CZ287638B6

CZ287638B6 - Trubkový svazek v nádobě, opatřený podpěrným zařízením

Info

Publication number: CZ287638B6
Application number: CS19887344A
Authority: CZ
Inventors: Harold Ray Hunt
Original assignee: Phillips Petroleum Company
Priority date: 1987-11-09
Filing date: 1988-11-08
Publication date: 2001-01-17
Also published as: JP2682676B2; ATE86381T1; JPH01159592A; DK622388D0; DK170239B1; US4871016A; HUT51758A; NO170602C; AU2436488A; NO884997L; DD297871A5; SK280794B6; CZ734488A3; EP0315928A2; CA1290632C; NO884997D0; EP0315928A3; HU210597B; RU2065555C1; AU593430B2

Abstract

Trubky (10) trubkového svazku (20) zařízení na výměnu tepla, kterým protéká napříč teplosměnné médium, jsou podepřeny tyčemi (34, 38), svírajícími přesně stanovený ostrý úhel se směrem proudění uvedeného teplosměnného média. Trubkové svazky (20), podepřené tyčemi (34, 38), jsou umístěny v promíchávané nádobě, ve které dochází k výměně tepla mezi trubkovými svazky (20) a tekutinou nacházející se v nádobě. Promíchávanou nádobou je zejména fermentor pro kultivaci bakterií nebo kvasinek.ŕ

Description

Oblast techniky

Vynález se týká trubkového svazku v nádobě, opatřeného podpěrným zařízením, provedeného s rovnoběžnými trubkami, které jej tvoří, a majícího podélnou osu, přičemž trubky jsou uspořádány v rovnoběžných trubkových řadách s pravidelnými přímými průchody, které procházejí trubkovým svazkem ve směru napříč k trubkovým řadám, s prvním pásem obklopujícím vnější trubky trubkového svazku, s první soustavou tyčí připevněnou k prvnímu pásu a procházející první soustavou průchodů, kde každá tyč první soustavy má dostatečný průměr pro styk s trubkami tvořícími hranice každého průchodu první soustavy průchodů a každá trubka trubkového svazkuje ve styku nejméně s jednou tyčí první tyčové soustavy, se druhým pásem uspořádaným axiálně v odstupu od prvního pásu vzhledem k podélné ose trubkového svazku, přičemž druhý pás obklopuje vnější trubky trubkového svazku, s druhou soustavou tyčí připevněnou k druhému pásu a procházející druhou soustavou průchodů, kde každá tyč druhé soustavy má dostatečný průměr pro styk s trubkami tvořícími hranice každého průchodu druhé soustavy průchodů a každá trubka trubkového svazku je ve styku s nejméně jednou tyčí druhé tyčové soustavy, a se třetí soustavou průchodů a čtvrtou soustavou průchodů v trubkovém svazku.

Dosavadní stav techniky

Pro četné reakce chemické přeměny je zapotřebí výměny tepla, a to buď k odvádění reakčního tepla, nebo k dodávání tepla nezbytného pro chemickou přeměnu. Nejúčinnějším ústrojím, které má velkou teplosměnnou plochu, na kterou působí reakční médium, jsou trubkové svazky, to znamená svazky rovnoběžných trubek. Problémem, který je spojen s trubkovými svazky, je vhodný nosič pro jednotlivé trubky, který by zajišťoval konstrukční celistvost trubkového svazku při silných míchacích a vibračních silách a při tepelném namáhání. Takové síly působí obzvlášť škodlivě na jednotlivé trubky trubkového svazku tehdy, když tekutina proudící přes teplosměnné plochy je vedena kolmo k délce trubek. Existuje proto potřeba vytvořit vhodné ústrojí k podepření jednotlivých trubek trubkového svazku, na který působí při provozu silné namáhání, například v promíchávané nádobě.

Úkolem vynálezu proto je vytvořit trubkový svazek s účinným podpěrným zařízením pro podepření jednotlivých trubek ve svazku rovnoběžných trubek.

Dalším úkolem vynálezu je vytvořit promíchávanou nádobu opatřenou velmi účinným ústrojím pro výměnu tepla.

