RU2221038C2 - Аппарат для выращивания микроорганизмов - Google Patents

Аппарат для выращивания микроорганизмов Download PDF

Info

Publication number
RU2221038C2
RU2221038C2 RU2001101394/13A RU2001101394A RU2221038C2 RU 2221038 C2 RU2221038 C2 RU 2221038C2 RU 2001101394/13 A RU2001101394/13 A RU 2001101394/13A RU 2001101394 A RU2001101394 A RU 2001101394A RU 2221038 C2 RU2221038 C2 RU 2221038C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
section
liquid
pipes
culture fluid
Prior art date
Application number
RU2001101394/13A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2001101394A (ru
Inventor
Н.А. Войнов
О.Н. Войнова
П.Б. Козленко
Original Assignee
Сибирский государственный технологический университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сибирский государственный технологический университет filed Critical Сибирский государственный технологический университет
Priority to RU2001101394/13A priority Critical patent/RU2221038C2/ru
Publication of RU2001101394A publication Critical patent/RU2001101394A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2221038C2 publication Critical patent/RU2221038C2/ru

Links

Images

Landscapes

  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

Изобретение относится к микробиологической и пищевой промышленности. Аппарат содержит вертикальный цилиндрический корпус, разделенный по высоте перегородками на секции ввода дегазирующего культуральную жидкость газа, ввода питательной среды и отвода газа с продуктами метаболизма, культивирования, теплообмена и ввода газа. Аппарат снабжен системой рециркуляции культуральной жидкости из нижней секции культивирования в верхнюю и установленными по высоте корпуса в перегородках цилиндрическими трубами с винтовой спиралью. Стенка труб в секции ввода дегазирующего газа и в секции ввода газового субстрата выполнена из двух коаксиально расположенных с зазором перфорированных цилиндров, между которыми размещены твердые частицы. Между указанными секциями внутри цилиндрических труб установлены с кольцевым зазором заглушенные патрубки для образования столба жидкости над ними. Газовая полость секции культивирования сообщена с секцией ввода газа при помощи трубопровода и нагнетательного устройства. Соотношение диаметров перфорированных цилиндров составляет d1/d2=1,1-3,0, а соотношение внутреннего диаметра циркуляционной трубы к диаметру заглушенного патрубка dп/d3=1,1-2,6. Изобретение обеспечивает увеличение поверхности контакта газовой фазы с жидкостью, повышение производительности аппарата и снижение энергозатрат на циркуляцию культуральной жидкости и газового субстрата. 2 ил.

