RU2032732C1

RU2032732C1 - Device for cleaning waste gas from fermenter

Info

Publication number: RU2032732C1
Authority: RU
Inventors: Валерий Васильевич Григорьев
Original assignee: Валерий Васильевич Григорьев
Priority date: 1992-02-19
Filing date: 1992-02-19
Publication date: 1995-04-10

Abstract

FIELD: microbiological industry. SUBSTANCE: device has a body with technological pipes, steam condenser, filter and heater. The heater and condenser are placed inside the body to form a double cascade heat exchanger. The upper compartment of the heater is connected to the body outlet pipe, the lower one - to the hollow of condenser. The heater is made in the form of a cylinder with a beveled bottom and cover. There is a separation device inside the heater to put on conical separation members and diffusers. The condenser which is also conical has a ring-type bottom and a flange-like cover with two radial slots and ducts for the intake of cooled water. The outer surface of both condenser and heater can be provided with bulge-ended ribs. EFFECT: higher efficiency and reliability. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к медицинскому и микробиологическому оборудованию. The invention relates to medical and microbiological equipment.

Одной из важнейших проблем ферментации является очистка отработанного газа из ферментера от пены, аэрозолей и микроорганизмов. One of the most important problems of fermentation is the purification of exhaust gas from the fermenter from foam, aerosols and microorganisms.

Известно применение с этой целью различных конструкций пеногасителей с вращающимся диском [1] сопловые пеногасители [2] устройство с фильтром тонкой очистки и горячим участком на выхлопной трубе ферментера [3]
Наиболее близким примером комплексного исполнения этого решения служит система, содержащая конденсатор, входной и выходной патрубок, турболопасти, корпус из нержавеющей стали, вихревой отбойник, подогреватель и фильтр [3]
Недостатком данной системы является то, что для ее работы постоянно требуется пар, сама система имеет достаточно большие размеры, так как состоит из трех отдельно расположенных самостоятельных единиц, не полностью используется эффективность пеногашения и очистка от аэрозольных частиц. Кроме того, система является источником теплопоступлений в рабочую зону.It is known to use for this purpose various designs of defoamers with a rotating disk [1] nozzle defoamers [2] a device with a fine filter and a hot section on the exhaust pipe of the fermenter [3]
The closest example of the integrated implementation of this solution is a system containing a condenser, inlet and outlet nozzles, turbo blades, stainless steel casing, vortex chipper, heater and filter [3]
The disadvantage of this system is that steam is constantly required for its operation, the system itself is quite large, as it consists of three separate independent units, the efficiency of defoaming and cleaning of aerosol particles are not fully used. In addition, the system is a source of heat to the working area.

Целью изобретения является сокращение энергозатрат при создании компактного устройства для очистки отработанного газа из ферментера, в котором не будет использоваться пар в качестве теплоносителя, подогрев очищенного газа в предлагаемом устройстве осуществляется за счет тепла (утилизированного) выносимого из ферментера отработанным газом. The aim of the invention is to reduce energy consumption when creating a compact device for purifying exhaust gas from a fermenter, in which steam will not be used as a heat carrier, heating the purified gas in the proposed device is carried out due to the heat (utilized) carried out from the fermenter by the exhaust gas.

Цель достигается тем, что подогреватель и конденсатор размещены внутри корпуса устройства, образуя двухкаскадный теплообменник, при этом верхняя часть полости подогревателя соединена с выходным патрубком устройства, а его нижняя часть сообщена с полостью конденсатора. The goal is achieved in that the heater and the condenser are placed inside the device body, forming a two-stage heat exchanger, while the upper part of the heater cavity is connected to the outlet pipe of the device, and its lower part is in communication with the condenser cavity.