Podstata vynálezu

Uvedené úkoly splňuje trubkový svazek v nádobě, opatřený podpěrným zařízením, provedený s rovnoběžnými trubkami, které jej tvoří, a mající podélnou osu, přičemž trubky jsou uspořádány v rovnoběžných trubkových řadách s pravidelnými přímými průchody, které procházejí trubkovým svazkem ve směru napříč k trubkovým řadám, s prvním pásem obklopujícím vnější trubky trubkového svazku, s první soustavou tyčí připevněnou k prvnímu pásu a procházející první soustavou průchodů, kde každá tyč první soustavy má dostatečný průměr pro styk s trubkami tvořícími hranice každého průchodu první soustavy průchodů a každá trubka trubkového svazkuje ve styku nejméně sjednou tyčí první tyčové soustavy, se druhým pásem uspořádaným axiálně v odstupu od prvního pásu vzhledem k podélné ose trubkového svazku, přičemž druhý pás obklopuje vnější trubky trubkového svazku, s druhou soustavou tyčí připevněnou k druhému pásu a procházející druhou soustavou průchodů, kde každá tyč druhé soustavy

-1 CZ 287638 B6 má dostatečný průměr pro styk s trubkami tvořícími hranice každého průchodu druhé soustavy průchodů a každá trubka trubkového svazku je ve styku s nejméně jednou tyčí druhé tyčové soustavy, a se třetí soustavou průchodů a čtvrtou soustavou průchodů v trubkovém svazku, podle vynálezu, jehož podstatou je, že první soustava průchodů prochází trubkovým svazkem pod 5 úhlem +Θ1 vzhledem ke směru trubkových řad a druhá soustava průchodů prochází trubkovým svazkem pod úhlem -Θ1 vzhledem ke směru trubkových řad, přičemž hodnota úhlu Θ1 leží v rozmezí 10° až 60°, třetí soustava průchodů prochází trubkovým svazkem pod úhlem +Θ2 vzhledem ke směru trubkových řad a čtvrtá soustava průchodů prochází trubkovým svazkem pod úhlem -Θ2 vzhledem ke směru trubkových řad, přičemž hodnota úhlu Θ2 leží v rozmezí 40° až 10 80° a úhel Θ2 je větší než úhel Θ1, přičemž s tím, že třetí soustava průchodů a čtvrtá soustava průchodů je prostá trubek.

Podle výhodného provedení vzdálenost mezi dvěma trubkami sousedních trubkových řad, měřená mezi jejich středovými osami, představuje alespoň dvojnásobek průměru těchto trubek.

Podle dalšího výhodného provedení je vzájemná vzdálenost sousedních trubkových řad v rozmezí dvojnásobku až čtyřnásobku průměru těchto trubek, přičemž vzájemná vzdálenost sousedních trubek v trubkové řadě je v rozmezí l,5násobku až 2,5násobku průměru těchto trubek, měřeno mezi jejich středovými osami, a vzdálenost mezi trubkovými řadami je větší než vzdálenost mezi 20 sousedními trubkami téže trubkové řady.

Trubky jsou s výhodou vůči sobě uspořádány v trojúhelníkovém rozestupu.

Podle dalšího výhodného provedení je trubkový svazek obklopen nádobou, jejíž podélná osa je 25 rovnoběžná s podélnou osou trubkového svazku a leží od něj s odstupem, přičemž trubkový svazek je umístěn v nádobě mezi její podélnou osou a vnitřní stěnou.

Nádoba má s výhodou obecně válcovou vnitřní plochu, trubkové řady jsou umístěny na tětivách procházejících přes vnitřní plochu nádoby a vnitřní průměr nádoby je nejméně 2,5násobkem 30 délky trubkových řad.

Vnitřní průměr nádoby leží s výhodou v rozmezí 2,5násobku až 5násobku délky trubkových řad, přičemž trubkový svazek dále obsahuje soustavu trubkových svazků, umístěných obvodově kolem vnitřní stěny nádoby, a míchadlo, umístěné v ose nádoby k vyvolávání příčného proudění 35 kapaliny soustavou trubkových svazků.

Trubkový svazek dále s výhodou obsahuje první prut, který vyčnívá z trubkového svazku napříč vzhledem k trubkovým řadám a spojuje první pás válcovou vnitřní plochou nádoby, a druhý prut, vycházející od trubkového svazku napříč vzhledem k trubkovým řadám a spojující druhý 40 pás s válcovou vnitřní plochou nádoby.

První pás je s výhodou spojen s druhým pásem soustavou vzpěr, které jsou uspořádány na rotační dráze kolem části trubkového svazku.

Každá trubková řada je s výhodou spojena se vstupní sběrnou trubkou a s výstupní sběrnou trubkou.

Podle ještě dalšího výhodného provedení obsahuje každý trubkový svazek tři až deset trubkových řad.

