CS240064B1 - Zařízení k chlazení fermentoru - Google Patents

Abstract

Vynález řeší chlazení fermentoru jako vnitřní, avšak používá vzestupných vertikálních chladicích kanálků a sestupných vertikálních chladicích kanálků, jimiž je zakryta alespoň 25% část celkové vnitřní plochy nosného válcového pláště. Chladicí plocha je nejméně o 30% větší než činí plocha definovaná součinem délky vertikálního kanálku a vnitřního obvodu nosného válcového pláště. Použití přichází v úvahu zejména ^biochemickém průmyslu, kde se uskutečňuji biochemické kvasné procesy, jejichž výsledným produktem jsou bílkoviny.

Description

Vynález se týká zařízení k chlazení fermentoru. V bioche mickám průmyslu se uskutečňují biochemické kvasné procesy, je jichž výsledným produktem jsou bílkoviny. Používají se k tomu provozní fermentory o celkovém objemu 50 nP a více. Vzniklé reakční teplo je nutné z fermentoru odvést vhodným chlazením. V převážné míře jsou fermentory vybaveny míchadlem nebo. soustavou míchadel, které zajišíují cirkulaci kapaliny»

Chlazení provozních fermentorů je známými prostředky řešeno např. jako vnitřní chlazení, obvykle pomocí soustavy registrů uvnitř fermentoru. Jde o vertikální trubky, jejichž horní a dolní konce jsou spojeny sběrači· Registry vytvářejí obdélníkovou stěnu a jsou ve fermentoru rozmístěny symetricky po obvodu, přičemž osa registrů směřuje obvykle do středu fermentoru. Trubkami registrů protéká chladicí voda, která odebírá reakční teplo, vznikající při kvasném procesu. Podle typu fermentoru a podle typu technologického procesu je nutné na 1 nr objemu náplně fermentoru instalovat 3 až 4,5 m chladicí plochy.

Je také známo externí chlazení fermentorů, které je obvykle řešeno soustavou deskových chladičů a cirkulačních čerpadel. Podle typu fermentoru, podle typu technologického procesu a podle typu deskového výměníku je nutné na 1 m^ objemu náplně fermentoru instalovat 2,5 až 4 m chladicí plochy a spotřebovat 0,9 až 1,5 kWh energie pro cirkulaci chlazeného média. Dále je známo chlazení aparátů pomocí vzestupných a sestupných kanálků, které jsou umístěny na vnější straně pláště aparátů a ve většině případů nahrazují známé chlazení duplikátorem. Vzestupné a sestupné kanálky jsou spojeny s horním a dolním sběračem. Ha plášti aparátů jsou umístěny v určitých vzdálenostech, např, rovnající se třem průměrům půlválcových kanálků.

240 084

Nevýhody známého řešení vnitřního chlazení spočívají v tom, že registry jsou členité, čímž je jejich čištění nesnadné a stejně tak jejich údržba. Také pořizovací náklady na toto zařízení k chlazení jsou vysoké} jsou vyvolány nutností použít austenitickou ocel na chladicí registry, jejich držáky a na plášť fermentoru z důvodu korozního prostředí uvnitř fermentoru.

Nevýhody externího chlazení se projevují zejména v tom, že jejich provoz je nákládný z hlediska spotřebované energie a prostorové náročnosti pro umístění chladičů. Chlazení pomocí vzestupných a sestupných kanálků umístěných na vnější straně aparátů není u provozních fermentorů používáno, protože umožňuje chlazení pouze malou plochou rovnající se zakryté ploše pláště těmito kanálky. Také součinitel přestupu tepla při hladké ploše pláště u aparátů s míchadly nepřevyšuje hodnotu 800 Wm K . Použití tohoto typu chlazení není tedy u provozních fermentorů ekonomicky výhodné.

Nevýhody známých zařízení jsou odstraněny zařízením k chlazení fermentoru, podle vynálezu. Na vnější straně nosného válcového pláště je umístěn ve spodní části spodní sběrač chladicí vody se vstupními hrdly a výstupními hrdly a v horní části horní sběrač chladicí vody; nosný válcový plášť je opatřen vzestupnými vertikálními chladicími kanálky a sestupnými vertikálními chladicími kanálky.

Podstata vynálezu je v tom, že vzestupnými vertikálními chladicími kanálky a sestupnými vertikálními chladicími kanálky je zakryta nejméně 25 % část celkové vnitřní plochy nosného válcového pláště, vzestupné vertikální chladicí kanálky i sestupné vertikální chladicí kanálky jsou propojeny se spodním sběračem chladicí vody i s horním sběračem chladicí vody, přičemž takto vytvořená chladicí plocha je nejméně o 30 % větší, než činí plocha definovaná součinem délky vertikálního kanálku a vnitřního obvodu nosného válcového pláště.

i

- 3 240 064

Výhody řešení podle vynálezu se projeví v tom, že chladicí plocha tvořená vzestupnými a sestupnými vertikálními kanálky umístěnými uvnitř fermentoru, je o 150 % až 300 % větší než by byla v případě jejich umístění vně aparátu. Kanálky jsou z austenitického materiálu o tloušíce 2 mm až 3 mm. Tím se docílí, že část nosného pláště zakrytá kanálky, může být provedena z uhlíkatého materiálu. Hodnota součinite le přestupu tepla u intenzivně míchaných fermentorů se zvyšu je na hodnotu cca 1 200 až 1 700 Wm”² K“¹ v důsledku slabší stěny tvořené chladicími kanálky a v důsledku vyšší turbulence dané jejich členitým povrchem.

