RU2738849C1 - Apparatus for growing microorganisms - Google Patents

Apparatus for growing microorganisms Download PDF

Info

Publication number
RU2738849C1
RU2738849C1 RU2020126111A RU2020126111A RU2738849C1 RU 2738849 C1 RU2738849 C1 RU 2738849C1 RU 2020126111 A RU2020126111 A RU 2020126111A RU 2020126111 A RU2020126111 A RU 2020126111A RU 2738849 C1 RU2738849 C1 RU 2738849C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
liquid phase
gas
housing
liquid
recirculation
Prior art date
Application number
RU2020126111A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Константин Николаевич Бондаренко
Дмитрий Викторович Чернушкин
Евгений Леонидович Листов
Николай Викторович Пименов
Светлана Николаевна Дедыш
Игорь Юрьевич Ошкин
Original Assignee
Федеральное государственное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Фундаментальные основы биотехнологии" Российской академии наук" (ФИЦ Биотехнологии РАН)
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 Федеральное государственное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Фундаментальные основы биотехнологии" Российской академии наук" (ФИЦ Биотехнологии РАН) filed Critical Федеральное государственное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Фундаментальные основы биотехнологии" Российской академии наук" (ФИЦ Биотехнологии РАН)
Priority to RU2020126111A priority Critical patent/RU2738849C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2738849C1 publication Critical patent/RU2738849C1/en

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
    • C12M1/02—Apparatus for enzymology or microbiology with agitation means; with heat exchange means

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

FIELD: microbiological industry.
SUBSTANCE: invention relates to microbiological industry, in particular to apparatus for growing microorganisms on natural gas. Apparatus for growing microorganisms comprises a housing, process pipes for feeding solutions of mineral salts and titration agents, process pipes for feeding methane and air, a jet aerator. Aerator is located vertically in the upper part of the housing and is connected to the liquid phase recirculation system. System includes a heat exchanger, a liquid flow stimulator and pipelines. Pipelines are configured to discharge liquid phase from lower part of housing and to feed it through jet aerator into upper part of housing. System also has a pipeline connecting the lateral side of the housing, which is located above the allowable level of the liquid phase in the housing, with the upper part of the housing to ensure recycling of the gas phase. At that, the gas supply system of the apparatus is designed so that the gas components of the nutrient medium (natural gas and air) are supplied in equal amounts to the gas and liquid phase recirculation circuit. At that, natural gas and air are fed into liquid recirculation circuit immediately after heat exchanger. Mixing elements are coaxially installed inside pipeline of liquid phase recirculation at its height. Each mixing element is formed from two chambers - external and internal. Each chamber has the same cross-section area. Profiled plates are installed inside each chamber to create swirled flow and so that opposite rotation of flows in external and internal chambers is provided.
EFFECT: invention provides an increase in the productivity of the apparatus by providing the possibility of improving its mass transfer characteristics.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к микробиологической промышленности, а именно к аппаратам для выращивания микроорганизмов, и может найти применение при выращивании микроорганизмов на природном газе, а также спиртах и гидролизных щелоках.The invention relates to the microbiological industry, in particular to apparatus for growing microorganisms, and can be used for growing microorganisms on natural gas, as well as alcohols and hydrolysis liquors.

Для крупнотоннажного производства кормового белка (БВК) из природного газа во всем мире в основном используются два типа аппаратов это петлевые и струйные ферментеры.For the large-scale production of feed protein (FPC) from natural gas, two types of apparatus are mainly used all over the world: loop and jet fermenters.

Петлевые ферментеры известны по патентам WO 2010/069313 А2, US 6.492.135 В1 и US 10.184.103 В2.Loop fermenters are known from WO 2010/069313 A2, US 6.492.135 B1 and US 10.184.103 B2.

