CZ747688A3

CZ747688A3 - Zařízení na výměnu tepla

Info

Publication number: CZ747688A3
Application number: CS887476A
Authority: CZ
Inventors: Cecil Calvin Gentry
Original assignee: Phillips Petroleum Company
Priority date: 1987-11-17
Filing date: 1988-11-15
Publication date: 1999-07-14
Also published as: DE3873694D1; NO885099D0; ATE79462T1; SK747688A3; RU2011944C1; NO175993C; GR3005917T3; JP2975024B2; HUT52234A; JPH01193590A; NO175993B; CA1285268C; DD283678A5; EP0316910A1; EP0316910B1; NO885099L; DE3873694T2; US4882283A; CZ286001B6; HU210593B

Description

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení na výměnu tepla s nádobou, přičemž tato nádoba je částečně omezena boční stěnou, s prvním trubkovým členem, který má první konec a druhý konec opatřený uzávěrem, s druhým trubkovým členem, který má první konec a druhý konec vzdálený od uzávěru prvního trubkového členu, přičemž druhý trubkový člen je uspořádán uvnitř prvního trubkového členu, kde průtočná dráha prochází druhým trubkovým členem a prstencovým prostorem mezi druhým trubkovým členem a prvním trubkovým členem, s přívodem tekutiny, procházejícím boční stěnou nádoby, a s výstupem tekutiny, procházejícím boční stěnou nádoby.

Dosavadní stav techniky

V řadě procesů, které se provádějí v promíchávané nádobě, se teplo přenáší z kapaliny uvnitř nádoby na sekundární tekutinu, která protéká svislými trubkami, jež tvoří přepážky pro kapalinu uvnitř nádoby. Svislé trubkové přepážky tvoří jednak promíchávací přepážky, které brání tvorbě vírů kolem rotujícího míchadla, jímž se promíchává kapalina uvnitř nádoby, a jednak tvoří teplosměnnou plochu. Trubkové přepážky se používají v řadě technických procesů.

Velkou nevýhodou svislých trubkových přepážek je to, že se nemohou tepelně roztahovat a vydržet tedy velké teplotní rozdíly mezi tekutinou protékající trubkami a kapalinou uvnitř nádoby. Tepelná roztažnost a smršíování představuje velice závažný problém, používá-li se dlouhých trubek, zejména trubek uspořádaných v jediném trubkovém svazku. V takových trubkových svazcích mohou vstupní a výstupní sběrné trubky popraskat v důsledku namáhání. Namáhání vyvolané tepelnou roztažností je menší v trubkových svazcích ve tvaru písmene U, avšak taková konstrukce není dostatečné kompaktní a omezuje teplosměnnou plochu, kterou má trubkový svazek s pevnými vnějšími rozměry. Trubkové svazky ve tvaru písmene U mají rovněž poměrně nízký součinitel přestupu tepla a vyžadují složité uspořádání sběrného potrubí.

Z těchto důvodů je velice žádoucí vytvořit trubkový svazek tak, aby se u něj nevyskytovaly problémy vyvolané tepelnou roztažností, zejména v promíchávané nádobě.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky řeší zařízení na výměnu tepla s nádobou, přičemž tato nádoba je částečně omezena boční stěnou, s prvním trubkovým členem, který má první konec a druhý konec opatřený uzávěrem, s druhým trubkovým členem, který má první konec a druhý konec vzdálený od uzávěru prvního trubkového členu, přičemž druhý trubkový člen je uspořádán uvnitř prvního trubkového členu, kde průtočná dráha prochází druhým trubkovým členem a prstencovým prostorem mezi druhým trubkovým členem a prvním trubkovým členem, s přívodem tekutiny, procházejícím boční stěnou nádoby, a s výstupem tekutiny, procházejícím boční stěnou nádoby, podle vynálezu, jehož podstatou je, že v nádobě je uspořádána alespoň jedna trubka, přičemž tato trubka má boční stěnu, v trubce je uspořádána přepážka dělící vnitřek trubky na první komoru a druhou komoru, přičemž první konec prvního trubkového členu je připojen k boční stěně trubky a první konec druhého trubkového členu je připojen k přepážce, kde průtočná dráha začíná v první komoře a prochází druhým trubkovým členem, prstencovým prostorem mezi druhým trubkovým členem a prvním trubkovým členem a končí ve druhé komoře, přičemž přívod tekutiny je spojen s první komorou a výstup tekutiny je spojen s druhou komorou.

Tím vznikne trubkovým členem, trubkovým členem dráha proudění od první komory druhým prstencovým prostorem mezi prvním a druhým a do druhé komory. Boční stěnou nádoby prochází první přívod tekutiny, připojený k první komoře. Ke druhé komoře je připojen výstup tekutiny, který rovněž prochází boční stěnou nádoby. Uspořádání je kompaktní, jednoduché a vyznačuje se vysokým součinitelem přestupu tepla, přičemž pracuje bez tepelných namáhání trubek a spojovacích svarů.

