RU2796437C1 - Liquid-cooled contact condenser with separate design - Google Patents

Liquid-cooled contact condenser with separate design Download PDF

Info

Publication number
RU2796437C1
RU2796437C1 RU2022114929A RU2022114929A RU2796437C1 RU 2796437 C1 RU2796437 C1 RU 2796437C1 RU 2022114929 A RU2022114929 A RU 2022114929A RU 2022114929 A RU2022114929 A RU 2022114929A RU 2796437 C1 RU2796437 C1 RU 2796437C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
housing
condenser
contact
inlet
lid
Prior art date
Application number
RU2022114929A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ольга Валентиновна Пономаренко
Юрий Александрович Лепехин
Татьяна Сергеевна Тихомирова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Пущинский научный центр биологических исследований Российской академии наук" (ФИЦ ПНЦБИ РАН)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Пущинский научный центр биологических исследований Российской академии наук" (ФИЦ ПНЦБИ РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Пущинский научный центр биологических исследований Российской академии наук" (ФИЦ ПНЦБИ РАН)
Application granted granted Critical
Publication of RU2796437C1 publication Critical patent/RU2796437C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: heat engineering.
SUBSTANCE: used in contact heat exchangers (condensers) for laboratory bioreactors of low volume. In a contact condenser for laboratory bioreactors of low volume, containing a body with a lid, a contact cooling element located inside the body, inlet and outlet fittings for a cooling agent and a fitting for removing dried exhaust gases, the lid is made detachable from the body and contains a flow extension, and the cooling element is made in the form of a glass with a cone-shaped bottom located above the housing inlet, hydraulically connecting the condenser to the bioreactor vessel, while the outer surface of the glass and the inner surface of the housing are polished.
EFFECT: creation of a device for condensing water vapor from exhaust gases in a biotechnological process.
1 cl, 4 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Область применения изобретения относится к биореакторным системам, а именно к конденсационным теплообменникам для лабораторных биореакторов малого объема.The scope of the invention relates to bioreactor systems, namely to condensing heat exchangers for small volume laboratory bioreactors.

Уровень техникиState of the art

Любой биотехнологический процесс с участием культуры клеток (получение биомассы, метаболитов или биотрансформация) следует проводить в контролируемых условиях с использованием специализированного биореакторного оборудования. Данные процессы условно подразделяют на аэробные и анаэробные. При аэробном культивировании микроорганизмов необходимо обеспечить постоянную концентрацию растворенного кислорода в питательной среде. В свою очередь, анаэробные процессы являются бескислородными и не требуют непрерывной подачи стерильного воздуха в реакционную емкость. Следует отметить, что оба этих процесса характеризуются наличием газообразных выбросов. В случае аэробного культивирования это воздух, в избытке подаваемый в реактор. Для анаэробного культивирования значительную долю выбросов составляют газообразные продукты жизнедеятельности культивируемых микроорганизмов (углекислый газ, метан и т.д.). Потоки выхлопных газов могут содержать влагу, следствием чего может быть значительный унос жидкой фазы из биореактора. Данный процесс приводит к изменению условий культивирования (концентрирование питательной среды) и образованию конденсата в рабочих магистралях и на мембране фильтра отходящих газов.Any biotechnological process involving cell culture (obtaining biomass, metabolites or biotransformation) should be carried out under controlled conditions using specialized bioreactor equipment. These processes are conditionally divided into aerobic and anaerobic. During aerobic cultivation of microorganisms, it is necessary to ensure a constant concentration of dissolved oxygen in the nutrient medium. In turn, anaerobic processes are anoxic and do not require a continuous supply of sterile air to the reaction vessel. It should be noted that both of these processes are characterized by the presence of gaseous emissions. In the case of aerobic cultivation, this is the air supplied in excess to the reactor. For anaerobic cultivation, a significant proportion of emissions are gaseous waste products of cultivated microorganisms (carbon dioxide, methane, etc.). Exhaust gas streams may contain moisture, which may result in significant carryover of the liquid phase from the bioreactor. This process leads to a change in cultivation conditions (concentration of the nutrient medium) and the formation of condensate in the working lines and on the membrane of the exhaust gas filter.