Každý trubkový svazek je vytvořen asi ze dvou až dvaceti trubkových řad, přičemž trubky sousedních řad jsou vzájemně přesazeny tak, že leží ve vrcholech trojúhelníku. Jednotlivé trubky v každé řadě jsou radiálně podepřeny pomocí dvojice tyčových mezistěn, z nichž každá obsahuje dostatečné množství tyčí, aby každá trubka trubkového svazku byla podepřena každou tyčovou 55 mezistěnou na dvou stranách, takže dvojice tyčových mezistěn podpírají všechny čtyři strany

-2CZ 287638 B6 každé trubky, čímž je každá trubka trubkového svazku podepřena v radiálním směru. Otevřená soustava tyčí vytváří podpěru pro trubky, aniž by příliš ovlivňovala proudění tekutiny. V důsledku silného příčného proudění, procházejícího trubkovým svazkem, není úbytek tlaku vyvolaný umístěním tyčí do každého průchodu v trubkovém svazku tak velký, jako kdyby proudění bylo v podstatě podélné po rovnoběžných stranách trubek. Přídavné tyče, umístěné v každé mezistěně, zajišťují radiální podepření trubek při menším počtu mezistěn, než kdyby každá mezistěna obsahovala značně menší počet tyčí, než jaké lze uložit do svazku v místě mezistěny.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude vysvětlen v souvislosti s výkresy, kde obr. 1 znázorňuje podélný řez trubkovým svazkem, který má některé znaky vynálezu; obr. 2 a 3 příčné řezy zařízením z obr. 1 vedené rovinami 2-2 a 3-3; obr. 4 podélný řez částí trubkového svazku, patrný z obr. 1, vedený rovinou 4-4; obr. 5 axonometrický pohled na část podpěrného zařízení z obr. 1; a obr. 6 reakční nádobu v částečném podélném řezu a s vynechanými částmi, znázorňující určité znaky vynálezu podle obzvláště výhodného provedení.

Příklady provedení vynálezu

Obr. 1 znázorňuje soustavu rovnoběžných trubek .10, které tvoří trubkový svazek 20, jehož podélná osa je rovnoběžná s trubkami 10. Jak ukazuje obr. 2 a 3, jsou trubky 10 uspořádány do většího počtu rovnoběžných trubkových řad 22. Trubkovým svazkem 20 procházejí napříč k ose trubkových řad 22 pravidelné rovné průchody 24, 26, 28, 30. Trubky 10 jsou uspořádány tak, že mezi nimi vzniká první soustava průchodů 28, které svírají s podélným směrem trubkových řad 22 úhel +Θ1, a druhá soustava průchodů 30, které svírají s podélným směrem trubkových řad 22 úhel -Θ1. Mimoto prochází mezi trubkami 10 trubkového svazku 20 třetí soustava průchodů 26, které svírají s trubkovými řadami 22 úhel +Θ2, a čtvrtá soustava průchodů 24, které procházejí trubkovým svazkem 20 úhlem -Θ2 vzhledem ke směru trubkových řad 22. Úhel Θ1 leží v rozmezí asi od 10° do 60°, úhel Θ2 leží v rozmezí přibližně 40° až 80°, přičemž úhel Θ2 je větší než úhel Θ1.

Podle jednoho provedení vynálezu jsou trubky 10 trubkového svazku 20 podepřeny tyčovými mezistěnami, které jsou vytvořeny pásem nebo prstencem a větším počtem tyčí připevněných k tomuto pásu. Podle obr. 2 obepíná první pás 32 vnější trubky 10 trubkového svazku 20. K prvnímu pásu 32 je připevněna první soustava tyčí 34, které procházejí první soustavou průchodů 28. Tyče 34 této první soustavy mají tak velký průměr, aby se dotýkaly trubek IQ které tvoří hranice průchodů 28 první soustavy, přičemž každé trubky 10 trubkového svazku 20 se dotýká alespoň jedna tyč 34 první tyčové soustavy. Podle obr. 3 leží druhý pás 36 s mezerou v podélném směru od prvního pásu 32 a obklopuje rovněž vnější trubky 10 trubkového svazku 20. Ke kterému pásu 36 je připevněna druhá soustava tyčí 38, které procházejí druhou soustavou průchodů 30. Každá tyč 38 druhé tyčové soustavy má rovněž tak velký průměr, aby se dotýkala trubek 10 tvořících hranice průchodu 30 druhé soustavy. Každé trubky 10 trubkového svazku 20 se dotýká nejméně jedna tyč 38 druhé tyčové soustavy.

Podle vynálezu je výhodné, aby v trubkovém svazku 20 nebyly v třetí soustavě průchodů 24 ani ve čtvrté soustavě průchodů 26 žádné tyče 34, 38. Tím, že trubkovým svazkem 20 procházejí vzájemně se podporující tyče 34, 38, jež spolu svírají úhel ležící v blízkosti hodnoty 90°, se konstrukční pevnost trubkového svazku 20 podstatně zlepší. Je proto účelné, aby se hodnota úhlu mezi první soustavou průchodů 28 a druhou soustavou průchodů 30, v nichž jsou tyče 34, 38 uloženy, pohybovala v rozmezí asi od 60° do asi 120°.

