PL227303B1 - Dwukomorowy reaktor do magnetycznego wspomagania procesów chemicznych i układ z tym reaktorem - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest dwukomorowy reaktor do magnetycznego wspomagania procesów chemicznych, w których mogą brać udział gazy, ciecze i ciała stałe oraz reakcji chemicznych lub biochemicznych prowadzonych z zastosowaniem mikroorganizmów i układ z tym reaktorem.

Bioprocesy realizowane są w instalacjach charakteryzujących się dużą energochłonnością, co wiąże się z koniecznością ponoszenia znacznych kosztów eksploatacyjnych. Opracowane biotechnologie wymagają prowadzenia procesów z udziałem materii ożywionej w sposób okresowy, podczas gdy ekonomika oraz uwarunkowania techniczne wiążą się zazwyczaj z koniecznością pracy instalacji w sposób ciągły. Zazwyczaj handlowe procesy reprodukowania mikroorganizmów prowadzi się w sposób okresowy, rzadziej w sposób półokresowy. Prowadzenie hodowli mikroorganizmów lub bioprocesów w sposób ciągły jest szczególne trudne z powodu występowania problemów z uzyskaniem wystarczającego stopnia kontroli procesu oraz zapewnienia odpowiedniego poziomu oczyszczenia medium hodowlanego z niepożądanych czynników. Uzyskanie zadawalającego stopnia oczyszczenia bioproduktu wiąże się z zastosowaniem odpowiedniej obróbki termicznej oraz zapewnieniem stabilności parametrów procesowych. Dodatkową niedogodnością prowadzenia procesów z zastosowaniem mikroorganizmów żywych w sposób ciągły jest zbyt krótki czas przebywania materii ożywionej i/lub reagentów w bioreaktorze, wynikający z niewłaściwej konstrukcji geometrycznej aparatu hodowlanego.

W literaturze opisanych jest wiele sposobów prowadzenia procesów chemicznych i bioprocesów, jednakże istnieje potrzeba ich doskonalenia w celu optymalizacji procesów otrzymywania bioproduktów, przy uwzględnieniu aspektów ekonomicznych i skali produkcji.

Z opisu zgłoszeniowego wynalazku US 2012/0100572 znane jest stanowisko badawcze zawierające bioreaktor wyposażony w zbiornik cylindryczny i mieszadło strumieniowe. Odpowiednie umieszczenie dyszy strumieniowej zapewnia wprowadzenie materii ożywionej do płynnej pożywki oraz mieszanie medium hodowlanego, jak również dostarczenie koniecznych pożywek lub mediów. Zastosowane rozwiązanie pozwala zwiększyć szybkość prowadzonych procesów z zastosowaniem mikroorganizmów oraz zintensyfikować procesy transportu masy w mieszanym medium. Aplikacja mieszania z zastosowaniem strumienicy umożliwia uzyskanie jednorodnego poziomu rozproszenia gazów w mieszanym medium, przy uniknięciu procesu dezintegracji materii ożywionej. Opis zgłoszeniowego wynalazku CA 2727665 dotyczy urządzenia mieszającego służącego do zawieszania substancji rozpuszczonej w rozpuszczalniku z zastosowaniem rdzenia magnetycznego, jako źródła energii wprawiającego medium w ruch. Proces mieszania jest wywołany wytwarzanym na zewnątrz zbiornika polem elektromagnetycznym. Zastosowanie tego typu pola pozwala na wyrównanie gradientów temperatury i stężeń w mieszanym płynie wywołując przyśpieszenie kinetyki procesu rozpuszczania.

Znany z opisu zgłoszenia wynalazku CN 101655054 mieszalnik z zastosowaniem statycznego pola magnetycznego jest wykorzystywany do wspomagania procesu spalania paliwa w silniku spalinowym. Silne pole magnetyczne umożliwia zwiększenie efektu procesu mieszania w układach dwufazowych typu gaz-gaz, gaz-ciecz, ciecz-ciecz oraz zwiększa szybkość spalania poprzez zintensyfikowanie procesu dostarczania tlenu do spalanego paliwa. Powoduje to poprawę mocy silnika oraz pozwala zaoszczędzić znaczne ilości paliwa.

Przedstawione w zgłoszeniu wynalazku CN 102847477 magnetyczne urządzenie mieszające składa się z uzwojeń (zbudowanych z trzech par cewek Helmholza oraz pary cewek Maxwella), źródła zasilania oraz nanocząstek ciała stałego. Układ uzwojeń generuje gradient pola magnetycznego w różnych sekwencjach czasowych, co wiąże się z wywołaniem ruchu cząstek ciała stałego o właściwościach magnetycznych w mieszanym medium.