В лабораторных биореакторах малого объема для предотвращения уноса жидкости используют конденсационные теплообменники с жидкостным охлаждением (конденсаторы). Возврат конденсата в них осуществляется под действием гравитации. Большинство конденсационных теплообменников представляют собой теплообменник змеевикового типа, представленного на фиг. 1. Простейшая конструкция данного теплообменника включает в себя цилиндрический корпус 1 и спиралевидный чиллер 2. Влажный газ поступает в конденсатор через входной штуцер 3. Охлаждающая жидкость подается в чиллер 2 через входной штуцер 4. Проходя через внутреннее пространство корпуса 1 и взаимодействуя с охлажденной поверхностью чиллера 2 влага в газовом выхлопе конденсируется и стекает обратно в емкость. Осушенный газ отводится через выходной штуцер 5, а охлаждающая жидкость - через штуцер 6. Недостатками данной конструкции являются неразъемность соединений деталей, а также форма чиллера, из-за которой капли конденсата могут задерживаться в ветках спирали из-за наклона охлаждающей поверхности относительно горизонта, что может снижать скорость возврата конденсата в емкость. Данный подход к осушению газовых выхлопов из биореактора повышает риск образования биопленки на внутренней поверхности конденсатора. Поэтому изменение формы чиллера, которая бы не содержала узких и труднодоступных мест, является актуальной задачей.Small volume laboratory bioreactors use liquid-cooled condensing heat exchangers (condensers) to prevent liquid entrainment. The return of condensate to them is carried out under the influence of gravity. Most condensing heat exchangers are of the coil type shown in FIG. 1. The simplest design of this heat exchanger includes a cylindrical body 1 and a spiral chiller 2. Wet gas enters the condenser through the inlet fitting 3. Cooling liquid is supplied to the chiller 2 through the inlet fitting 4. Passing through the interior of the housing 1 and interacting with the cooled surface of the chiller 2 moisture in the gas exhaust condenses and flows back into the container. The dried gas is discharged through the outlet fitting 5, and the coolant is discharged through the fitting 6. The disadvantages of this design are the non-detachable connections of the parts, as well as the shape of the chiller, due to which condensate drops can linger in the branches of the spiral due to the inclination of the cooling surface relative to the horizon, which may reduce the rate at which condensate returns to the tank. This approach to drying bioreactor exhaust gases increases the risk of biofilm formation on the inner surface of the condenser. Therefore, changing the shape of the chiller, which would not contain narrow and hard-to-reach places, is an urgent task.