Vzdálenost mezi trubkami 10 lze popsat v souvislosti s vnějším průměrem D trubek JO trubkového svazku 20. Obecně jsou trubkové řady 22 od sebe oddáleny o vzdálenost nejméně

-3CZ 287638 B6

2D, měřeno od středu ke středu trubek JO. Zpravidla je vzdálenost mezi trubkovými řadami v rozmezí od 2D do 4D. Sousední trubky 10 v jedné trubkové řádě 22 mají zpravidla vzdálenost v rozmezí od 1,5D do 2,5D, měřeno od středu ke středu trubky JO. Vzdálenost mezi trubkovými řadami 22 je obecně větší než vzdálenost mezi sousedními trubkami 10 téže trubkové řady 22. V trubkovém svazku 20 podle vynálezu je dále účelné, aby trubky 10 byly rozestaveny do trojúhelníkového rozestupu, takže tekutina proudící trubkovým svazkem 20 napříč má snahu téci přes trubky 10 na místo jejího protékání skrze průchody 24, 26, 28, 30, což by mělo za následek málo účinnou výměnu tepla.

Podle obr. 1 je každá trubková řada 22 připojena ke vstupní sběrné trubce 3 a výstupní sběrné trubce 7. Vstupní sběrná trubka 3 může být umístěna pod opačným koncem trubkových řad 22 než výstupní sběrná trubka 7, například s ohledem na větší místo pod trubkovými svazky 2Q Napájecí trubka 1 prochází boční stěnou 40 nádoby a přivádí tekutinu do vstupní sběrné trubky 3. Boční stěnou 40 prochází odváděči trubka 11, kterou se odvádí tekutina z výstupní sběrné trubky 7 ven z nádoby. Vstupní sběrná trubka 3 je spojena stoupacími trubkami 42 s dělenou rozváděči trubkou 5, na níž je upevněna řada 22 trubek 10. Stoupací trubka 44 spojuje dělenou rozváděči trubku 5 s výstupní sběrnou trubkou 7.

Jak ukazuje obr. 4, je dělená rozváděči trubka 5 rozdělena přepážkou 46 na vstupní komoru 48 a výstupní komoru 50. Vstupní komora 48 je spojena stoupací trubkou 42 ve vstupní sběrnou trubkou 3. Podle výhodného provedení vynálezu sestává každá trubka 10 z bajonetové trubkové sestavy 52, která je připevněna k dělené rozváděči trubce 5. Bajonetová trubková sestava 52 je tvořena první vnitřní trubkou 54 a druhou vnější trubkou 56, která je soustředná s vnitřní trubkou 54. První konec vnitřní trubky 54 je připevněn k otvoru v přepážce 46 a druhý konec 58 vnitřní trubky 54 leží s mezerou pod čepičkou 60, uzavírající vnější trubku 56. Vnější trubka 56 ústí do otvoru v boční stěně dělené rozváděči trubky 5, takže dráha proudění probíhá od vstupní komory 48 vnitřní trubkou 54 do druhého konce bajonetové trubkové sestavy 52 a odtud prstencovým prostorem 62 mezi vnitřní trubkou 54 a vnější trubkou 56 do vstupní komory 50 dělené rozváděči trubky 5. Z výstupní komory 50 proudí tekutina stoupací trubkou 44 nahoru do výstupní sběrné trubky 7 a odtud odváděči trubkou 11 ven z nádoby.

Trubkového svazku 20 podle vynálezu se s výhodou používá v prostorech, které zahrnují výměnu tepla s kapalinou uvnitř promíchávané nádoby. Kapalina v promíchávané nádobě protéká trubkovým svazkem 20 a teče mezi trubkám i ,10 v rovnoběžných řadách 22. Kapalina v nádobě je s výhodou promíchávána míchadlem 64, umístěným v ose nádoby 66 (obr. 6). Kolem vnitřní plochy nádoby 66, mezi její podélnou osou a vnitřní stranou, je uspořádán větší počet trubkových svazků 20. Trubkové řady 22 jsou s výhodou uspořádány a umístěny na tětivách, které procházejí obecně válcovou částí nádoby 66. Každý trubkový svazek 20 tvoří asi dvě až dvacet trubkových řad 22 rovnoběžných trubek 10, přičemž trubky 10 v sousedních trubkových řadách 22 jsou přesazeny tak, že leží ve vrcholech trojúhelníka. S výhodou sestává každý trubkový svazek JO ze tří až dvanácti trubkových řad 22. Jednotlivé trubky 10 jsou radiálně podepřeny dvojicí popsaných tyčových mezistěn, z nichž každá obsahuje dostatečný počet tyčí 34, 38 tak, aby každá trubka 10 trubkového svazku 20 byla podepřena každou tyčovou mezistěnou ze dvou stran, přičemž dvojice tyčových mezistěn podpírá každou trubku 10 ze všech čtyř stran a tvoří její spolehlivé radiální podepření.