W opisie zgłoszenia wzoru użytkowego CN 103240016 przedstawiono urządzenie mieszające pracujące w sposób ciągły. Mieszalnik składa się z poziomego odcinka rury w osi, której umieszczono wał z rozmieszonym po długości układem mieszadeł. Uzwojenia umieszczono po zewnętrznej stronie przewodu rurowego w taki sposób, aby generowane pole obejmowało obszar pracy łopatek. Obszar oddziaływania mieszadła w płynie znajduje się w bezpośrednim oddziaływaniu pola magnetycznego wywołanego poprzez przepływający przez cewki prąd trójfazowy. Zastosowanie wirującego pola magnetycznego napędza umieszczone na wale mieszadła, generując obszary o zwiększonej intensywności burzliwości, których występowanie pozwala na przyśpieszenie szybkości reakcji.

Opis zgłoszeniowy wzoru użytkowego CN 202157075 dotyczy bioreaktora typu air-lift z zastosowanym, zewnętrznym generatorem pola magnetycznego. Urządzenie składa się z przepływowego

PL 227 303 B1 bioreaktora z wewnętrzną cyrkulacją płynu fermentacyjnego, wyposażonego w króćce wlotowy i wylotowy. Króciec wylotowy podłączony jest do rurociągu, na którym zamontowano kolejno generator pola magnetycznego, wymiennik ciepła (w celu kondycjonowania temperaturowego pożywki hodowlanej) oraz pompę cyrkulacyjną. Zastosowanie stacjonarnego lub zmiennego pola magnetycznego umożliwia poprawę rozpuszczania tlenu w medium hodowlanym w celu poprawienia warunków procesowych w zbiorniku bioreaktora.

Zgłoszenie wzoru użytkowego CN 202576087 zawiera opis bioreaktora z zastosowaniem indukcji magneto-elektrycznej do prowadzenia procesu beztlenowego utleniania amoniaku przeprowadzonego przez bakterie (proces anammox). Wielosekcyjny aparat wyposażono w układ generujący pole magnetyczne i elektryczne wraz z systemem sterowania. Aparat stosowany jest do aktywacji bakterii cechujących się obniżoną aktywnością biologiczną lub będących w fazie inaktywacji. Zastosowanie tego typu oddziaływań fizycznych pozwala na zwiększenie aktywności biologicznej materii ożywionej oraz zintensyfikowanie realizowanych procesów enzymatycznych. Opis zgłoszenia wzoru użytkowego CN 203212576 dotyczy aparatu z zastosowaniem magneto-fluidyzacji stosowanego do procesu fermentacji i przygotowywania ekstraktów stosowanych w produkcji papierosów smakowych. Aparat składa się z reaktora zbiornikowego wypełnionego mikronośnikami charakteryzującymi się podatnością magnetyczną, które służą do unieruchamiania materii ożywionej, enzymów lub bioaktywatorów. Aplikacja pola magnetycznego umożliwia rozszerzenie objętości roboczej reaktora oraz uniknięcie problemów w typowych bioreaktorach, wiążących się z procesami transportu masy i wydajnością katalityczną reakcji prowadzonych z udziałem materii ożywionej.

Z publikacji międzynarodowego zgłoszenia WO 2011/112601 znany jest sposób ciągłej hodowli komórek i produktów komórkowych przy zastosowaniu magnetycznie stabilizowanej hodowli tkankowej. Do hodowli stosuje się przepływowy kolumnowy aparat, podzielony na trzy sekcje: komorę wlotową, część z zewnętrznym zastosowaniem oddziaływania pola magnetycznego (pole magnetyczne generowane jest przez pierścienie wykonane z magnesów neodymowych) oraz komory do przyrostu biomasy. Silne pole magnetyczne umożliwia przestrzenne oddziaływanie na hodowany materiał biologiczny oraz zastosowanie nośników magnetycznych do immobilizacji enzymów lub realizacji procesu separacji magnetycznej.

Opis zgłoszenia patentowego DE 102004026448 dotyczy mieszalnika wyposażonego w magnes stały oraz cząstki magnetyczne, stosowane w celu immobilizacji materiału biologicznego lub enzymów. Reaktor może być stosowany do: reakcji uwodornienia, reakcji katalitycznych (katalizator jest w tym przypadku unieruchomiony na nośnikach magnetycznych); procesach konwersji realizowanych w zadaniach biomedycznych, biologicznych, farmaceutycznych, spożywczych; w reakcjach z wymianą jonową; reakcjach polimeryzacji.

W patencie EP 391846 przedstawiono opis aparatu do perfuzji komórek i ich hodowli w zawiesinie. Aparat składa się z zbiornika zawierającego centralną strefę do hodowli komórkowej i strefy zewnętrznej, umieszczonej obwodowo. Obydwie strefy oddzielone są przegrodą w celu zapewnienia odpowiedniego obiegu medium hodowlanego i pożywki w aparacie. Przepływający strumień medium hodowlanego przez odpowiednią konfigurację przegród ma zapewnić cyrkulację mikroorganizmów pomiędzy stożkową strefą ich osadzania i strefą, w której realizowany jest proces hodowlany.