Петлевые ферментеры имеют довольно простую конструкцию в виде вертикальной петли образованной двумя контурами - восходящим и нисходящим контурами газожидкостного потока. Верхняя часть ферментеров выполнена в виде расширительной емкости таким образом, что восходящая часть петли через изгиб проходит горизонтально и тангенциально в сторону расширения верхнего конца нисходящей части петли. Эта особенность конструкции способствует разделению пузырьков газа и жидкости, который выводится из ферментера в виде абгаза. В нижней части ферментеров устанавливают встроенный насос, который обычно помещается рядом с U-образным изгибом и обеспечивает циркуляцию газожидкостной смеси в ферментере. Природный газ и воздух/или кислород могут вводиться в различных местах в U-образной петли. Как правило, они подаются в верхнем конце нисходящей части контура и нижнем конце восходящей части контура. Газы вводятся с помощью газораспределителей, обеспечивающих распределение по всему поперечному сечению нисходящей или восходящей частей контура. Таким образом U-образный ферментер обеспечивает длительное время контакта между газовой и жидкой фазами, так как инжектируемый газ присутствует как в нисходящей части, так и в восходящей части контура. Это позволяет обеспечить существенно более высокое использование газа по сравнению с обычными эрлифтными биореакторами.Loop fermenters have a rather simple design in the form of a vertical loop formed by two circuits - an ascending and a descending gas-liquid flow circuit. The upper part of the fermenters is made in the form of an expansion tank in such a way that the ascending part of the loop passes through the bend horizontally and tangentially towards the expansion of the upper end of the descending part of the loop. This design feature facilitates the separation of gas and liquid bubbles, which are removed from the fermenter in the form of offgas. A built-in pump is installed at the bottom of the fermenters, which is usually placed next to the U-bend and circulates the gas-liquid mixture in the fermenter. Natural gas and air / or oxygen can be introduced at different locations in the U-loop. Typically, they are fed at the upper end of the descending part of the circuit and the lower end of the ascending part of the circuit. The gases are introduced by means of gas distributors, which ensure distribution over the entire cross-section of the descending or ascending parts of the circuit. Thus, the U-shaped fermenter provides a long contact time between the gas and liquid phases, since the injected gas is present both in the descending part and in the ascending part of the circuit. This allows for significantly higher gas utilization compared to conventional airlift bioreactors.

Однако, пузырьки газа в жидкостях имеют тенденцию сливаться в более крупные пузырьки (коалесцировать). Эта тенденция способствует тому, что эрлифтные реакторы воздушного подъема становятся неэффективными, поскольку пузырьки становятся все больше и больше при движении вверх в восходящем потоке, частично из-за коалесценции и частично из-за пониженного гидростатического давления. Кроме того, с увеличением диаметра ферментера эта тенденция увеличивается в квадратичной зависимости, а пузырьки газа стремятся в центр контура разрушая равномерное распределение газа и жидкости по всему поперечному сечению нисходящей и восходящей частям контура, что отрицательно влияет на гидродинамику и как следствие на массообменные параметры ферментера. В U-образном реакторе эта тенденция, как указано в описании патентов, нейтрализуется путем обеспечения статических смесителей, соответствующим образом разнесенных на расстояния, а пузырьки газа могут быть повторно диспергированы (например, с помощью множества статических смесителей, предусмотренных как в нисходящей, так и в восходящей части реактора) несколько раз в жидкости.However, gas bubbles in liquids tend to coalesce into larger bubbles (coalesce). This trend makes air-lift reactors ineffective as bubbles get larger and larger as they move upward in the updraft, partly due to coalescence and partly due to reduced hydrostatic pressure. In addition, with an increase in the diameter of the fermenter, this tendency increases in a quadratic relationship, and gas bubbles tend to the center of the loop, destroying the uniform distribution of gas and liquid over the entire cross section of the descending and ascending parts of the loop, which negatively affects the hydrodynamics and, as a consequence, the mass transfer parameters of the fermenter. In a U-reactor, this tendency, as indicated in the patent specification, is counteracted by providing static mixers appropriately spaced apart, and gas bubbles can be redispersed (for example, using a plurality of static mixers provided in both downstream and downstream the ascending part of the reactor) several times in the liquid.