Podle výhodného provedení vynálezu je první pás 32 spojen s vnitřní stěnou nádoby 66 prvním prutem 70, který vyčnívá napříč od trubkového svazku 20 vzhledem k trubkovým řadám 22 (obr. 2). Druhý prut 72 vyčnívá analogicky od trubkového svazku 20 napříč vzhledem k trubkovým řadám 22 a spojuje druhý pás 36 s vnitřní stranou nádoby 66 (obr. 3). Přídavné pruty 74 a/nebo 75 spojují nejméně jeden z obou pásů 32, 36 s vnitřní stranou nádoby 66. přídavné pruty 74, 75 vycházejí od trubkového svazku 20 a jsou obecně rovnoběžné se směrem trubkových řad 22. Aby měl trubkový svazek 20 větší tuhost, může být první pás 32 spojen se druhým pásem 36 vzpěrami 78. Podle výhodného provedení leží vzpěry ve stejném směru na

-4CZ 287638 B6 dráze, která obklopuje první obvodovou část trubkového svazku 20, takže dodávají trubkovému svazku 20 větší pevnost při namáhání krutém.

V případě použití trubkového svazku 20 ve fermentoru pro výrobu kvasinek nebo bakterií je žádoucí, aby konstrukce byla dostatečně otevřená a umožňovala důkladné čištění mezi jednotlivými šaržemi. Je tedy žádoucí, aby mezi jednotlivými trubkami .10 trubkového svazku .20 byly široké mezery. K podepření trubek 10 s širokými mezerami je třeba poměrně rozměrných opěrných tyčí. Rovněž může být žádoucí, aby tyče procházely trubkovým svazkem .20 pod malým ostrým úhlem tak, aby zvětšení průměru tyčí, které je nezbytné v důsledku požadované větší mezery mezi trubkovými řadami .22, nemuselo být nadměrné. Obecně lze konstatovat, že tehdy, kdy se vzdálenost mezi sousedními trubkami 10 v jedné trubkové řadě 22 pohybuje v rozmezí od 1,5D do 2,5D, kde D je vnější průměr trubek 10, je vzdálenost mezi sousedními trubkovými řadami 22 v rozmezí od 2D do 4D a tyče 34, 38 mají průměr v rozmezí od 0,5D do ID.

Obr. 6 znázorňuje výhodné provedení vynálezu, vestavěné do fermentoru.

Fermentační nádoba 160 podle obr. 6 je opatřena hřídelem 130, který je spojen s pohonem 139 a nese dvě oběžná kola 156 a .158. Oběžná kola 156, 158 sestávají každé z kotouče 152. 154, na které je upevněna řada lopatek 151, 153. V závislosti na výšce a průměru fermentoru 160 a na rozměrech teplosměnného ústrojí lze ovšem použít i většího počtu oběžných kol. Jak ukazuje obr. 6, je účelné, aby nejníže uspořádané oběžné kolo leželo v těsné bezprostřední blízkosti plynového rozdělovače 149 tak, aby se usnadnil přenos kyslíku ve fermentačním médiu. Pod pojmem „bezprostřední blízkost“ se rozumí, že nejníže uspořádané oběžné kolo a plynový rozdělovač mají mezi sebou mezeru rovnou asi 1/3 až 1/10 průměru oběžného kola.

Na hřídeli 130 může být nasazeno několik dalších oběžných kol s různou vzájemnou orientací, pro usnadnění montáže na hřídeli 130 mohou být na něm oběžná kola upevněna ve stejných vzdálenostech, přičemž horní oběžné kolo leží s výhodou ve výši asi 60 % výšky nádoby, jak je na obr. 6 znázorněno pro oběžné kolo 158.

Celkové rozměry fermentační nádoby 160 jsou s výhodou zvoleny tak, aby poměr výšky k průměru ležel v rozmezí asi od 0,1 do 10:1. S výhodou je poměr výšky k průměru v rozmezí asi 0,3 až 5:1, přičemž nejvýhodnější poměr výšky k průměru spadá pro fermentační účely do rozmezí asi 1 až 4:1.