Z opisu zgłoszenia patentowego EP 2039754 znany jest zbiornikowy bioreaktor wyposażony w stos mieszadeł turbinowych oraz w specjalnej konstrukcji bełkotkę, stosowaną w celu zapewnienia równomiernego rozkładu stężeń w mieszanym medium. Odpowiednia konfiguracja geometryczna układu mieszadeł umożliwia sterowanie współczynnikiem wnikania tlenu w górnej i dolnej części reaktora.

Opis zgłoszenia patentowego US 5342781 ujawnia konstrukcję bioreaktora typu air-lift z zewnętrzną pętlą cyrkulacyjną do hodowli mikroorganizmów, komórek roślinnych, zwierzęcych w celu pozyskiwania cennych metabolitów. Rurę opadową wyposażono w komorę w kształcie ściętego stożka, tworząc w ten sposób strefę odpadania. Na wewnętrznych ściankach stożka umieszczono powierzchnie lamelowe w celu zwiększenia efektywności oddzielania komórek materii ożywionej od medium hodowlanego.

W opisie zgłoszenia wynalazku US 4892818 przedstawiono, podzielony na dwie sekcje oraz pracujący w reżimie ciągłym bioreaktor, składający się z pionowych kolumn. Sekcje dolna i górna połączone są ściętym stożkiem w taki sposób, aby sekcja górna miała średnice większą od sekcji dolnej. Dolna część aparatu wypełniana jest cząstkami mającymi za zadanie intensyfikować przyrost biomasy. Sekcja górna wyposażona jest w stos mieszadeł w celu zwiększenia wydajności reakcji oraz realizacji procesu oczyszczania produktu.

PL 227 303 B1

W opisie zgłoszenia patentowego US 4906577 zaprezentowano aparat do hodowli komórkowej, w szczególności do procesów, podczas których materia ożywiona jest szczególnie narażona na ścinanie. Urządzenie składa się z komory do hodowli oraz z umieszczonej nad nią komory do kondycjonowania hodowli komórkowej. W komorze hodowlanej współosiowo umieszczono rurę, w której pracuje mieszadło ślimakowe. Dodatkowo do tej części urządzenia, przewodem rurowym doprowadzono gaz.

Opis zgłoszenia wynalazku US 5248613 prezentuje bioreaktor zbudowany z przewodu cylindrycznego, w którym współosiowo umieszczono wewnętrzną rurę cyrkulacyjną. W górnej części aparatu umieszczono ścięty stożek w celu wyodrębnienia strefy kontaktu biocieczy z gazem.

Opis zgłoszenia patentowego US 5403742 dotyczy bioreaktora z nieruchomym filmem, składającego się z cylindrycznego zbiornika, w którym współosiowo umieszczono obrotowy wał. Do wału mieszadła przymocowano cztery prostokątne ekrany służące do unieruchamiania mikroorganizmów.

W opisie zgłoszenia patentowego US 5728577 omówiono bioreaktor wyposażony w wykonujący ruchy obrotowe wał z przymocowaną do niego konstrukcją, na której możliwe jest umieszczenie elementów służących do unieruchamiania mikroorganizmów. Proponowane rozwiązanie konstrukcyjne zapewnia większą efektywność transportu masy pomiędzy mikroorganizmami a medium hodowlanym wzbogacanym w gaz.

W opisie patentowym PL 198 449 omówiono sposób obróbki substancji przetwarzalnej biologicznie za pomocą mikroorganizmów umieszczonych na nośnikach. Biomasa produkowana jest z zastosowaniem reaktora składającego się z górnej komory rozdzielczej, dolnej komory bioreaktora umieszczonej pod komorą rozdzielczą, oraz elementów doprowadzających substancje przetwarzalne biologicznie do komory rozdzielczej. Modułowa konstrukcja aparatu nie wymaga napowietrzania mechanicznego oraz pracuje w reżimie ciągłym, co pozwala na znaczne zmniejszenie kosztów eksploatacyjnych.

W polskim zgłoszeniu patentowym nr P.394335 opisano mieszalnik magnetyczny zawierający zbiornik, zewnętrzne uzwojenie elektryczne oraz układ mieszadeł. Aparat charakteryzuje się tym, że jest wyposażony w wewnętrzne uzwojenia elektryczne usytuowane na dyfuzorach magnetycznych, zamocowanych współosiowo w zbiorniku oraz pionowe przegrody z turbinkami, umieszczone przy ściance zbiornika. Wytwarzane przez trójfazowe uzwojenie elektryczne wirujące pole magnetyczne napędza mieszadła (wykonane z materiału podatnego na tego typu oddziaływania) oraz wywołuje cyrkulację płynu wewnątrz aparatu.

