Способ перемешивания пенообразующих жидкостей с газом Советский патент 1979 года по МПК B01F3/04 

Изобретение относится к способам перемешивания пенообразующих жидкос тей с газом, преимущественно аэрируемых культуральных жидкостей, в процессах выращивания микроорганизмов. Известен способ проведения проце сов в гетерогенной системе газ-жидкость путем диспергирования газообразного агента в жидкой фазе через пористый газораспределительный элемент в режиме динамической пены. Пр этом газ подают со скоростью 0,0150,10 м/с 1, Данный способ не позволяет получить однородную газожидкост.ную эмул сию во всем объеме аппарата. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ пер мешивания аэрируемой культуральной жидкости с газом,предусматривающий подачу газа в аппарат с пенообразующей жидкостью и механическую стабили зацию верхнего уровня газожидкостной смеси 2. Недостатком указанного способа я ляется низкая поверхность контакта между газом и жидкостью. Это объясн ется наличием в аппарате двух зон газожидкостной эмульсии и пены, которые резко отличаются между собой величиной межфазной поверхности контакта. Так, газосодержание жидкости составляет обычно 10-20%, а газосодержание пены - 70-90%. Невысокое содержание газа в эмульсии и повышенные размеры пузырей в пене приводят к уменьшению средней поверхности контакта фаз, и, следовательно, снижению эффективности процесса. Пенная и эмульсионная зоны также резко различаются по содержанию и других компонентов, находящихся в жидкости. Кроме того, в пене, которая имеет низкую степень турбулизации, возможно образование застойных участков. Все это приводит к ухудшению условий выращивания микроорганизмов . Цель изобретения - повышение эффективности процесса за счет увеличения поверхности контакта фаз. .Поставленная цель достигается тем, что .газ в аппарат с пенообразуквдей жидкостью подают со скоростью выше критической. Критическую скорость, основной интервал изменения которой находится

в пределах от 0,004 м/с до 0,08 м/с, определяют в зависимости от коэффициента заполнения аппарата и пенообразующей способности жидкости.

Критическая скорость пропускания газа соответствует возникновению s (аппарате эмульсионного режима, при котором весь объем аппарата заполнен практически однородной газожидкост-ной эмульсией. Экспериментально установлено, что для данной пенообразующей жидкости при постоянном коэффициенте заполнения аппарата в ус:ловиях механической стабилизации верхнего уровня образующейся газожидкостной смеси объем пены и эмульсии. зависит лишь от скорости пропускания газа через аппарат. По мере увеличения скорости газа в аппарате объем пены уменьшается, а объем эмульсии увеличивается. После достижения крктической скорости газа пенный слой исчезает полностью и весь объем аппарата заполняется газожидкостной эмульсией

Возникновение эмульсионного режим сопровождается значительным cкaчкo i мощности, потребляемой механическим устройством. В дальнейшем мощность растет пропорционально возрастанию скорости газа,

В эмульсионном режиме обеспечивс ется эффективное диспергирование газа и выравнивание газосодержания по всему объему аппарата. При этом срещнее газосодержание жидкости в зависимости от коэффициента заполнения аппарата может изменяться от 15 до60%. Одновременно достигается эффективное диспергирование и равномерное распределение в эмульсии других реакционных компонентов. В результате улучшаются условия выращивания микроорганизмсш и обеспечивается интенсификация процесса микробиосинтеза.

Критическая скорость пропускания газа через жидкость обратно пропорциональна коэффициенту заполнения ашпарата и пенообразующей способност - жидкости. Чем.выше коэффициент заполнения аппарата и больше пенообразующая способность жидкости, тем меньше; значение критической скорости т|)ебу. ется для получения эмульсионного режима и наоборот.

Между пенообразующей способностью жидкости, коэффициентом заполнения аппарата и критической скоростью rsiза установлена следующая зависимость

w о,01 к--. зб

где W - критическая скорость газа,,

м/с; К - коэффициент заполнения аппарата;Эе - показатель пенообразуюшей

способности лсидкости. В этом уравнении показатель пенообразующей способности выражен как

отношение объемов данной жидкости и 65%-ного водного раствора 1,2,3-триоксипропана (глицерина), принятого в качестве стандартной жидкости. Указанные объемы определяют по условиям появления эмульсионного режима при одной и той же скорости пропускания воздуха в одном и том же сосуде, сна.женном барботером и пеноразделителем При этом жидкости с большей пенообразующей способностью соответствует меньшее значение показателя 3t .

Более низкие критические скорости требуются для жидкостей с более высокой пенообразующей способностью,и наоборот, Указанный интервал критических скоростей охватывает практически весь диапазон пенообразующих способностей жидкостей (показатели пенообразующей способности находятся в интервале от 0,16 до 1,0), встречающихся в технологических процессах

Рабочее значение скорости пропускания газа определяется технологическими условиями конкретного процесса. Как правило, необходимые удельные расходы газа обеспечиваются при скоростях не выше 0,15 м/с.

Пример 1. В аппарат е.мкостью 200 Лу снабженный барботером и механическим газоотделителем, заливают 0,02%-ный водный раствор моющего средства Лотос,

Коэффициент заполнения аппарата 0,63, показатель пенообразующей способности жидкости - 0,85. Значение критической скорости воздуха 0,07 м/с. Воздух подают со скоростью 0,07-0,10 м/с.

Среднее газосодержание полученной эмульсии - 0,37.

Пример 2,В аппарат емкостью 200 л заливают послеспиртовую бражку, являющуюся питательной средой для получения кормовых дрожжей.

Коэффициент заполнения аппарата 0,65. Показатель пенообразующей способности жидкости - 0,64. Зн ачение критической скорости воздуха 0,015 м/с. Воздух подают со скорость 0,015-0,08 м/с.

Среднее газосодержание полученной эмульсии - 0,35.

Использование предлагаемого способа перемешивания газа с пенообразующими жидкостями в результате соз,цания высокой поверхности контакта фаз и равномерного распределения все реакционных компонентов дает возможность увеличить выход продукта с единицы объема аппарата«

Формула изобретения

Способ перемешивания пенообразующих жидкостей с газом, например куль-. туральных жидкостей, в процессе вы5 6971624

ращивания микроорганиэмов путем по- дают со скоростью выше кридачи газа в аппарат с пенообразующейтической.

жидкостью и механической стабилиза-Источники.информации,

ции верхнего уровня газожидкостнойрринятые во внимание при экспертизе

смеси, отличающийся тем,1. Авторское свидетельство СССР

что, с целью повышения эффективное-с 345942, кл. В 01-F 3/04, 09.0€ 70

ти процесса за счет увеличения по-2. Патент США № 3616260,

верхлости контакта фаз, газ по-кл. 195-107, 26.10.71 (прототип).