CS258961B1

CS258961B1 - Equipment for mechanical defoaming in chemical and biochemical instruments

Info

Publication number: CS258961B1
Application number: CS858203A
Authority: CS
Inventors: Lubos Pesl; Oto Vitek; Jaroslav Jaromersky; Miroslav Khol; Nadezda Vavrickova
Original assignee: Lubos Pesl; Oto Vitek; Jaroslav Jaromersky; Miroslav Khol; Nadezda Vavrickova
Priority date: 1985-11-14
Filing date: 1985-11-14
Publication date: 1988-09-16
Also published as: CS820385A1

Abstract

Zařízení je založeno na použití odpěňovacího míchadla s převážně tangenciálním tokem. Vychází ze známého principu dělení plynné fáze od kapalné hydrocyklonovým efektem a řeší odvod uvolněného plynu. Je použito odvodného pojrubí, které vstupní stkanou shora alespoň zčásti překrývá odpěnovací míchadlo a výstupní stranou ústí nad hladinou náplně, popřípadě nad víkem aparátu do atmosféry. Zařízení bylo vyvinuto zejména pro^použití v mechanicky míchaných fermentačních reaktorech, pracujících se submerzní kultivací.The device is based on the use of defoamer predominantly tangential stirrers flow. It is based on the well-known principle of division gas phase from liquid hydrocyclone effect and solves the discharge of released gas. Yippee used drainage duct which input at least partially overlapping the defoamer agitator and exit mouth above the filling level, or above the lid apparatus into the atmosphere. The device has been developed especially for use in mechanically agitated fermentation reactors operating with submerged culture.

Description

Vynález se týká zařízení pro mechanické odpěňování v chemických a biochemických aparátech, založeného na použití odpěňovacího míchadla s převažujícím tangenciálním tokem_o Zařízení bylo vyvinuto především pro použití v mechanicky míchaných fermentačních reaktorech, pracujících se submerzní kultivací.The invention relates to a device for mechanical defoaming chemical and biochemical apparatus based on the use of defoaming stirrer with predominantly tangential flow _of equipment has been developed primarily for use in a mechanically agitated fermentation reactor operating with submerged culture.

Vysoká pěnivost fermentační zápary je nepříznivým průvodním jevem řady submerzních kultivací. Jejími důsledky jsou nízký stupeň využití objemu fermentačního reaktoru, vzhledem k tomu, že je třeba předcházet riziku přepěnění, a kromě toho i vytváření nepříznivých podmínek ve vrstvě pěny z hlediska potřeb kultury mikroorganizmů i z hlediska přívodu kyslíku. Obvyklým řemením tohoto problému je přísada odpěňujících látek. Tyto látky jsou však nákladné, a navíc nepříznivě ovlivňují přenos kyslíku.The high foaming of the fermentation broth is an adverse side effect of a number of submerged cultures. This results in a low degree of utilization of the volume of the fermentation reactor, since it is necessary to avoid the risk of foaming and, moreover, to create unfavorable conditions in the foam layer in terms of microorganism culture needs and oxygen supply. A common remedy for this problem is the addition of antifoams. However, these substances are expensive and, moreover, they adversely affect the transport of oxygen.

V poslední době byla vyvinuta řada mechanicky míchaných fermentačníeh reaktorů, u nichž se pro zlepšení homogenizace fermentaění zápary užívá otevřených cirkulačních válců, situovaných ve svislé ose reaktoru (čs. AO 136 438), přičemž ve spodní části cirkulačního válce je umístěno čerpadlo, případně míchadlo s čerpacím účinkem, obvykle axiální míchadlo. U těchto fermentorů se většinou využívá principu mechanického odpěňování, založeného na použití míchadla, které vytváří intenzívní tangenciální proudění a které je uloženo ve spodní části cirkulačního válce, nad axiálním míchadlem. Působením odpěňovacího míchadla, například míchadla v provedení podle čs. AO 236 069, dochází vlivem hydrocyklonového efektu k oddělování pevné fáze od kapalné.' Kapalná fáze je pak nasávána níže umístěným axiálním míchadlem, zatímco plynná fáze uniká středem cirkulačního válce nad hladinu suspenze.Recently, a number of mechanically stirred fermentation reactors have been developed, in which open circulation cylinders located in the vertical axis of the reactor are used to improve the homogenization of the mash fermentation. pumping effect, usually an axial stirrer. In these fermenters, the principle of mechanical antifoaming, based on the use of a stirrer which produces an intense tangential flow and which is located in the lower part of the circulation cylinder above the axial stirrer, is mostly used. By the action of an antifoam agitator, for example the agitator in the embodiment of Art. AO 236 069, a solid-liquid separation occurs due to the hydrocyclone effect. The liquid phase is then sucked through a downstream axial stirrer while the gas phase escapes above the suspension level through the center of the circulation cylinder.

