CS240064B1

CS240064B1 - Fermentor cooling device

Info

Publication number: CS240064B1
Application number: CS844119A
Authority: CS
Inventors: Jaroslav Jaromersky; Miroslav Khol; Zdenek Beran; Karel Pencik; Karel Michal; Jaroslav Stanek; Pavel Vasak
Original assignee: Jaroslav Jaromersky; Miroslav Khol; Zdenek Beran; Karel Pencik; Karel Michal; Jaroslav Stanek; Pavel Vasak
Priority date: 1984-06-01
Filing date: 1984-06-01
Publication date: 1986-02-13
Also published as: CS411984A1

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.The invention solves the cooling of the fermenter as internal but uses ascending vertical ones cooling channels and descending vertical cooling channels covered at least 25% of the total internal portion the surface of the cylindrical shell. Cooling the area is at least 30% larger than it does the area defined by the product of the vertical channel and inner perimeter of the carrier cylindrical shell. In particular, the application is biochemical industry where I do biochemical fermentation processes, resulting in the product is protein.

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»The invention relates to a fermenter cooling device. Biochemical fermentation processes are carried out in the biochemical industry, resulting in proteins. Operational fermenters with a total volume of 50 nP or more are used. The resulting heat of reaction must be removed from the fermenter by suitable cooling. Mostly, the fermenters are equipped with a stirrer or. system of agitators, which ensure liquid circulation »

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.Cooling of process fermenters is known by known means, for example as internal cooling, usually by means of a set of registers inside the fermenter. These are vertical tubes whose upper and lower ends are connected by collectors. The registers form a rectangular wall and are distributed symmetrically around the periphery of the fermenter, with the axis of the registers usually pointing to the center of the fermenter. Cooling water flows through the tubes of the registers, taking away the heat of reaction generated during the fermentation process. Depending on the type of fermenter and the type of technological process, it is necessary to install 3 to 4.5 m of cooling surface per 1 nr of the fermentor fill volume.

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.External cooling of fermenters is also known, which is usually solved by a set of plate coolers and circulation pumps. Depending on the type of fermenter, the type of process and the type of plate heat exchanger, it is necessary to install 2.5 to 4 m of cooling surface per 1 m ^ of fermenter charge volume and to consume 0.9 to 1.5 kWh of energy to circulate the cooled medium. Further, it is known to cool the apparatuses by means of ascending and descending channels which are located on the outside of the apparatus jacket and in most cases replace the known cooling by a duplicator. The ascending and descending channels are connected to the upper and lower header. The housings of the apparatuses are located at certain distances, e.g., equal to three diameters of the half-cylinder channels.

240 084240 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.The disadvantages of the known internal cooling solution are that the registers are rugged, which makes their cleaning difficult as well as their maintenance. Also, the cost of this cooling device is high due to the need to use austenitic steel on the cooling registers, their holders, and the fermenter shell because of the corrosive environment inside the fermenter.

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.The disadvantages of external cooling are manifested mainly in the fact that their operation is costly in terms of energy consumption and space requirements for the location of coolers. Cooling by the upward and downward channels located on the outside of the apparatuses is not used in process fermenters, since it allows cooling by only a small area equal to the covered area of the jacket by these channels. Also, the heat transfer coefficient of the smooth jacket area of the stirrer apparatus does not exceed 800 Wm K. The use of this type of cooling is therefore not economically advantageous in process fermenters.

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.The disadvantages of the known devices are overcome by the fermenter cooling device according to the invention. On the outside of the cylindrical shell there is a lower cooling water collector with inlet and outlet ports at the bottom and an upper cooling water collector in the upper part; the supporting cylindrical shell is provided with ascending vertical cooling channels and descending vertical cooling channels.

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.The principle of the invention is that at least 25% of the total inner surface of the cylindrical shell is covered by the ascending vertical cooling channels and the downward vertical cooling channels, the ascending vertical cooling channels and the downward vertical cooling channels are connected to the lower cooling water collector and the upper cooling water collector. wherein the cooling surface thus formed is at least 30% larger than the area defined by the product of the length of the vertical channel and the inner circumference of the support cylinder.

iand

- 3 240 064- 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.The advantages of the solution according to the invention result in the fact that the cooling surface formed by the upward and downward vertical channels located inside the fermenter is 150% to 300% larger than it would be if it were placed outside the apparatus. The channels are made of austenitic material with a thickness of 2 mm to 3 mm. In this way, it is achieved that the part of the bearing sheath covered by the channels can be made of carbonaceous material. The heat transfer coefficient of intensively stirred fermenters with the remainder is about 1200 to 1700 Wm ² K ^-1 due to the weaker wall formed by the cooling channels and due to the higher turbulence due to their rugged surface.