Подогреватель выполнен в форме цилиндра с коническим днищем и крышкой. Во внутренней полости подогревателя установлено сепарирующее устройство, содержащее сепаратные корпуса и диффузоры. Конуса примыкают к цилиндрической поверхности подогревателя своим основанием на 0,5 часть поверхности, а оставшуюся часть составляет кольцеобразная щель для прохода газа. Вершины конусов направлены вверх, а отверстия диффузоров вниз, что способствует хорошей сепарации капельной влаги, беспрепятственному сливу конденсата и улучшению теплообмена. С этой же целью на наружной поверхности днища установлены веерообразно ребра, к которым закреплен диффузор, широкая часть которого примыкает к корпусу устройства, а отверстие диффузора и поверхность нижнего патрубка подогревателя образуют кольцевое сопло. The heater is made in the form of a cylinder with a conical bottom and a cover. In the inner cavity of the heater is installed a separating device containing separate housings and diffusers. The cones are adjacent to the cylindrical surface of the heater with their base on 0.5 part of the surface, and the remaining part is an annular gap for the passage of gas. The tops of the cones are directed up and the holes of the diffusers down, which contributes to a good separation of droplet moisture, unimpeded drainage of condensate and improved heat transfer. For the same purpose, fins are mounted fan-shaped on the outer surface of the bottom, to which a diffuser is fixed, a wide part of which is adjacent to the device body, and the diffuser hole and the surface of the lower heater nozzle form an annular nozzle.

Конденсатор выполнен из двух коаксиально расположенных цилиндров, снизу закрытых кольцевым днищем, а сверху фланцем, в котором выполнены два радиальных канала для подвода захоложенной воды внутрь конденсатора. Для улучшения теплообмена входной канал оборудован трубопроводом, направляющий захоложенную воду в нижнюю часть конденсатора. Для обеспечения прохода отработанного газа из верхней зоны корпуса устройства в нижнюю на поверхности фланца в районе воздушного зазора, образованного корпусом устройства и наружной цилиндрической поверхностью конденсатора, выполнены переточные отверстия, направляющие поток отработанного газа вдоль корпуса конденсатора. Кроме того, на периферийной части фланца выполнены два горизонтальных кольцеобразных зеркала, обеспечивающие герметичность соединения между верхней и нижней половиной корпуса устройства. The condenser is made of two coaxially arranged cylinders, closed at the bottom with an annular bottom, and at the top with a flange in which there are two radial channels for supplying chilled water into the condenser. To improve heat transfer, the inlet channel is equipped with a pipeline directing the chilled water to the lower part of the condenser. To ensure the passage of the exhaust gas from the upper zone of the device casing to the lower one on the flange surface in the region of the air gap formed by the device casing and the outer cylindrical surface of the condenser, overflow openings are made directing the flow of exhaust gas along the condenser casing. In addition, two horizontal annular mirrors are made on the peripheral part of the flange, ensuring a tight connection between the upper and lower half of the device.

На цилиндрической наружной поверхности подогревателя и конденсатора выполнены ребра с выступами на торцах, что способствует улучшению процесса теплообмена и деформации пены на их развитой поверхности, а выступы дают возможность образовать кольцевую щель для прохода отработанного газа, как с наружной стороны теплообменника, так и вход в его внутреннюю часть (полость конденсатора). Кроме того, точечное касание выступов ребер к поверхности корпуса устройства снижает теплопотери. On the cylindrical outer surface of the heater and condenser, fins are made with protrusions at the ends, which helps to improve the heat transfer process and foam deformation on their developed surface, and the protrusions make it possible to form an annular gap for the passage of exhaust gas, both from the outside of the heat exchanger, and the entrance to it internal part (capacitor cavity). In addition, the point of contact of the protrusions of the ribs to the surface of the housing of the device reduces heat loss.

На чертеже изображен общий вид устройства для очистки отработанного газа из ферментера с частичными вырезами его деталей для лучшего показа конструкции. The drawing shows a General view of a device for cleaning exhaust gas from a fermenter with partial cut-outs of its parts for a better display of the structure.

