Аппарат для выращивания микроорганизмов Советский патент 1980 года по МПК C12B1/10 

Изобретение относится к устройствам для выращивания микроорганизмов с механическим перемешиванием жицкости и газа и предназначено преимущественно для выращивания аэробных микроорганизмов из очищенных жидких парафинов и углеводородов нефти. Известно устройство аля выращивания микроорганизмов, содержащее цилиндрическую емкость с центрально установленным цилинцрическим диффузором, внут ри которого встроен кожухотрубчатый теплообменник, перемешивающее устройство, установленное в нижней части диффузора, аэратгар, патрубки для ввода культуральной жидкости , воздуха и выво отработанных газов . Однако в этом устройстве не происходит насыщения культуральной жидкости газом и дегазации ее отработанных газов, что замедляет процесс выращивания микроорганизмов. Иелью Изобретения является насыщение культуральной жидкости газом и последующая дегазация ею отработанных газов в турбулентном потоке и интенсификация тем самым процесса выращивания микроорганизмов. Поставленная цель достигается тем, что аэратор расположен во внутренней полости диффузора над устройством для перемешивания под теплоообменником, патрубок для подачи культуральной жидкости размещен в нижней части аппарата ОЛЯ подачи ее под перемешивающее устройство, при Этом аппарат снабжен yciv ройством для дегазации культуральной жидкости, размещенным над диффузором, состоящим Из сетчатой или решетчатой цилиндрической обечайки и концентрично установленным отражателем, а также лопаточным колесом, размещенным во внутренней полости устройства для дегазации на выходной части диффузора и служащим для подачи культуральной жидксх;тн на поверхность внутренней обечайка, причем теплообменник снабжен приспособлениями для турбулизации культурной жипкости. Кроме того, в аппарате приспособления для турбулизации культуральной жид кости представляют собой перфорированные воронки, размещенные на наружной поверхности теплоообменных труб и имеющие меньщий диаметр со стороны входа потока культуральной жидкости. На фиг, 1 схематически изображен аппарат для выращивания микроорганизмов, продольное сечение} на фиг. 2 сечение А-А на фиг. Ij на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1. Аппарат содержит цилиндрическую емкость 1 с конической крышкой и сферическим дном. К емкости подведены патрубки для подачи рабочей жидкости, биомассы микроорганизмов и питательных веществ {начертеже не показаны), а также сливной патрубок с краном 2. На крышке емкости 1 имеется окно 3 для отвода отработанных газов, которое сообщается с атмосферой либо непосредственно, либо через специальную вытяжную систему. Внутри емкости 1 имеется окно 3 для отвода отработанных газов, которое сообщается с атмосф рой либо непосредственно, либо через, специальную вытяжную . Внутри емкости 1, соосно с ней, ра.сположен ци линдрический диффузор в виде трубы 4 с входным коллектором 5. Труба 4 крепится к емкости с помощью ребер 6, высота которых равна высоте цилинцрической трубы 4. Входной коллектор 5 ра положен на некотором расстояк.ий от дна емкости 1. В нижней (входной) части трубы 4 расположено перемешивающее устройство в виде лопаточного колеса 7 с выходным обтекаемым коком. Колесо 7 посажено на вал 8, который вращается в ве нем подшипнике 9 скольжения и нижнем радиально-упорном подшипнике 10. Подшипники 9 и 10 вмонтированы в корпус 11. который герметично прикреплен к дну емкости 1. Между подшипниками 9 и 10, вблизи рациально-упорного под шипника 10, установлен сальник 12. Кольцевая полость в корпусе 11 между верхним подшипником 9 и сальником 12 сообщена с магистралью подачи рабо ей (культуральной) жидкости в аппарат с помощью патрубка 13. КИНРМЗТНческая связь вала 8 и электродвигателя 14 осуществляется через муфту 1 Между втулочной частью колеса 7 и орцовой плоскостью верхнего подшипника скольжения установлен импеллер 16, и естко связанный с валом 8. Внутри цииндрической трубы 4, непосредственно а лопатками колеса 7, установлены патрубки 17 аэратора, которые с помощью общего коллектора 18и трубопровода 19 ообщаются с внешним источником подачи сжатого газа в аппарат. Внутри цилиндрической трубы, на некотором расстоянии от патрубка 17, установлен кожухотрубчатый теплообменник с приспособлениями для турбулизации культуральной жидкости, состоящими Из набора вертикальных труб 20, тонкостенных перфорированных усеченных конусов-воронок 21 и коллекторов 22 я 23. Трубы 2О.герметично прикреплены к коллекторам- 22 и 23. Нижний коллектор 22 с помощью трубопровода 24 сообщается с магистралью подачи охлаждающей жидкости, а верхний коллектор 23 посредством трубопровода 25 соединен с магистралью сливе, охлаждающей ЖИДКОСТИ; К каждой вертикальной трубе 2О прикреплены по четыре-пять воронок 21с шагом, равным трем-четырем диаметрам их основания. Воронки 21 всех труб 20 теплообменника расположены равномерно на одних и тех же горизонте.