Teplosměnná tekutina se zavádí do rovnoběžných trubek 140 vstupem 142 a je rozváděna trubkou 171 do rozváděčích trubek 172 a odtud do rovnoběžných trubek 140. Po průchodu trubkou 140 je teplosměnná tekutina odváděna z rozváděčích trubek 172 trubkou 173 na výstup 144. Ve fermentoru jsou uspořádány alespoň dvě přepážky, z nichž každá obsahuje první vstup 142, první výstup 144 a rovnoběžné trubky 140. Jak ukazuje obr. 6, sestává každá přepážka ze svazku rovnoběžných trubkových řad. Trubky 140 v každé přepážce mají výšku odpovídající typicky asi 25 % až 90 % délky rovné části fermentační nádoby 160. nepočítaje v to zaoblený kryt a dno.

Lze použít nejrůznějšího počtu trubkových svazků, což závisí na rozměru svazků, na počtu trubek ve svazku a podobně. Nádoba může obsahovat až 30 trubkových svazků, přičemž se dává přednost množství čtyř až dvacetičtyř trubkových přepážek.

Alternativně mohou být trubkové svazky uspořádány na sobě, přičemž každý svazek je kratší než celková délka trubkových svazků, uspořádaných ve fermentoru. Když jsou trubkové svazky uspořádány jako na sobě uložené soustavy krátkých segmentů, jejichž celková délka odpovídá 25 % až 90 % celkové výšky rovné části nádoby, lze použít kratších trubek, které jsou odolnější proti vibracím a tepelnému namáhání během procesu chemické přeměny probíhající v nádobě. Aby měla nádoba požadovanou výhřevnou a chladicí kapacitu, lze použít až 10 soustav trubko

-5CZ 287638 B6 vých svazků, které jako celek zabírají 25 % až 90 % délky rovné části fermentoru a jsou umístěny nad sebou.

Lopatky 151 mohou být upevněny na kotouči 152 nejrůznějším způsobem, takže mohou být uspořádané například kolmo k rovině kotouče 152 a vyčnívat radiálně od jeho svislé osy, nebo mohou vyčnívat z kotouče 152 pod jistým úhlem k vzhledem k jeho ose. Alternativně lze použít jiné konstrukce oběžného kola než jaká je znázorněna na výkrese, například axiálního oběžného kola, míchadla na způsob lodního šroubu a podobně.

Horní hranice průměru oběžného kola je dána vnitřním průměrem trubkových svazků 20. které tvoří ve fermentoru teplostěnné ústrojí. Maximální míchací výkon najedno kolo má oběžné kolo, jehož průměr se blíží této horní hranici. Je účelné, aby průměr oběžného kola nebyl menší než asi 10% celkového vnitřního průměru nádoby, a přitom obecně nepřesahoval asi 50% celkového vnitřního průměru nádoby. Účelně je průměr oběžného kola asi 20 % až 35 % celkového vnitřního průměru nádoby.

Jak ukazuje obr. 6, je fermontor 160 rovněž opatřen prvním přívodem 146, druhým přívodem 147 a plynovým přívodem 145. Třebaže je fermentační nádoba 160 znázorněna se dvěma přívody 146. 147, veškeré fermentační médium lze přivádět do fermentoru pouze jedním přívodem nebo naopak větším počtem přívodů, mají-li se jednotlivé složky zavádět odděleně. V řadě fermentačních pochodů je žádoucí zavádět živná prostředí, uhlík a zdroj energie v oddělených proudech, takže fermentační nádoba 160 je podle výhodného provedení, viz obr. 6, opatřena dvěma oddělenými vstupy 146. 147. Třebaže vstupy 146, 147 jsou znázorněny s jediným výstupním otvorem, lze zavádět vstupy, které mají několik výstupních otvorů. Výstupní otvory mohou být mimoto umístěny v různých polohách kolem fermentoru, což bývá diktováno požadavky na jednoduchost a účinnost.

Plynový přívod 145 slouží k zavádění kyslíku a případně zdroje dusíku do fermentoru. Plyn přiváděný plynovým přívodem 145 vstupuje do fermentoru plynovým rozdělovačem 14Q který je umístěn ve fermentoru souměrně vzhledem kjeho podélné ose a je opatřena velkým počtem otvorů. Průměr plynového rozdělovače 149 není s výhodou větší než průměr nejníže uspořádaného oběžného kola, pod kterým je děrovaná strana plynového rozdělovače 149 umístěna s výhodou co nejblíže.