Příklad provedení zařízení k chlazení fermentoru je schematicky znázorněn na výkresech, kde na obr. 1 je nárys části provozního fermentoru se zařízením k chlazení, na obr. 2 je řez A-A, na obr. 3, 4 a 5 jsou příklady tvarů vzestupných a sestupných kanálků použitých k vnitřnímu chlazení.

Provozní fermentor· (obr. 1, obr. 2), jehož chlazení je řešeno, sestává z pláště 1, ze dna 2, na němž je umístěna míchací jednotka ^na<3· ⁿZž je cirkulační válec 4.

Na vnější straně pláště 1 je umístěn jednak ve spodní části spodní sběrač 2 chladicí vody, jednak v horní části horní sběrač £ chladicí vody. Jak spodní sběrač 2» tak horní sběrač 6, je rozdělen na sekce a chody přepážkami 2· Jednotlivé sekce jsou tvořeny jednotlivými chody. V tomto příkladě má fermentor vnější průměr 10 000 mm a jeho vnitřní chlazení je rozděleno do čtyř chladicích sekcí, kde jedna sekce je tvořena čtyřmi chody.

Spodní sběrač 2 je opatřen nejméně jedním vstupním hrdlem 8 chladicí vody a nejméně jedním výstupním hrdlem 2 oteplené chladicí vody.

- 4 240 064

Vnitřní plocha válcového pláště 1 je po celém obvodu opatřena vzestupnými chladicími vertikálními kanálky 10 a sestupnými chladicími vertikálními kanálky 11, které jsou z hlediska vytvoření shodné a jsou na své horním i na svém dolním konci uzavřeny krytem 12.

Vzestupné vertikální chladicí kanálky 10 i sestupné vertikální chladicí kanálky 11 jsou ve své horní části spojeny s horním sběračem 6 chladicí vody pomocí otvorů 13 vytvořených v plášti 1 a ve své spodní části se spodním sběračem 2 chladicí vody pomocí otvorů 13 vytvořených v plášti 1. Celková chladicí plocha vzestupných chladicích vertikálních kanálků 10 a sestupných chladicích vertikálních kanálků 11 je v optimálním případě o 150 až 300 % větší než je vnitřní plocha pláště 1, definovaná součinem délky vertikálního kanálku 10, 11 a vnitřního obvodu pláště 1.

Vzestupné vertikální chladicí kanálky 10 a sestupné vertikální chladicí kanálky 11 mohou být řešeny tak, že jsou z jednot livých elementů, které jsou mezi sebou svařeny a tímto svarem jsou zároveň přivařeny k' plášti provozního fermentoru. Zmíněné elementy mají například tvar rovnoramenného úhelníku (obr. 3),nebo mohou být tvořeny tvarovaným profilem rozevřeným k ploše pláště uzavřeným půlválcovým tvarem (obr. 4), nebo mohou být tvořeny lisovaným profilem rozevřeným k ploše pláště a uzavřeným plochým tvarem.

Vzestupné vertikální chladicí kanálky 10 a sestupné vertikální chladicí kanálky 11 mohou však také být vylisovány z jednoho plechu jako panel s více kanálky (není znázorněno). Panely lze s výhodou přivařit k plášti fermentoru pouze bodově a vertikální průběžné svary provést pouze na rozhraní jednotlivých chladicích sekcí.

Zařízení k chlazení provozního fermentoru podle vynálezu funguje tak, že chladicí voda vstupuje vstupními hrdly 8 do spod· ního sběrače 2t kde se rozděluje na čtyři proudy a otvory 13

- 5 240 064 v plášti 1 vstupuje do vzestupných vertikálních čhíádicích kanálků 10» proudí do horního sběrače 6, dále otvogfol3 · v plášti 1 vstupuje do sestupných vertikálních chladicích kanálků 11; oteplená chladicí voda odchází výstupními hrdly 9, spodního sběrače £ mimo fermentor.

Použití přichází v úvahu zejména v biochemickém průmyslu.

Claims (1)

1. Předmět vynálezu

   240 064

   Zařízení k chlazení fermentoru, který má na vnější straně nosného válcového pláště umístěn ve spodní části spodní sběrač chladicí vody opatřený vstupními hrdly a výstupními hrdly a v horní části horní sběrač chladicí vody a který je opatřen vzestupnými vertikálními chladicími kanálky a sestupnými vertikálními chladicími kanálky, vyznačené tím, že vzestupnými vertikálními chladicími kanálky (.10) a sqfcupnými vertikálními chladicími kanálky (11) je zakryta nejméně 25^% část celkové vnitřní plochy nosného válcového pláště (1), vzestupné vertikální chladicí kanálky (10) i sestupné vertikální chladicí kanálky (11) jsou propojeny se spodním sběračem (5) chladicí vody i s horním sběračem (6) chladicí vody, přičemž takto vytvořená chladicí plocha je nejméně o 30 % větší, než činí plocha definovaná součinem délky vertikálního kanálku (10, 11) a vnitřního obvodu nosného válcového pláště (1)·