседних труб первого и второго слоев;

рг центральный угол между центрами соседних труб второго и третьего слоев;

рп- центральный угол между центрами соседних труб в слое (п-1)-м и n-м слое.

б (риг. i

ВидА

Фиг.З

Редактор

. Ь Составитель Т. Ахматова Техред М.МоргенталКорректор С.Лисина

1837750