CS229281B1 - Sušicí zařízení zejména pro viskózní produkty fermentace mikroorganismů - Google Patents

Abstract

Vynález se týká sušicího zařízení, zejména pro viskózní produkty fermentace mikroorganismů. Sestává z dutého kuželovitého rotoru s vodorovným dnem, který je v dolní části opatřen cirkulačními otvory a který se rozšiřuje směrem vzhůru. Rotor je uložen otočně ve vnější nádobě, uzavřené víkem, kterým je vedena hřídel rotoru, poháněná elektromotorem. Vnitřní stěna nádoby a kuželovitý plášť rotoru jsou stejně skoseny a tvoří úzký kuželovitý kanál, kterým sušicí se médium neustále cirkuluje. Horní část rotoru vytváří vodorovnou plošinu, ke které přiléhá lopatkový nástavec upevněný ve vakuu vnější nádoby. Zařízení se vyhřívá buď samovolně třecím teplem vznikajícím v úzkém cirkulačním kanálku při rychlém otáčení rotoru, nebo je opatřeno rozvodem horkého plynu. Sušicí zařízení dle vynálezu může pracovat buď jako samostatný přístroj, nebo může být adaptována na stávajícím zařízení typu míchadla. Příkladem je adaptace tohoto sušicího zařízení na bezlopatkové míchadlo nebo bezlopatkové čerpadlo. To přináší řadu ekonomických i technologických výhod, jako je úspora tepelné energie, víceúčelovost jednoho zařízení, zjednodušení celé výrobní linky, úspora investic, možnost zlepšit automatiku procesu apod.

Description

Vynález se týká sušicího zařízení, zejména pro viskózní produkty fermentace mikroorganismů. Je výhodné též pro laboratorní účely, kdy je třeba rychle usušit laboratorní vzorky menších objemů, zejména těch, které mají konzistenci past nebo gelů.

Sušicí zařízení dle vynálezu může pracovat jako samostatný přístroj nebo může být v této formě adaptováno na jiný přístroj technologické linky, například na fermentační nebo míchací nádobu se stávajícím míchadlem.

K odstraňování vlhkosti z tekutého, zrnitého, nebo práškovitého materiálu se používá různých typů sušáren. Známé jsou fluidní sušičky biologického materiálu, rozprášením jeho kapiček [mlhy] do horkého vzduchu nebo jiného plynu, sušičky, kde se využívá styku sušeného materiálu s nosičem, který má velkou tepelnou kapacitu nebo sušárny, kde usušený materiál se zahřívá dotykem s teplými plochami, odkud je například seškrabován.

Rozšířené jsou zejména fluidní a bubnové sušárny. Hlavní částí bubnové sušárny je otáčející se vyhřívaný válcový buben, například se skloněnou podélnou osou. Frekvenci otáčení bubnu lze měnit. Materiál se dávkuje od vyššího konce a rotací a působením vestavby v bubnu se suší a usušený vystupuje na dolním konci bubnu. Vyhřívání se provádí horkým plynem souproudně nebo protiproudně, nebo se vyhřívá nepřímo a páry se odvádějí výstupem, nebo se oba způsoby kombinují. Těchto sušáren se používá především k sušení sypkých materiálů, ale pomocí vestavby lze sušit i materiály pastovité a lepivé. Podobně pracují i sušičky, kde materiál se dopravuje pomocí nekonečných

Fluidní rozprašovací nebo sprayové sušárny jsou 'zařízení, ve kterých ,se sušící se, například tekutý viskózní materiál kontinuálně rozprašuje na jemnou mlhu pomocí speciálních trysek, dýz, nebo rotujících disků, klečových rotorů a podobně, umístěných v plášti, víku nebo dnu sušicí komory a mísí se zde s horkým plynem. Hotový produkt se odděluje od plynu v cyklónu a vypouští se v jeho spodní části.

Uvedené typy sušáren jsou nákladná a energeticky náročná zařízení. Vyžadují vždy samostatný zdroj tepelné energie a nehodí se zejména pro laboratorní práce, kdy je třeba rychle usušit na prášek malé objemy velmi viskózních pastovitých látek, jako je například biomasa, získaná při fermentacích mikroorganismů.

Sušicí zařízení podle vynálezu je založeno na nové kombinaci bubnové a fluidní sušárny. Zejména u malých laboratorních sušiček (například průměr rotoru 50 mm, rychlost otáčení 10 000 ot/min) není třeba samostatného energetického zdroje pro vyhřívání zařízení. Potřebné teplo se získává samovolně rychlým otáčením rotoru, uloženého v nádobě.