Podle výhodného provedení vynálezu má boční stěna nádoby v podstatě válcovou vnitřní plochu, přičemž nádoba má podélnou osu, kolem níž je boční stěna uspořádána v podstatě symetricky, kde přívod tekutiny je tvořen napájecí trubkou, procházející boční stěnou nádoby, a zakřivenou přívodní trubkou, uspořádanou v podstatě obvodově kolem vnitřní strany nádoby v odstupu od boční stěny nádoby a spojenou první komorou stoupací přívodní trubkou, přičemž výstup tekutiny je tvořen první odváděči trubkou, procházející boční stěnou nádoby a spojenou se zakřivenou sběrnou trubkou, uspořádanou v podstatě obvodově kolem vnitřní strany nádoby v odstupu od boční stěny nádoby, přičemž stoupací výstupní trubka spojuje druhou komoru se zakřivenou sběrnou trubkou.

Podle dalšího výhodného provedení vynálezu zařízení dále obsahuje kompresor pro odvádění tekutiny z prvního výstupního prostředku tekutiny, kondenzátor pro chlazení proudu vystupujícího z kompresoru, potrubí spojující kompresor s kondenzátorem a potrubí spojující kondenzátor se vstupním prostředkem tekutiny.

• ·

Podle výhodného provedení vynálezu při uspořádání více trubek jsou tyto trubky orientovány v podstatě radiálně vůči podélné ose nádoby, přičemž každá z trubek má vnitřní konec a vnější konec, dále první trubkové členy a druhé trubkové členy, připojené k trubkám, dále stoupací přívodní trubky podstatě radiálně uspořádaných trubek se trubkou a stoupací výstupní trubky podstatě radiálně uspořádaných trubek se spojující každou z v zakřivenou přívodní spojující každou z v zakřivenou sběrnou trubkou.

Podle výhodného provedení vynálezu je zakřivená přívodní trubka stoupací přívodní trubkou spojena vnitřní koncovou částí každé v podstatě radiálně uspořádané trubky a vnější koncová část každé v podstatě radiálně uspořádané trubky je stoupací výstupní trubkou spojena se zakřivenou sběrnou trubkou.

V prstencovém prostoru mezi prvním trubkovým členem a druhým trubkovým členem jsou s výhodou uspořádány rozpěrky pro udržování odstupu prvního trubkového členu od druhého trubkového členu.

Podle dalšího výhodného provedení vynálezu má nádoba horní konec a dolní konec a je uspořádána v podstatě svisle, takže má horní část a dolní část, přičemž přívod tekutiny a výstup tekutiny jsou uspořádány v dolní části nádoby, první trubkový člen a druhý trubkový člen vystupují z oblasti uspořádání přívodu tekutiny a výstupu tekutiny směrem k horní části nádoby.

Podle dalšího výhodného provedení vynálezu zařízení dále obsahuje míchací ústrojí s hřídelem, uspořádaným uprostřed nádoby koaxiálně s podélnou osou nádoby, s pohonem spojeným s hřídelem a s oběžnými koly upevněnými na hřídeli, přičemž průměr oběžných kol je nanejvýš roven průměru prázdného pásma, • · · ··* ·· · · ohraničeného trubkovými členy, uspořádanými nejblíže vnitřnímu konci radiálně uspořádané trubky.

Podle dalšího výhodného provedení vynálezu zařízení dále obsahuje přívody pro zavádění živných médií a uhlíkatého zdroje energie do nádoby, přívod plynu pro zavádění plynu do nádoby, výstup pro odvádění fermentu z dolní koncové části nádoby a odplyňovací ústrojí pro odplyňování pěny, uspořádané v horní části nádoby a umístěné na jejím vnějším obvodu.

Zařízení dále s výhodou obsahuje potrubí pro přívod amoniaku, spojené s přívodem tekutiny.

