CS228350B1

CS228350B1 - Apparatus for fermentation of fluid,thin and very viscous mediums,particularly for fermentation of microorganisms

Info

Publication number: CS228350B1
Application number: CS730882A
Authority: CS
Inventors: Premysl Judr Ing Krovak; Miroslav Ing Salvet
Original assignee: Krovak Premysl; Salvet Miroslav
Priority date: 1982-10-14
Filing date: 1982-10-14
Publication date: 1984-05-14

Abstract

Předmětem vynálezu je zařízení pro zpracování tekoucích, řídkých i velmi viskózních médií, zvláště pro fermentaci mikroorganismů, Jehož součástí je nádoba nebo těleso, z kterého se čerpá, nebo ve kterém se míchá médium a dále prvky pro čerpání nebo míchání tohoto média. Obsahuje svislý, válcový, dutý rotor tvořený pláštěm, dnem, případně víkem, spojený alespoň jedním vstupním otvorem ve dnu rotoru s nádobou, ve které je zpracovávané médium, poháněné hnací jednotkou a dále s výstupním otvorem média v plášti, víku, případně dnu rotoru. Vstupní a/nebo výstupní otvory jsou umístěny buď v části dutého rotoru ponořené do média, nebo v části dutého rotoru mimo médium, případně jsou opatřeny prvky usměrňujícími tok, množství a tvar vtékajícího nebo vytékajícího média do rotoru nebo z rotoru. Vynález je založen na novém poznatku bezlopatkového principu míchání a čerpání tekutin jakéhokoliv druhu a hustoty, jehož hlavní výhodou je vysoká účinnost. Zpracováním tekoucích (tekutých) médií se rozumí zejména míchání (homogenizace), zvedání vzhůru (čerpání), rozstřikování nebo rozprašování do kapalné nebo plynné fáze (difúze, extrakce, sušení nebo fermentace mikroorganismů apod.).The subject of the invention is a processing device flowing, thin and very viscous media, especially for the fermentation of microorganisms, Containing a container or the body from which it is pumped or in which the medium and the pumping elements are mixed or mixing the medium. Contains vertical, cylindrical, hollow rotor, bottom, or lid, connected by at least one the inlet opening in the bottom of the rotor with the container, in which the medium is processed, driven by the driving unit and further with the output through the media opening in the housing, the lid, optionally the bottom of the rotor. Inlet and / or outlet openings they are located either in the hollow rotor part immersed in the medium or in a portion of the hollow rotor out of the medium, possibly provided elements flow, quantity and shape flowing or leaking media into the rotor or from the rotor. The invention is based on new knowledge bladeless principle of mixing and pumping fluids of any kind and density the main advantage is high efficiency. Processing flowing media is understood especially mixing (homogenization), lifting spraying, spraying or spraying into the liquid or gaseous phase (diffusion, extraction, drying or fermentation of microorganisms etc.).

Description

Vynález se týká zařízení pro zpracování tekoucích řídkých i velmi viskózních médií zvláště pro fermentaci mikroorganismů.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for the treatment of flowing thin and very viscous media, particularly for the fermentation of microorganisms.

Zpracováním tekoucích (tekutých) médií se rozumí zejména jejich míchání (homogenizace), zvedání vzhůru (čerpání), rozstřikování nebo rozprašování do kapalné nebo plynné fáze (difúze, extrakce, sušení) nebo fermentace mikroorganismů např. submerzní.Processing of flowable (liquid) media means in particular their mixing (homogenization), lifting up (pumping), spraying or atomizing into the liquid or gaseous phase (diffusion, extraction, drying) or fermentation of microorganisms eg submerged.

Zařízení podle vynálezu může plnit tyto funkce buď samostatně, nebo může být uzpůsobeno tak, že plní několik těchto funkcí současně (např. u fermentačního zařízení).The apparatus of the invention may perform these functions either alone or may be adapted to perform several of these functions simultaneously (eg in a fermentation apparatus).

Zařízením podle vynálezu mohou být zpracovávány uvedeným způsobem zejména tato média: kapaliny newtonské i nenewtonské, sypké pevné hmoty á plyny v kombinaci s kapalnou fází nebo média obsahující tuhé, např. vláknité částice apod.In particular, the following media can be treated with the apparatus of the invention: Newtonian and non-Newtonian liquids, bulk solids and gases in combination with a liquid phase, or media containing solids, e.g., fibrous particles and the like.

Je známo zařízení pro fermentaci zejména viskózních aerobních médií (a. o. čís. 228 221), které sestává z fermentační nádoby, ve které je umístěn dutý rotor ve tvaru válce s hnanou hřídelí, vytvořený pláštěm a dnem. Ve dnu je centrální otvor pro vstup fermentačního média do rotoru. Dutý rotor je dále opatřený víkem, přičemž ve víku nebo v plášti pod víkem jsou výstupní otvory. Uvnitř fermentační nádoby mohou být zarážky, které brání vytvoření kapalinového centrálního víru.A device for fermentation of particularly viscous aerobic media (a. No. 228 221) is known, which consists of a fermentation vessel in which a hollow rotor-shaped shaft-driven rotor formed by the jacket and the bottom is located. In the bottom is a central opening for the fermentation medium to enter the rotor. The hollow rotor is further provided with a lid, wherein there are outlet openings in the lid or in the housing below the lid. There may be stops within the fermentation vessel to prevent the formation of a liquid central vortex.

Dno rotoru se vstupním otvorem je ponořeno do fermentačního média ve fermentační nádobě a druhá část rotoru, ve které jsou výstupní otvory, vyčnívá nad hladinu tohoto média.The bottom of the rotor with the inlet opening is immersed in the fermentation medium in the fermentation vessel and the second part of the rotor, in which the outlet openings are, projects above the surface of the medium.

Zařízení pracuje tak, že kapalné médium je nasáváno vstupním otvorem ve dnu rotoru, v rotoru vlivem odstředivé síly je zvedáno vzhůru nad hladinu média až k výstupním otvorům, které jsou umístěny v plášti nebo víku rotoru a těmito otvory je rozstřikováno do plynného prostoru nad hladinou média ve formě drobných kapiček. Kapičky padají plynným prostorem zpět na hladinu média nebo na hladinu stékají po stěnách nebo zarážkách ve formě tenkého filmu.The device works by sucking the liquid medium through the inlet opening in the bottom of the rotor, in the rotor due to centrifugal force it is lifted upwards above the surface of the medium up to the outlet openings, which are located in the rotor jacket or cover. in the form of tiny droplets. Droplets fall back through the gas space to the surface of the medium or run down the walls or stops in the form of a thin film.

Nyní bylo zjištěno, že princip, na kterém je založeno uvedené zařízení, určené podle uvedení PV jen pro fermeintace ve fermentační nádobě, má univerzální charakter a že lze jej tudíž použít i pro jiné účely a jiné způsoby zpracování tekutých médií než pouze pro fermentace.It has now been found that the principle on which said apparatus, determined according to the introduction of PV only for fermeintations in the fermentation vessel, is of a universal nature and that it can therefore be used for other purposes and methods of liquid media processing other than fermentation only.

Toto rozšíření umožňuje zařízení pro zpracování tekoucích řídkých i velmi viskózních médií zvláště pro fermentace mikroorganismů podle vynálezu, obsahující svislý, válcový dutý rotor tvořený pláštěm, dnem případně víkem, spojený alespoň jedním vstupním otvorem ve dnu rotoru, s nádobou, ve které je zpracovávané médium, poháněný hnací jednotkou a dále s výstupním otvorem média v plášti, víku, případně dnu rotoru, jehož podstatou je, že vstupní a/nebo výstupní ptvory jsou umístěny buď v části dutého rotoru ponořené do média nebo v části dutého rotoru mimo médium, případně jsou opatřeny prvky usměrňujícími tok, množství a tvar vtékajícího nebo vytékajícího média do rotoru nebo z rotoru.This extension permits a device for processing flowable thin and very viscous media, in particular for the fermentation of microorganisms according to the invention, comprising a vertical, cylindrical hollow rotor formed by a jacket, a bottom or a lid, connected by at least one inlet opening in the bottom of the rotor. driven by the drive unit and further with an outlet of the medium in the housing, the lid or the bottom of the rotor, in which the inlet and / or outlet portions are located either in the submerged part of the hollow rotor or in the part of the hollow rotor outside flow-regulating elements, the amount and the shape of the inflow or outflow medium to or from the rotor.