Известен конденсатор для биореакторных систем (CN107921327B). Данный конденсатор схематически представлен на фиг. 2 и состоит из охлаждающего канала 7, охлаждающих камер 8, фильтрующего устройства, состоящего из фильтра 9 и нагревательного элемента 10. Охлаждающий канал 7 имеет возможность гидравлического соединения с биореакторной емкостью через впускное отверстие 11. Охлаждающие камеры 8 находятся в непосредственном контакте со стенкой охлаждающего канала 7 и могут быть закреплены с помощью защелки. Охлаждающий агент поступает через входной штуцер 12, расположенный в верхней части охлаждающей камеры 8. В результате на стенках охлаждающей камеры 8 происходит конденсация паров. Осушенный газ проходит через фильтр 9 и может быть отведен с помощью выходного штуцера 13. Охлаждающий агент отводится через выходной штуцер 14. Стерилизация фильтра 9 осуществляется с помощью нагревательного элемента 10. Основным недостатком данной конструкции является взаимодействие влажного газа с охлаждающим агентом через две стенки, что снижает эффективность теплопередачи. Технология изготовления данного конденсатора подразумевает использование сварного неразъемного соединения, что в условиях повышенной влажности может привести к появлению очагов коррозии. Кроме того, в случае обработки оборудования проточным острым паром для стерилизации рабочих поверхностей, в частности охлаждающего канала 7, фильтрующее устройство не может быть временно отсоединено, вследствие чего возникает риск намокания фильтра 9 и снижение его пропускной способности. В то же самое время данный конденсатор не может быть подключен к биореактору после подобной процедуры, так как будет нарушена герметичность.Known capacitor for bioreactor systems (CN107921327B). This capacitor is shown schematically in Fig. 2 and consists of a cooling channel 7, cooling chambers 8, a filter device consisting of a filter 9 and a heating element 10. The cooling channel 7 has the possibility of hydraulic connection with the bioreactor vessel through the inlet 11. The cooling chambers 8 are in direct contact with the wall of the cooling channel 7 and can be secured with a latch. The coolant enters through the inlet fitting 12 located in the upper part of the cooling chamber 8. As a result, vapors condense on the walls of the cooling chamber 8. The dried gas passes through the filter 9 and can be removed using the outlet fitting 13. The coolant is removed through the outlet fitting 14. The filter 9 is sterilized using the heating element 10. The main disadvantage of this design is the interaction of the wet gas with the cooling agent through two walls, which reduces the heat transfer efficiency. The manufacturing technology of this capacitor involves the use of a welded one-piece connection, which in conditions of high humidity can lead to the appearance of corrosion centers. In addition, in the case of treatment of equipment with running live steam for sterilizing working surfaces, in particular the cooling channel 7, the filter device cannot be temporarily disconnected, as a result of which there is a risk of wetting the filter 9 and reducing its throughput. At the same time, this condenser cannot be connected to the bioreactor after such a procedure, as the tightness will be broken.

Конструкция контактного конденсатора, предлагаемая в данной заявке, лишена указанных недостатков и при этом обладает схожими функциональными характеристиками.The design of the contact capacitor proposed in this application is devoid of these disadvantages and at the same time has similar functional characteristics.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является эффективное предотвращение значительного уноса жидкости из реакционной емкости лабораторного биореактора малого объема. Технический результат, достигаемый за счет использования предложенного изобретения, заключается в снижении содержания водных паров в отходящих газах биореактора при проведении биотехнологического процесса.The problem to which the invention is directed is the effective prevention of significant entrainment of liquid from the reaction vessel of a small volume laboratory bioreactor. The technical result achieved through the use of the proposed invention is to reduce the content of water vapor in the exhaust gases of the bioreactor during the biotechnological process.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

Фиг. 1 - конструкция контактного конденсатора змеевикового типа;Fig. 1 - design of a coil-type contact capacitor;

Фиг. 2 - упрощенная схема конденсатора для биореакторных систем с гладким охлаждающим каналом (CN 07921327 В);Fig. 2 is a simplified diagram of a condenser for bioreactor systems with a smooth cooling channel (CN 07921327 B);

Фиг. 3 - сечение изометрической проекции контактного конденсатора для лабораторных биореакторов малого объема;Fig. 3 is an isometric sectional view of a contact condenser for small volume laboratory bioreactors;

Фиг. 4 - схема работы контактного конденсатора, представленного на фиг.3.Fig. 4 is a diagram of the operation of the contact capacitor shown in Fig.3.