Teplosměnná tekutina se zavádí do nádoby vstupem, který prochází stěnou nádoby. Ze vstupu je teplosměnná tekutina rozváděna do velkého počtu teplosměnných trubek, z nichž každá má první konec a druhý konec, připojený ke vstupu. Teplosměnná tekutina proudí z prvního konce prvních teplosměnných trubek do jejich druhého konce, odtud proudí do prvního konce druhých teplosměnných trubek, které jsou umístěny soustředně kolem prvních teplosměnných trubek, od prvního konce druhých teplosměnných trubek proudí tekutina prstencovými prostory mezi prvními a druhými teplosměnnými trubkami do druhého konce druhých teplosměnných trubek, odkud je odváděna a shromažďována ve výstupu, který prochází stěnou nádoby, a je odváděna z nádoby.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude vysvětlen v souvislosti s výkresy, kde obr. 1 znázorňuje dílčí podélný řez trubkovým svazkem, znázorňujícím některé znaky vynálezu, obr. 2 schematicky výměník tepla, jak je vidět na obr. 1 ve směru stejně označených šipek, obr. 3 částečné schematické znázornění výměníku, jak je vidět na obr. 1 ve směru označených šipek, • · obr. 4 podélný řez částí výměníku, znázorňující některé znaky vynálezu, jak je patrný v pohledu šipek na obr. 1, obr. 5 část přístroje z obr. 1, obr. 6 část teplosměnné trubky, obr. 7 příčný řez částí výměníku z obr. 1 v pohledu šipek 7, obr. 8 podélný řez, částečně schematický a znázorňující další znaky vynálezu, a obr. 9 příčný řez, vedený rovinou 9-9 na obr. 8.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 4 je znázorněn první trubkový člen 4, který zde představuje vnitřní trubku, a druhý trubkový člen 2, který zde představuje vnější trubku, které spolu tvoří bajonetovou teplosměnnou trubku 1. Druhý trubkový člen 2 ústí do vstupní komory 6 dělené rozváděči trubky 8. První trubkový člen 4 ústí do výstupní komory 10 dělené rozváděči trubky 8. Teplosměnná tekutina vstupuje do vstupní komory 6 a vniká do vnitřku vnější trubky neboli druhého trubkového členu 2, který je obklopen vnější trubkou, představující první trubkový člen 4 o větším průměru. Vstupující teplosměnná tekutina prochází druhým trubkovým členem 2 zdola nahoru, obrací svůj směr v uzávěru 12., provedeném ve formě čepičky, na konci prvního trubkového členu 4 a proudí zpátky dolů prstencovým prostorem 28 mezi druhým trubkovým členem 2 a prvním trubkovým členem 4. Tepelné roztažení mezi prvním trubkovým členem 4 a druhým trubkovým členem 2 nastává v oblasti uzávěru 12., takže nevznikají tepelná pnutí.

Druhý trubkový člen 2. a první trubkový člen 4. mohou být umístěny v jakémkoli požadovaném směru. S výhodou jsou uloženy svisle nahoru nebo svisle dolů, s výhodou svisle nahoru, když jimi má procházet dvoufázové médium. Dělenou rozváděči trubku 8 lze charakterizovat jako trubku, v níž je umístěna přepážka 14. Účelně je přepážka 14 uložena v rozváděči trubce 8 diametrálně, rozděluje ji na první komoru, která slouží jako vstupní komora 6, a na druhou komoru, sloužící jako výstupní • · • ·

6a*·· · · · · · · · · v··· · · · · · · • ··· · * · ······ • · · · · · · komora 10. První konec 16 prvního trubkového členu 4. je připojen k dělené rozváděči trubce 8 a druhý konec je uzavřen uzávěrem 12, například čepičkou. První konec 20 druhého trubkového členu 2 je připevněn k přepážce 14 a druhý konec leží s mezerou od uzávěru 12 prvního trubkového členu 4.. První konec 20 druhého trubkového členu 2 ústí do otvoru 24 v přepážce 14, takže dráha proudění probíhá od první vstupní komory 6 vnitřkem 26 druhého trubkového členu 2. do prstencového prostoru 28 mezi vnější stěnou druhého trubkového členu 2 a vnitřní stěnou prvního trubkového členu 4 a do druhé výstupní komory 10.

Jak je znázorněno na obr. 1, prochází boční stěnou 32 nádoby 34 přívod 30 tekutiny, připojený ke vstupní komoře 6. Boční stěnou 32 nádoby 34 prochází rovněž výstup 36 tekutiny připojený k výstupní komoře 10.

Podle výhodného provedení vynálezu může nádoba 34 obsahovat tekutiny, s výhodou kapaliny nebo směs kapaliny a plynu, a může být konstruována podobně jako nádoba podle obr. 8. Část boční stěny 32 tvoří obecně válcovou vnitřní plochu 38 nádoby 34, která je souměrná vzhledem k podélné ose 38 nádoby 34., viz obr. 8. Obecně jsou rozměry nádoby 34 zvoleny tak, aby poměr výšky k průměru ležel v rozmezí asi od 0,1:1 až do asi 10:1. S výhodou je poměr délky a průměru nádoby 34, které má být použito jako fermentoru, v rozmezí asi od 0,3 až asi do 5:1, přičemž nejvýhodnější poměr výšky k průměru spadá do rozmezí asi od 1 do 4:1.

Přívod 30 tekutiny sestává s výhodou z napájecí

- 7 trubky $0, která prochází boční stěnou 32 nádoby 34 a je s výhodou spojena se zakřivenou přívodní trubkou 42. Přívodní trubka 42 probíhá po obvodu vnitřní stěny nádoby 21, loží však od ní s mezerou. Přívodní trubka 42 je s výhodou propojena se vstupní komorou stoupací přívodní trubkou 44» Ve f ermentoru bude uspořádáno velké množství dělených rozváděčích trubek 8., takže velké množství stoupacíh přívodních trubek 44 bude spojoval každou zakřivenou přívodní trubku 42 s velkým počtem dělených rozváděčích trubek 8_. Podle výhodného provedení jsou stoupací přívodní trubky 44 připoj eny k vnitřní části dělených rozváděčích trubek £.