Biorąc pod uwagę opisany powyżej stan techniki można zauważyć następujące spostrzeżenia, co do procesu produkcji biomasy z wykorzystaniem reaktorów wyposażonych w mieszadła mechaniczne, jak i reaktorów w których zastosowano oddziaływania fizyczne w postaci pola eklektycznego i/lub magnetycznego, stosowanych do realizacji procesów chemicznych z udziałem materii ożywionej: i) otrzymywany bioprodukt musi być produkowany w jak najszybszy i najprostszy sposób; ii) w bioprocesie na skalę przemysłową powinna być zastosowana tania pożywka (łatwo dostępne podłoża przemysłowe) przy zachowaniu dobrej jakości produktu; iii) należy unikać kosztownych rozwiązań technologicznych; iv) bioprodukt powinien być łatwo dostępny w postaci czystej kultury; v) bioprodukt powinien być również genetycznie stabilny; vi) opracowany bioreaktor powinien cechować się łatwością w przenoszeniu skali.

Uwzględniając powyższe uwagi, celowym jest opracowanie reaktora do intensyfikacji produkcji biomasy. Głównym celem wynalazku jest opracowanie dwukomorowego reaktora wspomaganego magnetycznie pracującego w reżimie ciągłym, umożliwiającego osiągnięcie ekonomicznych korzyści w postaci obniżenia kosztów produkcji.

Dwukomorowy reaktor z magnetycznym wspomaganiem procesów chemicznych, w których mogą brać udział gazy, ciecze i ciała stałe oraz reakcji chemicznych lub biochemicznych prowadzonych z zastosowaniem mikroorganizmów, według wynalazku, wyposażony w dwie komory mieszania, generator wirującego pola magnetycznego, obudowę, pokrywę i dno z króćcami, charakteryzuje się tym, że ma centralną cylindryczna przegrodę, która tworzy wewnątrz reaktora dwie komory cylindryczną i pierścieniową, przymocowaną do stożkowego dna. Zastosowanie cylindrycznej przegrody pozwala na przepłynięcie medium np. hodowlanego do góry przez komorę pierścieniową (tzw. strefę wznoszenia) oraz do dołu w komorze cylindrycznej (tzw. strefa opadania). Reaktor ma zewnętrzną cylindryczną obudowę, w której jest generator wirującego pola magnetycznego, umieszczoną pomiędzy pokrywą a stożkowym dnem. Zewnętrzna cylindryczna obudowa ma króciec wlotowy i króciec wylotowy czynnika termicznego (obudowa ta wypełniona cieczą chłodzącą termostatuje reaktor), dzięki

PL 227 303 B1 czemu istnieje płaszcz, który służy do zapewnienia stabilnych warunków temperaturowych dla przepływającego przez niego medium reakcyjnego lub hodowlanego. Część cylindryczna reaktora połączona jest z dnem stożkowym oraz pokrywą kołnierzowo. Zastosowanie tego typu połączenia umożliwia wykonanie aparatu w sekcjach oraz zapewnia uszczelnienie aparatu. W dolnej części cylindrycznej reaktora, pod generatorem, rozmieszczony jest co najmniej jeden króciec do wprowadzenia medium reakcyjnego, które w przypadku prowadzenia bioprocesów zawiera mikroorganizmy. Dno stożkowe wyposażone jest w centralny króciec wylotowy, natomiast na pokrywie rozmieszczono króciec doprowadzający dodatkowe substancje chemiczne do wnętrza reaktora.

Korzystnie generator wirującego pola magnetycznego jest statorem indukcyjnego silnika klatkowego, a do zasilenia uzwojeń statora stosowny jest prąd trójfazowy. Dzięki zastosowaniu tego typu prądu możliwe jest uzyskanie wirującego pola magnetycznego (w obszarze wewnątrz statora), cechującego się niejednorodnością w przestrzeni indukcji magnetycznej oraz jej stałością w czasie.

Korzystnie generator pola magnetycznego ma średnicę wewnętrzną zbliżoną do zewnętrznej średnicy zewnętrznego przewodu rurowego.

Korzystnie szczelina pomiędzy wewnętrzną średnicą statora a zewnętrzną średnicą przewodu cylindrycznego jest jak najmniejsza.

Korzystnie w zewnętrznej cylindrycznej obudowie, pomiędzy generatorem a pierścieniową komorą znajduje się ciecz wykazująca właściwości magnetyczne (np. ciecz magneto- lub elektroreologiczna) w celu zwiększenia efektu oddziaływania pola magnetycznego na komorę reaktora, generowanego przez uzwojenie statora oraz ujednorodnienia i zwiększenia wartości indukcji magnetycznej otrzymywanej wewnątrz statora.