К сожалению ни в одном из выше указанных патентов не приводится конструкция этих статических смесительных элементов. Лишь в патенте US 10.184.103 В2 сказано, что смесительные элементы могут быть, например, производства компании Sulzer. Компания Sulzer производит очень много различных видов смесителей, для многих отраслей промышленности (производят смесители и для смешения твердых тел с жидкостью и газами, которые ни в коем случае не могут подойти для ферментационного оборудования), в нашем случае можно было бы использовать смесители для жидкости и газов, но сложность и/или невозможность их использования в некоторых случаях очевидна:Unfortunately, none of the above mentioned patents describes the design of these static mixing elements. Only in the patent US 10.184.103 B2 it is said that the mixing elements can be, for example, manufactured by the company Sulzer. Sulzer manufactures many different types of mixers, for many industries (they also produce mixers for mixing solids with liquids and gases, which in no case can be suitable for fermentation equipment), in our case it would be possible to use mixers for liquid and gases, but the complexity and / or impossibility of their use in some cases is obvious:

- они обладают сложной конструкцией;- they have a complex design;

- имеют высокую металлоемкость;- have a high metal content;

- их трудно промыть не разобрав конструкцию;- they are difficult to wash without disassembling the structure;

- обладают высоким гидродинамическим сопротивлением потоку жидкости;- have a high hydrodynamic resistance to fluid flow;

- в основном используются на трубопроводах небольших диаметров;- mainly used on pipelines of small diameters;

- конструкции трудно масштабируются на большие потоки жидкости,- structures are difficult to scale for large fluid flows,

- в них требуется много энергии для диспергирования больших объемов газа и жидкости.- they require a lot of energy to disperse large volumes of gas and liquid.

Все эти проблемы с диспергированием газа в жидкость помешали компаниям Юнибио и Калиста создать ферментер для выращивания микроорганизмов на природном газе обладающий высокой единичной производительностью и продуктивностью. Так компания Юнибио использует для выращивания метанокисляющих микроорганизмов U-образный ферментер объемом около 100 м3 с продуктивностью 4 кг абсолютно сухой биомассы с 1 кубического метра рабочего объема ферментера в час.All these problems with the dispersion of gas into liquid prevented the companies Unibio and Calista from creating a fermenter for growing microorganisms on natural gas with high unit productivity and productivity. So the Unibio company uses a U-shaped fermenter with a volume of about 100 m 3 with a productivity of 4 kg of absolutely dry biomass from 1 cubic meter of the working volume of the fermenter per hour for the cultivation of methane-oxidizing microorganisms.

В нашей стране для выращивания метанокисляющих микроорганизмов в промышленных масштабах в 80-е начала 90-х годов использовали ферментеры струйного типа. Струйные аппараты могли оснащаться аэраторами (эжекторами) сливного (А.С. СССР №1521498) или напорного (А.С. СССР №605830) типов. В Советском Союзе были разработаны и эксплуатировались ферментеры струйного типа геометрическим объемом 1100 м3, а в ГДР при производстве БВК из дизельного топлива использовались ферментеры объемом 2200 м3. Все ферментеры зарекомендовали себя как надежные, высокопроизводительные, высокопродуктивные массообменные аппараты, обладающие низкими показателями по потреблению электроэнергии как на единицу готовой продукции, так и на единицу растворенного кислорода в жидкости. Ферментеры состояли из емкости, контура циркуляции жидкой фазы с циркуляционным насосом, в верхней части аэратора (аэраторов) и контура рециркуляции газовой фазы. За счет многократной рециркуляции газовой фазы достигалась высокая степень использования компонентов газовой среды. Работа струйных аппаратов под давлением позволила достичь продуктивности процесса работы на природном газе - 6,0-6,2 кг/м3 час.In our country, jet-type fermenters were used to grow methane-oxidizing microorganisms on an industrial scale in the 80s and early 90s. Jet devices could be equipped with aerators (ejectors) drain (AS USSR No. 1521498) or pressure (AS USSR No. 605830) types. In the Soviet Union, jet-type fermenters with a geometric volume of 1100 m 3 were developed and operated, and in the GDR, in the production of BVK from diesel fuel, fermenters with a volume of 2200 m 3 were used . All fermenters have proven to be reliable, high-performance, high-performance mass transfer devices with low power consumption per unit of finished product and per unit of dissolved oxygen in liquid. Fermenters consisted of a vessel, a liquid phase circulation loop with a circulation pump, in the upper part of the aerator (s) and a gas phase recirculation loop. Due to the multiple recirculation of the gas phase, a high degree of utilization of the components of the gas medium was achieved. The work of jet devices under pressure made it possible to achieve the productivity of the process of working on natural gas - 6.0-6.2 kg / m 3 h.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является аппарат для выращивания микроорганизмов по А.С. СССР №873683, содержащий емкость с технологическими патрубками, эжектором, подключенному к контуру циркуляции культуральной жидкости, побудитель расхода жидкости, установленный в нижней части корпуса отбойный экран и устройствами для пеногашения и контур рециркуляции газовой фазы.The closest technical solution to the proposed technical essence and the achieved result is an apparatus for growing microorganisms according to A.S. USSR No. 873683, containing a container with process pipes, an ejector connected to the culture liquid circulation circuit, a liquid flow rate booster, a baffle screen installed in the lower part of the housing and defoamers and a gas phase recirculation circuit.