Kombinací význakových částí vynálezu, tj. ponořením nebo neponořením vstupních a/ /nebo výstupních otvorů pod hladinu zpracovávaného média a dále spojení těchto otvorů s dalšími prvky, které usměrňují tok, množství a tvar vtékajícího a vytékajícího média otvory se získá několik druhů zařízení pro zpracovávání kapalin.By combining feature portions of the invention, i.e. by immersing or not immersing the inlet and / or outlet openings below the surface of the medium to be treated, and further joining these openings with other elements that direct the flow, quantity and shape of the inflow and outflow media through the openings, .

Tak například jsou-li vstupní i výstupní otvory dutého rotoru ponořeny, tj. je-li celý rotor ponořen do média, pracuje zařízení podle vynálezu jako ponorné míchadlo klasického typu.For example, if the inlet and outlet openings of the hollow rotor are submerged, i.e. when the entire rotor is immersed in the medium, the device according to the invention operates as a submerged stirrer of the classical type.

Jsou-li vstupní i výstupní otvory dutého rotoru mimo médium a médium je přiváděno do rotoru nejen pomocí difuzoru otvorem ve dnu rotoru, pracuje zařízení podobně jako klasické odstředivé čerpadlo.If the inlet and outlet openings of the hollow rotor are outside the medium and the medium is supplied to the rotor not only by a diffuser through the opening in the bottom of the rotor, the device works similar to a conventional centrifugal pump.

V tomto případě výstupní otvor (centrální) ve víku může být opatřen difusorem, odvádějícím kapalinu dále do výtlačného potrubí čerpadla nebo výstupní otvory mohou být opatřeny tryskami, které rozstřikují vytékající médium ve formě drobných kapiček do okolí.In this case, the outlet opening (central) in the lid may be provided with a diffuser to drain the liquid further into the pump discharge line, or the outlet openings may be provided with nozzles which spray the escaping medium in the form of tiny droplets into the environment.

Dutý rotor, ať již je ponořen čl nikoliv, může pracovat i bez víka, difusoru nebo jiného nástavce. V tomto případě je médium rostřikováno do okolí jen horním okrajem dutého rotoru.The hollow rotor, whether immersed in the boat or not, can work without the lid, diffuser or other attachment. In this case, the medium is sprayed into the surroundings only by the upper edge of the hollow rotor.

Je-li rotor potopen jen částečně, má současně dvojí funkci, funkci čerpadla a míchadla zároveň. Vnější stěny pláště „míchají^:‘ médium v nádobě, vnitřní stěny pláště ,,čerpají“ médium dutým rotorem vzhůru.If the rotor is only partially sunk, it has a dual function, a pump and a mixer at the same time. Exterior wall casing ^'mix' medium in the container, the inner wall of the housing ,, draw "medium upwardly through the hollow rotor.

Jedna z alternativ zařízení, určená zejména pro zvedání a čerpání tekoucích médií, je, že dno i víko rotoru má tvar mezikruží s jedním centrálním otvorem pro přívod a odvod tekutého média do rotoru a z rotoru, přičemž tyto otvory jsou opatřeny difusory pro usměrnění toku do rotoru vstupujícího a z rotoru vystupujícího média.One of the alternatives of the device, especially for lifting and pumping flowing media, is that the bottom and the rotor cover are in the form of an annulus with one central opening for the inlet and outlet of liquid medium to and from the rotor. of the incoming and outgoing rotor.

Jiná alternativa zařízení podle vynálezu je určena k míchání média a umožňuje vzájemnou disperzi- a dokonalé promíchání. Např. u polymeraci lze dosáhnout vyšší konverze a zvýšení molekulové váhy polymeru. Přitom se uplatní funkce mechanického míchadla i funkce čerpadla; u některých systémů zpracovaných tekutých médií tyto funkce splývají a kombinují se s vyšším účinkem.Another alternative of the device according to the invention is intended for mixing the medium and allows dispersion and perfect mixing. E.g. for polymerization, higher conversion and molecular weight increase of the polymer can be achieved. Both mechanical stirrer and pump functions are used; in some processed liquid media systems, these functions coincide and combine with a higher effect.

Zařízení podle vynálezu lze tedy použít jednak jako samostatné míchadlo média i jako samostatné čerpadlo na zvedání jakýchkoliv tekutých médií, zejména velmi viskózních a nahradit v některých případech běžné typy odstředivých lopatkových nebo jiných čerpadel apod., které jsou konstrukčně složité228350The device according to the invention can therefore be used both as a separate agitator of the medium and as a separate pump for lifting any liquid media, in particular very viscous, and in some cases replacing conventional types of centrifugal vane or other pumps, etc., which are structurally complex228350

Výhodné je, jsou-li v míchací nádobě umístěny zarážky nebo jiná vestavba v prostoru pod hladinou a/nebo nad hladinou média. Důvodem je, aby v míchací nádobě, a to jak v dolní kapalné části, tj. pod hladinou, tak v horní části nad hladinou nastalo takové víření nebo tříštění média, které by zaručovalo dokonalou disperzi a difúzi složek. Hřídel dutého rotoru bývá uložena v základním rámu, míchací nádobě nebo ve stacionární skříni dutého rotoru. Součástí stacionární skříně dutého rotoru mohou být i zarážky, sací koš nebo jiná vestavba.Advantageously, stoppers or other installation are located in the mixing vessel below and / or above the surface of the medium. The reason is that in the mixing vessel, both in the lower liquid part, i.e. below the surface and in the upper part above the surface, there is a swirling or shattering of the medium which would guarantee perfect dispersion and diffusion of the components. The hollow rotor shaft is mounted in a base frame, mixing vessel or in a stationary hollow rotor housing. The stationary hollow rotor housing may also include stops, a suction strainer or other installation.

Jiná alternativa využití zařízení podle vynálezu k zvedání tekutiny a rozstřiku nebo čerpání je, že dolní část dutého rotoru určená k ponoření do média je obklopena stacionárním krytem a trubicí pro přívod média na dno dutého rotoru. Kryt může být připevněn k základnímu rámu zařízení, k míchací nádobě nebo je součástí stacionární skříně, ve které je uložen dutý rotor.Another alternative to using the device of the invention for lifting fluid and spraying or pumping is that the lower part of the hollow rotor to be immersed in the medium is surrounded by a stationary cover and a tube for supplying the medium to the bottom of the hollow rotor. The cover may be attached to the base frame of the apparatus, to the mixing vessel, or may be part of a stationary housing in which the hollow rotor is housed.

V tomto případě nemusí být instalovány žádné zarážky nebo jiná vestavba v míchací nádobě, v základním rámu nebo ve stacionární skříni dutého rotoru a centrální vír v míchací nádobě se netvoří a médium pod hladinou není vůbec mícháno, ale jen nasáváno trubicí stacionárního krytu pro přívod média na dno rotoru.In this case, no stops or other installation need be installed in the mixing vessel, in the base frame or in the stationary hollow rotor housing and the central vortex in the mixing vessel is not formed and the medium below the surface is not mixed at all but sucked through the stationary cover tube to rotor bottom.

Zařízení pro zpracování tekutých, zejména viskózních médií podle vynálezu je založeno na dvou principech, a to na principu bezlopatkového míchání a bezlopatkového čerpání jakýchkoliv tekoucích médií. To umožňuje tekoucí média současně různým způsobem zpracovávat, např. homogenizovat a zároveň čerpat vzhůru a vějířovitě rozstřikovat do plynného prostředí nebo zvedat vzhůru sypký materiál a zároveň sušit nebo chladit rozprašováním nebo fluidní technikou atd.The apparatus for processing liquid, particularly viscous media according to the invention is based on two principles, namely the principle of bladeless mixing and bladeless pumping of any flowable media. This allows the flowing media to be simultaneously processed in different ways, eg homogenizing while pumping up and fan-spraying into a gaseous medium or lifting the bulk material while drying or cooling by spraying or fluidized bed technology, etc.

Popsaný dutý rotor může být základním prvkem pro řadu konstrukčních obměn, jejichž konstrukční prvky jsou již samy o sobě známé a umožňují v kombinaci s tímto zařízením zpracovávat různým způsobem tekutá média všech druhů pro nejrůznější technické účely a obory.The hollow rotor described can be an essential element for a number of structural modifications, the structural elements of which are already known per se and which, in combination with this device, make it possible to process liquid media of all kinds for various technical purposes and fields in various ways.

Podle toho, která část dutého rotoru je ve styku s tekutou fází, jsou možné dvě základní aplikace tohoto rotoru.Depending on which part of the hollow rotor is in contact with the liquid phase, two basic applications of this rotor are possible.