Reaktor, korzystnie w pierścieniowej komorze, powyżej króćców wlotowych ma co najmniej dwie pionowe przegrody cylindryczne, przy czym pionowe przegrody rozmieszczone są w równych odległościach do siebie po okręgu. Każda przegroda wyposażona jest w bełkotkę w celu doprowadzenia gazów procesowych.

Reaktor, w innej wersji wykonania, korzystnie w pierścieniowej komorze, powyżej króćców wlotowych ma toroidalną bełkotkę.

Reaktor z toroidalną bełkotką ma korzystnie turbinowe mieszadło umieszczone w cylindrycznej komorze, a górna część cylindrycznej przegrody ma perforacje. Wał turbinowego mieszadła wyprowadzony jest przez centralny króciec w pokrywie i połączony jest z napędem umożliwiającym ruch posuwisto-zwrotny i/lub obrotowy. Reaktor z toroidalną bełkotką korzystnie ma tłoczysko posuwisto-zwrotne umieszczone w cylindrycznej komorze, a dolna część cylindrycznej przegrody ma perforacje. Wał tłoczyska wyprowadzony jest przez centralny króciec w pokrywie i połączony jest z napędem umożliwiającym ruch posuwisto-zwrotny.

Reaktor korzystnie w cylindrycznej i pierścieniowej komorze ma cylindryczne i pierścieniowe wypełnienie z materiału podatnego na oddziaływanie pola magnetycznego. Wypełnienia zamocowane są na prętach do wału i centralnej cylindrycznej przegrody, która ma postać dwóch cylindrów, pomiędzy którymi znajduje się łożysko ślizgowe. Wał ma łożysko i jest wyprowadzony przez centralny króciec w pokrywie oraz połączony jest z napędem umożliwiającym ruch obrotowy.

Korzystnie zewnętrzna cylindryczna obudowa połączona jest króćcami z wymiennikiem ciepła, co zapewnia otrzymanie stabilnych warunków pracy generatora.

Korzystnie wymiennik ciepła ma postać przeciwprądowego lamelowego wymiennika ciepła.

Korzystnie, jako czynnik obiegowy stosowany jest płyn charakteryzujący się dużą pojemnością cieplną. Kołnierz pokrywy reaktora połączono pośrednio z kołnierzem płaszcza chłodzącego uzwojenie poprzez luźny kołnierz z odpowiednimi uszczelnieniami. Takie połączenie zapewnia uzyskanie szczelności zarówno wnętrza reaktora jak i komory chłodzącej uzwojenie oraz bezproblemowy dostęp do uzwojenia w razie konieczności jego wymiany lub kontroli. Pomiędzy króćcem wylotowym a wymiennikiem ciepła jest pierwsza pompa obiegowa.

Korzystnie pokrywa ma króciec na aparaturę kontrolno-pomiarową. Pokrywa może mieć również króćce w celu zainstalowania zaworów bezpieczeństwa, odpowietrzającego, czy króćce doprowadzające dodatkowe substancje chemiczne do wnętrza reaktora.

Korzystnie stożkowe dno ma boczny króciec spustowy, umożliwiający opróżnianie zbiornika reaktora, w szczególności z medium znajdującego się w komorze pierścieniowej.

Układ, według wynalazku, z reaktorem opisanym powyżej, charakteryzuje się tym, że ma centralny wylot reaktora połączony z wlotem do zbiornika, którego wylot połączony jest z drugą pompą obiegową. Zbiornik ma płaszcz grzejny. Zbiornik pełni funkcję magazynującą dla uzyskiwanego

PL 227 303 B1 produktu albo zrzutowy dla płynu znajdującego się w bioreaktorze. Strumień wylotowy z reaktora może być kierowany ponownie do zbiornika magazynowego lub częściowo na wlot aparatu w celu wywołania cyrkulacji w reaktorze oraz efektywniejszego wykorzystania np. pożywki.

Korzystnie układ obiegu czynnika odbierającego lub przekazującego ciepło w wymienniku ciepła sprzęgnięty jest z układem stabilizacji temperatury dla zbiornika magazynowego albo zrzutowego.

Zaletą rozwiązania jest to, że proces technologiczny prowadzi się w dwukomorowym reaktorze wspomaganym wirującym polem magnetycznym, przy czym proces ten może być prowadzony w reżimie okresowym, półokresowym lub ciągłym. Stanowisko do magnetycznego wspomagania procesów składa się z reaktora, zbiornika magazynowego wyposażonego w płaszcz grzejny, wymiennika ciepła oraz zestawu pomp do przetłaczania płynów reakcyjnych.