Недостатком известных струйных аппаратов является не высокие массообменные параметры ферментера в области контура (в ферментерах объемом 1100 м3 их было 6) циркуляции жидкости, который (которые) по объему может быть 17-20% от рабочего объема ферментера, по сравнению с массообменом в аэраторах и в емкости ферментера. Этот факт связан с тем, что движение жидкости по поперечному сечению контура циркуляции жидкой фазы происходит с одинаковой скоростью без поперечного перемешивания (за исключением пристеночной области, но она очень мала при высоких скоростях жидкости). Высокая плотность газожидкостной среды около 950 кг/м3, а следовательно низкое газосодержание около 5%, также не способствует высокому массообмену. Из-за достаточно большой доли контура циркуляции жидкости и слабого массообмена в этом объеме ферментера, в целом массообменные характеристики всего ферментера снижаются на 8-10%.The disadvantage of the known jet apparatuses is the low mass transfer parameters of the fermenter in the area of the circuit (there were 6 of them in fermenters with a volume of 1100 m 3 ) of liquid circulation, which (which) by volume can be 17-20% of the working volume of the fermenter, in comparison with the mass transfer in aerators and in the fermenter tank. This fact is due to the fact that the movement of the liquid along the cross section of the circulation loop of the liquid phase occurs at the same speed without transverse mixing (except for the near-wall region, but it is very small at high speeds of the liquid). The high density of the gas-liquid medium of about 950 kg / m 3 , and therefore the low gas content of about 5%, also does not contribute to high mass transfer. Due to the rather large proportion of the liquid circulation loop and the weak mass transfer in this volume of the fermenter, in general, the mass transfer characteristics of the entire fermenter are reduced by 8-10%.

Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в увеличении массообменных характеристик аппарата и как следствие увеличении его продуктивности.The technical result achieved by the invention consists in increasing the mass transfer characteristics of the apparatus and, as a consequence, increasing its productivity.

Данный технический результат достигается тем, что аппарат для выращивания микроорганизмов содержит корпус с технологическими патрубками подачи растворов минеральных солей и титрующих агентов, струйный аэратор, расположенный вертикально в верхней части корпуса и подключенн к системе рециркуляции жидкой фазы, причем система включает теплообменник, побудитель расхода жидкости и трубопроводы, выполненные с возможностью отвода жидкой фазы из нижней части корпуса и подачи ее через струйный аэратор в верхнюю часть корпуса, и трубопровод, соединяющий боковую сторону корпуса выше допустимого уровня жидкой фазы в корпусе с верхней частью корпуса аэратора для обеспечения рециркуляции газовой фазы, внутри корпуса аппарата в нижней его части соосно установлен отбойник в виде конуса, направленного вверх. Система газообеспечения выполнена таким образом, что газовые компоненты питательной среды (природный газ и воздух) подаются равными количествами в контур рециркуляции газовой и жидкой фаз, причем, в контур рециркуляции жидкой фазы природный газ и воздух подаются сразу после теплообменника, а внутри трубопровода рециркуляции жидкой фазы по его высоте соосно установлены смесительные элементы, образованные из двух камер - внешней и внутренней, причем каждая камера имеет одинаковую площадь поперечного сечения, а внутри каждой камеры установлены профилированные пластины для создания закрученного потока, причем профилированные пластины установлены таким образом, что обеспечивают противоположное вращение потоков во внешней и во внутренней камерах.This technical result is achieved by the fact that the apparatus for growing microorganisms contains a housing with process pipes for supplying solutions of mineral salts and titrating agents, a jet aerator located vertically in the upper part of the housing and connected to a liquid phase recirculation system, and the system includes a heat exchanger, a liquid flow rate stimulator and pipelines made with the possibility of removing the liquid phase from the lower part of the body and supplying it through the jet aerator to the upper part of the body, and the pipeline connecting the side of the body above the permissible level of the liquid phase in the body with the upper part of the aerator body to ensure recirculation of the gas phase, inside the body In the lower part of the apparatus, a bumper in the form of a cone directed upwards is installed coaxially. The gas supply system is designed in such a way that the gas components of the nutrient medium (natural gas and air) are supplied in equal amounts to the recirculation loop of the gas and liquid phases, moreover, natural gas and air are supplied to the liquid phase recirculation loop immediately after the heat exchanger, and inside the liquid phase recirculation pipeline along its height, mixing elements are installed coaxially formed from two chambers - external and internal, and each chamber has the same cross-sectional area, and profiled plates are installed inside each chamber to create a swirling flow, and the profiled plates are installed in such a way that they provide the opposite rotation of the flows in the outer and inner chambers.

