RU169598U1

RU169598U1 - DISINTEGRATOR FOR DESTRUCTION OF BIOMASS CELLS

Info

Publication number: RU169598U1
Application number: RU2016112682U
Authority: RU
Inventors: Евгений Игоревич Акулинин; Дмитрий Станиславович Дворецкий; Станислав Иванович Дворецкий; Михаил Сергеевич Темнов; Евгения Владимировна Пешкова
Priority date: 2016-04-04
Filing date: 2016-04-04
Publication date: 2017-03-24

Abstract

Полезная модель направлена на создание дезинтегратора для разрушения клеточных оболочек микроволновым излучением и содержит корпус с входным и выходными штуцерами, причем к корпусу через кольцевую прокладку примыкает крышка посредством болтового соединения, к крышке через держатель посредством болтовых соединений примыкают модули, в полостях которых установлены магнетроны, и модули без установленных в них магнетронов, модули установлены последовательно на закрепленную на держателе винтом отражательную трубу, представляющую собой резонатор; соединение магнетронов с блоком питания и управления осуществляется посредством проводов, расположенных во внутреннем канале каждого модуля и сходящихся в пучок через закрепленный в резьбовом отверстии держателя резьбовой штуцер; при этом в отверстия отражательной трубы установлены пропеллеры, частота излучения, создаваемого магнетронами, лежит в пределах от 3⋅10до 3⋅10Гц, а отношение высоты дезинтегратора к его диаметру лежит в пределах от 3 до 6. Устройство обеспечивает рециркуляцию биомассы в аппарате за счет естественной конвекции, отсутствие образования застойных зон в резонаторе, высокую эффективность разрушения клеток при обеспечении щадящего режима нагрева, пониженные энергозатраты и усиление действия предварительно введенных ферментов.5 з.п. ф-лы, 4 ил.A utility model is aimed at creating a disintegrator for destroying cell membranes by microwave radiation and comprises a housing with inlet and outlet fittings, whereby a lid is connected through a ring gasket to the housing by means of a bolt connection, modules with magnetrons are installed in the cavities through the holder by bolt connections, and modules without magnetrons installed in them; the modules are mounted sequentially on a reflective pipe fixed to the holder with a screw, which is resonator; the magnetrons are connected to the power and control unit by means of wires located in the internal channel of each module and converging into a beam through a threaded fitting fixed in the threaded hole of the holder; at the same time, propellers are installed in the holes of the reflective tube, the frequency of radiation generated by magnetrons lies in the range from 3⋅10 to 3Гц10Hz, and the ratio of the height of the disintegrator to its diameter lies in the range from 3 to 6. The device provides recirculation of biomass in the apparatus due to the natural convection, the absence of stagnant zones in the resonator, the high efficiency of cell destruction while providing a gentle heating regime, reduced energy consumption and increased action of previously introduced enzymes. 5 zp f-ly, 4 ill.

Description

Полезная модель относится к устройствам для разрушения оболочек клеток микроорганизмов с помощью микроволнового излучения, в частности к дезинтегрирующим устройствам.The utility model relates to devices for the destruction of cell membranes of microorganisms using microwave radiation, in particular to disintegrating devices.

Известно дезинтегрирующее устройство, которое включает корпус-статор, смонтированный в нем ротор, причем корпус-статор и ротор снабжены дезинтеграторными элементами в виде чередующихся выступов и впадин, а выступы корпуса-статора выполнены в виде стержней со свободным и вторым закрепленным концом, причем места закрепления чередуют в боковых стенках корпуса-статора (см., например, заявку на патент РФ 94024601, МПК C12M 1/02, 1996 г.).A disintegrating device is known that includes a stator housing, a rotor mounted in it, the stator housing and the rotor provided with disintegrating elements in the form of alternating protrusions and depressions, and the protrusions of the stator housing are made in the form of rods with a free and second fixed end, and the fixing alternate in the side walls of the stator housing (see, for example, patent application RF 94024601, IPC C12M 1/02, 1996).

Однако такая конструкция сложна в изготовлении и недостаточно надежна из-за наличия вращающегося ротора.However, this design is difficult to manufacture and not sufficiently reliable due to the presence of a rotating rotor.