Podział komory reakcyjnej na dwie strefy (komora pierścieniowa i komora cylindryczna) umożliwia wydłużenie czasu przebywania medium w reaktorze, co pozwala na realizację procesu w sposób ciągły. Wyodrębnienie wewnętrznej strefy reakcyjnej, znajdującej się w rurze wewnętrznej umożliwia zastosowanie różnego typu wsadów w celu unieruchamiania różnego typu katalizatorów lub biokatalizatorów, jak również zastosowania układów mieszających intensyfikujących procesy transportu w mieszaninie reakcyjnej. Zastosowanie tego typu rozwiązania konstrukcyjnego umożliwia zwiększenie powierzchni kontaktu międzyfazowego oraz wyrównanie profili temperatury wewnątrz aparatu.

Wynalazek pozwala na realizację procesów w reżimie ciągłym oraz na znaczne zwiększenie czasu przebywania medium w jednostce reakcyjnej wskutek rozdzielenia przestrzeni reakcyjnej na dwie komory pierścieniową i cylindryczną. Rozdzielenie to pozwala na zastosowanie dodatkowych rozwiązań konstrukcyjnych, ujętych w przykładach, wpływających znacząco na wydajność uzyskiwanego produktu. Zaletą proponowanego reaktora jest zastosowanie wirującego pola magnetycznego, które wpływa na realizowane procesy chemiczne lub bioprocesy z udziałem materii ożywionej. W przypadku realizacji procesu z udziałem materii ożywionej, główną zaletą oddziaływania wirującego pola magnetycznego jest fizyczne zintensyfikowanie zjawisk transportu masy, pędu i energii pomiędzy pożywką a mikroorganizmami lub bezpośredni wpływ tego typu oddziaływania fizycznego na mikroorganizmy, co wpływa na jakość i ilość wytworzonej biomasy. Proponowane rozwiązanie zapewnia odzysk energii cieplnej oraz jej wykorzystanie do np. podtrzymywania właściwej temperatury medium zawierającego drobnoustroje.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładach wykonania i na rysunku, na których Fig. 1 przedstawia dwukomorowy reaktor w przekroju wzdłużnym, Fig. 2 przedstawia dwukomorowy reaktor z dyfuzorami gazu w pionowych rurach wypełniających pierścieniową komorę w przekroju wzdłużnym, Fig. 3 przedstawia reaktor z Fig. 2 w przekroju poprzecznym, Fig. 4 przedstawia dwukomorowy reaktor z toroidalnym dyfuzorem gazu wypełniającym pierścieniową komorę w przekroju wzdłużnym, Fig. 5 przedstawia reaktor z Fig. 4 w przekroju poprzecznym, Fig. 6 przedstawia dwukomorowy reaktor wyposażony w mieszadło i perforację cylindrycznej przegrody w górnej c zęści, Fig. 7 przedstawia reaktor z Fig. 6 w przekroju poprzecznym, Fig. 8 przedstawia dwukomorowy reaktor wyposażony w tłoczysko i perforację cylindrycznej przegrody w dolnej części, Fig. 9 przedstawia reaktor z Fig. 8 w przekroju poprzecznym, Fig. 10 przedstawia dwukomorowy reaktor, który ma w cylindrycznej komorze i w pierścieniowej komorze wypełnienie z materiału podatnego na oddziaływanie pola magnetycznego w przekroju wzdłużnym, Fig. 11 przedstawia wypełnienie komór cylindrycznej i pierścieniowej na wale obrotowym w widoku ogólnym z góry, Fig. 12 przedstawia wypełnienie komór cylindrycznej i pierścieniowej na wale obrotowym w widoku ogólnym od dołu, Fig. 13 przedstawia schemat układu z reaktorem połączonym z wymiennikiem ciepła i ze zbiornikiem zrzutowym/magazynowym.

P r z y k ł a d I (Fig. 1)

Reaktor 1 z magnetycznym wspomaganiem procesów ma centralną cylindryczną przegrodę 2, która tworzy wewnątrz reaktora dwie komory cylindryczną 3 i pierścieniową 4, przymocowaną do stożkowego dna 5. Reaktor na obudowie ma zewnętrzną cylindryczną obudowę 6, w której jest generator 7 wirującego pola magnetycznego, umieszczoną pomiędzy pokrywą 8 a stożkowym dnem 5. Generator 7 ma postać statora indukcyjnego silnika klatkowego, a uzwojenia statora zasila się prądem trójfazowym. Zewnętrzna cylindryczna obudowa 6 ma króciec wlotowy 9 i króciec wylotowy 10 czynnika termicznego (w celu doprowadzenia i odprowadzania czynnika zapewniającego stabilne warunki termicznej pracy generatora 7 wirującego pola magnetycznego). Stożkowe dno 5 ma centralny króciec wylotowy 11. Pokrywa 8 ma króciec wlotowy 12 doprowadzający dodatkowe substancje chemiczne do wnętrza reaktora. Pod generatorem 7 reaktor ma dwa przeciwległe króćce wlotowe 13