льных плоскостях и затеняют 60-75% площади поперечного сечения вертикальной трубы 4, На конце трубы 4 установлено устройство для дегазации культуральной жидкости, содержащее цилиндрическую обечайку 26 и концентрично устаноаченный отражатель 27, повернутые в направлении вращения колеса 7 и размещенные в канале, поворачивающем поток в горизонтальное направление. На выходе из устройства для дегазации соосно с ним последовательно установлены цилиндрические решетка 28 (или сетка) и экран 29. Решетка 28 и экран 29имеют одинаков)гю высоту в 5-10 раз большую высоты лопаток отражателя 27. Радиальный зазор между отражателем и цилиндрической решеткой 28 составляет 5-1О% от наружного диаметра отражателя. Такой же радиальный зазор имеется между цилиндрической решеткой 28 и экраном 29. Аппарат работает следующим образом. Емкость 1 заполняют рабочей жид-костью до уровня, соответствующего концу цилиндрической трубы 4, т. е. причае дрожжерастительного аппарата рабочей жидкостью является вода, В емкост подают питательные вещества и произво засев культуры, Культуральная жидкость в резервуаре представляет собой смесь рабочей жидкости, питательных веществ Микроорганизмов, После установления определенной конпентрации бчомассы в культуральной жидкостивключают электродвигатель 14 и запускают внешнюю компрессорную установку подачи сжатого газа в аппарат. При этом колесо 7, связанное с электродвигателем 14 валом 8 и муфтой 15 нагнетает культуральную жидкость вверх по трубе 4, а сжатый газ из компрессорной станции через трубопровод 19, коллектор 18 и патрубки 17 поступает в аппа рат. Траектория частиц за колесом 8 близка к винтовой линии, В направлении касательной к этой линии и подается еж тый газ из патрубков 17. Смешение газ с жидкостью в закрученном потоке повышает интенсивность растворения газа в жидкость. При дальнейшем двгтжении по трубе 4 поток обтекает вертнкальШзге трубы 20 и перфорированные воронки 21 теплообменника. Наличие воронок 21 в потоке, вследствие мгновенного расширения площадей-проходных сечений трубы 4, приводит к вихреобразованию и турбулизации потока. При это закрутка потока в трубе 4 не полностью ликвидируется. Такое состояние потока в трубе способствует как дальнейшему интенсивному растворению газа в культуральной жидкости, так и повышению от пачи биологического тепла культуральной жидкости, охлаждающей жидкости, подавае мой по трубопроводу 24 и нижнему коллектору 22 и сливаемой через верхний коллектор 23 и трубопровод 25. После теплообменника поток с остаточной закруткой поступает в обечайку 26 и отражатель27, в котором благодаря наличию Изогнутых по направлению вращения колеса 7 лопаток происходит увеличение угла закрутки потока при одновременном увеличении его скорости на выходе. В таком состоянии поток направляется к экрану 29, в котором культуральная жидкость с отработанным газом начинает вращаться вокруг оси экрана 2 вследствие чего происходит отделение га за от жидкостт. Интенсификации процесса дегазации способствует решетка 28, разаробляюш.ая струйки потока на выходе КОСТИ отработанный газ через окгю 3 yttaляется из емкости 1, а культуральнал жидкость стекает вниз в кольцевое пространство, образованное мемсцу емкостью 1 и трубой 4. В процессе работы аппарата происходит рост микроорганизмов. После доведения концентрации биомассы в культуральной жидкости до заданного уровня аппарат переводится на установившийся режим работы по непрерывному циклу, т. е. в емкость 1 непрерывно подаются рабочая жидкость, питательнт ш вещества и газ, а соответствующее количество культуральнол жидкости непрерывно отводится Из роззрвуара при откры-гом кране 2, При Этом средняя концентрация биомассы в культуральной жидкости поддерживается постоянной. Рабочая жидкость в емкости 1 подается как по основной магистрали питания аппарата, так и по патрубку 13 через верхний подшипник 9 скольжения. Величина давления подаваемой в емкость 1 рабочей жидкости вьгбирается большей величины давления культуральной ЖИДКОСТИ на дне резервуара, Вследствие этого, а также благодаря налкчию импеллера 16, предотвра.шается утечка культуральной жидкости через подшипник б.. Сальник 12 предотвращает попадание рабочей жггдкости в подщипник 10, Смазка верхнего подшипника 9 осуществляется рабочей жидкостью, а нилснего подшипника 10 - консистентной смазкой. Формула Изобретения 1. Аппарат пля выращивания микроорганизмов, содержащий цилиндрическую eMKOfTb с центрально -становлент тм цилиндрическим диффузором, внутри которого встроен кожухотрубчатый теплообменник, перемешивающее устройство, установленное в нижней части диффузора, аэратор, патрубки для ввода культуральной жидкости, воз духа и вывода отработанных газов, .отличающийся тем, что, с целью насыщения культуральной жидкости газом и последующей дегаацией ею отработанных газов в турбуентном потоке и интенсификации тем амым процесса выращивания микрооргаизмов, аэратор расположен во внутенней полости диффузора над устройстом для перемешивания под теплообмеником, патрубок ОЛЯ подачи культуральной жидкости размещен в нижней части аппарата для подачи ее под перемешивающее устройство, при этом аппарат снабжен устройством цля пегазации кул турапьной жидкости, размещенным над диффузором, состоящим Из сетчатой или решетчатой цилиндрической обечайки и концентрично установленным отражателем, а также лопаточным колесом, размещенным во няутренней полости устрой ства для дегазации на выходной части диффузора и служащим для подачи культуральной жидкости на поверхность внут ренней обечайки, причем теплообменник снабжен приспособлениями цля турбулизации культуральной жидкости. - 2, Аппарат поп. 1, отличаю щ и и с я тем, что приспособления для турбулизации культуральной жидкости представляют собой перфорированные воронки, размещенные на наружной поверхности теплообменных труб и имеющие меньший диаметр со стороны входа потока культуральной жидкости. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство № 371271, кл. С 12 В 1/ОО, 1969 (прототип).