Výstup 36 tekutiny sestává s výhodou z první odváděči trub/' 11 _z která prochází boční stěnou 32 nádoby 34 (obr. 1) a je s výhodou připojena k zakřivené sběrné trubce 2> která obíhá po vnitřní stěně nádoby £ s mezerou od boční stěny 32, ^s výhodou mezi bajonetovými teplosměnnými trubkami 2 ^a obecně válcovou částí stěny 32. Stoupací výstupní trubka 46 spojuje výstupní komoru íO dělené rozváděči trubky 8. se zakřivenou sběrnou trubkou 2·

Ve fermentoru bude uspořádán velký kpočet dělených rozváděčích trubek 8_ a tedy i stejný počet stoupacích výstupních trubek 46.

Ve výhodném provedení vynálezu je teploSměnnou tekutinou

- δ chladivo, např. amoniak. Podle obr. 8 slouží plynový kompresor 2Ο2 k odvádění tekutiny z první odváděči trubky 11, Proud vycházející z kompresoru 22 se chladí v kondensátoru 2Ο4, připojeném ke kompresoru potrubím 2Ο6. Kondenzátor 2Ο4 je spojen potrubím 2Ο8 s napájecí trubkou 40. Účelně jev potrubí 2Ο8 uspořádáno čerpadlo 21Ο, které zajišťuje proudění tekutiny z výstupu kondenzátoru 2Ο4 do bajonetových teplosměnných trubek z .

První odváděči trubka 11 je spojena s kompresorem 2Ο2 potrubím 213.

Ve výhodném provedení vynálezu je v nádobě 34 uspořádán větší počet dělených rozváděčích trubek 8.; které jsou obecně orientovány radiálně vzhledem k podélné ose nádoby 34. Účelně jsou dělené rozváděči trubky 8. sestaveny do skupin po třech až dvanácti, které tvoří trubkové svazky, a jsou sestaveny na tětivách, které procházejí nádobou 34 blízko jejího průměru. Bajonetové teplosměnné trubky _i vycházejí z dělených rozváděčích trubek £ jako svazek 52 rovnoběžných trubek, které jsou s výhodou rovnoběžné s podélnou osou nádoby 34. bělené rozváděči trubky 8. jsou účelně umístěny v dolní části nádoby 34 _a bajonetové teplosměnné trubky i_ z nich vyčnívají nahoru. Teplosměnné bajonetové trubky v sousedních řadách jsou přesazené, takže leží ve vrcholech trojúhelníka (obr. 203).

]ednotlivé bajonetové teplosměnné trubky jsou podepřeny tyčemi dvou tyčových mezi_stěn 48, 50. Každá z tyčových mezistěn 48, 50 obsahuje dostatečný počet tyčí 54, aby každá bajonetová teplosměnná trubka £ v trubkovém svazku 52 byla podepřena tyčovou mězistěnou 48 nebo 50 ze dvou stran, takže dvojice tyčových mezistěn 4g, 5O. podpírá společně každou bajonetovou teplosměnnou trubku £ ze čtyř stran a tvoří pro ni pevnou radiální podpěru. Když je to žádoucí, mohou být tyče 54 každé tyčové mezistěny 48, 5O umístěny mezi každou druhou řadou trubek, jak ukazuje např.obr.9; v tomto případě je třeba čtyř tyčových mezistěn, aby byl každý trubkový svazek 52 radiálně podepřen. Toto provedení vyvolává menší úbytek tlaku v kapalině proudící po délce trubkových svazků 52.

Je důležité, aby tyče 54 tyčových mezistěn 48, 5O byly dimenzovány tak, aby se dotýkaly a podpíraly bajonetové teplosměnné trubek £ po obou stranách průchodu, kterým procházejí.. Požadované průřezové rozměry tyčí 54 závisejí na průřezu průchodů, v nichž jsou tyto tyče 54 uloženy. Tyče 54 mohou mít kruhový, eliptický, čtvercový nebo obdélníkový průřez. Aby se vytvořil bodový dotek mezi každou tyčí 54 a bajonetovou teplosměnnou trubkou je nejvýhodnější, aby tyče 54 byly oblé. Bodový dotek mezi bajonetovou teplosměnnou trubkou a tyčí 54 usnadňuje čištění trubkového svazku 52 , což je velice • · · · • · « · • · · · • ·«· · · · ······ • · · · · · · důležité, když trubkový svazek 52 slouží ke chlazení fermentačního pochodu, jak bude popsáno v dalším.