Prvý případ nastane, vstupuje-li tekuté médium do otáčejícího se válcového rotoru vstupním otvorem ve dnu rotoru, např. tangenciálním difusorem a podobným difusorem je i odváděno výstupním otvorem ve středu víka. V tomto případě je médium, např. kyselina, ve styku jen s vnitřní stěnou válcovitého pláště rotoru, takže rotor má převážně funkci čerpadla. Kyselina, vstupující na dno rotoru, je zvedána odstředivou silou vzhůru, a to vzestupnou spirálou až k víku rotoru, kde je např. tangenciálním difusorem odváděna z rotoru. Vnější stěny pláště nebo dna rotoru nejsou tedy v tomto případě ve styku s médiem, ale jen např. ve styku s vnější atmosférou.The first case occurs when the liquid medium enters the rotating cylindrical rotor through an inlet opening in the bottom of the rotor, for example a tangential diffuser and a similar diffuser is also discharged through an outlet opening in the center of the lid. In this case, the medium, such as acid, is in contact only with the inner wall of the cylindrical casing of the rotor, so that the rotor mainly has the function of a pump. The acid entering the bottom of the rotor is lifted by a centrifugal force upwards, by an ascending spiral up to the rotor cover, where it is drained from the rotor by a tangential diffuser, for example. Thus, the outer walls of the housing or rotor bottom are not in contact with the medium in this case, but only, for example, in contact with the external atmosphere.

Druhý případ nastává, přijde-li uvedený dutý rotor do styku s kapalinou z obou stran pláště, dna, případně i víka rotoru. Potom tyto vnitřní stěny pláště, dna, případně i víka mají funkci čerpadla jako v prvém případě a vnější stěny těchto částí rotoru, způsobující tření o vnější kapalinu, tj. fungují jako míchadlo kapaliny.The second case occurs when said hollow rotor comes into contact with liquid from both sides of the housing, the bottom and possibly the rotor cover. Thereafter, these inner walls of the housing, the bottom and possibly the lids have the function of a pump as in the first case and the outer walls of these parts of the rotor causing friction against the external liquid, i.e. function as a liquid stirrer.

V takovém případě musí být dutý rotor alespoň částečně ponořen do kapaliny, to jest je nutné, aby dno se vstupním otvorem se nacházelo pod hladinou kapaliny v míchací nádobě.In this case, the hollow rotor must be at least partially immersed in the liquid, i.e. the bottom with the inlet opening must be below the liquid level in the mixing vessel.

Dutý rotor je ponořen buď zcela do kapaliny, pak pracuje jako klasická známá míchadla (míchání nastává jen pod hladinou kapaliny) nebo je ponořen jen částečně, tj. část rotoru vyčnívá nad kapalinu. Posledně uvedený případ je vhodný zejména pro fermentace mikroorganismů, zvláště aerobních kultivačních médií, dále pro chemické reakce a difúze kapalné a plynné fáze, polymerace, extrakce apod. V těchto případech je využito všech hlavních význaků zařízení podle vynálezu (čerpání, míchání, rozstřik).The hollow rotor is either fully immersed in the liquid, then operates as a conventional known agitator (mixing occurs only below the liquid level) or is only partially immersed, ie a portion of the rotor protrudes above the liquid. The latter case is particularly suitable for the fermentation of microorganisms, in particular aerobic culture media, for chemical reactions and liquid and gas phase diffusions, polymerization, extraction, etc. In these cases, all the main features of the device according to the invention (pumping, mixing, spraying) are utilized.

Další míchací účinky mohou vzniknout, není-li příčný řez dutým rotorem kruhový, ale čtvercový, elipsovitý, trojúhelníkovitý nebo plášť rotoru je např. z vlnitého plechu, který tvoří střídavě vlnovité výstupky. Potom hrany dutého rotoru nebo výstupky v jeho plášti mohou pracovat jako vnější, případně vnitřní lopatky míchadla, zcela nebo zčásti ponořené do tekutého média. V části nad kapalinou, tj. v plynném prostoru, např. ve vzduchu mohou mít tyto prvky funkci dmychadla, ventilátoru vzduchového rozháněče kapek, odpěňovače při biochemických procesech apod. Např. dutý rotor může mít i několik profilů, např. v části potopené profil kruhu, v části nad kapalinou profil obdélníka nebo naopak apod.Further mixing effects may arise if the cross-section of the hollow rotor is not circular, but the square, elliptical, triangular or rotor jacket is, for example, of corrugated sheet metal, which alternately forms corrugated protrusions. Thereafter, the edges of the hollow rotor or protrusions in its housing may function as external or internal blades of the agitator, wholly or partially immersed in the liquid medium. In the part above the liquid, ie in the gaseous space, eg in the air, these elements may have the function of a blower, an air droplet fan, a defoamer in biochemical processes, etc. the hollow rotor may also have several profiles, eg in the sunken section of the circle, in the section above the liquid the profile of a rectangle or vice versa, etc.

Výstupní otvory např. v plášti rotoru, který pracuje jako míchadlo, mohou být uspořádány různým způsobem, např. v několika řadách pod sebou apod.The outlet openings, e.g. in the rotor housing, which acts as a stirrer, can be arranged in different ways, e.g. in several rows below each other, etc.

Tvarem a polohou výstupních otvorů může se měnit charakter rozstřiku (vějířovitý, křížový rozstřik, ve tvaru šroubovic směrem vzhůru atd.).The shape and position of the outlet openings can change the spray pattern (fan-shaped, cross-spatter, helical-up, etc.).

Rychlost a množství vystupující kapaliny z rotoru lze regulovat v závislosti na otáčkách rotoru, na průměru a výšce rotoru a na velikosti vstupních otvorů, a dále na vzdálenosti vstupních otvorů nebo vstupního otvoru od hladiny např. /ermentačního média ve fermentorů apod.The speed and amount of liquid leaving the rotor can be controlled depending on the rotor speed, rotor diameter and height and the size of the inlet openings, and the distance of the inlet openings or the inlet opening from the level of e.g.

Za účelem zvýšení Tlaku a rychlosti rozstřiku média je možno uzavřít rotor víkem a zmenšit patřičně výstupní otvory ve víku nebo plášti, případně v jeho dnu.In order to increase the pressure and spray rate of the medium, it is possible to close the rotor with a lid and to reduce the outlet openings in the lid or housing or in its bottom accordingly.

Výstupní otvory ve víku umožňují rozstřik média směrem vzhůru, výstupní otvo228350 ry v plášti směrem do stran, ve dnu pak směrem ke dnu míchací nádoby.The outlet openings in the lid allow the media to be sprayed upwards, the outlet openings in the housing sideways, and in the bottom towards the bottom of the mixing vessel.

Aby se zabránilo vzniku centrálního víru, který by např. kultivační tekutina uvnitř nádoby vlivem tření otáčejícího se rotoru ve středu nádoby mohla vytvořit, jsou umístěny ve fermentační nádobě s výhodou po obvodě nádoby, zarážky bránící vzniku tohoto víru. Zarážky zároveň vytvářejí zde předpoklady pro dokonalé míchání média.In order to prevent the formation of a central vortex, which, for example, the culture fluid inside the container can create by the friction of the rotating rotor in the center of the container, stoppers preventing the vortex formation are preferably located in the fermentation vessel. At the same time, the stops create conditions for perfect mixing of the medium.

Tak např. míchání kapaliny je při fermentaci rozděleno do třech pracovních prostorů fermentační nádoby, které jsou jednak v kapalině (pod hladinou) a jednak v plynné části nad kapalinou. Z prvního pracovního prostoru, tj. uvnitř míchané kapaliny, kde se vytváří centrální vír, který je tříštěn na lokální víry, např. zarážkami, je kapalina nasávána do druhého pracovního prostoru, tj. dovnitř rotoru, kde se míchání provádí prostřednictvím odstředivého pole, které jednak rozděluje kapalinu na těžší a lehčí fázi a tím opět míchá, jednak ji zvedá vzhůru vzestupnou spirálou, načež kapalina je volně vějířovitě rozstřikována do třetího, plynného pracovního prostoru nad kapalinou, kterým poté buď volně padá ve formě drobných kapiček zpět na hladinu kapaliny, nebo do ní stéká zpět, např. po stěnách fermentační nádoby ve formě tenkého kapalného filmu.For example, the mixing of the liquid during fermentation is divided into three working spaces of the fermentation vessel, which are both in the liquid (below the surface) and in the gaseous part above the liquid. From the first working space, i.e. inside the stirred liquid, where a central vortex is formed, which is shattered into local vortices, e.g. by stops, the liquid is sucked into the second working space, i.e. inside the rotor, where mixing is performed by a centrifugal field which on the one hand, it divides the liquid into a heavier and lighter phase and thus again mixes, and on the other hand it lifts it upwardly by an ascending spiral, whereupon the liquid is freely sprayed into the third gaseous working space above the liquid; it flows back into it, for example on the walls of the fermentation vessel in the form of a thin liquid film.