Устройство содержит корпус 1, входной штуцер 2, выходной штуцер 3, смесительную камеру 4, косозубый сепаратор 5, конусную крышку 6, подогреватель 7, вертикальные ребра 8, диффузор 9, веерообразные ребра 10, конусное днище подогревателя 11, кольцеообразное сопло 12, переточные отверстия 13, фланец 14, ребра конденсатора 15, конденсатор 16, кольцевая щель 17, конусное днище корпуса 18, дренажный трубопровод 19, внутренняя полость конденсатора 20, стыковой узел подогревателя и конденсатора 21, сепараторные диффузоры и конуса подогревателя 22, фильтр 23, подающий канал 24, трубопровод нижней подачи 25, отводящий канал 26, стыковочный узел корпуса и подогревателя 27, фланцевое соединение верхней и нижней половины корпуса 28, подводящий и отводящий штуцер 29, 30. The device comprises a housing 1, an inlet fitting 2, an outlet fitting 3, a mixing chamber 4, a helical separator 5, a conical cover 6, a heater 7, vertical ribs 8, a diffuser 9, fan-shaped ribs 10, a conical bottom of the heater 11, an annular nozzle 12, transfer holes 13, flange 14, condenser ribs 15, condenser 16, annular gap 17, conical bottom of the housing 18, drain pipe 19, internal cavity of the condenser 20, butt assembly of the heater and condenser 21, separator diffusers and heater cones 22, filter 23, feeding to nal 24, the lower feed line 25, exhaust channel 26, a connecting housing assembly and the heater 27, the upper flange connection and the lower half shell 28, inlet and outlet fitting 29, 30.

Устройство для очистки отработанного газа из ферментера работает следующим образом. Отработанный газ через входной штуцер 2 и смесительную камеру 4 поступает в косозубый сепаратор 5, в котором газовая смесь частично очищается от частиц крупнодисперсной пены и разбивается на равномерно-вращающийся поток. После чего газовый поток направляется вдоль наружной поверхности подогревателя 7, отдавая ему свое тепло. Диффузор 9 изменяет направление газового потока и направляет его в кольцевое сопло 12, из которого он через переточные отверстия 13 фланца 14 направляется вдоль ребер 15 конденсатора 16. Образовавшийся на развитой поверхности теплообменника конденсат стекает вниз, а затем через кольцевую щель 17 по конусному днищу 18 сливается по дренажному трубопpоводу 19 в накопительную емкость для конденсата или обратно в ферментер под зеркало культуральной жидкости. Газовый поток, изменив свое направление на 180^о, поступает внутрь полости 20 конденсатора, продолжая охлаждаться и конденсировать влагу на поверхности полости. Пройдя штуцер стыковочного узла 21, газ поступает внутрь полости подогревателя 7, где он начинает нагреваться, получая тепло (утилизированное) от внутренней поверхности подогревателя и от поверхности сепараторных конусов и диффузоров 22, одновременно сепарируя на их поверхности капельную влагу, захваченную газовым потоком из полости 20 конденсатора. Очищенный и осушенный газ через выходной штуцер 3 поступает в фильтр 3, где происходит его окончательная очистка от мелкодисперсного аэрозоля, микроорганизмов и сопутствующих вредных веществ.A device for cleaning exhaust gas from a fermenter operates as follows. The exhaust gas through the inlet fitting 2 and the mixing chamber 4 enters the helical separator 5, in which the gas mixture is partially cleaned from particles of coarse foam and is divided into a uniformly rotating stream. Then the gas stream is directed along the outer surface of the heater 7, giving it its heat. The diffuser 9 changes the direction of the gas flow and directs it to the annular nozzle 12, from which it is directed through the transfer openings 13 of the flange 14 along the fins 15 of the condenser 16. The condensate formed on the developed surface of the heat exchanger flows down, and then flows through the annular gap 17 along the conical bottom 18 through the drainage pipe 19 to the storage tank for condensate or back to the fermenter under the mirror of the culture fluid. The gas stream, changing its direction by 180 ^° , enters the cavity 20 of the condenser, while continuing to cool and condense moisture on the surface of the cavity. Having passed the fitting of the docking unit 21, the gas enters the cavity of the heater 7, where it begins to heat up, receiving heat (utilized) from the inner surface of the heater and from the surface of the separator cones and diffusers 22, while separating droplet moisture trapped on the gas surface from the cavity 20 capacitor. The purified and dried gas through the outlet 3 enters the filter 3, where it is finally cleaned of fine aerosol, microorganisms and related harmful substances.