PL 227 303 B1 na medium reakcyjne. Obudowa reaktora 1 połączona jest kołnierzowo z pokrywą 8 i stożkowym dnem 5. Pokrywa 8 ma króciec 14 na aparaturę kontrolno-pomiarową. Medium wpływa do reaktora przeciwległymi króćcami wlotowymi 13 do pierścieniowej komory 4 a następnie wpływa do cylindrycznej komory 3. Medium wypływa z reaktora centralnym króćcem wylotowym 11

P r z y k ł a d II (Fig. 2, 3)

Reaktor wykonany analogicznie jak w przykładzie I, przy czym w pierścieniowej komorze 4, powyżej przeciwległych króćców wlotowych 13, ma sześć pionowych przegród cylindrycznych 15 w celu wywołania dodatkowej cyrkulacji i/lub wydłużenia czasu przebywania płynu w przestrzeni znajdującej się pomiędzy komorami cylindryczną 3 i pierścieniową 4. Każda z pionowych cylindrycznych przegród 15 ma wewnątrz bełkotkę 16 doprowadzającą gaz (powietrze) do pionowych przegród cylindrycznych 15. Przewody bełkotek 16 wyprowadzone są na zewnątrz przez stożkowe dno 5 króćcami. Reaktor w stożkowym dnie 5 ma boczny spustowy króciec 17 pozwalający na odprowadzenie medium z przestrzeni pierścieniowej komory 4. Reaktor ma w zewnętrznej cylindrycznej obudowie 6, pomiędzy generatorem 7 wirującego pola magnetycznego a pierścieniową komorą 4, ciecz wykazująca właściwości magnetyczne.

P r z y k ł a d III (Fig. 4, 5)

Reaktor wykonany analogicznie jak w przykładzie I, przy czym w pierścieniowej komorze 4, powyżej przeciwległych króćców wlotowych 13 ma toroidalną bełkotkę 18 doprowadzającą gaz (powietrze). Przewody toroidalnej bełkotki 18 wyprowadzone są na zewnątrz przez stożkowe dno 5 króćcami.

P r z y k ł a d IV (Fig. 6, 7)

Reaktor wykonany analogicznie jak w przykładzie III, przy czym ma turbinowe mieszadło 19 umieszczone w cylindrycznej komorze 3, a górna część cylindrycznej przegrody 2 ma perforacje 20. Wał turbinowego mieszadła 19 wyprowadzony jest przez centralny króciec 21 w pokrywie 8 i połączony jest z napędem umożliwiającym ruch posuwisto-zwrotny i/lub obrotowy.

P r z y k ł a d V (Fig. 8, 9)

Reaktor wykonany analogicznie jak w przykładzie III, przy czym ma posuwisto-zwrotne tłoczysko 22 umieszczone w cylindrycznej komorze 3, a dolna część cylindrycznej przegrody 2 ma perforacje 20. Wał tłoczyska 22 wyprowadzony jest przez centralny króciec 21 w pokrywie 8 i połączony jest z napędem umożliwiającym ruch posuwisto-zwrotny.

P r z y k ł a d VI (Fig. 10, 11, 12)

Reaktor wykonany analogicznie jak w przykładzie I, przy czym w cylindrycznej komorze 3 i w pierścieniowej komorze 4 ma pierścieniowe wypełnienie 23 i cylindryczne wypełnienie 24, oba z materiału podatnego na oddziaływanie pola magnetycznego. Wypełnienia 23, 24 zamocowane są na prętach 25 do wału 26 i centralnej cylindrycznej przegrody 2. Cylindryczna przegroda 2 ma postać dwóch cylindrów, pomiędzy którymi znajduje się ślizgowe łożysko 27 (nieruchomy pierścień ślizgowy).

Ruch katalizatora lub biokatalizatora osadzonego na obrotowym wypełnieniu 23, 24 zapewnia lepsze warunki prowadzenia procesu chemicznego lub efektywniejsze dostarczanie substancji pokarmowych w przypadku realizacji bioprocesu. Część pierścieniowa wypełnienia 23 dodatkowo zwiększa czas przebywania pęcherzyków powietrza dostarczonych poniżej usytuowanym dystrybutorem gazów, co wpływa na zwiększenie powierzchni międzyfazowej w przypadku kontaktu gazu z cieczą.

P r z y k ł a d VII (Fig. 13)

Reaktor wykonany analogicznie jak w przykładzie I, przy czym centralny króciec wylotowy 11 reaktora 1 połączony jest z wlotem do zbiornika 28, którego wylot 29 połączony jest z pierwszą pompą obiegową 30 , przy czym zbiornik 28 ma płaszcz grzejny 31 Pierwsza pompa obiegowa 30 wymusza obieg medium ze zbiornika 28 magazynującego do reaktora 1, dzięki czemu układ pracuje w obiegu zamkniętym. Układ ma wymiennik ciepła 32 i drugą pompę obiegową 33 czynnika chłodzącego generator 7 wirującego pola magnetycznego. Druga pompa obiegowa 33 zapewnia przepływ czynnika chłodzącego w zewnętrznej cylindrycznej obudowie 6 i w wymienniku ciepła 32. Czynnik chłodzący może być wykorzystany, jako czynnik stabilizujący temperaturę w zbiorniku magazynowym 28.