V plynném prostoru, ve kterém tekuté médium nabylo tvaru drobných kapiček, mlhy nebo tenké vrstvy (filmu), dochází k intenzivnímu styku tekuté a plynné fáze bez ohledu na charakter kapaliny uvnitř fermentoru a tím dochází i k maximálnímu růstu kultivovaných mikroorganismů, které v prostoru pod hladinou pak maximálně produkují.In the gaseous space in which the liquid medium takes the form of tiny droplets, fog or thin film (film), intense contact of the liquid and gaseous phases occurs irrespective of the nature of the liquid inside the fermenter, thus maximizing the growth of cultured microorganisms then they produce the maximum.

Intenzitu procesů v obou případech můžeme ovlivňovat zejména otáčkami rotoru, jeho rozměry, velikostí vstupních a výstupních otvorů a mírou ponoření celého rotoru pod hladinu.The process intensity in both cases can be influenced especially by the rotor speed, its dimensions, the size of the inlet and outlet openings and the degree of immersion of the whole rotor under the surface.

Fermentor může být vybaven i obvyklým příslušenstvím. Například dalším míchadlem (vrtulovým apod.) nebo odpěňovadlem, regulátorem teploty, teploměrem, analyzátorem média, např. pH metrem, vzorkovací sondou, dávkovačem živin, O2, CO2 apod. Na rotoru může být instalován i mechanický rozbíječ pěny, např. tyče procházející skrze stěny pláště pod víkem rotoru nebo rozšířené víko motoru, které vyčnívá ven z rotoru do plynného prostoru míchací nádoby nad kapalinou).The fermenter can also be equipped with the usual accessories. For example, with an additional stirrer (propeller, etc.) or antifoam, temperature controller, thermometer, media analyzer such as pH meter, sampling probe, nutrient dispenser, O2, CO2, etc. A mechanical foam breaker such as rods passing through the rotor may also be installed. jacket walls under the rotor cover or an extended engine cover that protrudes out of the rotor into the gas space of the mixing vessel above the liquid).

Zařízení podle vynálezu umožňuje dokonalou recirkulaci kapalného média ve fermemtoru bez ohledu na viskozitu, zaručuje velký stykový povrch kapaliny s plynem, a to i u velmi viskózní kapaliny, dále umožňuje rozstřik tohoto média do prostoru nad fermentační kapalinu (do plynné fáze) a automaticky omezuje pěnění v prostoru nad kapalinou fází do výše rozstřiku. Další výhodou je, že zajišťuje vznos tuhé fáze i ve vysokoviskózních médiích vlivem sacího účinku vstupního otvoru rotoru.The device according to the invention allows perfect recirculation of the liquid medium in the fermemtor regardless of the viscosity, guarantees a large contact surface of the liquid with the gas, even with a very viscous liquid, further allows spraying of this medium into the space above the fermentation liquid (into the gas phase). space above the liquid phase up to the spray level. Another advantage is that it ensures solid phase rise even in high viscosity media due to the suction effect of the rotor inlet opening.

Náhon rotoru může být spodní i vrchní, to jest ze dna nebo víka fermentoru.The rotor drive can be both bottom and top, i.e. from the bottom or lid of the fermenter.

Fermentor podle vynálezu vykazuje značnou energetickou úsporu proti dosavadním fermentorům (až 30 % úspor).The fermenter according to the invention shows considerable energy savings over the previous fermenters (up to 30% savings).

Výhodou dále je, že ve srovnání s dosavadními typy fermentorů, ve kterých buňky mikroorganismů rostly jen v míchané dolní kapalné fázi, rostoucí médium v zařízení podle vynálezu prochází postupně třemi pracovními prostory, které vyplňují beze zbytku celý objem fermentační nádchy (velká styková plocha).Further, in comparison with prior art fermenters, in which the cells of the microorganisms only grew in the mixed lower liquid phase, the growing medium in the device according to the invention gradually passes through three working spaces, which completely fill the entire fermentation runoff volume (large contact area).

Fermentační zařízení podle vynálezu umožňuje dokonalou difúzi plynné fáze (např. Oj) i do médií, které mají již gelovitý nebo pudingovitý charakter, ale ještě tečou v gravitačním poli.The fermentation device according to the invention allows perfect diffusion of the gaseous phase (e.g. Oj) even into media which are already gel-like or pudding-like but still flow in the gravitational field.

To umožňuje např, dokonalé okysličování rostoucích buněk mikroorganismů (bakterií, kvasinek, hub, řas apod.j. Má to za následek zkrácení doby fermentace a dosažení vyššího zahuštění konečného produktu ve srovnání s dosavadními známými typy podobných zařízení.This allows, for example, perfect oxidation of growing cells of microorganisms (bacteria, yeasts, fungi, algae, etc.). This results in a shortening of the fermentation time and a higher concentration of the final product compared to the known known types of similar devices.

Výhcdou je dále snadná regulovatelnost režimů fermentace v různých fázích fermentace a šetrné míchání buněk mikroorganismů (např. při výrobě antibiotik), neboť nedochází ke značnému poškozování těchto buněk, jako např. u vrtulových lopatkových nebo turbínových míchadel instalovaných do fermentačních tanků.The advantage is furthermore the easy controllability of the fermentation regimes at different stages of the fermentation and gentle mixing of the microorganism cells (e.g. in the production of antibiotics), since these cells do not suffer significant damage, such as propeller blade or turbine agitators installed in fermentation tanks.

Sledujeme-li pouze čerpací funkci zařízení (prvý případ viz výše), je výhodné, aby dno i víko rotoru mělo tvar mezikruží s jedním centrálním otvorem pro přívod a odvod tekutého média do rotoru a z rotoru, přičemž tyto otvory jsou opatřeny difusory pro usměrňování teku do rotoru vstupujícího a z rotoru vystupujícího média.If we only observe the pumping function of the device (the first case see above), it is preferable that the bottom and the rotor cover have the form of an annulus with one central opening for the inlet and outlet of the liquid medium into and out of the rotor. of the incoming rotor and the outgoing rotor.

Dutý rotor bezlopatkového čerpadla, který má obvykle tvar nízkého nebo vysokého dutého válce se svislou rotační osou a vodorovným dnem, je v podstatě rotující nádoba s otvory. Tvar takovéto nádoby může být opět libovolný (rotující kužel, válec, vícestěn apod.), podobně jako směr rotaění osy (svislý, šikmý, vodorovný).A hollow bladeless pump rotor, which typically has the shape of a low or high hollow cylinder with a vertical rotational axis and a horizontal bottom, is a substantially rotating vessel with holes. The shape of such a container can again be arbitrary (rotating cone, cylinder, polyhedron, etc.), similar to the rotation direction of the axis (vertical, oblique, horizontal).

Rotcr zde má podobnou funkci jako lopatkové oběžné kolo u známých odstředivých čerpadel, tj. má za úkol předávat kinetickou energii čerpanému médiu, ale tato funkce je založena na jiném hydrodynamickém principu, tedy nikoliv na hydrodynamickém účinku lopatek oběžného kola, které je uzavřeno ve stacionární skříni čerpadla.Here, Rotcr has a similar function to the impeller in known centrifugal pumps, i.e. it is intended to transmit kinetic energy to the pumped medium, but this function is based on a different hydrodynamic principle, not the hydrodynamic effect of the impeller blades which is enclosed in a stationary housing. pumps.

Zatímco lopatkové kolo je na obvodě otevřené a pohybová energie se ztrácí třením na vnitřní nepohyblivé stěně skříně čerpadla, turbulencí kolem lopatek a dále prokluzem kapaliny v mezeře mezi stěnou skříně a lopatkami, tyto nedostatky nemá dutý rotor podle vynálezu.While the impeller is open at the periphery and movement energy is lost by friction on the internal stationary wall of the pump housing, turbulence around the blades and slipping of the liquid in the gap between the housing wall and the blades, the hollow rotor of the invention does not have these drawbacks.

Tekuté médium, např. kapalina, která vstupuje s nulovou úhlovou rychlostí na dno dutého rotoru, dostává se v zařízení podle vynálezu odstředivou silou téměř okamžitě do rotujícího kapalinového prstence (kapalinového paraboloidu), jehož výška odpovídá výšce rotoru, který zde byl již vytvořen odstředivými silami z předchozí na dno vstupující kapaliny. Současně získává kinetickou energii a úhlovou rychlost odpovídající plášti rotoru, a to i když vnější stěny pláště rotoru jsou zcela hladké (mohou být však i zdrsněny, opatřeny výčnělky, drážkami, lištami apod.).In the device according to the invention, a liquid medium, e.g. a liquid which enters at a zero angular velocity at the bottom of the hollow rotor, reaches the rotating liquid ring (liquid paraboloid) almost immediately by centrifugal force, the height of which corresponds to the rotor already formed by centrifugal forces. from the previous to the bottom of the incoming liquid. At the same time, it acquires kinetic energy and angular velocity corresponding to the rotor casing, even though the outer walls of the rotor casing are completely smooth (but can also be roughened, provided with protrusions, grooves, bars, etc.).