Известно дезинтегрирующее устройство, которое содержит цилиндрический корпус со ступенчатой в поперечном сечении внутренней поверхностью стенки с патрубками подвода дезинтегрируемой массы и отвода дезинтеграта, приводной вал с установленными на нем верхним и нижним дисками с образованием между ними кольцевого канала для прохода дезинтегрируемой массы, сужающегося к периферии, на сопряженных поверхностях которых размещены нагнетательные элементы и концентрические кольцевые канавки, причем сопряженные поверхности кольцевого канала имеют абразивное покрытие для дополнительного измельчения дезинтеграта, а концентричные кольцевые канавки на сопряженных рабочих поверхностях верхнего и нижнего дисков имеют абразивное покрытие для дополнительного измельчения и гомогенизации дезинтеграта (см., например, заявку на патент РФ 95100877/13, МПК C12M 1/33, 1997 г.).A disintegrating device is known, which comprises a cylindrical body with a stepwise cross-section of the inner surface of the wall with nozzles for supplying the disintegrable mass and disintegrate outlet, a drive shaft with upper and lower disks mounted on it with the formation of an annular channel between them for the passage of the disintegrable mass, tapering to the periphery, on the mating surfaces of which discharge elements and concentric annular grooves are located, the mating surfaces of the annular channel and have an abrasive coating for additional grinding of the disintegrate, and concentric annular grooves on the mating working surfaces of the upper and lower disks have an abrasive coating for additional grinding and homogenization of the disintegrate (see, for example, patent application RF 95100877/13, IPC C12M 1/33, 1997).

Такая конструкция также сложна в изготовлении и недостаточно надежна из-за наличия движущихся приводного вала и дисков.This design is also difficult to manufacture and not sufficiently reliable due to the presence of a moving drive shaft and discs.

Известен баллистический дезинтегратор, содержащий рабочую камеру, выполненную в виде полого диска, с размещенными в ней мелющими телами, входной и выходной каналы, расположенные в центре и на периферии камеры, и активатор перемешивания мелющих тел, причем полый диск камеры выполнен уплощенной формы с расширенной периферийной частью, образующей кольцевую полость, а канал вывода дезинтеграта расположен в нижней части камеры непосредственно перед кольцевой полостью, при этом отношение объема мелющих тел в камере к объему кольцевой полости составляет 0,9-1,2 (см., например, патент РФ 2021348, МПК C12M 1/33, 1994 г.).Known ballistic disintegrator containing a working chamber made in the form of a hollow disk with grinding media located therein, input and output channels located in the center and on the periphery of the chamber, and an activator for mixing grinding media, the hollow disk of the camera is made of a flattened shape with extended peripheral the part forming the annular cavity, and the disintegration outlet channel is located in the lower part of the chamber immediately before the annular cavity, while the ratio of the volume of grinding media in the chamber to the volume of the annular cavity of 0.9-1.2 (see., e.g., RF Patent No. 2021348, IPC C12M 1/33, 1994 YG).

Такая конструкция также сложна в изготовлении и недостаточно надежна из-за наличия движущихся приводного вала и дисков, что обусловлено известными признаками технического решения.This design is also difficult to manufacture and not sufficiently reliable due to the presence of a moving drive shaft and discs, which is due to well-known features of a technical solution.

Известен дезинтегратор, содержащий цилиндрический корпус со всасывающим и нагнетательным патрубками, с размещенным в корпусе ротором с чередующимися продольными выступами и впадинами на его боковой поверхности, образующими с внутренней поверхностью корпуса кольцевой канал, отличающийся тем, что корпус снабжен прилегающей к его внутренней поверхности упругой пластиной с продольными выступами и впадинами, а внутренняя поверхность корпуса выполнена с коническими продольными впадинами, причем впадины корпуса и пластины образуют полости, в которых размещены конические штыри, закрепленные своими основаниями на соосном с ротором кольце, размещенном в корпусе с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оси дезинтегратора (см., например, патент РФ 2086641, МПК C12M 1/33, C02F 3/00 1997 г.).Known disintegrator containing a cylindrical body with suction and discharge nozzles, with a rotor located in the housing with alternating longitudinal protrusions and depressions on its lateral surface, forming an annular channel with the inner surface of the housing, characterized in that the housing is equipped with an elastic plate adjacent to its inner surface with longitudinal protrusions and depressions, and the inner surface of the housing is made with conical longitudinal depressions, and the depressions of the housing and plates form strips and in which conical pins are mounted, fixed with their bases on a ring coaxial with the rotor, placed in the housing with the possibility of reciprocating movement along the axis of the disintegrator (see, for example, RF patent 2086641, IPC C12M 1/33, C02F 3/00 1997 g.).

Такая конструкция также сложна в изготовлении и недостаточно надежна из-за наличия движущихся элементов, что обусловлено известными признаками технического решения.Such a design is also difficult to manufacture and not sufficiently reliable due to the presence of moving elements, which is due to the known features of the technical solution.