Způsob zavádění plynu, umístění oběžného kola 156 v těsné blízkosti plynového rozdělovače 149 a rovněž tak i poloha trubkových svazků 20 přispívají k velice vysokému stupni přenosu kyslíku, kterého je fermentační nádoba schopná. Fermentační nádoba může přenášet kyslík v množství nejméně asi 300 milionů kyslíku na litr za hodinu (mmol 0₂/l/h). Kromě toho je schopnost odvádění tepla z fermentační nádoby dostatečná k tomu, aby se odvádělo velké množství tepla vznikající při fermentaci, přičemž velké množství tepla je generováno v důsledku značného množství kyslíku, který je k dispozici pro fermentační médium. Fermentor s konstrukcí trubkového svazku podle vynálezu umožňuje odvod tepla řádově minimálně 36 Kcal/l/h.

Fermentační nádoba 160 je rovněž vybavena odváděči trubkou 148 pro odvádění fermentačního média. Když se fermentace provádí spojitě, lze ferment odebírat spojitě nebo přerušovaně odváděči trubkou 148 a čerstvá prostředí se přivádějí přívody 146, 147 a 145.

Fermentační nádoba 160 je dále s výhodou opatřena nejméně jedním odpěňovacím ústrojím, například rozbíječem pěny popsaným v americkém patentovém dokumentu US 4 373 024, nebo soustavou elementů 162. 164 a JL66, viz obr. 6. Na hřídeli 164, který se uvádí do rotačního pohybu pohonem 166, jsou upevněn kužele 162. Náraz zpěněného fermentu na rotující kužel 162 způsobuje rozrušení pěny a návrat kapaliny do hlavní části fermentační nádoby 160. zatímco plyn uvolněný z pěny opouští fermentor odplyňovací trubkou 168. Třebaže je ve fermentační nádobě 160 podle vynálezu uspořádán nejméně jeden rozbíječ pěny, lze zajistit dostatečnou kapacitu

-6CZ 287638 B6 odpěňování ke zpracování veškeré pěny, vznikající při fermentačním procesu, vhodným počtem rozbíječů pěny umístěných v horní části fermentoru.

Vodný aerobní fermentační proces potřebuje molekulární kyslík, který se dodává prostřednictvím plynu obsahujícího molekulární kyslík jako je vzduch, vzduch obohacený kyslíkem nebo přímo čistý molekulární kyslík tak, aby se ve fermentu udržel parciální tlak kyslíku, který podporuje růst mikroorganismů nebo biochemickou přeměnu substrátu. Použitím okysličeného uhlovodíkového substrátu lze celkové potřebné množství kyslíku pro růst nebo přeměnu substrátu mikroorganismem odečíst od potřebného množství nezbytného při použití parafínu.

Tlak používaný pro mikrobiologickou fermentaci se může lišit v širokém rozměru. Typické tlaky leží v rozmezí asi od 0 do 1,035 MPa, s výhodou asi od 0 do 0,414 MPa, nejvýhodněji 0,242 až 0,276 MPa, a je závislý na dosažení rovnováhy mezi náklady na zařízení a provoz a rozpustností kyslíku. Tlaky vyšší než atmosferické jsou výhodné tím, že zvyšují koncentraci rozpuštěného kyslíku ve vodném fermentačním prostředí, což zase může pomáhat ke zvýšení rychlosti růstu. Proti tomu ovšem působí skutečnost, že vysoké tlaky zvyšují náklady na zařízení a náklady provozní.