Další výhodou zařízení podle vynálezu je, že může být adaptováno na výrobní linku a jako takové zabudováno například jako koncový díl každé chemické nebo biologické výrobní linky, jejímž výsledným produktem má být suchý prášek nebo granulát. Jedná se zejména o případy, kdy částí výrobní linky je míchací nádoba, chemický reaktor, fermentor apod., ve kterém se příslušné médium míchá vhodným míchadlem. Velmi dobře se dá sušicí zařízení adaptovat na bezlopatkové míchadlo nebo čerpadlo.

V těchto případech může být sušicí zařízení podle vynálezu zabudováno přímo ve víku, například fermentační nádoby a jeho otáčející se část — rotor — může být vestavěna do horní části uvedeného bezlopatkového fermentačního míchadla.

Tato adaptace zjednodušuje celou výrobní fermentační linku, neboť bezlopatkové míchadlo uvedeného typu přebírá postupně nebo současně více funkcí. Při fermentaci pracuje jako fermentační míchadlo ve fermentační nádobě, po skončení fermentace jako dávkovači čerpadlo, dodávající konečný tekutý produkt fermentace do sušicího zařízení a současně jako rotor sušicího zařízení podle vynálezu. Uvedených režimů se dosahuje zvyšováním nebo snižováním otáček takovéhoto míchadla.

To přináší i řadu ekonomických a technických výhod, oproti stávajícímu stavu techniky.

Výhodou oproti fluidním nebo sprayovým sušárnám, které jsou značně náročné na spotřebu tepelné energie je dále to, že dodávka horkého vzduchu nemusí se dít nepřetržitě, ale jen v určitých časových intervalech. V takových případech horký vzduch má za úkol jednak udržovat zařízení na příslušné teplotě (například 150 až 160°Č)'a jednak vynášet usušené médium, které se nahromadilo v rotoru.

Proces dávkování média i horkého vzduchu do rotoru může být nejen periodický, ale i kontinuální a jsou na sobě nezávislé.

Podstata sušicího zařízení podle vynálezu je, že rotor zařízení je dutý s vodorovným dnem a kuželovitým pláštěm opatřeným v dolní části cirkulačními otvory a rozšiřující se směrem vzhůru a je uložen otočně ve vnější nádobě uzavřené víkem, kterým je s výhodou vedena hnaná hřídel rotoru, přičemž vnitřní stěna nádoby a kuželovitý plášť rotoru jsou stejně skoseny a tvoří cirkulační kuželovitý kanálek pro sušící se médium a horní část pláště tvoří vodorovnou plošinu, ke které přiléhá lopatkový nástavec upevněný ve víku nádoby. Hřídel prochází buď víkem, nebo dnem vnější nádoby a je spojena s elektromotorem opatřeným regulátorem otáček.

Vnější nádoba je upevněna například k základnímu rámu zařízení a má tvar komolého kužele obráceného menší základnou dolů, přičemž tomuto tvaru odpovídá i vněj229281 ší kuželovitý tvar pláště dutého rotoru rotujícího v nádobě.

Vnitřní kuželovitá stěna nádoby a vnější kuželovitá stěna pláště rotoru jsou uspořádány těsně u sebe, aby vytvářely úzkou mezeru podél celého obvodu pláště rotoru. Tato mezera má tvar kuželovitého rozšiřujícího se kanálku, kterým postupuje sušící se médium působením odstředivé síly směrem vzhůru. Vnitřní stěna pláště rotoru může mít rovněž tvar komolého kužele, ale postaveného opačně, to jest dolů svojí větší základnou.

Řez stěnou pláště rotoru je tedy trojúhelník, postavený špicí dolů s výhodou rovnoramenný nebo rovnostranný tak, aby rotor vytvářel nahoře vodorovnou plošinu tvaru mezikruží.

Lopatkový nástavec suvně uložený ve víku nebo v plášti nádoby má dvojí funkci: jednak funkci usměrňovat médium, které je vytlačováno kuželovitým kanálem vzhůru na horní vodorovnou plošinu otáčejícího se rotoru, směrem dovnitř rotoru a jednak médium seškrabovat, případně drtit. Podobnou funkci má i cirkulační kanálek, u kterého lze jeho šíři regulovat mírným vysunutím rotoru směrem dolů nebo nahoru vůči vnitřní stěně nádoby, ve které se rotor otáčí. Vybuzené třecí teplo je dále přímo úměrné frekvenci otáčení rotoru.