Tyčové mezistěny 48, 50 slouží k tomu, aby zabránily vzájemným nárazům bajonetových teplosměnných trubek 1 a poškození trubkových svazků 52 během provozu a rovněž brání pohybu bajonetových teplosměnných trubek 1, který by mohl mít za následek únavový lom v místech svazů mezi vnějšími trubkami, to jest prvními trubkovými členy 4, a dělenou rozváděči trubkou 8. Aby se zabránilo poškození vnitřním nárazem mezi vnitřní trubkou, to jest druhým trubkovým členem 2, a vnější trubkou, to jest prvním trubkovým členem 4, je vhodné uspořádat mezi každým druhým trubkovým členem 2 a prvním trubkovým členem 4 rozpěrky 256 (obr. 6). S výhodou jsou rozpěrky 256 přivařeny k vnější straně druhého trubkového členu 2, jsou s výhodou protáhlé a procházejí po délce vnější plochy druhého trubkového členu2, aby nevyvolávaly odpor proti proudění. Podle výhodného provedení jsou rozpěrky 256 ze svařovacích tyčí, které mají takový rozměr, aby podpíraly druhý trubkový člen 2 v prvním trubkovém členu 4. Rozpěrky 256 jsou s výhodou upevněny na vnější ploše druhého trubkového členu 2 a tvoří jeho radiální opěru v prvním trubkovém členu 4. Každý druhý trubkový člen 2 je tedy podepřen v každém prvním trubkovém členu 4 rozpěrkami 256 alespoň ve třech bodech.

Jak ukazuje obr. 5, je účelné, aby první tyčová mezistěna 48 byla vytvořena z pásu 56, jenž obepíná trubkový svazek 52. Z obou pásu 56 vyčnívají s výhodou radiálně

- 11 pruty ς>0, které leží na tětivách blízkých průměru nádoby 34 a jsou s výhodou rovnoběžné s trubkovými řadami. Tyto radiální pruty qO připoj uj í pásy 56 a tedy trubkové svazky 53 a tyčové mezistěny 48, 5O ke stěně nádoby 34. Od pásu 5^ vycházejí v podstatě napříč ke směru trubkových řad příčné pruty Q3, které tvoří přídavnou operu pro trubkový svazek 53 a umožňují, aby vydržel namáhání vznikající mícháním tekutiny v nádobě 34. Příčné vzpěry Q4 spojují sousední pásy 5Ó a jsou uspořádány šikmo ve stejném směru kolem trubkového svazku 53, aby odolával zkrutným silám.

Když je trubkového svazku 52 použito ve fermentoru pro kultivaci kvasinek nebo bakterií, je žádoucí, aby jeho konstrukce byla dostatečně otevřená a umožňovala důkladné čištění mezi jednotlivými šaržemi. Z toho důvodu jsou žádoucí široké mezery mezí jednotlívými bajonetovými teplosměnnými trubkami £. K podepření teplosměnných trubek 1, které mají mezi sebou velké mezery, je třeba poměrně velkých tyčí 54.

Je žádoucí, aby tyče 54 byly uloženy pod ostrými úhly a procházely pod těmito úhly trubkovými svazky «13, tak aby nezbytné zvětšení průměru tyčí 54, vyvolané zvětšením vzdálenosti mezi trubkovými řadami, nemuselo být příliš velké. Obecně lze konstatovat, že když je mezerovou se dními bajonetovými teplosměnnými trubkami £ v jedné řadě v rozmezí asi od 0,5 D do 2,5 Ό, kde D je vnější průměr

- 12 bajonetových teplo směnných trubek i_, je mezera mezi sousedními trubkovými řadami v rozmezí . asi od 2 D do 4 D a tyče 54 mají průměr asi od 0,5 D do D.

Obr. 8 a q znázorňují výhodné provedení vynálezu, použitého ve f ermentoru.

Nádoba 34 podle obr. 8 je vybavena míchadlem, jehož i sou hřídel 13Ο je poháněn pohonem 130. Na hřídeli 13Ο(upevněna dvě oběžná kol 156, 158, z niž každé sestává z kotouče 152, $54, na němž je upevněna soustava lopatek 151, 153·

Podle výšky nádoby 34, jejího průměru, rozměrů teplosměnné soustavy atd. lze použít většího počtu oběžných kol. Jak ukazuje obr. 8, je výhodné, aby nej spodnější oběžné kolo 15Č bylo umístěno v těsné blízkosti plynového rozdělovače 14Q, aby se usnadnil přenos kyslíku ve fermentačním médiu.

Pod pojmem těsná blízkost se rozumí, že mezera mezi nejspodnějším oběžným kolem a plynovým rozdělovačem je asi 1/3 až 1/1Ο průměru oběžného kola.

Další oběžná kola mohou být upevněna na hřídeli 13Ο v nejrůznějších vzájemných orientacích. Pro snadnou montáž na hřídeli 13Ο na něm · mohou být oběžná kola upevněna ve stejných vzdálenostech, přičemž nejhořej ší oběžné kolo >v leží s výhodou asn.60 % výšky nádoby :.34, jak ukazuje obr. 8 pro oběžné kolo 158.