Description

Изобретение относится к аппаратам для выращивания микроорганизмов и может найти применение в пищевой и микробиологической промышленности.
Известен аппарат для выращивания микроорганизмов, содержащий цилиндрический корпус, разделенный по высоте перегородками на ряд отдельных секций, включающий патрубки для подвода и отвода газа, систему рециркуляции культуральной жидкости из нижней секции аппарата в верхнюю, на каждой секции в перегородках установлены массообменные устройства, состоящие из трех коаксиально размещенных патрубков, снабженные винтовыми направляющими для закручивания культуральной жидкости и образующие между внутренним и промежуточным патрубками кольцевую полость для подвода газа (SU 1341188 А1, 30.09.1987).
Указанный аппарат имеет недостаточно развитую поверхность контакта газа с жидкостью. Известно, что в струйных аппаратах, к которым можно отнести этот аппарат для выращивания микроорганизмов, достигается низкая интенсивность массообмена. Поверхностный коэффициент массоотдачи составляет (0,4-0,6)•10-4 м/с, тогда как в пленочных аппаратах эта величина равна (1-3)•10-2 м/с, то есть на два порядка выше. Рециркуляция газовой фазы в указанном аппарате не обеспечивает эффективное диспергирование газа в жидкости, что приводит к низкой концентрации газового субстрата в ферментативной среде, а следовательно, и недостаточно высокую производительность аппарата.
Ближайшим аналогом предложенного аппарата для выращивания микроорганизмов является аппарат, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, снабженный технологическими штуцерами и разделенный по высоте перегородками на секции ввода питательной среды и отвода газа с продуктами метаболизма, культивирования, теплообмена и ввода газа, систему рециркуляции культуральной жидкости из нижней секции корпуса в верхнюю и установленные по высоте корпуса в перегородках цилиндрические трубы с винтовой спиралью для закручивания и перемешивания культуральной жидкости (SU 1588752 А2, 30.08.1990).
Недостатком известного аппарата является его невысокая производительность вследствие недостаточно развитой межфазной поверхности, при этом не обеспечиваются требуемые массообменные характеристики.
Изобретение решает задачу, заключающуюся в создании аппарата, который позволяет снизить себестоимость готового продукта и создать экологически чистые условия производства.
Технический результат заключается в увеличении поверхности контакта газа с жидкостью путем интенсивного диспергирования газовой фазы в культуральной жидкости, а также снижении энергозатрат на циркуляцию культуральной жидкости и газового субстрата.
Этот результат достигается тем, что в предложенном аппарате, содержащем вертикальный цилиндрический корпус, снабженный технологическими штуцерами и разделенный по высоте перегородками на секции ввода питательной среды и отвода газа с продуктами метаболизма, культивирования, теплообмена и ввода газа, систему рециркуляции культуральной жидкости из нижней секции корпуса в верхнюю и установленные по высоте корпуса в перегородках цилиндрические трубы с винтовой спиралью для закручивания и перемешивания культуральной жидкости, в верхней части корпуса расположена секция ввода дегазирующего культуральную жидкость газа и стенка труб в этой секции и секции ввода газа выполнена из двух коаксиально расположенных с зазором перфорированных цилиндров, между которыми размещены твердые частицы. Между секциями ввода газа и дегазирующего газа внутри цилиндрических труб установлены с кольцевым зазором заглушенные патрубки для образования столба жидкости над ними, не позволяющего смешиваться газообразным продуктам метаболизма с подаваемым газом. Газовая полость секции культивирования сообщена с секцией ввода газа при помощи трубопровода и нагнетательного устройства. Соотношение диаметров перфорированных цилиндров составляет d1/d2 = 1,1 - 3,0, а соотношение внутреннего диаметра циркуляционной трубы к диаметру заглушенного патрубка dп/d3 = 1,1 - 2,6.
Изобретение поясняется чертежом, на котором на фиг.1 изображен продольный разрез аппарата и на фиг.2 - цилиндрическая труба с винтовой спиралью.
Аппарат для выращивания микроорганизмов содержит вертикальный цилиндрический корпус 1, снабженный штуцерами 2 и 3 для подвода и отвода теплоносителя, штуцерами 4 и 5 отвода газового субстрата и подачи рециркулируемого газового субстрата, а также штуцерами 6 и 7 подачи питательной среды и отвода культуральной жидкости на рециркуляцию.
Корпус разделен по высоте перегородками 8 на секции 9 ввода питательной среды и отвода газа с продуктами метаболизма, секцию 10 культивирования микроорганизмов, секцию 11 теплообмена, секцию 12 ввода газового субстрата и секцию 13 ввода дегазирующего культуральную жидкость газа. По высоте корпуса в перегородках 8 установлены цилиндрические трубы 14 с винтовой спиралью 15 из проволоки или ленты для закручивания и перемешивания культуральной жидкости.
Стенки труб 14 в секциях 12 и 13 выполнены из двух коаксиально расположенных с зазором 16 перфорированных цилиндров 17 и 18, между которыми размещены твердые частицы 19. Между секциями 12 и 13 ввода газа и дегазирующего газа внутри цилиндрических труб установлены с кольцевым зазором заглушенные патрубки 20 для образования столба жидкости над ними, не позволяющего смешиваться газообразным продуктам метаболизма с подаваемым газом.
Газовая полость секции 10 культивирования сообщена с секцией 12 ввода газа при помощи трубопровода 21, на котором установлен сепаратор 22, и нагнетательного устройства 23, в частности вентилятора, для рециркуляции газового субстрата.
Соотношение диаметров перфорированных цилиндров 17 и 18 составляет d1/d2 = 1,1 - 3,0, а соотношение внутреннего диаметра циркуляционной трубы к диаметру заглушенного dп/d3 = 1,1 - 2,6.
В секции 9 ввода питательной среды расположены патрубки 24, выходная часть которых размещена коаксиально в верхней части цилиндрических труб 14. Корпус 1 аппарата снабжен штуцерами 25, 26 и 27 для соответственно ввода дегазирующего газа, подачи газового субстрата и отвода газа с продуктами метаболизма.