Известен способ дезинтеграции биологических клеток и устройство для его осуществления, состоящее из кюветы с электродами, сопряженными с устройством формирования в среде ударно-волнового акустического импульса. При этом синхронное включение с требуемой временной задержкой генератора ударно-волновых акустических импульсов и генератора импульсного электрического поля осуществляется блоком синхронизации (см., например, патент РФ 2117040, МПК C12M 1/33, 1998 г.).A known method of disintegration of biological cells and a device for its implementation, consisting of a cuvette with electrodes paired with a device for generating a shock wave acoustic pulse in the medium. In this case, synchronous switching on with the required time delay of the generator of shock-wave acoustic pulses and the generator of the pulsed electric field is carried out by the synchronization unit (see, for example, RF patent 2117040, IPC C12M 1/33, 1998).

Однако такая конструкция обеспечивает недостаточную степень разрушения клеток тех видов микроводорослей, стенки которых включают жесткие компоненты, встроенные в более пластичную полимерную матрицу, и способных к преодолению возникающих в результате действия ударно-волновых акустических импульсов.However, this design provides an insufficient degree of destruction of the cells of those types of microalgae, the walls of which include hard components embedded in a more plastic polymer matrix, and capable of overcoming the resulting from the action of shock-wave acoustic pulses.

Известен электромагнитный нагреватель для отопления емкостей произвольной формы, включающий емкость, в которую помещен электромагнитный излучатель микроволнового излучения и контроллер, осуществляющий управление мощностью микроволнового излучателя и, соответственно, режимом нагрева (см., например, патент США 9078298, МПК H05 B 6/74, H05 B 6/66 2015 г.).Known electromagnetic heater for heating containers of arbitrary shape, including a container in which is placed an electromagnetic microwave emitter and a controller that controls the power of the microwave emitter and, accordingly, the heating mode (see, for example, US patent 9078298, IPC H05 B 6/74, H05 B 6/66 2015).

Недостатком конструкции является неравномерность прогрева объема емкости из-за локального нагрева среды.The design drawback is the uneven heating of the tank volume due to local heating of the medium.

Известно устройство для уничтожения или обезвреживания микроорганизмов, содержащих нуклеиновые кислоты и/или белки, за счет использования микроволнового излучения, генерируемого излучателем. Устройство содержит несколько излучающих магнетронов, расположенных в стерилизационной камере и выполненных таким образом, чтобы обеспечить равномерный прогрев (см., например, патент США 5098665, МПК A61L 2/12 1992 г.).A device for the destruction or neutralization of microorganisms containing nucleic acids and / or proteins, through the use of microwave radiation generated by the emitter. The device contains several emitting magnetrons located in the sterilization chamber and made in such a way as to ensure uniform heating (see, for example, US patent 5098665, IPC A61L 2/12 1992).

Недостатком конструкции является возможность перегрева обрабатываемой среды из-за отсутствия перемешивания, что положительно при обезвреживании и уничтожении микроорганизмов, однако затрудняет использование устройства для создания щадящих режимов обработки.A design drawback is the possibility of overheating of the medium being processed due to the lack of mixing, which is positive for the neutralization and destruction of microorganisms, however, it makes it difficult to use the device to create gentle processing modes.

Известно устройство для обработки флюида микроволновым излучением, включающее цилиндрическую камеру, в которой расположены трубопровод для протекания жидкости, магнетрон с антенной, при этом трубопровод проходит через первую торцевую стенку в направлении второй торцевой стенки камеры, а камера и трубопровод являются, соосными. Трубопровод прозрачен для микроволнового излучения, а камера представляет собой микроволновой резонатор, входное отверстие для микроволнового излучения которого смещено от центра относительно длины камеры, и свободный конец антенны расположен на заданном расстоянии выступа из боковой стенки камеры. Устройство позволяет эффективно переносить энергию микроволнового излучения к обрабатываемому потоку (см., например, патент РФ 2531622, МПК B01J 19/12, H05B 6/78, A32L 3/01 1992 г.)A device for treating a fluid with microwave radiation is known, including a cylindrical chamber in which a pipeline for fluid flow, a magnetron with an antenna, are located, the pipeline passing through the first end wall in the direction of the second end wall of the chamber, and the chamber and pipeline are coaxial. The pipeline is transparent to microwave radiation, and the chamber is a microwave resonator, the inlet for microwave radiation of which is offset from the center relative to the length of the chamber, and the free end of the antenna is located at a predetermined distance of the protrusion from the side wall of the chamber. The device allows you to effectively transfer the energy of microwave radiation to the processed stream (see, for example, RF patent 2531622, IPC B01J 19/12, H05B 6/78, A32L 3/01 1992)

Недостатком данной конструкции является малая производительность и необходимость принудительной подачи среды для обработки, что обуславливает повышенные энергозатраты устройства.The disadvantage of this design is the low productivity and the need for forced feed of the processing medium, which leads to increased energy consumption of the device.