Celkové rozměry nádoby 34 jsou zvoleny tak, aby poměr její výšky kprůměru ležel v rozmezí asi od O,i : 1 do lOn. S výhodou je poměr výšky k průměru ' fermentační nádoby 34 v rozmezí asi od 0,3:1 do 5:1 a nejúčelnějí v rozmezí asi 1:1 až 4:1.

Teplosměnná tekutina se přivádí do rovnoběžných bajonetových teplo směnných trubek £ přívodem 30 .> i ak ukazuje obr. 8. Přívod 30 je připojen k potrubí 2Ο8 pro přívod teplosměwté tekutiny , s výhodou kapalného amoniaku, který vstupuje přívodem a po výměně tepla, tedy po průchodu bajonetovými teplosměnnými trubkami £ trubkového svazku £z, je odváděn výstupem 3Ó. V nádobě 34 je použito s výhodou alespoň dvou přepážek ve formě trubkových svazku 52 z rovnoběžných bajonetových teplosměnných trubek £. Jak ukazuje obr. 8, sestává každá přepážka ze svazku rovnoběžných trubek v rovnoběžných řadách. Bajonetové teplosměnné trubky £ v každé přepážce odpovídají zpravidla 25 až gO % délky '.rovnéj obvykle válcové části nádoby 34^ nepočítaje v tom vyklenutou horní a dolní část nádoby.

Uvnitř nádoby 34 může být uspořádán nejrůznější počet trukkových svazků 52, což závisí na rozměru trubkových svazku 52 _tna počtu trubek v trubkovém svazku atd. V nádobě Jí může být až 30 trubkových svazků, přičemž výtffený počet je čtyři až dvacetčtyři trubkové svazky.

Lopatky 151 mohou být upevněny na kotouči 152 nej různějším způsobem, např.kolmo k jeho rovině a radiálně od jeho svislé osy, nebo mohou svírat lopatky ζςι s osou kotouče 152 jistý úhel. Alternativně lze použit jiné konstrukce oběžných kol, než jaká jsou znázorněna na výkresech, např.axiálních oběžných kol, oběžných kol na.způsob lodního šroubu apod. Podle výhodného provedení je nej spodnější oběžné kolo 156 vybaveno velkým počtem lopatek, které jsou kolmé k jeho rovině, zatímco případná další oběžná kola mohou mít stejné provedení nebo mohou být jiného typu.

Horní hranice průměru oběžného kola je dána vnitřním průměrem trubkových svazků 52, které tvoří v nádobě 34 teplosměnnou sdbtavu, tedy vnitřní strany vnitřních bajonetových teplosměnných trubek upevněných na dělené rozváděči trubce 8. Průměr oběžného kola, který se blíží k této horní hranici, dává max.míchací výkon. Je žádoucí, aby průměr oběžného kola nebyl menší než asi 1O % celkového vnitřního průměru nádoby 34, přičemž průměr oběžného kola zpravidla nepřevyšuje asi 40 % celkového vnitřního průměru nádoby. S výhodou < ' je průměr oběžného kola asi 20 % až 30 % celkového vnitřního průměru nádoby 34.

Jak ukazuje obr. 8, je fermentačnín nádoba 34 opatřena prvním přívodem 146, druhým přívodem 147 a plynovým přívodem 145. Třebaže jsou znázorněny dva přívody 146, 147 , mohou být všechny složky zaváděné do fermentoru přiváděny jediným přívodem nebo naopak větším počtem přívodů, kterými se zavádějí jednotlivé složky odděleně. Např.v řadě fermentačních pochodů je žádoucí zavádět živné médium, uhlík a zdroj ' energie odděleně. Třebaže přívody 146, 147 mají každý jeden vypouš těcí otvor, lze rozděleného zavádění složek dosáhnout pomocí přívodů’ s větším počtem výstupních otvorů. Kromě toho mohou být vstupní otvory vhodně umístěny v různých polohách po obvodu fermentační nádoby 34, přičemž jejich polohu často diktují úvahy o úspornosti konstrukce.

Plynový vstup 145 slouží k zavádění kyslíku a případně zdroje dusíku do nádoby 34. Plyn zaváděný plynovým přívodem 145 vstupuje do nádoby 34 plynovým rozdělovačem 14Q . Plynový rozdělovač 149 je s výhodou umístěn ve fermentoru souměrně vzhledem k jeho podélné ose a jeho postranní stěna je opatřena soustavou děr. Průměr plynového rozdělovače 140 není s výhodou větší než průměr nej spodnějšího oběžného kola pod kterým je výstupní strana plynového rozdělovače 149 umístěna.

Způsob zavádění plynu, umístění oběžného kola 15Ó v bezprostřední blízkosti plynového rozdělovače 149 a poloha trubkových svazků 52 přispívají ke krajně vysokému přenosu kyslíku, který zaj išluje termentační nádoba podle vynálezu. Fermentační nádoba podle vynálezu je schopna zajistit přenos kyslíku v rozmezí nejméně asi 3OO mmol kyslíku 1 na litr za hod. (mmol O₂l/hod.) Kromě toho ιό je odvod tepla z nádoby podle vynálezu dostatečně velký, aby bylo možno odvádět účinně velké množství tepla vzniklého fermentací, které je zase generováno v důsledku vysokého množství kyslíku, které je k dispozoci pro fermentuj ící médium. Ve fermentačnín nádobě podle vynálezu je dosažitenný odvod tepla řádově nejméně 36 Kcal/litr/hod.