Vynález se netýká pouze popsaného provedení a jeho rozsah je omezený pouze rozsahem patentových nároků.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Trubkový svazek v nádobě, opatřený podpěrným zařízením, provedený s rovnoběžnými trubkami (10), které jej tvoří, a mající podélnou osu, přičemž trubky (10) jsou uspořádány v rovnoběžných trubkových řadách (22) s pravidelnými přímými průchody (24, 26, 28, 30), které procházejí trubkovým svazkem (20) ve směru napříč k trubkovým řadám (22), s prvním pásem (32) obklopujícím vnější trubky (10) trubkového svazku (20), s první soustavou tyčí (34) připevněnou k prvnímu pásu (32) a procházející první soustavou průchodů (28), kde každá tyč (34) první soustavy má dostatečný průměr pro styk s trubkami (10) tvořícími hranice každého průchodu (28) první soustavy průchodů (28) a každá trubka (10) trubkového svazku (20) je ve styku nejméně s jednou tyčí (34) první tyčové soustavy, se druhým pásem (36) uspořádaným axiálně v odstupu od prvního pásu (32) vzhledem k podélné ose trubkového svazku (20), přičemž druhý pás (36) obklopuje vnější trubky (10) trubkového svazku (20), s druhou soustavou tyčí (38) připevněnou ke druhému pásu (36) a procházející druhou soustavou průchodů (30), kde každá tyč (38) druhé soustavy má dostatečný průměr pro styk s trubkami (10) tvořícími hranice každého průchodu (30) druhé soustavy průchodů (30) a každá trubka (10) trubkového svazku (20) je ve styku s nejméně jednou tyčí (38) druhé tyčové soustavy, a se třetí soustavou průchodů (26) a čtvrtou soustavou průchodů (24) v trubkovém svazku (20), vyznačující se tím, že první soustava průchodů (28) prochází trubkovým svazkem (20) pod úhlem +Θ1 vzhledem ke směru trubkových řad (22) a druhá soustava průchodů (30) prochází trubkovým svazkem (20) pod úhlem -Θ1 vzhledem ke směru trubkových řad (22), přičemž hodnota úhlu Θ1 leží v rozmezí 10° až 60°, třetí soustava průchodů (26) prochází trubkovým svazkem (20) pod úhlem +Θ2 vzhledem ke směru trubkových řad (22) a čtvrtá soustava průchodů (24) prochází trubkovým svazkem (20) pod úhlem -Θ2 vzhledem ke směru trubkových řad (22), přičemž hodnota úhlu Θ2 leží v rozmezí 40° až 80° a úhel Θ2 je větší než úhel Θ1 s tím, že třetí soustava průchodů (26) a čtvrtá soustava průchodů (24) je prostá trubek.
2. Trubkový svazek podle nároku 1, vyznačující se tím, že vzdálenost mezi dvěma trubkami (10) sousedních trubkových řad (22), měřená mezi jejich středovými osami, představuje alespoň dvojnásobek průměru těchto trubek (10).

-7CZ 287638 B6
3. Trubkový svazek podle nároku 2, vyznačující se tím, že vzájemná vzdálenost sousedních trubkových řad (22) je v rozmezí dvojnásobku až čtyřnásobku průměru těchto trubek (10), přičemž vzájemná vzdálenost sousedních trubek (10) v trubkové řadě (22) je v rozmezí l,5násobku až 2,5násobku průměru těchto trubek (10), měřeno mezi jejich středovými osami, a vzdálenost mezi trubkovými řadami (22) je větší než vzdálenost mezi sousedními trubkami (10) téže trubkové řady (22).
4. Trubkový svazek podle nároku 3, vyznačující se tím, že trubky (10) jsou vůči sobě uspořádány v trojúhelníkovém rozestupu.
5. Trubkový svazek podle nároku 4, v y z n a č u j í c í se tím, že trubkový svazek (20) je obklopen nádobou (66), jejíž podélná osa je rovnoběžná s podélnou osou trubkového svazku (20) a leží od něj s odstupem, přičemž trubkový svazek (20) je umístěn v nádobě (66) mezi její podélnou osou a vnitřní stěnou.
6. Trubkový svazek podle nároku 5, vyznačující se tím, že nádoba (66) má obecně válcovou vnitřní plochu, trubkové řady (22) jsou umístěny na tětivách procházejících přes vnitřní plochu nádoby (66), a vnitřní průměr nádoby (66) je nejméně 2,5násobkem délky trubkových řad (22).
7. Trubkový svazek podle nároku 6, vyznačující se tím, že vnitřní průměr nádoby (66) leží v rozmezí 2,5násobku až 5násobku délky trubkových řad (22), přičemž trubkový svazek dále obsahuje soustavu trubkových svazků (20), umístěných obvodově kolem vnitřní stěny nádoby (66), a míchadlo, umístěné v ose nádoby k vyvolání příčného proudění kapaliny soustavou trubkových svazků (20).
8. Trubkový svazek podle nároku 7, vyznačující se tím, že dále obsahuje první prut (70), který vyčnívá z trubkového svazku (20) napříč vzhledem k trubkovým řadám (22) a spojuje první pás (32) s válcovou vnitřní plochou nádoby (66), a druhý prut (72), vycházející od trubkového svazku (20) napříč vzhledem k trubkovým řadám (22) a spojující druhý pás (36) s válcovou vnitřní plochou nádoby (66).
9. Trubkový svazek podle nároku 8, vyznačující se tím, že první pás (32) je spojen s druhým pásem (36) soustavou vzpěr (78), které jsou uspořádány na rotační dráze kolem části trubkového svazku (20).
10. Trubkový svazek podle nároku 9, vyznačující se tím, že každá trubková řada (22) je spojena se vstupní sběrnou trubkou (5) a s výstupní sběrnou trubkou (7).
11. Trubkový svazek podle nároku 10, vyznačující se tím, že každý trubkový svazek (20) obsahuje tři až deset trubkových řad (22).

5 výkresů