Kapalinový prstenec představuje jakýsi umělý centrální vzestupný vír, který se zde vytvořil až do výše čerpané kapaliny. Vírové vlákno zde vytváří stabilní stoupající kapalinové vřeteno. Následkem velkých odstředivých sil nenastávají v tomto víru téměř žádné rušivé hydrodynamické momenty vlivem turbulence, třením o nehybné stěny, neproduktivním vířením apod. Jde o přirozený pohyb. Centrální vír tvaru kapalinového prstence je zcela symetrický a pravidelný a jeho tok lze snímat v herní části rotoru výstupním difusorem, např. do výtlačného potrubí čerpadla apod., přičemž ztráty ve výstupním stacionárním difusoru jsou relativně malé (cca 7 %).The liquid ring is an artificial central ascending vortex formed here up to the amount of the pumped liquid. The vortex fiber here creates a stable rising liquid spindle. Due to the large centrifugal forces, there are almost no disturbing hydrodynamic moments in this vortex due to turbulence, friction against the stationary walls, unproductive vortex, etc. It is a natural movement. The central vortex of the liquid ring shape is completely symmetrical and regular and its flow can be sensed in the game part of the rotor through the outlet diffuser, eg into the pump discharge pipe, etc., while losses in the outlet stationary diffuser are relatively small (approx. 7%).

Příklady praktických aplikací různých funkcí zařízení pro zpracovávání tekutých médií podle vynálezu jsou schematicky zobrazeny na přiloženém výkrese.Examples of practical applications of the various functions of the fluid processing device of the invention are schematically shown in the accompanying drawing.

Na obr. 1 je znázorněn celkový pohled na zařízení podle vynálezu, které má funkci bezlopatkového čerpadla, a to v nárysném pohledu.FIG. 1 is an elevational view of a device according to the invention having the function of a bladeless pump.

Na obr. 2 je znázorněn celkový pohled na zařízení podle vynálezu, které má funkci klasického míchadla, dispergátoru, emulgátoru, homogenizátoru apod. ponořeného do média ve stejném pohledu.FIG. 2 shows a general view of the device according to the invention, having the function of a conventional stirrer, dispersant, emulsifier, homogenizer and the like immersed in a medium in the same view.

Na rozdíl od předchozího „čerpadla“ tekuté médium není ve styku jen s vnitřními stěnami zařízení, ale současně i s vnějšími stěnami dutého rotoru, zejména pláštěm a dnem a je zcela ponořeno pod hladinu média v míchací nádobě.In contrast to the previous "pump", the liquid medium is not only in contact with the inner walls of the device, but also with the outer walls of the hollow rotor, especially the jacket and the bottom, and is completely submerged under the medium in the mixing vessel.

Na obr. 3 je znázorněn další typ míchadla podle vynálezu v nárysu, které míchá kapalinu pod hladinu, ale současně ji rozstřikuje ve tvaru kapiček do prostoru nad kapalinou (kde se např. kapalina okysličuje apod.).Fig. 3 shows another type of stirrer according to the invention in front view, which stirs the liquid below the surface but at the same time sprays it in the form of droplets into the space above the liquid (where, for example, the liquid is oxygenated etc.).

Na obr. 4 je v půdorysu znázorněno dno dutého rotoru tvaru mezikruží s jedním centrálním otvorem uprostřed, na obr. 5 dno s více vstupními otvory, které jsou umístěny symetricky kolem středu dna mimo obvodovou část dna.FIG. 4 is a plan view of the bottom of a hollow rotor in the form of an annular ring with one central opening in the center; FIG. 5 shows a bottom with multiple inlet openings that are symmetrically positioned around the bottom center outside the peripheral portion of the bottom.

Na obr. 6 je znázorněn schematicky v nárysu příklad typického zařízení pro fermentaci mikroorganismů. U tohoto zařízení je využito všech hlavních funkcí dutého rotoru — bezlopatkového míchání, čerpání i rozstřiku tekutého média.FIG. 6 shows a schematic front view of an example of a typical microorganism fermenter. This device utilizes all the main functions of the hollow rotor - bladeless mixing, pumping and spraying of liquid medium.

Obr. 7 zobrazuje přenosné míchadlo podle vynálezu, které na rozdíl od míchadla zobrazeného na obr. 6 je uleženo ve stacionární skříni, jejíž součástí js u též zarážky ve tvaru tyčí.Giant. 7 shows a portable agitator according to the invention which, unlike the agitator shown in FIG. 6, is mounted in a stationary housing, which also includes a bar-shaped stop.

Na obr. 8 je znázorněno bez,lopatkové čerpadlo uložené ve stacionární skříni, jejíž dolní část tvoří stacionární kryt, k'orý obklopuje dolní, pod hladinou ponořenou část dutého rotoru.FIG. 8 shows a bladeless pump mounted in a stationary housing, the lower part of which forms a stationary housing surrounding the lower, submerged part of the hollow rotor.

Obr. 1 představuje celkový schematický pohled na zařízení podle vynálezu v nárysném řezu, které má funkci samostatného bezlopatkového čerpadla.Giant. 1 is an overall schematic cross-sectional view of a device according to the invention having the function of a single bladeless pump.

Čerpadlo sestává z dutého rotoru 1, jehož hnací hřídel 2 je v horní čási spojena s hřídelí hnacího elektromotore· 19, pom cí kterého se rotor 1 otáčí. Elektromotor 12 je upevněn na základním rámu 3 čerpadla. Rotor 1 je svými ložisky uložen v rámu 3, má tvar dutého válce a je spojen s hřídelí 2 prostřednictvím vzpěr 19. Rot r 1 je dále opatřen na dolním konci dnem 4 n na horním konci víkem 5, které mají uprostřed kruhový otvor B a 7, takže obé íyio části mají tvar mezikruží.The pump consists of a hollow rotor 1, whose drive shaft 2 is connected in the upper part to the shaft of a drive motor 19, by means of which the rotor 1 rotates. The electric motor 12 is mounted on the base frame 3 of the pump. The rotor 1 is supported by its bearings in the frame 3, has the shape of a hollow cylinder and is connected to the shaft 2 by means of struts 19. The rotor 1 is further provided with a bottom 5 at its lower end 4n at its upper end. so that the two portions are in the form of an annulus.

Na dolní i horní části rámu 3 je upevněn dolní a horní usměrňovači tangenciální difuzor 8 a 9. Dolní difuzer 8 má vsinp 10 a výstup 11, horní difuzor 9 má vstup 12 a výstup 13. Oba usměrňovači dimzory S a 9 jsou tvořeny stoupající trubicí kieráraá tvar smyčky a jejíž průměr je zvolen podle žádaného výkonu čerpadla. U dolního nsměrňovacího difuzoru 8 je smyčka vedena z pode dna 4, prochází kruhovým otvorem B a těsně nade dnem 4 ústí vějířovitě zúženým výstupem 11 na dno 4.The lower and upper rectangular tangential diffusers 8 and 9 are mounted on the lower and upper parts of the frame 3. The lower diffuser 8 has an inlet 10 and an outlet 11, the upper diffuser 9 has an inlet 12 and an outlet 13. Both rectifier dimers S and 9 are formed by a rising tube. the shape of the loop and whose diameter is chosen according to the required pump performance. In the lower baffle diffuser 8, the loop is guided from the bottom 4, passes through a circular opening B and opens just above the bottom 4 through a fan-shaped outlet 11 to the bottom 4.

U horního difuzoru 9 je vstup 12 média rotujícího v rotoru 1 do smyčky difuzoru 9 těsně pod víkem 5. Tato smyčka pak je vedena kruhovým otvorem 7 směrem vzhůru a vystupuje z horního difuzoru 9 výstupemIn the upper diffuser 9, the inlet 12 of the medium rotating in the rotor 1 into the diffuser loop 9 just below the lid 5. This loop is then led upward through the circular opening 7 and exits the upper diffuser 9 through the outlet

13.13.

Čerpaná kapalina, např. voda přitéká přívodním potrubím do dolního difuzoru vstupem 10 a poté vstupuje teoreticky s nulovou rychlostí na dno 4 rotoru 1 tangenciálně vějířovitým výstupem 11. Během krátké doby se vytvoří v důsledku rotace kapaliny uvnitř rotoru kapalinový prstenec (hladinový paraboloid), jehož úhlová rychlost rotace odpovídá zhruba rychlosti rotace pláště rotoru.The pumped liquid, e.g. water, flows through the inlet pipe to the lower diffuser through inlet 10 and then enters theoretically at the bottom 4 of the rotor 1 through a tangentially fan-shaped outlet 11. In a short time, a liquid ring (level paraboloid) forms the angular speed of rotation corresponds approximately to that of the rotor housing.