U provozních aparátů však suspenze natékající do cirkulač258 961 ního válce obvykle vyplňuje celý průtočný průřez válce, a vytváří tak překážku proti volnému uniku uvolněného odpadního plynu·. Důsledkem toho je hromadění plynu v oblasti míchadel, ¹ tudíž snížení průtočného průřezu a cirkulační kapacity axiálního míchadla. Plyn je znovu strháván proudem kapaliny, takže dochází k poklesu odpěňovacího učinku a k recirkulaci plynu se sníženou koncentrací kyslíku.However, in operating apparatus, the slurry flowing into the circulation cylinder usually fills the entire flow cross section of the cylinder, thereby creating a barrier to the free leakage of the released waste gas. The result is the accumulation of gas in the impellers ¹ thus reducing the flow cross section, and the circulation capacity of the axial impeller. The gas is entrained again by the liquid stream, so that the anti-foaming agent decreases and the gas with reduced oxygen concentration is recirculated.

Tento nedostatek je odstraněn u zařízeni pro mechanické odpěňování v chemických a biochemických aparátech, zejména mechanicky míchaných fermentorech podle vynálezu. Podstata zařízení, které je založeno na použití odpěňovacího míchadla s převážně tangenciálním tokem, spočívá v tom, že nad odpěňovacím míchadlem je umístěno odvodné potrubí pro plyn, které je horním koncem vyvedeno nad hladinu náplně aparátu a spodním koncem je otevřeno do prostoru odpěňovacího míchadla.This drawback is eliminated in mechanical antifoam devices in chemical and biochemical apparatuses, in particular mechanically stirred fermenters according to the invention. The essence of the apparatus, which is based on the use of a predominantly tangential flow antifoam mixer, is that the antifreeze agitator is provided with a gas outlet pipe which is discharged through the upper end of the apparatus filling level and the lower end is opened into the antifoam mixer.

Působením odpěňovacího míchadla se vytváří tangenciální cirkulace, provázená oddělováním kapalné a plynné fáze. Kapalná fáze přitom proudí ve směru od vstupního průřezu odvodného potrubí, plynná fáze je vytlačována opačným směrem. Pro usnadnění nerušeného odvodu plynné fáze je vhodné spodní, vstupní část odvodného potrubí upravit tak, že buá alespoň zčásti obklopuje odpěňovací míchadlo a sleduje jeho vnější obry$ anebo zasa-r huje do vnitřního prostoru míchadle a sleduje alespoň zčásti jeho vnitřní obrys. První z obou alternativních provedení je možno realizovat haupříklad formou nástavce ve tvaru komolého kužele, připevněného ke spodní, vstupní části odvodného potrubí. Rozměry nástavce se přitom volí tak, aby jeho nějvětší průměr byl stejný nebo menší než největší průměr odpěňovacího míchadla. Druhé z alternativních řešení pracuje na stejném principu, jeho použití je však vhodné zejména u menších aparátů, kdy se průměr odvodného potrubí obvykle volí shodný s vnitřním průměrem odpěňovacího míchadla.The action of the antifoam stirrer generates tangential circulation, accompanied by separation of the liquid and gaseous phases. The liquid phase flows in the direction of the inlet cross-section of the drain pipe, the gas phase being pushed in the opposite direction. To facilitate unhindered gaseous phase evacuation, the bottom, inlet portion of the drain line should be adapted to either at least partially surround the antifoam agitator and follow its outer contours or extend into the interior of the agitator and at least partially follow its internal contour. The first of the two alternative embodiments can be realized, for example, in the form of a truncated cone extension attached to the lower inlet of the drain pipe. The dimensions of the attachment are selected so that its largest diameter is equal to or smaller than the largest diameter of the antifoam agitator. The second alternative works on the same principle, but its use is particularly suitable for smaller apparatuses, where the diameter of the drain pipe is usually chosen to be the same as the internal diameter of the antifoam agitator.