Fermentační nádoba 34 je rovněž vybavena odváděči trubkou 148 pro odvádění fermentu. Když se f ermentace provádí spojitě, lze odváděči trubzou 48 odvádět ferment spojitě nebo přerušovaně a zavádět čerstvé živné složky přívody 145. 146, 147.

. Fermentačnín nádoba 34 je dále opatřena nejméně jedním odpěnovačem, např. rozbíječem pěny popsaným v amer.pat.spise č. 4 373 Ο24, nebo soustavou prvků 162, 164, 166, tvořících podle obr, 8 odpenovač Na hřídeli 164, který je poháněn pohonem ιόό , jsou upevněny kužely 162. Náraz zpěněného fermentu na rotující kužely 162 způsobí rozrušení pěny a návrat kapaliny do hlavní části f ermentační nádoby, zatímco uvolněný plyn opouští fermentorodplyňovací trubkou 168. Třebaže ve fermentoru podle vynálezu je umístěn nejméně jeden odpěňovač, dostatečnou kapacitu pro rozrušení pěny, jejíž množství se předpokládá pro daný fermentační proces, může zajistit větší počet rozbíječů pěny, které jsou • · · ···· ·· ·· umístěny pod horní vypouklou částí nádoby 34.

Aerobní vodný fermentační proces potřebuje molekulární kyslík, který je dodáván plynem obsahujícím molekulární kyslík, jako je vzduch, vzduch obohacený kyslíkem nebo přímo v podstatě čistý molekulární kyslík, takže parciální tlak kyslíku ve fermentu se udržuje na takové výši, aby umožňoval růst mikroorganismů nebo biochemickou přeměnu substrátu v nádobě. Při použití okysličeného uhlovodíkového substrátu lze celkový požadavek na kyslík pro růst nebo přeměnu substrátu mikroorganismy odečíst od požadavků, použije-li se parafín.

Tlak používaný při mikrobiologické fermentaci může být v širokém rozmezí. Typické tlaky jsou v rozmezí asi od 0 do 1,035 MPa, s výhodou od 0 do 0,414 MPa, nejvýhodněji mezi 0,242 až 0,276 MPa, což představuje rovnováhu mezi nákladem na zařízení a jeho provoz a mezi dosažitelnou rozpustností kyslíku. Tlaky vyšší než je tlak atmosférický jsou výhodné tím, že zvětšují koncentraci rozpuštěného kyslíku ve vodném fermentu, což zase zvyšuje rychlost buněčného růstu. Je to ovšem vyváženo tím, že vysoké provozní tlaky zvyšují provozní náklady i cenu zařízení.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY s nádobou (34), přičemž tato boční stěnou (32), s prvním s přívodem (30) tekutiny, nádoby (34), a s výstupem