Jakmile se vstupující proud vody smísí s rotujícím kapalinovým prstencem v dutém, rotoru 1 a získá potřebnou energii a tím i odstředivý tlak, je voda zvedána podél vnitřní stěny rotoru 1 výtlačnou spirálou postupně až do horní části rotoru 1, kde vstupuje těsně pod víkem 5 vstupem 12 do smyčky horního difuzoru 9 a výstupem 13 opouští horní difuzor 9.As soon as the incoming water stream mixes with the rotating liquid ring in the hollow rotor 1 and acquires the necessary energy and thus centrifugal pressure, the water is lifted along the inner wall of the rotor 1 by a discharge spiral gradually to the top of the rotor 1 where it enters just below the lid 5 12 into the loop of the upper diffuser 9 and exits through the outlet 13 of the upper diffuser 9.

Podmínkou kontinuálního čerpání kapaliny je, že kapalina prochází oběma dliuzory 8 a 9 ve směru rotace rotoru 1.The condition of continuous pumping of the liquid is that the liquid passes through both nozzles 8 and 9 in the direction of rotation of the rotor 1.

Na obr. 2 je znázorněn celkový pohled na zařízení podle vynálezu v nárysu, které má funkci klasického zcela ponořeného míchadla, ale na kterém se podílí i funkce čerpadla a splňuje tedy kombinaci obou.FIG. 2 is a front elevational view of a device according to the invention having the function of a conventional fully submerged stirrer but in which the pump function is involved and thus fulfills a combination of both.

Toto míchadlo sestává z dutého rotoru 1, jehož příčný řez je kruh a jehož dno 4 je opatřeno čtyřmi kruhovými vstupními otvory 6.This stirrer consists of a hollow rotor 1 whose cross section is a circle and whose bottom 4 is provided with four circular inlet openings 6.

Rotcr 1 nemá víko, ale je nahoře otevřený. V plášti 14 rotoru 1 jsou výstupní kruhové otvory 28, případně jsou do nich vsazeny trysky 15. Spodní řada trysek 15 má boční výtokový otvor v opačném směru nebo ve stejném směru jako je rotace rotoru 1.Rotcr 1 does not have a lid but is open at the top. In the housing 14 of the rotor 1 there are outlet orifices 28, or nozzles 15 are inserted therein. The lower row of nozzles 15 has a side outlet opening in the opposite direction or in the same direction as the rotation of the rotor 1.

V míchací nádobě 16 jsou dále svislé zarážky 17, které jsou umístěny též pod hladinou podélně jako rotor a jsou upevněny k plášti míchací nádoby 16.In the mixing vessel 16 there are further vertical stops 17, which are also located below the surface longitudinally as a rotor and are fixed to the housing of the mixing vessel 16.

Dutý rotor vytváří v tomto případě dva pracovní prostory — v míchací nádobě 16 a v rotoru 1. Kapalina je nasávána do rotoru 1 čtyřmi vstupními otvory 6 ve dnu 4 rotoru 1 a je-li celkový průtočný profil všech čtyř otvorů malý vůči průtočné ploše samotného rotoru 1 v okrajové horní části, vstupuje kapalina do rotoru 1 i horní otevřenou částí rotoru 1, jejím středem.In this case, the hollow rotor creates two working spaces - in the mixing vessel 16 and the rotor 1. The liquid is sucked into the rotor 1 through four inlets 6 in the bottom 4 of the rotor 1 and if the total flow profile of all four holes is small relative to the flow area of the rotor itself. 1 in the peripheral upper portion, the liquid enters the rotor 1 as well as through the upper open portion of the rotor 1 through its center.

Kapalina nacházející se v rotoru 1 je odstředivou silou přitom zvedána (čerpána] po vnitřních stěnách pláště 14 vzestupnou spirálou vzhůru a vystupuje buď přes okraj rotoru 1, nebo výstupními otvory 28, 29 v plášti 14 nebo ve dnu 4, nebo tryskami 15 v plášti 14 z rotoru 1 zpět do kapaliny. Výstupní otvory 28, 29 trysky 15 apod., umístěné pod hladinou média zdokonalují míchání kapalné fáze, neboť umožňují vstřikovat médium pod tlakem zpět do média pod hladinou. Současně v rotoru může nastat dělení těžší a lehčí frakce média. Pokud jsou takové různě těžké frakce v médiu, potom se opět smíchají po výtoku z rotoru 1. Mimo rotor 1 pak kapalina se míchá třením vnějších stěn pláště 14 rotoru 1 o kapalinu, nacházející se v míchací nádobě 1S. Rotor 1 je umístěn v nádobě 16 excentricky, dochází k excentrickému víru v nádobě, který se však tříští o zarážky 17, kolem kterých vznikají ve směru rotace lokální vírová pole. V případě, že příčný řez rotoru 1 měl by tvar obdélníka, trojúhelníka, čtverce, elipsy apod., nebyl tedy kruhový, jako je tomu u válcového rotoru (stejného tvaru by bylo i dno 4, případně i víko 5], potom hrany, případně celkový tvar rotoru 1 by způsobil pod hladinou média další míchací efekt, podobný jaký mají např. lopatková míchadla.The liquid contained in the rotor 1 is lifted by centrifugal force along the inner walls of the housing 14 by an upward spiral upwards and exits either over the edge of the rotor 1 or through the outlet openings 28, 29 in the housing 14 or in the bottom 4 or by nozzles 15 in the housing 14. The outlet openings 28, 29 of the nozzle 15 or the like, located below the surface of the medium, improve mixing of the liquid phase by allowing the medium to be injected under pressure back into the medium below the surface. If such fractions of different weight are present in the medium, they are mixed again after discharge from the rotor 1. Outside the rotor 1, the liquid is mixed by rubbing the outer walls of the rotor jacket 14 with the liquid contained in the mixing vessel 1S. eccentrically, there is an eccentric vortex in the vessel, which, however, shatters by stops 17 around which If the cross-section of the rotor 1 has the shape of a rectangle, triangle, square, ellipse, etc., it was not circular as in the case of a cylindrical rotor (the bottom 4 or the lid 5 would be of the same shape) 1, then the edges or the overall shape of the rotor 1 would cause a further stirring effect below the medium level, similar to that of, for example, paddle stirrers.

Na obr, 3 je zobrazeno v nárysu míchadlo podle vynálezu ponořené zcela do tekutého média, které se má homogenizovat.FIG. 3 shows a front elevation of a stirrer according to the invention completely immersed in the liquid medium to be homogenized.

Od předchozí varianty (na obr. 2) se liší tím, že víko 5 rotoru 1 se dvěma tryskami na obvodu víka 5, se nachází v úrovni hladiny média v míchací nádobě 16 a v plášti 14 nebo dnu 4 rotoru 1 nejsou umís12 těny žádné trysky 15 nebo výtokové otvory 28, 29, takže dolní potopená část míchadla vytváří v médiu tříštěný centrální vír, čímž vznikají drobné lokální víry kolem zarážek 17, kdežto médium vystupující z nitra rotoru 1 je rozstřikováno nad kapalinou tryskami 15 ve víku 5 ve formě rotujícího spirálovitého kapičkovitého víru.It differs from the previous variant (Fig. 2) in that the rotor cover 5 with two nozzles on the periphery of the cover 5 is located at the level of the medium in the mixing vessel 16 and no nozzles are placed in the housing 14 or the bottom 4 of the rotor 1. 15 or outflow openings 28, 29 such that the lower sunk portion of the agitator creates a fragmented central vortex in the medium, creating small local swirls around the stops 17, while the medium exiting the rotor 1 is sprayed over the liquid by nozzles 15 in the lid 5 faith.

Míchadlo je umístěno uprostřed míchací nádoby 16 a má spodní systém míchání. Svislá hřídel 2 míchadla je vyvedena dnem míchací nádoby 16 a je těsněna ve dnu. Pomocí vzpěry 19 a víka 5 je hřídel 2 spojena s dutým rotorem 1. V míchací nádobě 16 jsou svislé zarážky 17 připevněné k plášti míchací nádoby 16, které zabraňují vytvoření centrálního víru v míchací nádobě. V jednom zařízení je zde kombinováno několik funkcí, bezlopatkové míchání, bezlopatkové čerpání a rozstřik média do plynného prostoru nad hladinou média.The stirrer is located in the center of the mixing vessel 16 and has a bottom mixing system. The vertical stirrer shaft 2 is led out by the bottom of the mixing vessel 16 and is sealed in the bottom. By means of a strut 19 and the cover 5, the shaft 2 is connected to the hollow rotor 1. In the mixing vessel 16, vertical stops 17 are attached to the housing of the mixing vessel 16, which prevent the formation of a central vortex in the mixing vessel. Several functions are combined in one device, bladeless mixing, bladeless pumping and spraying the medium into the gaseous space above the surface of the medium.