Při aplikaci vynálezu v mechanicky míchaných fermentorech je zejména vhodné provedení, při němž je odvodné potrubí umis- 3 ~In the application of the invention in mechanically agitated fermenters, it is particularly advantageous to have the drainage pipe

258 961 těno ve svislé ose cirkulačního válce, přičemž spodním koncem překrývá alespoň část povrchu odpěňovacího michadla situovaného ve spodní části cirkulačního válce.258 961 the body in the vertical axis of the circulation cylinder, with the lower end covering at least a portion of the surface of the antifoam agitator situated in the lower part of the circulation cylinder.

Příkladné provedení odpěňovacího zařízení podle vynálezu je dále schematicky znázorněno na připojeném výkresy, kde obr. 1 představuje svislý řez nádobou fermentačního reaktoru, obr. 2 v detailu, ve svislém řezu jedno z možných provedení vstupní části odvodného potrubí a obr. 3 opět v detailu a ve svislém řezu další možné provedení vstupní části odvodného potrubí.An exemplary embodiment of an antifoam device according to the invention is further illustrated schematically in the accompanying drawings, in which Fig. 1 is a vertical section through a fermentation reactor vessel, Fig. 2 in detail, in vertical section one of possible embodiments of the inlet section of the drain line; in vertical section, another possible embodiment of the inlet part of the drain pipe.

V uspořádání znázorněném na obr. 1 je ve svislé ose nádoby 1 fermentačního reaktoru umístěno míchací ustrojí, tvořené třemi míchadly i radiálním míchadlem axiálním míchadlem 4 a tangenciálním míchadlem 2» Michadla jsou upevněna na společném hřídeli 6. Radiální michadlo J disperguje vzduch přiváděný distributorem 2. Prostor mezi radiálním míchadlem J a axiálním míchadlem 4 je rozdělen statickým mezikružím J, které brání zkratovému toku plynné fáze do oblasti axiálního míchadla 4. Axiální michadlo 4 zabezpečuje cirkulaci vsádky. Nasává směs ve spodní, zúžené části cirkulačního válce 8 a vytlačuje ji do prostoru mimo něj. Tangenciální michadlo 2 vytváří intenzívní tangenciální tok v prostoru nad zúženou částí cirkulačního válce 8_;a tím způsobuje oddělování plynné fáze od kapalné.In the arrangement shown in FIG. 1, in the vertical axis of the fermentation reactor vessel 1, there is a mixing device consisting of three agitators and a radial agitator axial agitator 4 and a tangential agitator 2. The agitators are mounted on a common shaft 6. The space between the radial agitator J and the axial agitator 4 is divided by a static annulus J, which prevents the short-circuit flow of the gas phase into the region of the axial agitator 4. The axial agitator 4 ensures circulation of the batch. It sucks the mixture in the lower, narrowed part of the circulation cylinder 8 and pushes it into the space outside it. The tangential agitator 2 produces an intense tangential flow in the space above the tapered portion of the circulation cylinder 8 _; thereby causing separation of the gas phase from the liquid phase.

Ve svislé ose cirkulačního válce 8 a současně i v ose rotace míchacího ústrojí je umístěno potrubí 2 pro odvod plynu, shromažďujícího se v oblasti tangenciálního michadla 2» Odvodné potrubí 2 j^{e na} spodním, vstupním konci opatřeno nástavcem 10 , který překrývá prostor nad odpěňovacím tangenciálním míchadlem 2· Provedení nástavce 10 je dobře patrno z detailního znázornění na obr. 2. Sklon povrchové přímky nástavce ve znázorněném provedení je totožný se sklonem přilehlé hrany lopatky tangenciálního michadla 2». takže nástavec 10 kopíruje vnější povrch prostoru vymezeného rotací tangenciálního michadla 2* Aby nástavecIn the vertical axis of the circulation cylinder 8 and at the same time in the axis of rotation of the agitator, there is a gas evacuation conduit 2 gathering in the region of the tangential agitator 2 The evacuation conduit 2 is provided ^{at its} lower inlet end with an extension 10 2. The inclination of the surface line of the extension in the embodiment shown is identical to the inclination of the adjacent edge of the tangential agitator blade 2 '. so that the extension 10 follows the outer surface of the space defined by the rotation of the tangential agitator 2 * to the extension