Охлаждение конденсатора 16 осуществляется за счет поступления в него сетевой захоложенной воды. Вода поступает внутрь конденсатора по подающему каналу 24, а удаляется из него по отводящему каналу 26. Для обеспечения равномерности теплообмена подающий канал оборудован трубопроводом нижней подачи 25. Следует отметить, что корпус фильтра 23 не требует подвода к нему тепла (пара). За счет высокоэффективной технологии очистки отработанного газа в предлагаемом устройстве увлажнение фильтра практически не происходит, как во время проведения процесса ферментации, так и во время стерилизации ферментера. Описанный выше технологический процесс очистки отработанного газа свидетельствует об этом. Во время проведения процесса стерилизации ферментера текучим паром увлажнение (замачивание) фильтра в предлагаемом устройстве не происходит в результате того, что внутри конденсатора 16 практически всегда есть определенный объем воды комнатной температуры, несмотря на то, что в момент проведения стерилизации захоложенная вода перекрыта, поэтому пар, выходящий из ферментера будет, в первый момент, очищаться и осушаться за счет этого объема воды, постепенно нагревая все детали устройства, в том числе и фильтр 23. При достижении температуры конденсатора выше 100^оС, вода из него испарится через отводящий канал 26. К этому моменту температура фильтра 23 будет находиться в пределах 100^оС в результате подогрева газа, выходящего из полости конденсатора 20, в подогревателе 7. Для исключения теплопотерь и конденсации влаги входной штуцер фильтра 23 крепиться непосредственно к выходному штуцеру 3 устройства.The cooling of the condenser 16 is carried out due to the entry into it of chilled network water. Water enters the condenser through the supply channel 24, and is removed from it through the discharge channel 26. To ensure uniform heat transfer, the supply channel is equipped with a lower supply pipe 25. It should be noted that the filter housing 23 does not require heat (steam) to be supplied to it. Due to the highly efficient technology for purification of the exhaust gas in the proposed device, the filter is not wetted either during the fermentation process or during sterilization of the fermenter. The above process for the purification of exhaust gas indicates this. During the process of sterilization of the fermenter with fluid steam, the filter is not wetted (soaked) in the device of the device as a result of the fact that there is almost always a certain volume of room temperature water inside the condenser 16, despite the fact that the refrigerated water is shut off at the time of sterilization, therefore , leaving the fermenter will, at the first moment, be cleaned and dried due to this volume of water, gradually heating all the parts of the device, including filter 23. When the temperature reaches condensers above 100 ^{° C,} to evaporate water therefrom through exhaust channel 26. At this point, the temperature of the filter 23 will be in the range of 100 ^{° C} as a result of heating the gas exiting the cavity of the capacitor 20, in the preheater 7. To avoid heat losses and condensation input the filter fitting 23 is attached directly to the output fitting 3 of the device.

Практические испытания устройства показали, что в качестве холодоносителя может быть использована и обычная холодная вода, но ее температура не должна быть выше 14^оС.Practical tests have shown the device in that the cooling medium can be used an ordinary cold water, but the temperature should not be above 14 ° ^C.

Claims

1. DEVICE FOR CLEANING EXHAUST GAS FROM THE FERMENTER comprising a housing with inlet and outlet nozzles, a drain pipe, a vapor condenser, a filter and a heater, characterized in that the heater and condenser are placed inside the housing and form a two-stage heat exchanger, while the upper part of the heater cavity is connected to the outlet pipe of the housing, and the lower part of the heater is in communication with the cavity of the condenser, and the heater is made in the form of a cylinder with a conical bottom and a lid and in its inner cavity a separating device is installed, including separator elements in the form of cones and diffusers, and the condenser is also a cylinder closed at the bottom with an annular bottom and at the top with a flange with two radial channels and overflow holes for supplying chilled water, the holes being located in the place of the air gap formed by the device body and the outer cylindrical surface of the capacitor.

2. The device according to claim 1, characterized in that on the outer cylindrical surface of the heater and condenser are made ribs with protrusions at the ends.

3. The device according to claim 1, characterized in that on the outer surface of the bottom of the heater there are fan-shaped ribs on which a diffuser is mounted, the expanded part of which is adjacent to the device body, and its narrowed part forms an annular nozzle with the surface of the lower heater nozzle.

4. The device according to claim 1, characterized in that in the vertical section of the channel, for supplying chilled water, a pipeline is installed for its lower supply.