Указанные недостатки также обусловлены конструктивными признаками известного технического решения.These shortcomings are also due to structural features of the known technical solutions.

Задачей изобретения является повышение эффективности функционирования дезинтегратора.The objective of the invention is to increase the efficiency of the disintegrator.

Решение технической задачи достигается путем обеспечения рециркуляции биомассы в аппарате за счет естественной конвекции, что достигается созданием зоны повышенной температуры в резонаторе за счет воздействия на содержащуюся в биомассе воду микроволнового излучения и зоны остывания биомассы в кольцевом зазоре между внешней частью блока модулей и корпусом, что обеспечивает необходимое для полного разрушения клеток (в результате воздействия микроволнового излучения на клеточные стенки биомассы с достижением резонансной частоты и изменения стягивающих сил в клеточной стенке) время пребывания в аппарате наряду с созданием щадящего режима нагрева биомассы (не выше 65°C), необходимого для того, чтобы не происходило окисления целевого продукта - липидов, пониженными энергозатратами (за счет отсутствия дополнительных нагревательных элементов) и усилением действия ферментов, предварительно введенных в биомассу.The solution to the technical problem is achieved by providing biomass recirculation in the apparatus due to natural convection, which is achieved by creating an increased temperature zone in the resonator due to exposure to the microwave radiation contained in the biomass water and the cooling zone of the biomass in the annular gap between the outer part of the module block and the housing, which ensures necessary for complete destruction of cells (as a result of exposure to microwave radiation on the cell walls of biomass with the achievement of a resonant frequency and from changes in the constrictive forces in the cell wall) while in the apparatus, along with the creation of a gentle biomass heating regime (not higher than 65 ° C), necessary so that the target product is not oxidized - lipids, reduced energy costs (due to the absence of additional heating elements) and enhancing the action of enzymes previously introduced into biomass.

Между отличительными признаками и достигаемым техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь.Between the distinguishing features and the achieved technical result, there is the following causal relationship.

Технический результат достигается тем, что дезинтегратор содержит корпус с входным штуцером с установленным в его днище выходным штуцером, к которому через кольцевую прокладку примыкает крышка посредством болтового соединения, включающего болт, шайбу и гайку, причем к крышке через держатель посредством болтовых соединений через кольцевые прокладки примыкают модули, установленные последовательно на отражательную трубу, закрепленную на держателе винтом, в полостях которых установлены магнетроны с помощью винтов, и модули без установленных в них магнетронов, а соединение магнетронов с блоком питания и управления, закрепленном на опоре с помощью винтов, осуществляется посредством проводов, расположенных во внутреннем канале каждого модуля и сходящихся в пучок через резьбовой штуцер, закрепленный в резьбовом отверстии держателя и герметизированный в крышке с помощью кольцевых прокладок и прижимной втулки винтами, а в отверстия отражательной трубы установлены пропеллеры, в результате чего создаются зона повышенной температуры в резонаторе и зона остывания биомассы в кольцевом зазоре между внешней частью блока модулей и корпусом; частота излучения, создаваемого магнетронами, лежит в пределах от 3⋅10⁸ до 3⋅10¹⁰ Гц, а отношение высоты аппарата к его диаметру лежит в пределах от 3 до 6, что обеспечивает рециркуляцию биомассы в аппарате за счет естественной конвекции, отсутствие образования застойных зон в резонаторе, высокую эффективность разрушения клеток биомассы при обеспечении щадящего режима ее нагрева, пониженные энергозатраты и усиление действия предварительно введенных ферментов.The technical result is achieved by the fact that the disintegrator comprises a housing with an inlet fitting with an outlet fitting installed in its bottom, to which the lid is adjacent through the ring gasket by means of a bolt connection, including a bolt, washer and nut, and adjacent to the lid through the holder by means of bolted connections through the ring gaskets modules mounted in series on a reflective pipe fixed to the holder with a screw, in the cavities of which magnetrons are mounted with screws, and modules without installed the magnetrons contained in them, and the magnetrons are connected to the power and control unit mounted on a support with screws by means of wires located in the internal channel of each module and converging into a bundle through a threaded fitting fixed in the threaded hole of the holder and sealed in the lid with ring gaskets and the clamping sleeve with screws, and propellers are installed in the holes of the reflective tube, as a result of which a zone of increased temperature in the resonator and a cooling zone of biomass in annular gap between the outer part of the module block and the housing; the frequency of radiation generated by magnetrons lies in the range from 3 до10 ⁸ to 3⋅10 ¹⁰ Hz, and the ratio of the height of the apparatus to its diameter lies in the range from 3 to 6, which ensures the recirculation of biomass in the apparatus due to natural convection, the absence of stagnation zones in the resonator, high efficiency of destruction of biomass cells while providing a gentle regime of its heating, reduced energy consumption and increased action of previously introduced enzymes.