Описание изобретенияDescription of the invention

Как показано на сопроводительных чертежах, представленных для иллюстрации настоящего изобретения и на которых аналогичными ссылочными номерами указаны элементы конструкции, в частности на фиг. 3 и фиг. 4 показаны сечение изометрической проекции и схема работы, соответственно, контактный конденсатор для лабораторных биореакторов малого объема представляет собой сборочный узел с разъемным соединением с возможностью промывки деталей отдельно, и состоит из корпуса 15 и крышки 16. Конденсатор гидравлически соединяется с биореакторной емкостью через впускное отверстие 17. В крышке 16 выполнены резьбовые отверстия для присоединения впускного и выпускного штуцеров 18 и 19, соответственно, для прокачивания охлаждающего агента и штуцера 20 для отвода осушенных отходящих газов. Стакан 21 является внутренним контактным охлаждающим элементом, взаимодействующим непосредственно с охлаждаемой средой. Конусообразное дно стакана 21, являясь концентратором капель конденсата, расположено над впускным отверстием 17, что обеспечивает эффективный возврат конденсата в реакционную емкость биореактора. Крышка 16 содержит удлинитель потока 22, за счет которого поддерживается наиболее эффективная температура конденсации в месте первичного контакта влажного газа из реакционной емкости с охлаждающей поверхностью.As shown in the accompanying drawings, which are presented to illustrate the present invention and in which structural elements are indicated by like reference numbers, in particular in FIG. 3 and FIG. 4 shows a cross-section of an isometric projection and a diagram of operation, respectively, a contact condenser for laboratory bioreactors of small volume is an assembly unit with a detachable connection with the possibility of washing parts separately, and consists of a body 15 and a cover 16. The condenser is hydraulically connected to the bioreactor vessel through the inlet 17 The cover 16 has threaded holes for connecting the inlet and outlet fittings 18 and 19, respectively, for pumping the coolant and the fitting 20 for draining dried exhaust gases. Cup 21 is an internal contact cooling element that interacts directly with the cooled medium. The cone-shaped bottom of the glass 21, being a condensate droplet concentrator, is located above the inlet 17, which ensures efficient return of the condensate to the reaction vessel of the bioreactor. Cover 16 contains a flow extension 22, which maintains the most efficient condensation temperature at the site of primary contact of the wet gas from the reaction vessel with the cooling surface.

Поставленная задача изобретения решается за счет того, что все элементы контактного конденсатора изготавливается из нержавеющей стали круглого сечения методами механической обработки. Для снижения смачиваемости поверхности, препятствующей возврату конденсата в реакционную емкость, и используя явление поверхностного натяжение жидкости, выполняется полировка внешней поверхности стакана 21 и внутренней поверхности корпуса 15. Угол наклона охлаждающей поверхности контактного конденсатора 90°, за счет чего скорость возврата конденсата в реакционную емкость максимальна.The task of the invention is solved due to the fact that all elements of the contact capacitor are made of stainless steel of round section by machining methods. To reduce the wettability of the surface, which prevents the return of condensate to the reaction vessel, and using the phenomenon of surface tension of the liquid, the outer surface of the cup 21 and the inner surface of the body 15 are polished. .

Несмотря на то, что был показан и описан предпочтительный вариант осуществления изобретения, допускается внесение в него модификаций в рамках объема настоящего изобретения. Соответственно не предполагается, что настоящее изобретение ограничено чем-либо за исключением прилагаемой формулы изобретения.While the preferred embodiment of the invention has been shown and described, modifications may be made within the scope of the present invention. Accordingly, the present invention is not intended to be limited in any way other than by the appended claims.

Claims (1)

Контактный конденсатор для лабораторных биореакторов малого объема, включающий корпус с крышкой, размещенный внутри корпуса контактный охлаждающий элемент, впускной и выпускной штуцеры для охлаждающего агента и штуцер для отвода осушенных отходящих газов, отличающийся тем, что крышка выполнена разъемно с корпусом и содержит удлинитель потока, а охлаждающий элемент выполнен в виде стакана с конусообразным дном, расположенным над впускным отверстием корпуса, гидравлически соединяющим конденсатор с биореакторной емкостью, при этом внешняя поверхность стакана и внутренняя поверхность корпуса выполнены полированными.A contact condenser for laboratory bioreactors of small volume, including a housing with a lid, a contact cooling element located inside the housing, inlet and outlet fittings for a cooling agent and a fitting for removing dried exhaust gases, characterized in that the lid is made detachable from the housing and contains a flow extension, and the cooling element is made in the form of a cup with a cone-shaped bottom located above the housing inlet, hydraulically connecting the condenser to the bioreactor vessel, while the outer surface of the glass and the inner surface of the housing are polished.
RU2022114929A 2022-06-01 Liquid-cooled contact condenser with separate design RU2796437C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2796437C1 true RU2796437C1 (en) 2023-05-23