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.An exemplary embodiment of a fermenter cooling apparatus is shown schematically in the drawings, wherein FIG. 1 is a front elevation of a portion of an operational fermenter with a cooling apparatus; FIG. 2 is a section AA; FIGS. used for internal cooling.

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.The operating fermenter (Fig. 1, Fig. 2), the cooling of which is provided, consists of a jacket 1, a bottom 2, on which the mixing unit is located ^{at <3} · ² Z, the circulation cylinder 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.On the outside of the casing 1, a lower cooling water collector 2 is arranged in the lower part and an upper cooling water collector 4 in the upper part. Both the lower collector 2 »and the upper collector 6 are divided into sections and travels by the baffles 2. In this example, the fermenter has an outer diameter of 10,000 mm and its internal cooling is divided into four cooling sections, one section consisting of four runs.

Spodní sběrač 2 je opatřen nejméně jedním vstupním hrdlem 8 chladicí vody a nejméně jedním výstupním hrdlem 2 oteplené chladicí vody.The lower header 2 is provided with at least one cooling water inlet 8 and at least one warming cooling water outlet 2.

- 4 240 064- 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.The inner surface of the cylindrical casing 1 is provided with upwardly cooling vertical channels 10 and downwardly cooling vertical channels 11 which are identical in design and are closed at their upper and lower ends by a cover 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.The upward vertical cooling ducts 10 and downward vertical cooling ducts 11 are connected in their upper part to the upper cooling water collector 6 by means of holes 13 formed in the housing 1 and in their lower part to the lower cooling water collector 2 by means of holes 13 formed in the housing 1. the cooling surface of the upward cooling vertical ducts 10 and the downward cooling vertical ducts 11 is optimally 150 to 300% larger than the inner surface of the housing 1, defined by the product of the length of the vertical duct 10, 11 and the inner circumference of the housing 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.The upward vertical cooling ducts 10 and downward vertical cooling ducts 11 may be designed such that they are made of individual elements that are welded together and are welded to the jacket of the process fermenter. Said elements are, for example, an isosceles angle (FIG. 3), or may be formed by a shaped profile open to the housing surface closed by a half-cylindrical shape (FIG. 4), or may be formed by a pressed profile open to the housing surface and closed flat shape.

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.However, the upward vertical cooling ducts 10 and downward vertical cooling ducts 11 may also be molded from a single sheet as a multi-channel panel (not shown). Advantageously, the panels can be welded to the fermenter shell only by spot and vertical continuous welds can only be performed at the interface of the individual cooling sections.

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 13The plant for cooling the process fermenter according to the invention operates in such a way that the cooling water enters through the inlet orifices 8 into the lower collector 2t where it is divided into four streams and openings 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.5 240 064 in the housing 1 enters the upward vertical viewing channels 10 ' flows into the upper collector 6, and further, in the housing 1, enters the downward vertical cooling channels 11; the heated cooling water exits through the outlet orifices 9 of the lower header 6 outside the fermenter.

Použití přichází v úvahu zejména v biochemickém průmyslu.The use is particularly suitable in the biochemical industry.

Claims

Object of the invention

240 064

Apparatus for cooling a fermenter having an external cooling water collector provided at the lower part of the supporting cylindrical shell, with inlet and outlet ports at the bottom and an upper cooling water collector at the top and having ascending vertical cooling channels and descending vertical cooling channels, in that at least 25% of the total inner surface of the cylindrical shell (1), the upward vertical cooling channels (10) and the downward vertical cooling channels (11) are covered by the upward vertical cooling ducts (10) and the upstream vertical cooling ducts (11). are connected to the lower cooling water collector (5) and the upper cooling water collector (6), the cooling surface thus formed being at least 30% larger than the area defined by the product of the length of the vertical channel (10, 11) his coat (1) ·