Корпус, крышка, корпус модуля выполнены из полимерных немагнитных материалов.The housing, cover, module housing are made of non-magnetic polymeric materials.

В качестве полимерного немагнитного материала корпуса и крышки используется полиамид шестиблочный.Six-block polyamide is used as a non-magnetic polymer material of the body and cover.

В качестве полимерного немагнитного материала корпуса модуля используется полипропилен.Polypropylene is used as a non-magnetic polymer material of the module case.

Отражательная труба выполнена из нержавеющей стали с полированной внутренней поверхностью и имеет отверстия в местах установки магнетронов.The reflective tube is made of stainless steel with a polished inner surface and has openings in the places where magnetrons are installed.

Площадь поперечного сечения резонатора равна площади поперечного сечения кольцевого зазора между внешней частью блока модулей и корпусом.The cross-sectional area of the resonator is equal to the cross-sectional area of the annular gap between the outer part of the module block and the housing.

Организация зоны повышенной температуры в резонаторе, полученном путем сборки отдельных модулей в блок, и зоны остывания биомассы в кольцевом зазоре между внешней частью блока модулей и корпусом обеспечивает рециркуляцию биомассы в аппарате за счет естественной конвекции, что позволяет не использовать устройства принудительной подачи биомассы (насосы), сокращая таким образом энергозатраты. Рециркуляция биомассы позволяет регулировать время ее пребывания в аппарате для обеспечения полного разрушения клеток. Кроме того, при рециркуляции чередуются стадии нагрева и охлаждения биомассы, что обеспечивает щадящий режим ее нагрева, необходимый для минимальных изменений биохимического состава клеток и усиления действия предварительно введенных ферментов. Модульное исполнение позволяет изменять рабочую высоту путем добавления или исключения однотипных модулей для обеспечения требуемой производительности аппарата. Создание магнетронами частоты излучения в пределах от 3⋅10⁸ до 3⋅10¹⁰ Гц обеспечивает достижение резонансной частоты в стенке клетки. Выполнение дезинтегратора с отношением высоты к диаметру в пределах от 3 до 6 обеспечивает градиент температур в аппарате, необходимый для осуществления режима естественной конвекции.The organization of the zone of elevated temperature in the resonator obtained by assembling individual modules into a block and the cooling zone of biomass in the annular gap between the outer part of the module block and the casing allows the biomass to be recirculated in the apparatus due to natural convection, which eliminates the need for biomass forced feed devices (pumps) , thus reducing energy consumption. Recycling of biomass allows you to adjust the time of its stay in the apparatus to ensure complete destruction of the cells. In addition, during recirculation, the stages of heating and cooling of biomass alternate, which provides a gentle mode of heating, which is necessary for minimal changes in the biochemical composition of cells and enhance the action of previously introduced enzymes. The modular design allows you to change the working height by adding or excluding the same type of modules to ensure the required performance of the device. The creation of radiation frequencies by magnetrons in the range from 3 × ¹⁰ ⁸ to 3 × ^{10 10} Hz ensures the achievement of the resonant frequency in the cell wall. The implementation of the disintegrator with a ratio of height to diameter ranging from 3 to 6 provides a temperature gradient in the apparatus, necessary for the implementation of the regime of natural convection.

Выполнение корпуса, крышки, корпуса модуля из полимерных немагнитных материалов обеспечивает легкость конструкции, отсутствие нагрева микроволновым излучением и коррозии.The execution of the housing, the cover, the housing of the module from non-magnetic polymeric materials provides ease of construction, the absence of heating by microwave radiation and corrosion.

Использование в качестве полимерного немагнитного материала корпуса и крышки полиамида шестиблочного обеспечивает высокую прочность и жесткость.The use of a six-block polyamide as a polymeric non-magnetic material for the body and cover provides high strength and rigidity.

Использование в качестве полимерного немагнитного материала корпуса модуля полипропилена обеспечивает возможность получения внутренней полости для размещения магнетрона методом низкотемпературной сварки отдельных частей корпуса модуля.The use of polypropylene as the polymer non-magnetic material of the module body provides the possibility of obtaining an internal cavity for placing the magnetron by low-temperature welding of individual parts of the module body.