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU861909A1 (en) * 1978-08-09 1981-09-07 Предприятие П/Я А-1297 Method and apparatus for condensing steam
RU2008597C1 (en) * 1991-02-15 1994-02-28 Собин Владимир Мартынович Contact steam condenser
RU124778U1 (en) * 2012-06-05 2013-02-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технологический университет" (ФГБОУ ВПО "КНИТУ") HEAT AND MASS EXCHANGE DEVICE OF VORTEX TYPE
RU2569790C2 (en) * 2014-02-06 2015-11-27 Открытое акционерное общество "Свердловский научно-исследовательский институт химического машиностроения" (ОАО "СвердНИИхиммаш") Method of heat-mass-exchange and device for its implementation
CN107921327B (en) * 2015-08-28 2020-11-20 通用电气健康护理生物科学股份公司 Bioreactor condenser

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU861909A1 (en) * 1978-08-09 1981-09-07 Предприятие П/Я А-1297 Method and apparatus for condensing steam
RU2008597C1 (en) * 1991-02-15 1994-02-28 Собин Владимир Мартынович Contact steam condenser
RU124778U1 (en) * 2012-06-05 2013-02-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технологический университет" (ФГБОУ ВПО "КНИТУ") HEAT AND MASS EXCHANGE DEVICE OF VORTEX TYPE
RU2569790C2 (en) * 2014-02-06 2015-11-27 Открытое акционерное общество "Свердловский научно-исследовательский институт химического машиностроения" (ОАО "СвердНИИхиммаш") Method of heat-mass-exchange and device for its implementation
CN107921327B (en) * 2015-08-28 2020-11-20 通用电气健康护理生物科学股份公司 Bioreactor condenser

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104891744B (en) Photocatalytic film distillation printing and dyeing wastewater treatment and recovery system and technology
RU2796437C1 (en) Liquid-cooled contact condenser with separate design
CN208532383U (en) A kind of antipollution anaerobic membrane bioreactor using quaternary ammonium salt-modified film
US10421030B2 (en) System and method for distillation
CN102659202A (en) Short-flow and high-difficulty wastewater treatment device
CN111072204A (en) Submerged combustion type evaporative crystallization system applied to high-salt and high-COD wastewater
RU2005115533A (en) METHOD FOR PRODUCING MOLYBDENE-99 AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION
CN207286734U (en) Sanitation-grade efficient gas condenser
CN2936372Y (en) Pressure reducing evaporator heated by low temperature heat source
CN212832917U (en) Flue gas desulfurization waste water evaporation equipment
CN215195457U (en) High-low temperature linked multistage evaporation crystallization equipment
CN107792904A (en) A kind of technique and device of continuous removal of ammonia and nitrogen light component organic matter and salt
RU2473473C2 (en) Apparatus for processing fermented organic substrates
CN209997222U (en) tubular falling film evaporators capable of treating multiple media simultaneously
CN109592729A (en) A kind of concentrated water processing system
CN220537530U (en) Circulation cooling type evaporation concentration tank
RU65395U1 (en) Desalination plant
CN211496988U (en) Chemical wastewater evaporation device
CN213253850U (en) Heat recovery type air sweeping type membrane distillation device
CN209490507U (en) A kind of tail gas condensation device
CN213895259U (en) Industrial high-salinity wastewater evaporative crystallization zero discharge system
JP2007181787A (en) Re-compression type concentrator
CN220338745U (en) Low-density energy low-temperature evaporation waste heat recycling device
CN211159144U (en) Condensing equipment is used in industrial gas production
CN219058593U (en) High-thermal-conductivity waste water evaporator