Для отвода культуральной жидкости (в случае ее попадания) из полостей секций 12 и 13 служат штуцер 28 и патрубок 29. Перфорированные цилиндры 17 и 18 на двух торцах снабжены кольцевыми заглушками 30 и 31, выполненными из упругого материала.
Выполнение расположенных в секциях 12 и 13 участков труб 14 из двух установленных с зазором перфорированных цилиндров диаметром d1 и d2 с соотношением d1/d2=1,1-3,0, между которыми плотно размещены твердые частицы и обеспечение соотношения диаметра твердых частиц к диаметру отверстий цилиндров dч/dо= 1,2-5 позволяет обеспечить интенсивное диспергирование чистого газа (без продуктов метаболизма) в культуральную жидкость, перемещающуюся по внутренней поверхности цилиндра 18 и тем самым обуславливает интенсивный вывод газообразных продуктов метаболизма (СО2, СО и т.д.) из культуральной жидкости в диспергируемый газ. Это предотвращает накопление газообразных продуктов метаболизма в газовом субстрате и, следовательно, увеличивает производительность аппарата по биомассе. В процессе работы при введении газового субстрата в секцию 12 газ проходит через каналы, образованные слоем твердых частиц, что обеспечивает интенсивное диспергирование газового субстрата в потоке культуральной жидкости, стекающей по внутренней поверхности трубы 14. Это существенно увеличивает коэффициенты массоотдачи до (3-8)•10-2 м/с, а следовательно, повышает концентрацию растворенного газа в жидкости, способствует увеличению концентрации микроорганизмов до 100 кг/м3, повышает производительность аппарата по выпускаемому продукту и позволяет (в совокупности с интенсивным отводом газообразных продуктов метаболизма) перерабатывать высококонцентрированные питательные субстраты с концентрацией редуцирующих веществ до 100 кг/м3, что, в свою очередь, не требует разбавления питательных сред водой и снижает расход отработанной жидкости (стоков), на очистку которых требуются существенные затраты.
Наличие твердых частиц, плотно размещенных в полости между двумя перфорированными цилиндрами, обеспечивает интенсивное диспергирование дегазирующего газа и газового субстрата в потоке культуральной жидкости (обеспечивает наличие многочисленных монодисперсных пузырьков газа), а следовательно, обеспечивает развитую межфазную поверхность, что позволяет снизить расход газа.
При соотношении диаметров перфорированных цилиндров d1/d2<1,1 наблюдается локальное (неравномерное) диспергирование газа в поток культуральной жидкости, стекающей по поверхности перфорированного цилиндра.
Как установлено экспериментально, при отношении d1/d2>3,0 резко увеличивается толщина слоя твердых частиц, что приводит к увеличению гидравлического сопротивления и увеличивает энергозатраты на процесс.
Размещение между секцией 12 ввода газового субстрата и секцией 13 дегазирующего газа по оси заглушенных патрубков 20, обеспечение отношения внутреннего диаметра внешнего патрубка к наружному диаметру стакана dп/d3= 1,1-2,6 предотвращает смешивание газового субстрата с дегазирующим газом и позволяет осуществлять полное использование газового субстрата, сокращает расход отработанного газа и затраты на его подготовку и очистку. Предотвращение прорыва газового субстрата в верхнюю часть аппарата обеспечивается столбом жидкости, который формируется над заглушенным патрубком 20 и в зазоре между ним и трубой 14.
При dп/d3>2,6 жидкость не скапливается над патрубком и стекает через кольцевой зазор, что приводит к смешиванию продуктов метаболизма и газового субстрата, что недопустимо.
При dп/d3<1,1 жидкость накапливается в полости цилиндрических труб 14, что ухудшает условия работы аппарата.
Соединение секции культивирования с секцией ввода газа трубопроводом и нагнетательным устройством перемещения газа (например, низконапорным вентилятором) позволяет обеспечить циркуляцию газового субстрата и возврат его в поток культуральной жидкости, что обеспечивает полное использование газового субстрата, уменьшает расход отработанного газа и расход свежего газа, поступающего на аэрацию, снижает энергозатраты на его приготовление, транспортировку и стерилизацию.
Аппарат для выращивания микроорганизмов работает следующим образом.
Питательная среда через штуцер 6 поступает в секцию 9 ввода жидкости, в которую также системой рециркуляции (не изображена) подается культуральная жидкость из нижней секции 10 корпуса 1. Далее суспензия проходит через кольцевые зазоры, образованные патрубком 24 и цилиндрической трубой 14 формируется в виде жидкостного кольца, а затем сплошным потоком (пленкой) стекает по внутренней поверхности трубы 14, по поверхности перфорированного цилиндра 18, обтекая при этом витки винтовой спирали 15, интенсивно перемешивается и контактирует с газовым субстратом через поверхность стекающего потока жидкости и поверхность газовых пузырьков, диспергированных в жидкость вследствие подачи газа в секцию 12 через штуцер 26 и прохождения его через отверстия перфорированных цилиндров, через слои твердых частиц в поток. В процессе культивирования осуществляется вывод газообразных продуктов метаболизма из культуральной жидкости путем подачи газа (чистого воздуха, азота) через штуцер 25 в секцию 13 ввода дегазирующего газа и пропускания его через отверстия перфорированных цилиндров 18 и 19, слой твердых частиц и диспергирования в поток культуральной жидкости. При этом происходит насыщение газа продуктами метаболизма. Затем газовая смесь с продуктами метаболизма поступает в секцию 9 и удаляется из аппарата через штуцер 27. Культуральная жидкость на выходе из цилиндрических труб 14, очищенная от газообразных продуктов метаболизма и насыщенная газовым субстратом, поступает в секцию 10, в которой осуществляется процесс культивирования микроорганизмов при подаче газового субстрата. Газовый субстрат из секции 10 через штуцер 4 нагнетательным устройством 23 вновь подается в секцию 12, что обеспечивает эффективное использование газового субстрата. Для поддержания заданной температуры в аппарате в секцию 11 через штуцер 2 подается теплоноситель (вода) и выводится через штуцер 3.
Изобретение позволяет увеличить производительность аппарата и перерабатывать высококонцентрированные питательные среды, а также обеспечить экологически чистый процесс культивирования путем организации замкнутого цикла по газу и снизить себестоимость выпускаемого продукта.