Аппарат для выращивания микроорганизмов (Рис 1) включает корпус 1, струйный аэратор 2, подключенный к системе рециркуляции жидкой фазы. Система включает теплообменник 3, побудитель 4 расхода жидкости и трубопроводы 5 и 6. Внутри корпуса 1 в нижней его части соосно установлен отбойник 7 в виде конуса, направленного вверх. Так же струйный аэратор 2 подключен к системе рециркуляции газовой фазы трубопроводом 8. Ввод кислорода воздуха и газообразного субстрата в аппарат предусмотрен в двух точках - на трубопроводе рециркуляции газовой фазы 9.1, 10.1 и на трубопроводе 6 рециркуляции жидкой фазы 9.2 и 10.2 сразу после теплообменника. На всасывающей линии побудителя расхода установлен штуцер подачи питательных солей и титрующего раствора 10, в верхней крышке корпуса аппарата предусмотрен штуцер отвода отработанной газовой смеси 11. В нижней точке аппарата на трубопроводе 5 установлен штуцер для слива жидкости 12. Для отвода дегазированной под отбойником 7 газовой смеси предусмотрен трубопровод 13 соединяющий верхнюю часть отбойника с газовой фазой аппарата. Внутри трубопровода рециркуляции жидкой фазы по его высоте соосно установлены смесительные элементы 14, образованные из двух камер - внешней 15 и внутренней 16, причем каждая камера имеет одинаковую площадь поперечного сечения, а внутри каждой камеры установлены профилированные пластины 17, 18 для создания закрученного потока, причем профилированные пластины установлены таким образом, что обеспечивают противоположное вращение потоков во внешней и во внутренней камерах, полностью перекрывают сечение трубопровода и обеспечивают столкновение выходящих из смесительного элемента газожидкостных потоков. Смесительные элементы установлены по всей высоте контура рециркуляции жидкой фазы с шагом 2-3 диаметра трубопроводаThe apparatus for growing microorganisms (Fig. 1) includes a housing 1, a jet aerator 2, connected to a liquid phase recirculation system. The system includes a heat exchanger 3, a fluid flow rate stimulator 4, and pipelines 5 and 6. Inside the housing 1, in its lower part, a baffle 7 in the form of a cone directed upwards is coaxially installed. Also, the jet aerator 2 is connected to the gas phase recirculation system by pipeline 8. The introduction of air oxygen and gaseous substrate into the apparatus is provided at two points - on the gas phase recirculation pipeline 9.1, 10.1 and on the liquid phase recirculation pipeline 6 9.2 and 10.2 immediately after the heat exchanger. On the suction line of the flow booster there is a nozzle for feeding nutrient salts and titrating solution 10, in the upper cover of the apparatus housing there is a nozzle for the exhaust gas mixture 11. At the lower point of the apparatus on the pipeline 5 there is a nozzle for draining the liquid 12. To remove the gas mixture degassed under the baffle 7 a pipeline 13 is provided connecting the upper part of the baffle to the gas phase of the apparatus. Inside the liquid phase recirculation pipeline along its height, mixing elements 14 are installed coaxially formed from two chambers - external 15 and internal 16, and each chamber has the same cross-sectional area, and profiled plates 17, 18 are installed inside each chamber to create a swirling flow, and The profiled plates are installed in such a way that they provide the opposite rotation of the flows in the outer and inner chambers, completely overlap the section of the pipeline and ensure the collision of the gas-liquid flows leaving the mixing element. Mixing elements are installed along the entire height of the liquid phase recirculation loop with a step of 2-3 pipeline diameters