Выполнение отражательной трубы из нержавеющей стали с полированной внутренней поверхностью обеспечивает необходимый коэффициент отражения электромагнитных волн, создаваемых магнетроном, и свободу их прохождения внутрь резонатора через отверстия в местах установки.The implementation of the reflective pipe made of stainless steel with a polished inner surface provides the necessary reflection coefficient of electromagnetic waves generated by the magnetron, and the freedom of their passage into the cavity through the holes in the installation site.

Выполнение площади поперечного сечения резонатора равным площади поперечного сечения кольцевого зазора между внешней частью блока модулей и корпусом обеспечивает равномерную рециркуляцию биомассы в аппарате и отсутствие дополнительного гидравлического сопротивления.The implementation of the cross-sectional area of the resonator equal to the cross-sectional area of the annular gap between the outer part of the module block and the housing ensures uniform recirculation of biomass in the apparatus and the absence of additional hydraulic resistance.

По имеющимся у заявителя сведениям, совокупность существенных признаков заявляемой полезной модели не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого объекта критерию "новизна".According to the information available to the applicant, the set of essential features of the claimed utility model is not known from the prior art, which allows us to conclude that the claimed object meets the criterion of "novelty."

Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность полезной модели, может быть многократно использована в производстве различных модификаций дезинтеграторов с получением технического результата, заключающегося в повышении эффективности функционирования, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого объекта критерию "промышленная применимость".The set of essential features characterizing the essence of the utility model can be repeatedly used in the production of various modifications of disintegrators to obtain a technical result consisting in increasing the efficiency of operation, which allows us to conclude that the claimed object meets the criterion of "industrial applicability".

Сущность заявляемой полезной модели поясняется примером конкретного выполнения, где:The essence of the claimed utility model is illustrated by an example of a specific implementation, where:

На фиг. 1 показан общий вид установки в разрезе.In FIG. 1 shows a General view of the installation in section.

На фиг. 2 показан магнетрон, закрепленный на центральной трубе (в разрезе).In FIG. 2 shows a magnetron mounted on a central tube (in section).

На фиг. 3 показан общий вид держателя в разрезе (вид сверху).In FIG. 3 shows a General view of the holder in section (top view).

На фиг. 4 показан общий вид держателя в разрезе (вид сбоку).In FIG. 4 shows a general sectional view of the holder (side view).

На представленных чертежах изображены:The drawings show:

1 - корпус;1 - housing;

2 - входной штуцер;2 - input fitting;

3 - выходной штуцер;3 - output fitting;

4 - кольцевая прокладка;4 - ring gasket;

5 - крышка;5 - cover;

6 - болт;6 - a bolt;

7 - шайба;7 - washer;

8 - гайка;8 - a nut;

9 - держатель;9 - holder;

10 - модуль;10 - module;

11 - отражательная труба;11 - reflective pipe;

12 - магнетрон;12 - magnetron;

13 - винт;13 - screw;

14 - блок питания и управления;14 - power supply and control unit;

15 - опора;15 - support;

16 - провод;16 - wire;

17 - резьбовой штуцер;17 - threaded fitting;

18 - прижимная втулка;18 - clamping sleeve;

19 - пропеллер.19 - propeller.

Дезинтегратор содержит корпус 1 с входным штуцером 2 с установленным в его днище выходным штуцером 3, к которому через кольцевую прокладку 4 примыкает крышка 5 посредством болтового соединения, включающего болт 6, шайбу 7 и гайку 8 (показаны условно). К крышке 5 через держатель 9 посредством болтовых соединений 6-8 (показаны условно) примыкают модули 10, установленные последовательно на отражательную трубу 11, закрепленную на держателе 9 винтом 13, в полостях которых установлены магнетроны 12 с помощью винтов 13, и модули без установленных в них магнетронов. Соединение магнетронов 12 с блоком питания и управления 14, закрепленном на опоре 15 с помощью винтов 13, осуществляется посредством проводов 16, расположенных во внутреннем канале каждого модуля и сходящихся в пучок через резьбовой штуцер 17, закрепленный в резьбовом отверстии держателя 9 и герметизированный в крышке 5 с помощью кольцевых прокладок 4 и прижимной втулки 18 винтами 15. В отверстия отражательной трубы 11 установлены пропеллеры 19.The disintegrator comprises a housing 1 with an inlet fitting 2 with an outlet fitting 3 installed in its bottom, to which the cover 5 is adjacent via an annular gasket 4 by means of a bolt connection including a bolt 6, a washer 7 and a nut 8 (shown conditionally). Modules 10 are mounted adjacent to the lid 5 through the holder 9 by means of bolted connections 6-8 (shown conditionally) sequentially mounted on a reflective pipe 11 mounted on the holder 9 with a screw 13, in the cavities of which magnetrons 12 are mounted using screws 13, and the modules without them magnetrons. The magnetrons 12 are connected to the power and control unit 14, mounted on the support 15 with screws 13, by means of wires 16 located in the inner channel of each module and converging into a bundle through a threaded fitting 17, mounted in the threaded hole of the holder 9 and sealed in the cover 5 using the ring gaskets 4 and the pressure sleeve 18 with the screws 15. Propellers 19 are installed in the holes of the reflective pipe 11.