Na obr. 4 je v půdorysu znázorněno dno tvaru mezikruží s jedním centrálním vstupním otvorem 6 uprostřed, na obr. 5 dno 4 s více vstupními otvory 6, které jsou umístěné symetricky kolem středu dna 4 mimo obvodovou část dna 4.FIG. 4 shows a plan view of the bottom of the annulus with one central inlet opening 6 in the middle; FIG. 5 shows a bottom 4 with several inlet openings 6, which are located symmetrically around the center of the bottom 4 outside the peripheral part of the bottom 4.

Na obr, 6 je znázorněn příklad zařízení pro fermentaci nebo kultivaci mikroorganismů, u kterých s nárůstem buněk houstne kultivační médium a ke konci fermentace se z původně řídké kapaliny stává tekutina medovitá nebo pudinkovité konzistence.Fig. 6 shows an example of a device for fermentation or cultivation of microorganisms in which the culture medium thickens with cell growth and at the end of the fermentation the initially thin liquid becomes a honey-like or custard-like fluid.

Zařízení sestává z fermentační nádoby 20 opatřené dnem a víkem, ve kterých jsou uložena ložiska 21 dutého válcového rotoru 1 se svislým hřídelem 2. Část rotoru 1 pod dnem 4 rotoru 1 vytváří sací nástavec 24, ve kterém jsou vstupní otvory 27.The apparatus consists of a fermentation vessel 20 provided with a bottom and a lid in which bearings 21 of the hollow cylindrical rotor 1 with a vertical shaft 2 are mounted. A portion of the rotor 1 below the bottom 4 of the rotor 1 forms a suction nozzle 24 in which the inlet openings 27.

Rctor 1 sestává dále z válcového pláště 14, dna 4 ve tvaru mezikruží se středovým vstupním otvorem 6 pro vstup média do rotoru 1. V plášti 14 je několik řad otvorů 28 pro výstup média z rotoru 1. Horní otvory 28 mají tvar trysek 15. Hřídel 2 je poháněna elektromotorem 18 s regulátorem otáček.Rctor 1 further comprises a cylindrical casing 14, annular bottom 4 with a central inlet opening 6 for media inlet to the rotor 1. There are a plurality of rows 28 of fluid outlet from the rotor 1 in the casing 14. 2 is driven by an electric motor 18 with a speed controller.

pláštěm 14 rotoru 1 je hřídel 2 spojena pomocí křížových vzpěr 19.by the jacket 14 of the rotor 1 the shaft 2 is connected by means of cross struts 19.

Uvnitř fermentační nádoby 20, na jejím obvodě, jsou symetricky k ose umístěny čtyři zarážky 17 ve tvaru svislých tyčí. Jsou upevněny ke dnu a k víku fermentační nádoby 20. Zarážky 17 brání vzniku centrálního víru, jenž by se ve fermentační nádobě vytvořil vlivem otáčejícího se rotoru 1.Inside the fermentation vessel 20, at its periphery, four vertical rods 17 are arranged symmetrically to the axis. They are fixed to the bottom and to the lid of the fermentation vessel 20. The stops 17 prevent the formation of a central vortex which would be created in the fermentation vessel by the rotating rotor 1.

Fermentační nádoba 20 má dva základní pracovní prostory, spodní kapalný a horní plynný a třetí pracovní prostor je uvnitř rotoru 1. Při otáčení válcového rotoru 1, který je dolní částí poncřen do kapaliny v kapalinovém prostoru, vstupuje kapalné médium centrálním otvorem 6 ve dnu 4 do rotoru 1. Odstředivou silou je kapalné médium v rotoru 1 zvedáno výtlačnou spirálou a výstupními otvory 28 v plášti 14 netm tryskami 15 je kapalné médium rozstřikováno ve formě kapek zpět z rotoru 1 do fermentační nádoby 20, a to do jejího plynného horního pracovního prostoru. Zde při dopadu na pevnou zarážku 17 uvnitř nádoby 20 nebo na vnitřní stěnu fermentační nádoby 20 dochází ke tříštění kapek, načež kapalina stéká ve formě tenkého filmu po stěnách fermentační nádoby 20 a hladinou vstupuje opět do kapaliny nacházející se v dolním kapalinovém prostoru fermentační nádoby 20.The fermentation vessel 20 has two basic working spaces, a lower liquid and an upper gaseous, and a third working space is inside the rotor 1. When rotating the cylindrical rotor 1, which is submerged into the liquid in the liquid space, the liquid medium enters the central opening 6 in the bottom 4 With the centrifugal force, the liquid medium in the rotor 1 is lifted by the discharge spiral and through the outlet openings 28 in the housing 14 through the net nozzles 15, the liquid medium is sprayed in the form of drops back from the rotor 1 into the fermentation vessel 20 into its gaseous upper working space. Here, upon impacting the fixed stopper 17 inside the vessel 20 or on the inner wall of the fermentation vessel 20, the droplets are broken, whereupon the liquid flows in the form of a thin film on the walls of the fermentation vessel 20 and re-enters the liquid in the lower liquid space of the fermentation vessel.

V plynném pracovním prostoru dochází přitom k intenzívní difúzi plynu do kapalného média, např. k intenzivnímu okysličování rostoucích buněk mikroorganismů, fermentovaných ve fermentační nádobě 20.In the gaseous working space, there is an intense diffusion of the gas into the liquid medium, for example, an intensive oxidation of the growing cells of the microorganisms fermented in the fermentation vessel 20.

V kapalinovém prostoru dochází vlivem rotace dolní části rotoru 1, která je v kapalině ponořena, též k dokonalému míchání kultivačního média.In the liquid space, due to the rotation of the lower part of the rotor 1, which is immersed in the liquid, perfect mixing of the culture medium also occurs.

Při určitém nastavení trysek 15 nebo výstupních otvorů 28 v plášti 14 a při vhodné úhlové rychlosti otáčení rotoru 1, vytvoří se v kapalině, nacházející se uvnitř rotoru 1, potřebný odstředivý tlak, takže výtok kapalného média pod tímto tlakem může být nad hladinou média použit například i k rozrušení vytvořené pěny nad kapalinou během fermentace, což napomáhá k vyšší účinnosti fermentace a též ke snížení energetických nároků a zjednodušení celého zařízení, takže není třeba používat odpěňovací tekutinu nebo instalovat další energetický náročné mechanické odpěňovací zařízení.At a certain setting of the nozzles 15 or outlet openings 28 in the housing 14 and at a suitable angular speed of rotation of the rotor 1, the necessary centrifugal pressure is created in the liquid contained within the rotor 1 so that the liquid medium flow under this pressure can be used above and the destruction of the foam formed over the liquid during fermentation, which helps to increase fermentation efficiency and also to reduce energy requirements and simplify the entire apparatus, so that there is no need to use an antifoam liquid or to install additional energy intensive mechanical antifoam devices.

Fermentační nádoba 20 má specifický tvar dna. Uprostřed jejího dna je prohlubeň, do které je dutý rotor 1 zasunut svojí spodní částí, která tvoří dolní nástavec 24. Nástavec 24 zajišťuje dokonalejší sání tekutého média ze dna fermentační nádobyThe fermentation vessel 20 has a specific bottom shape. In the middle of its bottom is a recess, into which the hollow rotor 1 is inserted with its lower part, which forms the lower extension 24. The extension 24 ensures a better suction of the liquid medium from the bottom of the fermentation vessel

20.20 May

Zařízení pro fermentaci podle vynálezu lze použít pro fermentaci všech typů médií, a to nízkoviskózních, vysokoviskózních, dále těch, která během fermentace mění viskozitu nebo vytvářejí suspenze s kusovými i vláknitými produkty a všech kapalin nenewtonského typu.The fermentation apparatus of the present invention can be used to ferment all types of media, low viscosity, high viscosity, as well as those that change viscosity or form suspensions with lump and fibrous products and all non-Newtonian liquids during fermentation.