Аппарат работает следующим образом. Побудитель 4 расхода жидкости забирает культуральную жидкость из-под отбойника 7 и нагнетает ее через теплообменник 3 в струйный аэратор 2. В теплообменнике 3 происходит термостатирование культуральной жидкости до требуемой температуры. В аэраторе 2 за счет падения жидкости вниз с большой скоростью происходит подсос газовой фазы из верхней части аппарата по трубопроводу 8 и перемешивание газовой и жидкой фаз. Газожидкостная смесь, выходя из струйного аэратора 2 с большой скоростью, падает в слой жидкости, в аппарате создается нисходящий турбулентный поток, который отразившись от отбойника 7 направляется вверх вдоль стенки аппарата, создавая интенсивное перемешивание, а часть его побудителем расхода жидкости подсасывается под отбойник 7. Под отбойником 7 создается область для дегазации газожидкостной смеси. Дегазация достигается за счет естественного всплытия газовых пузырьков, дегазированная газовая смесь по трубопроводу 13 поступает в газовую фазу ферментера. Свежие компоненты газовой питательной среды (природный газ и воздух) поступают в аппарат в двух точках: в контур рециркуляции газовой фазы 9.1, 10.1 и в контур рециркуляции жидкой фазы 10.1, 10.2 примерно в равных количествах. В контур рециркуляции жидкой фазы природный газ и воздух поступают сразу после теплообменника. В смесительных элементах, установленных внутри трубопровода рециркуляции жидкой фазы, газожидкостной поток делится на две половины и закручивается в противоположных направлениях. При выходе из смесительных элементов закрученные потоки взаимодействуют друг с другом создавая зоны повышенной турбулентности, что способствует увеличению массообменных параметров аппарата.The device works as follows. The stimulator 4 of the flow rate takes the culture liquid from under the baffle 7 and pumps it through the heat exchanger 3 into the jet aerator 2. In the heat exchanger 3, the culture liquid is thermostated to the required temperature. In the aerator 2, due to the liquid falling downward at a high speed, the gas phase is sucked from the upper part of the apparatus through the pipeline 8 and the gas and liquid phases are mixed. The gas-liquid mixture, leaving the jet aerator 2 at a high speed, falls into the liquid layer, a descending turbulent flow is created in the apparatus, which, reflected from the baffle 7, is directed upward along the wall of the apparatus, creating intensive mixing, and part of it is sucked under the baffle 7 by the inducer of liquid flow. An area for degassing the gas-liquid mixture is created under the baffle 7. Degassing is achieved due to the natural ascent of gas bubbles, the degassed gas mixture through pipeline 13 enters the gas phase of the fermenter. Fresh components of the gaseous nutrient medium (natural gas and air) enter the apparatus at two points: into the gas phase recirculation loop 9.1, 10.1 and into the liquid phase recirculation loop 10.1, 10.2 in approximately equal amounts. Natural gas and air enter the liquid phase recirculation loop immediately after the heat exchanger. In the mixing elements installed inside the liquid recirculation line, the gas-liquid flow is divided into two halves and swirled in opposite directions. When leaving the mixing elements, the swirling flows interact with each other, creating zones of increased turbulence, which contributes to an increase in the mass transfer parameters of the apparatus.

Эти технические решения позволяют повысить массообмен в контуре рециркуляции жидкой фазы и как следствие увеличить массообменные характеристики всего аппарата и, как следствие, увеличить его продуктивность на 10-12%.These technical solutions make it possible to increase the mass transfer in the liquid phase recirculation loop and, as a consequence, to increase the mass transfer characteristics of the entire apparatus and, as a consequence, to increase its productivity by 10-12%.