1. Zařízení na výměnu tepla nádoba (34) je částečně omezena trubkovým členem (4), který má první konec (16) a druhý konec (18) opatřený uzávěrem (12), s druhým trubkovým členem (2), který má první konec (20) a druhý konec (22) vzdálený od uzávěru (12) prvního trubkového členu (4), přičemž druhý trubkový člen (2) je uspořádán uvnitř prvního trubkového členu (4), kde průtočná dráha prochází druhým trubkovým členem (2) a prstencovým prostorem (28) mezi druhým trubkovým členem (2) a prvním trubkovým členem (4), procházejícím boční stěnou (32) (36) tekutiny, procházejícím boční stěnou (32) nádoby (34), vyznačující se tím, že v nádobě (34) je uspořádána alespoň jedna trubka (8), přičemž tato trubka (8) má boční stěnu, v trubce (8) je uspořádána přepážka (14) dělící vnitřek trubky (8) na první komoru (6) a druhou komoru (10), přičemž první konec (16) prvního trubkového členu (4) je připojen k boční stěně trubky (8) a první konec (20) druhého trubkového členu (2) je připojen k přepážce (14), kde průtočná dráha začíná v první komoře (6) a prochází druhým trubkovým členem (2), prstencovým prostorem (28) mezi druhým trubkovým členem (2) a prvním trubkovým členem (4) a končí ve druhé komoře (10), přičemž přívod (30) tekutiny je spojen s první komorou (6) a výstup (36) tekutiny je spojen s druhou komorou (10) .
2. Zařízení podle nároku 1,vyznačující se tím, že boční stěna (32) nádoby (34) má v podstatě válcovou vnitřní plochu (38), přičemž nádoba (34) má podélnou osu (138), kolem níž je boční stěna (32) uspořádána v podstatě symetricky, kde přívod (30) tekutiny je tvořen napájecí trubkou (40), procházející boční stěnou (32) nádoby (34), a zakřivenou přívodní trubkou (42), uspořádanou v podstatě obvodově kolem vnitřní strany nádoby (34) v odstupu od boční stěny (32) nádoby (34) a spojenou s první komorou (6) stoupací přívodní trubkou (44), přičemž výstup (36) tekutiny je tvořen první odváděči trubkou (11), procházející boční stěnou (32) nádoby (34) a spojenou se zakřivenou sběrnou trubkou (7), uspořádanou v podstatě obvodově kolem vnitřní strany nádoby (34) v odstupu od boční stěny (32) nádoby (34), přičemž stoupací výstupní trubka (46) spojuje druhou komoru (10) se zakřivenou sběrnou trubkou (7).
3. Zařízení podle nároku 1,vyznačující se tím, že dále obsahuje kompresor (202) pro odvádění tekutiny z výstupu (11) tekutiny, kondenzátor (204) pro chlazení proudu vystupujícího z kompresoru (202), potrubí (206) spojující kompresor (202) s kondenzátorem (204) a potrubí (208) spojující kondenzátor (204) s přívodem (30) tekutiny.
4. Zařízení podle nároku 3,vyznačující se tím, že v případě uspořádání více trubek (8) jsou tyto trubky (8) orientovány v podstatě radiálně vůči podélné ose (138) nádoby (34), přičemž každá z trubek (8) má vnitřní konec a vnější konec, dále první trubkové členy (4) a druhé trubkové členy (2), připojené k trubkám (8), dále stoupací přívodní trubky (44) spojující každou z v podstatě radiálně uspořádaných trubek (8) se zakřivenou přívodní trubkou (42) a stoupací výstupní trubky (46) spojující každou z v podstatě radiálně uspořádaných trubek (8) se zakřivenou sběrnou trubkou (7).
5. Zařízení podle nároku 4,vyznačující se tím, že zakřivená přívodní trubka (42) je stoupací přívodní trubkou (44) spojena vnitřní koncovou částí každé v podstatě radiálně uspořádané trubky (8) a vnější koncová část každé v podstatě radiálně uspořádané trubky (8) je stoupací výstupní trubkou (46) spojena se zakřivenou sběrnou trubkou (7).

· · · · ··· ···· ···· ···· · · · · ·· · • ··· · · · ······ • · · · · · · trubkou (46) spojena se zakřivenou sběrnou trubkou (7).
6. Zařízení podle nároku 4,vyznačující se t í m, že v prstencovém prostoru (28) mezi prvním trubkovým členem (4) a druhým trubkovým členem (2) jsou uspořádány rozpěrky (256) pro udržování odstupu prvního trubkového členu (4) od druhého trubkového členu (2).
7. Zařízení podle nároku 6,vyznačující se tím, že nádoba (34) má horní konec a dolní konec a je uspořádána v podstatě svisle, takže má horní část a dolní část, přičemž přívod (30) tekutiny a výstup (36) tekutiny jsou uspořádány v dolní části nádoby (34), první trubkový člen (4) a druhý trubkový člen (2) vystupují z oblasti uspořádání přívodu (30) tekutiny a výstupu (36) tekutiny směrem k horní části nádoby (34).
8. Zařízení podle nároku 7,vyznačující se tím, že dále obsahuje míchací ústrojí s hřídelem (130), uspořádaným uprostřed nádoby (34) koaxiálně s podélnou osou (138) nádoby (34), s pohonem (139) spojeným s hřídelem (130) a s oběžnými koly (156, 158) upevněnými na hřídeli (130), přičemž průměr oběžných kol (156, 158) je nanejvýš roven průměru prázdného pásma, ohraničeného trubkovými členy, uspořádanými nejblíže vnitřnímu konci radiálně uspořádané trubky (8).
9. Zařízení podle nároku 8,vyznačující se tím, že dále obsahuje přívody (146, 147) pro zavádění živných médií a uhlíkatého zdroje energie do nádoby (34), přívod (145) plynu pro zavádění plynu do nádoby (34), výstup (148) pro odvádění fermentu z dolní koncové části nádoby (34) a odplyňovací ústrojí (162, 164, 166) pro odplyňování pěny, uspořádané v horní části nádoby (34) a umístěné na jejím vnějším obvodu.

7/W.i

- 22 10. Zařízení podle nároku 2, tím, že dále obsahuje potrubí spojené s přívodem (30) tekutiny.

vyznačující se (208) pro přívod amoniaku,

138

V

ΊΙ^ ιλ;.3Ί7Μ?Λ 0#<i μ ·^dv^ j 8 H ÍX ia l j

I <hso« ΐ t

Í, 8 ς t· 9 o •f'5 ^'ť^W'JllWM«MW»^,WI1

Y IX?

o σ>

<o iiyd _t AAsraftv av^n | y V IV V

41500 •f'2

256

V

7777/ /

X ZXZf. Z

Β z'