Pokud není sušicí zařízení vytápěno vlastním třecím teplem, může být .vnější nádoba sušicího zařízení opatřena rozvodem horkého plynu nebo vzduchu a regulátorem jeho teploty a množství. Teplý sušicí plyn potřebné teploty a množství je tímto rozvodem vytvořeným ve stěně, víku nebo dnu vnější nádoby dmýchán do mezery mezi rotorem a vnitřní stěnou nádoby. Tímto způsobem se celé zařízení vytápí a dále pomocí odcházejícího vzduchu se vynáší usušený produkt ven ze sušicího zařízení. Zařízení může být vyhříváno i jiným známým způsobem, a to zvenku nebo zevnitř. Například vnější nádoba může býti opatřena topným zařízením, s výhodou topným pláštěm, a tepelně izolačním krytem, zabraňujícím zchladnutí sušicího zařízení.

Dávkování média, zejména u malých laboratorních sušiček, se děje vstupním otvorem ve víku vnější nádoby, a to periodicky nebo kontinuálně.

Pro zvýšení sušicího účinku může být vlhkost ze sušicího zařízení odsávána vývěvou (částečné vakuum v sušičce).

Dalším význakem vynálezu je, že sušicí zařízení může být adaptováno na míchadlo, které pracuje v míchací nádobě. Vnější nádoba je přitom zabudována ve víku míchací nádoby, ve které je uloženo rotující míchadlo, s výhodou tvaru dutého svislého válce s hnanou hřídelí, v jehož dnu je alespoň jeden otvor pro vstup média do rotoru, přičemž dutý rotor tvoří nástavbu míchadla.

Sušicí zařízení pracuje tak, že otáčením rotoru uvnitř nádoby dochází vlivem odstředivých sil k cirkulaci sušeného média v prostoru sušicího zařízení. Přitom médium vytváří tenký film mezi vyhřátými plochami, které tvoří kuželovitý kanálek, kterým vlivem otáčení rotoru je sušicí médium zvedáno vzhůru, odkud vstupuje na horní vodorovnou plošinu pláště rotoru a je dále usměrňováno lopatkovým nástavcem zpět do středu rotoru. Vlivem odstředivých sil klesá poté po vnitřní stěně pláště rotoru na dno rotoru a otvory v dolní části pláště rotoru se vrací zpět do paty kuželovitého kanálu. Při této cirkulaci se vytvořený film ohřívá na příslušnou teplotu stykem s vytápěnými plochami, případně horkým plynem a je neustále ve vřetenovitém pohybu směrem vzhůru (vně rotoru) nebo dolů (uvnitř rotoru). Přitom médium mění sušením svoji konzistenci z pastovité na práškovitou. Médium, které je již usušeno ve formě prášku, dostává se do vznosu a vystupuje výstupem, například ve víku vnější nádoby.

Na přiloženém výkresu jsou schematicky zobrazeny příklady sušicího zařízení podle vynálezu. Obr. 1 znázorňuje zařízení v nárysu, obr. 2 stejné zařízení v půdorysném řezu A — A‘ a obr. 3 další alternativu tohoto zařízení v částečném nárysném řezu.

Obr. 1 a obr. 2 znázorňuje samostatnou jednotku určenou pro práci v laboratoři, která nemá vedlejší zdroj tepla, ale ve které potřebné teplo samovolně vzniká jako třecí teplo mezi rotorem a vnější nádobou. Sušicí zařízení podle obr. 3 znázorňuje sušicí jednotku podle vynálezu zabudovanou ve víku fermentoru s bezlopatkovým míchaddlem.

Sušicí zařízení podle obr. 1 a 2, je určeno zejména pro sušení biomasy a velmi viskózních produktů fermentace mikroorganismů pastovité konzistence.

Zařízení sestává z dutého rotoru 1, s kuželovitým pláštěm 3 a vodorovným dnem 2, který je opatřen v dolní části cirkulačními protilehlými otvory 4. Vnitřní stěna 18 a plášť 3 rotoru 1 jsou kuželovité a vytvářejí v horní části rotoru 1 vodorovnou plošinu

10. Ve dnu 2 je zafixována hřídel 14 rotoru 1 poháněná elektromotorem, který je opatřen plynulou regulací otáček a která prochází víkem 6. Mezi víkem 6 a hřídelí 14 je těsnicí kroužek 17.

Rotor 1 je uložen ve vnější nádobě 5 s vodorovným dnem 7, která má osu soustřednou s osou rotoru 1 a která je uzavřena víkem 6. Dno 7 může být opatřeno podložkou 15, která vymezuje výšku prostoru mezi dnem 2 a dnem 7 nádoby 5.