Claims (1)

Аппарат для выращивания микроорганизмов, содержащий корпус, технологические патрубки подачи растворов минеральных солей и титрующих агентов, технологические патрубки подачи метана и воздуха, струйный аэратор, расположенный вертикально в верхней части корпуса и подключенный к системе рециркуляции жидкой фазы, причем система включает теплообменник, побудитель расхода жидкости и трубопроводы, выполненные с возможностью отвода жидкой фазы из нижней части корпуса и подачи ее через струйный аэратор в верхнюю часть корпуса и трубопровод, соединяющий боковую сторону корпуса выше допустимого уровня жидкой фазы в корпусе, с верхней частью корпуса для обеспечения рециркуляции газовой фазы, отличающийся тем, что ввод кислорода воздуха и газообразного субстрата в аппарат предусмотрен в двух точках на трубопроводе рециркуляции газовой фазы и на трубопроводе рециркуляции жидкой фазы, а внутри трубопровода рециркуляции жидкой фазы по его высоте соосно установлены смесительные элементы, образованные из двух камер - внешней и внутренней, причем каждая камера имеет одинаковую площадь поперечного сечения, а внутри каждой камеры установлены профилированные пластины для создания закрученного потока, причем профилированные пластины установлены таким образом, что обеспечивают противоположное вращение потоков во внешней и во внутренней камерах и полностью перекрывают сечение трубопровода.An apparatus for growing microorganisms, containing a housing, process pipes for supplying solutions of mineral salts and titrating agents, process pipes for supplying methane and air, a jet aerator located vertically in the upper part of the body and connected to a liquid phase recirculation system, and the system includes a heat exchanger, a liquid flow rate stimulator and pipelines made with the possibility of removing the liquid phase from the lower part of the body and supplying it through the jet aerator to the upper part of the body and the pipeline connecting the side of the body above the permissible level of the liquid phase in the body to the upper part of the body to ensure the recirculation of the gas phase, characterized in that that the introduction of air oxygen and a gaseous substrate into the apparatus is provided at two points on the gas phase recirculation pipeline and on the liquid phase recirculation pipeline, and inside the liquid phase recirculation pipeline along its height, mixing elements formed from two chambers - external and internal, and each chamber has the same cross-sectional area, and profiled plates are installed inside each chamber to create a swirling flow, and the profiled plates are installed in such a way that they provide the opposite rotation of flows in the external and internal chambers and completely cover the cross section pipeline.
RU2020126111A 2020-08-05 2020-08-05 Apparatus for growing microorganisms RU2738849C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020126111A RU2738849C1 (en) 2020-08-05 2020-08-05 Apparatus for growing microorganisms

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020126111A RU2738849C1 (en) 2020-08-05 2020-08-05 Apparatus for growing microorganisms

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2738849C1 true RU2738849C1 (en) 2020-12-17

Family

ID=73834836

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020126111A RU2738849C1 (en) 2020-08-05 2020-08-05 Apparatus for growing microorganisms

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2738849C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2766708C1 (en) * 2021-03-17 2022-03-15 Общество с ограниченной ответственностью "Комита Биотехнологии" Reactor for aerobic biosynthesis and a method for obtaining microbial biomass of methane-oxidizing microorganisms in this reactor
RU2768390C1 (en) * 2021-03-19 2022-03-24 Общество с ограниченной ответственностью "Комита Биотехнологии" Stepped reactor for aerobic biosynthesis and method for operation of stepped reactor for aerobic biosynthesis
RU2769504C1 (en) * 2021-04-27 2022-04-01 Общество с ограниченной ответственностью "Комита Биотехнологии" Apparatus for growing microorganisms in large-tonnage production

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2222125A2 (en) * 1972-12-28 1974-10-18 Leipzig Chemieanlagen Gas dispersion into liquid for fermenting - uses cocurrent equispeed dispersion chamber delivering into surface
US4025394A (en) * 1975-05-06 1977-05-24 The University Of Waterloo Fermentation processes using scraped tubular fermentor
SU1521498A1 (en) * 1987-07-06 1989-11-15 Предприятие П/Я Р-6729 Aerator
EP0418187B1 (en) * 1989-08-07 1994-12-14 Dansk Bioprotein A/S Method and apparatus for performing a fermentation
US6492135B1 (en) * 1999-05-18 2002-12-10 Ebbe Busch Larsen U-shape and/or nozzle u-loop fermentor and method of carrying out a fermentation process
RU2679356C1 (en) * 2017-12-28 2019-02-07 Общество с ограниченной ответственностью "Концепт инжиниринг" Apparatus for cultivation of microorganisms