Claims (12)

1. Dwukomorowy reaktor do magnetycznego wspomagania procesów chemicznych, w których mogą brać udział gazy, ciecze i ciała stałe oraz reakcji chemicznych lub biochemicznych prowadzonych z zastosowaniem mikroorganizmów, wyposażony w dwie komory mie8

PL 227 303 B1 szania, generator wirującego pola magnetycznego, obudowę i pokrywę i dno z króćcami, znamienny tym, że ma centralną cylindryczną przegrodę (2), która tworzy wewnątrz reaktora (1) dwie komory cylindryczną (3) i pierścieniową (4), przymocowaną do stożkowego dna (5), przy czym reaktor ma zewnętrzną cylindryczną obudowę (6), w której jest generator (7) wirującego pola magnetycznego, umieszczoną pomiędzy pokrywą (8) a stożkowym dnem (5), przy czym zewnętrzna cylindryczna obudowa (6) ma króciec wlotowy (9) i króciec wylotowy (10) czynnika termicznego, zaś stożkowe dno (5) ma centralny króciec wylotowy (11), pokrywa (8) ma króciec wlotowy (12), służący do doprowadzania dodatkowych substancji chemicznych do wnętrza reaktora, a reaktor (1), pod generatorem (7) ma co najmniej jeden króciec wlotowy (13) na medium reakcyjne.

2. Reaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że generator (7) wirującego pola magnetycznego ma postać statora indukcyjnego silnika klatkowego, a uzwojenia statora zasila się prądem trójfazowym.

3. Reaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że w zewnętrznej cylindrycznej obudowie (6) pomiędzy generatorem (7) wirującego pola magnetycznego a pierścieniową komorą (4) ma ciecz wykazującą właściwości magnetyczne.

4. Reaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że w pierścieniowej komorze (4), powyżej króćców wlotowych (13) ma co najmniej dwie pionowe przegrody cylindryczne (15), każda z bełkotką (16), przy czym pionowe przegrody rozmieszczone są w równych odległościach do siebie po okręgu.

5. Reaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że w pierścieniowej komorze, powyżej króćców wlotowych (13) ma toroidalną bełkotkę (18).

6. Reaktor według zastrz. 5, znamienny tym, że ma turbinowe mieszadło (19) umieszczone w cylindrycznej komorze (3), a górna część cylindrycznej przegrody (2) ma perforacje (20), przy czym wał mieszadła (19) wyprowadzony jest przez centralny króciec (21) w pokrywie (8) i połączony jest z napędem umożliwiającym ruch posuwisto-zwrotny i/lub obrotowy.

7. Reaktor według zastrz. 5, znamienny tym, że ma posuwisto-zwrotne tłoczysko (22) umieszczone w cylindrycznej komorze (3), a dolna część cylindrycznej przegrody (2) ma perforacje (20), przy czym wał tłoczyska (22) wyprowadzony jest przez centralny króciec (21) w pokrywie (8) i połączony jest z napędem umożliwiającym ruch posuwisto-zwrotny.

8. Reaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że w cylindrycznej komorze (3) i w pierścieniowej komorze (4) ma wypełnienie pierścieniowe (23) i cylindryczne (24) z materiału podatnego na oddziaływanie pola magnetycznego, przy czym wypełnienia (23, 24) zamocowane są na prętach (25) do wału (26) i centralnej cylindrycznej przegrody (2), która ma postać dwóch cylindrów, pomiędzy którymi znajduje się ślizgowe łożysko (27), zaś wał (26) przechodzi przez centralny króciec (21) w pokrywie (8) i połączony jest z napędem umożliwiającym ruch obrotowy.

9. Reaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że zewnętrzna cylindryczna obudowa (6) połączona jest króćcami wylotowym (9) i wlotowym (10) z wymiennikiem ciepła (32), przy czym pomiędzy króćcem wylotowym (9) a wymiennikiem ciepła (32) ma drugą pompę obiegową (33).

10. Reaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że pokrywa (8) ma króciec (14) na aparaturę kontrolno-pomiarową.

11. Reaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że stożkowe dno (5) ma boczny króciec spustowy (17).

12. Układ z reaktorem opisanym w zastrzeżeniach od 1 do 11, znamienny tym, że centralny wylotowy króciec (11) reaktora (1) połączony jest z wlotem do zbiornika (28), którego wylot połączony jest z pierwszą pompą obiegową (30), przy czym zbiornik (28) ma płaszcz grzejny (31).