Claims (1)

  1. Аппарат для выращивания микроорганизмов, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, снабженный технологическими штуцерами и разделенный по высоте перегородками на секции ввода питательной среды и отвода газа с продуктами метаболизма, культивирования, теплообмена и ввода газа, систему рециркуляции культуральной жидкости из нижней секции корпуса в верхнюю и установленные по высоте корпуса в перегородках цилиндрические трубы с винтовой спиралью для закручивания и перемешивания культуральной жидкости, отличающийся тем, что в верхней части корпуса расположена секция ввода дегазирующего культуральную жидкость газа и стенка труб в этой секции и секции ввода газа выполнена из двух коаксиально расположенных с зазором перфорированных цилиндров, между которыми размещены твердые частицы, а между секциями ввода газа и дегазирующего газа внутри цилиндрических труб установлены с кольцевым зазором заглушенные патрубки для образования столба жидкости над ними, не позволяющего смешиваться газообразным продуктам метаболизма с подаваемым газом, при этом газовая полость секции культивирования сообщена с секцией ввода газа при помощи трубопровода и нагнетательного устройства, причем соотношение диаметров перфорированных цилиндров составляет d1/d2=1,1-3,0, а соотношение внутреннего диаметра циркуляционной трубы к диаметру заглушенного патрубка dп/d3=1,1-2,6.
RU2001101394/13A 2001-01-15 2001-01-15 Аппарат для выращивания микроорганизмов RU2221038C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001101394/13A RU2221038C2 (ru) 2001-01-15 2001-01-15 Аппарат для выращивания микроорганизмов

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001101394/13A RU2221038C2 (ru) 2001-01-15 2001-01-15 Аппарат для выращивания микроорганизмов

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2001101394A RU2001101394A (ru) 2003-03-10
RU2221038C2 true RU2221038C2 (ru) 2004-01-10

Family

ID=32090179

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001101394/13A RU2221038C2 (ru) 2001-01-15 2001-01-15 Аппарат для выращивания микроорганизмов

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2221038C2 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2458980C1 (ru) * 2011-06-29 2012-08-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежская государственная технологическая академия" Аппарат для культивирования автотрофных микроорганизмов

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2458980C1 (ru) * 2011-06-29 2012-08-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежская государственная технологическая академия" Аппарат для культивирования автотрофных микроорганизмов

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0541076A2 (en) Cooling water ozonation system
US7329539B2 (en) Bioreactor for sewage and wastewater treatment
CN101981175A (zh) 用于生物材料连续热水解的装置及方法
CN101343108A (zh) 水力空化与臭氧耦合处理污水的方法
CA1179790A (en) Integral flow circulator for fluid bed reactor
CA1170378A (en) Process and device for aerobic biotreatment
RU2221038C2 (ru) Аппарат для выращивания микроорганизмов
CN212770691U (zh) 一种大型高传质循环式通风发酵罐
KR101164507B1 (ko) 벤츄리관 구조체 및 이를 이용한 축산 분뇨의 액비화장치
RU2236451C1 (ru) Аппарат для аэробной жидкофазной ферментации
JP3107882B2 (ja) 気液接触装置
JP4087604B2 (ja) 流体処理装置
CN104628127A (zh) 多组多级水下射流曝气装置
RU2739528C1 (ru) Ферментер для культивирования биомассы метанокисляющих микроорганизмов Methylococcus capsulatus
CN206868026U (zh) 一种高效的气液物料混合装置
KR100539718B1 (ko) 다공관식 처리수 유출모듈과 이를 이용한 유동상 생물막공법의 처리수 유출장치
RU2363728C1 (ru) Пленочный аппарат
RU2579787C1 (ru) Система ускоренной аэробной переработки биомассы
RU2012593C1 (ru) Аппарат для выращивания микроорганизмов
RU2763054C1 (ru) Аппарат для выращивания микроорганизмов
CN217547164U (zh) 一种椰子气泡水生产用灭菌装置
CN205472916U (zh) 一种节能环保处理医药生产污水用曝气装置
SU1699965A1 (ru) Установка дл переработки навоза и производства биогаза
SU1308620A1 (ru) Аппарат дл выращивани микроорганизмов
RU2324730C2 (ru) Биореактор для проведения аэробных микробиологических процессов

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20030116