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2222125A2 (en) * 1972-12-28 1974-10-18 Leipzig Chemieanlagen Gas dispersion into liquid for fermenting - uses cocurrent equispeed dispersion chamber delivering into surface
US4025394A (en) * 1975-05-06 1977-05-24 The University Of Waterloo Fermentation processes using scraped tubular fermentor
GB1499410A (en) * 1975-05-06 1978-02-01 Univ Waterloo Method of fermentation using tubular fermentors incorporating wall scrapers
SU1521498A1 (en) * 1987-07-06 1989-11-15 Предприятие П/Я Р-6729 Aerator
EP0418187B1 (en) * 1989-08-07 1994-12-14 Dansk Bioprotein A/S Method and apparatus for performing a fermentation
US6492135B1 (en) * 1999-05-18 2002-12-10 Ebbe Busch Larsen U-shape and/or nozzle u-loop fermentor and method of carrying out a fermentation process
RU2679356C1 (en) * 2017-12-28 2019-02-07 Общество с ограниченной ответственностью "Концепт инжиниринг" Apparatus for cultivation of microorganisms

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2766708C1 (en) * 2021-03-17 2022-03-15 Общество с ограниченной ответственностью "Комита Биотехнологии" Reactor for aerobic biosynthesis and a method for obtaining microbial biomass of methane-oxidizing microorganisms in this reactor
RU2768390C1 (en) * 2021-03-19 2022-03-24 Общество с ограниченной ответственностью "Комита Биотехнологии" Stepped reactor for aerobic biosynthesis and method for operation of stepped reactor for aerobic biosynthesis
RU2769504C1 (en) * 2021-04-27 2022-04-01 Общество с ограниченной ответственностью "Комита Биотехнологии" Apparatus for growing microorganisms in large-tonnage production

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2738849C1 (en) Apparatus for growing microorganisms
RU2580646C1 (en) Fermentation apparatus for methane-assimilating microorganisms
Chisti et al. Airlift reactors: characteristics, applications and design considerations
RU2607782C1 (en) Bioreactor for growing methane-recycling microorganisms
US20180119083A1 (en) Airlift Reactor Assembly with Helical Sieve Plate
Zhang et al. Advances in airlift reactors: modified design and optimization of operation conditions
US20220325220A1 (en) Bioreactors for growing micro-organisms
CN102166501A (en) Airlift-jet multi-stage loop reactor
WO2018158319A1 (en) Fermentation reactor and fermentation process
JP2010535627A (en) Method and apparatus for aeration
KR200202246Y1 (en) Jet loop reactor
RU2236451C1 (en) Aerobic liquid phase fermentation apparatus
Kawase et al. Mixing and mass transfer in concentric‐tube airlift fermenters: Newtonian and non‐newtonian media
RU2769129C1 (en) Fermentation plant for cultivation of methylococcus capsulatus methane-oxidizing bacteria
KR20090082237A (en) System and method for mixing high viscous liquids with gas
CN110325630B (en) Aerobic fermentation system and method
Seipenbusch et al. The loop reactor for cultivating yeast on n-paraffin substrate
RU2743581C1 (en) Fermentation plant for cultivation of methane-oxidizing bacteria methylococcus capsulatus
RU2739528C1 (en) Fermenter for cultivation of biomass of methane-oxidising microorganisms methylococcus capsulatus
CN211521737U (en) Anaerobic membrane bioreactor
Faust et al. Methanol as carbon source for biomass production in a loop reactor
CN212595615U (en) Reaction unit and system for synthesizing acetic acid by methanol carbonyl
RU2769504C1 (en) Apparatus for growing microorganisms in large-tonnage production
JPS5840461B2 (en) Fermentation equipment
RU2763054C1 (en) Apparatus for growing microorganisms

Legal Events

Date Code Title Description
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20210125