Mezi vnitřní kuželovitou stěnou 8 nádoby 5 a vnější kuželovitou stěnou pláště 3 rotoru 1 je vytvořen úzký kuželovitý cirkulační kanálek 9, jehož šíři lze měnit posunem rotoru 1 směrem nahoru nebo dolů, vysouváním nebo zasouváním hřídele 14 do nádoby 5. Víkem 6 prochází dále trubice 12 pro přívod 'média do rotoru 1, která vyusťu8 je těsně u otáčejícího se hřídele 14. Víkem prochází rovněž trubice 13 pro odvod usušeného média ze zařízení, na kterou lze připojit i odsávací vývěvu s malým cyklónem pro zachycování konečného usušeného práškového média při kontinuálním provozu. Ve víku 8 je /dále suvně uložen lopatkový nástavec 11. Nádoba 5 je obklopena tepelně izolačním krytem 16, který vně obklopuje nádobu 5 a zabraňuje úniku tepla ze balúje na rotor 1 a odstředivou silou odstřizařízení.

Médium je periodicky nebo kontinuálně dávkováno do rotoru 1 přívodem 12, což je trubice, která vyúsťuje těsně u obvodu rotujícího hřídele 14 rotoru 1. Přímým stykem přiváděného, například pastovitého média, s otáčejícím se hřídelem 14 se médium nabaluje na rotor 1 a odstředivou silou odstřikuje na vnitřní kuželovitou stěnu 18 dutého rotoru 1, po které klesá ke dnu 2 a prochází otvory 4, do paty kanálu 9. Médium se vyhřívá třecím teplem následkem rychlého otáčení rotoru 1 v kanálu 9, kterým přitom postupuje vzhůru až k vodorovné plošině 10, kde lopatkovým nástavcem 11 je stíráno a usměrňováno opět do středu rotoru 1. Tento cirkulační proces se opakuje, pokud se médium neusuší na suchý prášek. Během této cirkulace se sušené médium zároveň drtí a v podobě prášku dostává do vznosu a poté odchází výstupem 13 z nádoby 5.

Na obr. 3 je znázorněna další alternativa sušicího zařízení podle vynálezu v částečném nárysném řezu, které je součástí fermentační nádoby a je zabudováno ve víku této nádoby, přičemž dutý rotor sušičky je nasazen na horní část těla fermentačního bezlopatkového míchadla, které je uloženo ve fermentační nádobě.

Celé zařízení, ve kterém sušicí zařízení dle vynálezu je vestavěno, sestává z fermentační nádoby 30 se zaobleným dnem 31, jehož středem je vedena hnaná hřídel 24 fermentačního bezlopatkového míchadla 23, které má tvar svislého dutého válce se dnem 26 tvaru mezikruží, to jest se středovým vstupním otvorem 34. Bezlopatkové míchadlo 23 je k hřídeli 24 připevněno vzpěrou 27 a v horní části pláště míchadla 23 jsou výstupní otvory 29, kterými se rozstřikuje fermentační médium do prostoru nad hladinou média ve fermentační nádobě. Uvnitř nádoby 30 jsou dále zarážky 25.

Víko 33 nádoby 30 přebírá funkci vnější nádoby 5 dle obr. 1 a 2, ve které se otáčí dutý rotor 1, jehož hrdlo 20 je nasazeno na horní část míchadla 23, jehož pootočením lze uzavřít i otvory 29. Mezí pláštěm 3 a vnitřní stěnou 22 víka 33 je kuželovitý kanálek 9, který v dolní části přechází ve vodorovnou štěrbinu vytvořenou mezi dnem 2 a dnem 21.

Ve dnu 2 jsou vstupní otvory 12 pro přívod média na dno 2 rotoru 1 a cirkulační otvory 4 v plášti 3 rotoru 1, které mají stejnou funkci jak uvedeno v předešlém případě. Kanálek 9 je tvaru komolého kužele. Víko 33 je dále opatřeno přívodem 32 horkého sušicího vzduchu, který ústí do dutého prstencovitého rozvodu 28, jehož částí je i clona 19 a věnec trysek 35.

V horní části víka 34 je dále upevněn suvný lopatkový nástavec 11 doléhající na vodorovnou plošinu 10 a středem víka 33 je vyveden výstup 13 usušeného práškového média ve vznosu sušícího plynu.