Сборка устройства осуществляется в вертикальном положении следующим образом.The device is assembled in an upright position as follows.

На отражательную трубу 11 последовательно с натягом одеваются модули 10 (у нижнего модуля отверстие канала под провода 16 запаяно) с предварительно установленными в них с помощью винтов 13 магнетронами 12, провода 16 от которых выводятся в каналы и далее в отверстия каждого последующего модуля 10, и модули без магнетронов, и которые скрепляются между собой с помощью болтовых соединений 6-8 (показаны условно) и герметизируются по внешней части модулей и в местах соединения с отражательной трубой 11 сверху и снизу с помощью кольцевых прокладок 4. Имеется возможность соединения между собой произвольного количества модулей 10, при этом максимальная высота блока модулей ограничена наличием внутреннего пространства (высотой) корпуса 1. На верхний модуль устанавливается держатель 9 с помощью болтового соединения 6-8 (показано условно), в резьбовое отверстие которого вкручивается резьбовой штуцер 17, через который осуществляется вывод пучка проводов 16. Отражательная труба 11 дополнительно фиксируется на держателе 9 винтом 13, и в нее осуществляется вставка пропеллеров 19. Далее на держатель 9 устанавливается крышка 5 с предварительно установленными в резьбовое отверстие входным штуцером 17 и блоком питания и управления 14 на опоре 15, закрепленной на крышке 5 с помощью винтов 13, и осуществляется вывод пучка проводов через верхнюю часть резьбового штуцера 17 и соединение его с блоком питания и управления 14. Герметизация резьбового штуцера 17 осуществляется путем установки прижимной втулки 18 с кольцевыми прокладками 4 винтами 13. Центрирование держателя 9 относительно крышки 5 осуществляется болтовыми соединениями 6-8 (показаны условно). Далее собранная конструкция модулей с крышкой 5 устанавливается в корпус 1, в верхней части которого имеется входной штуцер 2, а в нижней части имеется резьбовой штуцер 3, и герметизируется с помощью кольцевой прокладки 4 и болтовых соединений 6-8 (показаны условно).Modules 10 are sequentially put on the reflective tube 11 (the channel hole for the wires 16 is sealed at the lower module) with magnetrons 12 pre-installed in them with screws 13, the wires 16 from which are led out into the channels and then into the holes of each subsequent module 10, and modules without magnetrons, and which are fastened together using bolted connections 6-8 (shown conditionally) and are sealed on the outside of the modules and at the junction with the reflective tube 11 above and below using ring gaskets 4. there is the possibility of interconnecting an arbitrary number of modules 10, while the maximum height of the module block is limited by the presence of the internal space (height) of the housing 1. A holder 9 is mounted on the upper module using a bolted connection 6-8 (shown conditionally), into which a screw hole is screwed the fitting 17, through which the output of the bundle of wires 16. The reflection pipe 11 is additionally fixed on the holder 9 by a screw 13, and the propellers 19 are inserted into it. Next, the mouth of the holder 9 the cover 5 is pressed with the inlet fitting 17 pre-installed in the threaded hole and the power supply and control unit 14 on the support 15 fixed to the cover 5 with screws 13, and the wire bundle is output through the upper part of the threaded fitting 17 and connected to the power and control unit 14. Sealing of the threaded fitting 17 is carried out by installing the clamping sleeve 18 with the ring gaskets 4 screws 13. The centering of the holder 9 relative to the cover 5 is carried out by bolted connections 6-8 (shown conditionally). Next, the assembled design of the modules with the cover 5 is installed in the housing 1, in the upper part of which there is an inlet fitting 2, and in the lower part there is a threaded fitting 3, and is sealed with an annular gasket 4 and bolted connections 6-8 (shown conditionally).

Предлагаемое устройство работает следующим образом.The proposed device operates as follows.