258 961 neomezoval tangenciální cirkulaci kapaliny, je účelné volit jeho rozměry talc, aby největší průměr nástavce 10 nepřekročil velikost největšího průměru odpěňovacího, tangenciálního míchadla 2·258 961 does not limit the tangential circulation of the liquid, it is advisable to select its dimensions talc so that the largest diameter of the extension 10 does not exceed the size of the largest diameter of the antifoam, tangential agitator 2 ·

Na obr., 3 je znázorněno alternativní provedení vstupní strany odvodného potrubí při němž odvodně potrubí 2 spodním koncem zasahuje dovnitř: prostoru vymezeného rotací tangenciálního míchadla 2· Lopatky tangenciálního míchadla 2 ^v tomto uspořádání obklopují vstupní průřez odvodného potrubí 2 °FIG. 3 shows an alternative embodiment the inlet side of the exhaust pipe in which the outlet pipe 2 extends inside the lower end: the space defined by the tangential rotation of the propeller 2 · Shoulders tangential impeller 2 ⁱⁿ the arrangement surrounds the inlet cross section of the exhaust pipe 2 °

Odvodně potrubí i je v provedení znázorněném na obr. 1 vyvedeno horním koncem nad hladinu vsádky v nádobě 1 fermentoru, prochází víkem nádoby 1 a nad ním je výstupní stranou otevřeno do atmosféry» V případech, kdy dochází k únosu kapalné fáze, je však vhodné vyústění pod víkem aparátu.The drainage pipe 1 in the embodiment shown in FIG. 1 is led through the upper end above the level of the charge in the fermenter vessel 1, passes through the lid of the vessel 1 and above it is open to the atmosphere above it. under the lid of the apparatus.

V zásadě se dimenzování odvodného potrubí 9 řeší podle zásad platných pro potrubní systémy sloužící k dopravě plynů» Je však účelné dimenzování potrubí 2 P^ro požadovaný průtok plynu provést tak, aby rychlost proudění plynu nepřesahovala hodnotu 8 oř 10 m/s» Při vyšších rychlostech dochází vzhledem k nízké tlakové diferenci k poklesu účinnosti celého systému odpěňování a k poklesu v odvodu plynu»In principle, the dimensioning of the exhaust pipe 9 solved according to the principles applicable to piping systems used to transport gases »Appropriately dimensioning the pipe 2 P ^ro desired gas flow made such that the gas velocity does not exceed the value of 8 or 10 m / sec» At higher speeds there due to the low pressure differential, the efficiency of the entire antifoam system decreases and the gas outflow decreases »

Odvodně potrubí 2 může být v horní části doplněno o regulační ventil 11, kterým je možno regulovat odvod plynu a tím i velikost zádrže plynné fáze ve směsi a stupeň využití kyslíku ve vzduchu pro aeraci, popřípadě i příkon soustavy míchadel.The drain pipe 2 can be supplemented with a regulating valve 11 in the upper part by means of which it is possible to regulate the gas evacuation and thus the size of the gas phase in the mixture and the degree of oxygen utilization in the air for aeration or power of the agitator system.

Využití odpěňovacího zařízení v provedení podle vynálezu není ovšem omezeno jen na oblast feririentorů. Obecně může být aplikováno ve všech chemických zařízeních, ve kterých se provádí mechanická likvidace pěny»However, the use of the antifoaming device in the embodiment of the invention is not limited to the field of ferritors. Generally, it can be applied in all chemical facilities where mechanical foam disposal is performed »

Claims

The invention

258 961

Device for mechanical antifoam in chemical and biochemical apparatuses, in particular in mechanically stirred fermenters, based on the use of a predominantly tangential flow antifoam, characterized in that above the antifoam agitator (5) there is a drain line (9) for gas which it is led by the upper end above the level of the filling of the apparatus and the lower end is opened to the space of the antifoam agitator (5) °

Device according to claim 1, characterized in that the lower end of the drain pipe (9) is provided with an extension (10) which at least partially surrounds the antifoam agitator (5) and follows its outer contour, the largest diameter of the extension (10) being equal or smaller than the largest diameter of anti-foam mixer (5) »

Device according to claim 1, characterized in that the lower end of the drain line (9) extends into the interior of the antifoam agitator (5) and follows its inner contour #

4. The regulation according to claim 1, characterized in that a control valve (11) is provided in the upper part of the drain pipe (9).

Apparatus according to Claims 1 to 4, characterized in that the drain line (9) is located in the vertical axis of the circulation cylinder (8), with the lower end covering at least a portion of the surface of the antifoam agitator (5) situated in the lower part of the circulation cylinder (8).