Sušicí zařízení zobrazené na obr. 3 pracuje následovně: Po skončení fermentace, během které otáčející se míchadlo 23 které je dolní částí ponořeno pod hladinou a jeho horní část vyčnívá nad hladinu a umožňuje dokonalou vzájemnou disperzi všech složek míchané směsi pod hladinou i rozstřikem výstupními otvory 29, se zvýší otáčky míchadla tak, aby tekuté médium uvnitř rotoru 1 vstupovalo otvory 12 až na dno 2 rotoru 1. První funkce této části, která se otáčí ve fermentoru je tedy funkcí míchadla; druhou funkcí této části je funkce čerpadla, které dávkuje po skončení fermentace vyfermentované médium na dno 2 rotoru 1. Třetí funkce této částí je funkce rotoru, který pracuje uvnitř sušicího zařízení podle vynálezu a ta je podobná jako v předešlém případě s tím rozdílem, že víko 33 se vyhřívá horkým vzduchem, který nejprve vstupuje do prstencovitého rozvodu 28, obchází clonu 19 a ústí věncem trysek 35 radiálně do prstencovité mezery 36 mezi vodorovnou plošinou 10 rotoru 1 a víkem 33. Médium je při cirkulaci vyhříváno a sušeno a mění svoji konzistenci z viskózní na pastovitou a v konečné fázi na práškovitou.

Při periodickém sušení nadávkuje se v určitých časových intervalech médium do prázdného rotoru 1 a nechá se zde zcela usušit a rozdrtit. Poté se zvýší množství dávkovaného vzduchu a výstupem 13 se rotor automaticky vyprázdní. Za výstupem 13 může být zařazen cyklón, ve kterém se oddělí konečný produkt od nosného vzduchu.

Při kontinuálním procesu sušení, při kterém dávkování média do rotoru 1 se děje nepřetržitě, překrývají se v sušicím zařízení současně dva procesy, které jsou analogické samostatným procesům v bubnové a fluidní sušičce. U média, které ještě nemá charakter viskózní kapaliny nebo pasty, převládá cirkulace média kolem vnitřní a vnější stěny rotoru 1, zatímco médium, které je rozdrcené a má charakter již usušeného lehkého prášku, dostává se do vznosu v horkém vzduchu, s kterým zároveň opouští zařízení výstupem 13. Rovněž dávkování horkého vzduchu do sušicího zařízení může být periodické nebo kontinuální.

Sušicí zařízení podle vynálezu lze využít buď jako samostatnou jednotku, nebo jako součást jiného technického zařízení nebo technologické linky, a to zejména v labora22 tořích chemického, potravinářského, farmakologického nebo krmivářského průmyslu, dále v bioinženýrství, ve fermentační tech9281 nice a rovněž i v zemědělství, například k sušení píce, krmivá a podobně.

Claims (4)

PREDME'

1. Sušicí zařízení, zejména pro viskózní produkty fermentace mikroorganismů s vyhřívaným otáčejícím se válcovým rotorem, s prostředky pro přívod nebo dávkování a odvod média a s lopatkovým nástavcem, kterým se usušené médium odstraňuje s povrchu rotoru, vyznačené tím, že rotor (1) je dutý s vodorovným dnem (2) a kuželovitým pláštěm (3), opatřeným v dolní části cirkulačními otvory (4) a rozšiřující se směrem vzhůru a je uložen otočně ve vnější nádobě (5), uzavřené víkem [6], kterým je s výhodou vedena hnaná hřídel (14) rotoru (lj, přičemž vnitřní stěna (8j nádoby (5j a kuželovitý plášť (3) rotoru (lj jsou stejně skoseny a tvoří cirkulační kuželovitý kanálek (9) pro sušící se médium, a horní část pláště (3) tvoří vodorovnou plošinu (10) , ke které přiléhá lopatkový nástavec (11) , upevněný ve víku (6j nádoby (5).

VYNALEZU

2. Sušicí zařízení podle bodu 1, vyznačené tím, že vnější nádoba (5) je zabudována ve víku (6j míchací nádoby (30), ve které je uloženo rotující míchadlo (23) tvaru dutého svislého válce s hnanou hřídelí (24), v jehož dnu (26) je alespoň jeden otvor (34) pro vstup média do rotoru (1), přičemž dutý rotor (lj tvoří nástavbu míchadla (23).

3. Sušicí zařízení podle bodů 1 a 2 vyznačené tím, že nádoba (5) nebo její víko (6) je opatřeno rozvodem (28) horkého plynu nebo vzduchu a regulátorem jeho teploty a množství.

4. Sušicí zařízení podle bodů 1 a 2 vyznačené tím, že nádoba (5) je opatřena topným zařízením, s výhodou topným pláštěm a tepelně izolačním krytem (16).