RU2221038C2 - Аппарат для выращивания микроорганизмов - Google Patents
Аппарат для выращивания микроорганизмов Download PDFInfo
- 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
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)
- 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.
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)
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 |
-
2001
- 2001-01-15 RU RU2001101394/13A patent/RU2221038C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
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 |