Перед началом работы осуществляется заполнение дезинтегратора исходной биомассой микроводорослей через входной штуцер 2 при закрытом кране (на фиг. 1 не показан), стоящем за выходным штуцером 3. После этого осуществляется включение магнетронов 12 блоком питания и управления 14. В отражательной трубе 11, выполненной из металла с полированной внутренней поверхностью и представляющей собой резонатор, магнетронами 12 создается электромагнитное поле сверхвысокой частоты, обеспечивающее достижение резонансной частоты и изменение стягивающих сил в клеточной стенке, что приводит к ее разрушению. Быстро нагреваемая внутри отражательной трубы 11 биомасса за счет естественной конвекции подымается вверх, при этом пропеллеры 19 обеспечивают отсутствие образования застойных зон, после чего биомасса начинает быстро остывать и опускаться по кольцевому зазору, образованному внутренней поверхностью корпуса 1 и внешней поверхностью блока модулей. После достижения дна остывшая среда повторно нагревается в отражательной трубе 11 и процесс повторяется. Работа дезинтегратора осуществляется по времени (до достижения необходимой степени разрушения клеток), после чего магнетроны 12 отключаются, осуществляется слив биомассы разрушенных клеток через выходной штуцер 3.Before starting work, the disintegrator is filled with the original microalgae biomass through the inlet nozzle 2 with a closed valve (not shown in Fig. 1), which is located behind the outlet nozzle 3. After that, the magnetrons 12 are switched on by the power supply and control unit 14. In the reflective tube 11 made of metal with a polished inner surface and representing a resonator, magnetrons 12 create an electromagnetic field of ultra-high frequency, which ensures the achievement of the resonant frequency and the change of the constriction systems l in the cell wall, which leads to its destruction. Quickly heated inside the reflective tube 11, the biomass rises due to natural convection, while the propellers 19 ensure the absence of stagnant zones, after which the biomass begins to quickly cool and fall along the annular gap formed by the inner surface of the housing 1 and the outer surface of the module block. After reaching the bottom, the cooled medium is reheated in the reflective pipe 11 and the process is repeated. The work of the disintegrator is carried out in time (until the necessary degree of destruction of the cells is achieved), after which the magnetrons 12 are turned off, the biomass of the destroyed cells is drained through the outlet fitting 3.

Устройство позволяет повысить эффективность функционирования дезинтегратора за счет организации зоны повышенной температуры в резонаторе и зоны остывания биомассы в кольцевом зазоре между внешней частью блока модулей и корпусом, что обеспечивает рециркуляцию биомассы в аппарате за счет естественной конвекции, отсутствие образования застойных зон, высокую эффективность разрушения клеток биомассы при обеспечении щадящего режима ее нагрева, пониженные энергозатраты и усиление действия предварительно введенных ферментов.The device allows to increase the efficiency of the functioning of the disintegrator due to the organization of the zone of increased temperature in the cavity and the cooling zone of the biomass in the annular gap between the outer part of the module block and the casing, which ensures recirculation of biomass in the apparatus due to natural convection, the absence of stagnant zones, and high efficiency of destruction of biomass cells while providing a gentle regime for its heating, reduced energy consumption and increased action of previously introduced enzymes.

Claims

1. A disintegrator for destroying biomass cells, comprising a housing with an inlet fitting and an outlet fitting installed in the bottom of the housing, characterized in that a cover is connected to the housing through an annular gasket by means of a bolt connection including a bolt, washer and nut; to the lid through the holder by means of bolted connections adjoin the modules, in the cavities of which magnetrons are mounted with screws, and modules without magnetrons installed in them, and the modules are installed in series on a reflective pipe mounted on the holder with a screw, which is a resonator; the magnetrons are connected to the power supply and control unit mounted on the support with screws by means of wires located in the internal channel of each module and converging into a bundle through the threaded fitting secured in the cover using ring gaskets and the pressure sleeve with screws and sealed in the lid; at the same time, propellers are installed in the holes of the reflecting tube, the frequency of radiation generated by magnetrons lies in the range from 3 × ¹⁰ ⁸ to 3 × ^{10 10} Hz, and the ratio of the height of the disintegrator to its diameter lies in the range from 3 to 6.

2. The disintegrator according to claim 1, characterized in that the housing, the cover, the housing of the module are made of polymer non-magnetic materials.

3. The disintegrator according to claim 2, characterized in that a six-block polyamide is used as the non-magnetic polymer material of the housing and the cover.

4. The disintegrator according to claim 2, characterized in that polypropylene is used as the polymer non-magnetic material of the module case.

5. The disintegrator according to claim 1, characterized in that the reflective tube is made of stainless steel with a polished inner surface and has openings in the places where magnetrons are installed.

6. The disintegrator according to claim 1, characterized in that the cross-sectional area of the resonator is equal to the cross-sectional area of the annular gap between the outer part of the module block and the housing.