Na obr. 7 je znázorněno přenosné míchadlo, které je uloženo ve stacionární skříni 23. V plášti skříně 23 jsou zarážky 17, a to v dolní části skříně 23, pro vytvoření lokálních vírů a turbulencí v kapalné části míchaného média a v horní části skříně 23 pro tříštění média vytékajícího z výstupních otvorů 28 v prostoru nad hladinou na drobné kapičky. Zarážky 17 v horní i dolní části skříně 23 jsou spojeny sloupky 22.Figure 7 shows a portable agitator that is housed in a stationary housing 23. There are detents 17 in the housing 23 at the bottom of the housing 23 to create local vortices and turbulences in the liquid portion of the mixing medium and at the top of the housing 23. for shredding the medium flowing from the outlet openings 28 in the space above the surface into tiny droplets. The stops 17 at the top and bottom of the housing 23 are connected by pillars 22.

Dolní část dutého rotoru 1 je ponořena do kapaliny v míchací nádobě 20, horní část vyčnívá nad kapalinou. Horní okraj rotoru 1 je uzavřen víkem 5. Hřídel 2 je upevněna na víku 5 rotoru 1 a dále pomocí vzpěry 19 je spojena s pláštěm 14 rotoru 1.The lower part of the hollow rotor 1 is immersed in the liquid in the mixing vessel 20, the upper part projects above the liquid. The upper edge of the rotor 1 is closed by a cover 5. The shaft 2 is fixed to the cover 5 of the rotor 1 and further connected to the housing 14 of the rotor 1 by means of a strut 19.

Činnost míchadla je obdobná jako u zařízení podle obr. 6, zarážky 17 (vestavba) jsou však součástí skříně 23 rotoruu 1, nikoliv součástí míchací nádoby 20.The operation of the agitator is similar to that of the device of FIG. 6, but the stops 17 (built-in) are part of the rotor housing 1, not part of the mixing vessel 20.

Zařízení je vhodné zejména pro polymerace a jiné chemické reakce řídkých i velmi viskózních tekutých médií, úpravu kalových a odpadních průmyslových vod apod.The equipment is suitable especially for polymerization and other chemical reactions of thin and very viscous liquid media, treatment of sludge and waste water, etc.

Na obr. 8 je znázorněno bezlopatkové čerpadlo, které rozstřikuje zvednuté médium do stran, uložené ve stacionární skříni 23, jejíž dolní ěást tvoří stacionární kryt 25, který obklopuje dolní pod hladinou ponořenou ěást dutého rotoru 1, čímž zabraňuje styku vnějších stran pláště 14 a dna 4 rotujícího dutého rotoru 1 s tekutým médiem pod jeho hladinou. Zarážky 17 jsou jen v horní části skříně 23. Kryt 23 má vstupní trubici 26.FIG. 8 shows a bladeless pump spraying the lifted media sideways in a stationary housing 23, the lower portion of which is a stationary housing 25 that surrounds the lower submerged portion of the hollow rotor 1 thereby preventing the outer sides of the housing 14 and the bottom 4 of a rotating hollow rotor 1 with fluid medium below its surface. The stops 17 are only in the upper part of the housing 23. The cover 23 has an inlet tube 26.

Kryt 23 má pod hladinou podobnou funkci jako zarážky 17 nebo jiná vestavba prostoru pod hladinou média, neboť zabraňuje vzniku centrálního víru uvnitř tekutého média. V tomto případě se médium v dolní části nepromíchává následkem styku vnějších stěn pláště 14 s médiem a rotor 1 má především funkci samonasávacího ponorného čerpadla, u kterého se zvednuté médium v příslušné výši rozstřikuje do okolí. V dolní části skříně 23 může být umístěn sací koš, který má funkci filtrační.The cover 23 has a similar function under the surface as the stops 17 or other installation of the space below the surface of the medium, since it prevents the formation of a central vortex inside the liquid medium. In this case, the medium in the lower part does not mix as a result of contact of the outer walls of the housing 14 with the medium and the rotor 1 has the function of a self-priming submersible pump in which the raised medium is sprayed at the appropriate amount. A suction basket can be located in the lower part of the housing 23, which has a filter function.

Zařízení podle obr. 8 může být použito např. ve fluidní technice, k chlazení kapalin, sušení práškových médií, zavlažování půdy, k pěstování řas apod.The device according to FIG. 8 can be used, for example, in fluid technology, for cooling liquids, drying powder media, irrigating soil, growing algae and the like.

Zařízení je univerzální. Záleží na tom, v jakém prostředí zařízení podle vynálezu pracuje, zda není ponořeno např. v kapalině (jako čerpadlo), zda je ponořeno zcela v kapalině (zcela ponořené míchadlo), nebo zda je v kapalině ponořeno jen částečně (např. fermentor pro kultivaci mikroorganismů). Může být použito při různých způsobech zpracovávání tekoucích nebo tekutých médií jakékoliv konzistence, zejména v chemii, farmakologii, strojírenství, tepelné technice (výměníky tepla), v čistírnách vod, vodárnách, při výrobě barev, laků, ale i v jiných průmyslových oborech a v zemědělství (zavlažovaní, sušení krmiv, obilovin, dávkování krmiv, tekutých hnojiv apod.).The device is universal. It depends on the environment in which the device according to the invention operates, whether it is immersed eg in a liquid (as a pump), whether it is fully immersed in a liquid (fully immersed stirrer) or whether it is only partially immersed in a liquid (eg fermenter for cultivation). microorganisms). It can be used in various methods of processing flowing or liquid media of any consistency, especially in chemistry, pharmacology, engineering, heat engineering (heat exchangers), water treatment plants, waterworks, paints, varnishes, but also in other industries and agriculture (irrigation, drying of feed, cereals, feeding of feed, liquid fertilizers, etc.).

Zařízení podle vynálezu lze využít vzhledem k jednoduché konstrukci s výhodou i ke zpracování agresivních tekutin (kyselin, louhů), případně plynů. V uvedených oborech se uplatní jako provozní i jako laboratorní zařízení.Due to the simple construction, the device according to the invention can also be advantageously used for the treatment of aggressive liquids (acids, lyes) or gases. In these fields they will be used as operational and laboratory equipment.

Zařízení může pracovat v libovolných podmínkách, např. teplotách, tlacích nebo ve vakuu, v elektrickém, magnetickém nebo jiném silovém poli atd.The device can operate under any conditions, such as temperatures, pressures or vacuum, in an electric, magnetic or other force field, etc.

Další výhodou je, že zařízení je jednoduché konstrukce a jeho zhotovení je méně pracné a náročné ve srovnání s podobnými zařízeními. Sériová výroba by mohla být napr. zajištěna z vhodné plastické hmoty na stříkacím lise.Another advantage is that the device is of simple construction and its construction is less laborious and demanding compared to similar devices. Serial production could, for example, be made of a suitable plastic on a spray press.

Claims

SUBJECT

Apparatus for the treatment of flowing thin and very viscous media, in particular for the fermentation of microorganisms, comprising a vertical, cylindrical hollow rotor formed by a jacket, a bottom or a lid, connected by at least one inlet opening in the bottom of the rotor to a vessel in which the medium is to be driven unit and further with a medium outlet opening in the housing, cover or rotor bottom, characterized in that the inlet and / or outlet openings (6, 7) are located either in the part of the hollow rotor (11) immersed in the medium or in the part of the hollow rotor (1). ) outside the medium, optionally provided with elements (8, 9, 15, 24) to control the flow, quantity and shape of the inflow or outflow medium into or out of the rotor.

Device according to claim 1, characterized in that the bottom (4) is in the form of an annulus with one central inlet opening (6) or in the bottom (4j) there are several inlet openings (6) outside the peripheral part of the bottom (4). bottom center (4).

Device according to Claims 1 and 2, characterized in that the bottom (4) and the cover (5) of the rotor (1) are in the form of an annulus with one central opening (6, 7) for the inlet and outlet of the fluid medium.

OF THE INVENTION into the rotor (1) and the rotor (1), wherein the openings (6, 7) are provided with diffusers (8, 9) to direct the flow into the rotor (1) entering and leaving the rotor exiting the medium.

Device according to one of Claims 1 to 3, characterized in that stoppers (17) or other installation in the space below, above or outside the surface are fixed inside the fermentation or mixing vessel (16, 20).

Device according to Claims 1 to 4, characterized in that the rotor shaft (2) is rotatably mounted in a base frame (3), in a mixing vessel (16, 20) or in a stationary housing (23) of the rotor (1).

Device according to claim 5, characterized in that the stationary housing (23) comprises stops (17) or a suction strainer.

Device according to Claims 1 to 6, characterized in that the lower part of the rotor (1) to be immersed in the medium is surrounded by a stationary cover (25) with a tube (26) for supplying the medium to the bottom (4) of the rotor (1).

Device according to claim 7, characterized in that the stationary cover (25) is attached to the base frame (3) of the device, to the mixing vessel (16, 20) or is part of a stationary housing (23) in which the rotor (1) is mounted. .