SE439252B - Anordning for kemisk skumsleckning i en jesningsapparat - Google Patents

Description

8000291-8 10 15 20 25 30 35 uppvärmd vätska, - elektrisk skumsläckning, - stabilisering av skumnivån genom temporär minskning av lufttillförseln till ett luftningssteg eller genom temporärt upphörande av mekanisk omrörning eller avledande av överskottsskummet ur apparaten, - kombinerade metoder.

Av samtliga skumsläckmedel och -anordningar användes oftainon miktrobiologisk industri enbart kemiska skum- släckmedel och mekaniska skumsläckanordningar, eftersom alla de övriga medlen och anordningarna för skumsläck- ning inte är utforskade i tillräcklig grad och av olika skäl inte användes i praktiken. De forskningsarbeten, som avser utnyttjande av ultraljud för skumsläckning, är exempelvis ännu under laboratoriefasen, varvid detta ultraljudförfarande, såsom förberedande data visar, inte blir ekonomiskt fördelaktigt för släckning av avsevärda mängder skum i jäsningsapparater. Användningen av termiska skumsläckmedel begränsas av att många mikroorganismer är känsliga för höga temperaturer. Inverkan av elektriska fält speciellt á¿~ -partiklar på mikroorganismer har ännu ej tillräckligt utforskats, varför deras användning inom mikrobiologin är begränsad.

Det finns ett antal mekaniska skumsläckanordningar av varierande konstruktion.

En av de enklaste utföringsformerna grundar sig på användning av en snabbt roterande rotor.

Dessa skumsläckanordningar är i regel placerade i en avgränsningsanordning av cyklontyp, som kan anslutas till en vakuumkammare.

En mekanisk skumsläckanordning är exempelvis känd, vilken utgöres av en perforerad skiva med två, på denna anordnade skovelhjul, varvid det övre skovelhjulets skovlar är vända uppåt, medan det undre skovelhjulets skovlar är vända nedåt. För att kunna sönderdela skummet är en kring sin axel roterbar turbin anordnad ovanför vätskeytan. När turbinen roterar alstras under denna en 10 15 20 25 30 35 8000291-8 3 uppåtgáende gasström, som suger med sig skummet, som därefter medelst turbinskovlar avslungas i form av vätske~ strålar. Ett arbetsorgan är uppbyggt i form av en hål- försedd skiva, som är nedsänkt i skummet och förbunden med en vibrationsmotor (en skakmotor).

En anordning för mekanisk släckning av skum är vidare känd, vilken har formen av en roterbar perforerad skiva försedd med mellanväggar i form av ihåliga stym~ pade koner, vilka är anordnade på skivan så, att spalter för vätskepassage uppkommer.

I praktiken användes i stor omfattning en skumsläck- anordning, som innefattar ett paket av koniska, på en ihålig axel anordnade tallrikar.

Denna anordning är avsedd att inställas pä en fri- stående axel och kan användas vid sàväl laboratorie- som industriapparater.

En mekanisk, skovelförsedd skumsläckanordning med horisontellt anordnad arbetsaxel är dessutom känd, vid vilken för effektivare skumsläckning i en behållare är anordnad en mellanvägg, som delar behållaren i tvâ med varandra förbundna kamrar, varvid på en bottendel av endera kammaren är anordnat ett rör, vars inloppsände är anordnad omedelbart under skovelhjul och vars utlopps~ ände är inbyggd i mellanväggen.

Det har vidare föreslagits ett hydrauliskt och pneumatiskt, med två pumpar försett system för uppsamling, avlägsnande och sönderdelning av skum under recirkulation av en koncentrerad lösning. Skumläckningen genomföres medelst pumparna, av vilka den ena är avsedd att behandla gas-vätskeemulsioner. En del av avloppsgasen tillföres ett recirkulationssteg i och för pneumatisk utdrivning av skummet. Den andra pumpen är avsedd att uttaga vätskan ur en avsättningsbehållare samt att ätermata den till recirkulationssteget.

Samtliga kända skumsläckanordningar användes inte ofta, oavsett att de har mycket varierande konstruktiv utformning, i den mikrobiologiska praktiken. Sådana QUALITY 8000291-8 10 15 20 25 30 35 4 anordningar säkerställer inte den fullständiga skumsläck- ningen eller kräver en avsevärd elförbrukning. Dylika system är dessutom utrymmeskrävande och gör det omöjligt att helt utnyttja jäsningsapparatens nyttiga rum, varför en fyllnadsfaktor för jäsningsapparaten utgör 0,5-0,6 av den totala volymen. Jäsningsapparatens fria utrymme utnyttjas dels för kompensering av en medienivåökning, som i regel utgör högst 10% av den totala volymen och som härrör från förekomsten av gas i mediet efter ini- tiering av luftningen, och dels för reglering av skumnivân.

För att jäsningsapparater skall kunna arbeta funk- tionssäkert, är det viktigt att automatiskt kunna reglera de förlopp, som genomföres vid odling av mikroorganismer, bl a skumsläckning, vilket principiellt kan uppnås mycket enkelt exempelvis genom att i jäsningsapparaten inställa en mekanisk anordning och en påverkningsmekanism för tillsättande av ett kemiskt skumsläckmedel, varvid dessa anordningar måste påverkas av en mekanism, som är avsedd att signalera att skumnivåen överstigit den tillåtna gränsen och som i ett enkelt utförande kan utgöras av en givare i form av en kontaktelektrod, som är placerad på en bestämd nivå. En signal utsändes, när skummet kommer i kontakt med elektroden. Emellertid är inte alla skum elektriskt ledande. Elektroden är avsedd att matas med en lik- eller växelspänning av 10-30 V, varvid skummet i detta fall genomflytes av en ström av 5-20 mA och däröver. Sådana strömmar och spänningar förorsakar - ifall likström användes - polarisering av elektroden, vilket vid jäsningen märkbart ändrar elektrodens känslighet.

Användandet av växelspänning leder till erosion av elektro- den, medan inkommandet av metalljoner från elektroden i odlingsvätskan skadligt inverkar på odlingen av mikro- organismer.

Att använda elektroder är inte alltid lönande, eftersom kontaktytan för skummet med elektroden måste vara förhållandevis stor, varvid det vid elektroden fastnade skummet ändrar elektrodens påverkningsparametrar. 10 15 20 25 30 35 8000291-8 5 I samband härmed föreslogs kontaktlösa signalanord- ningar av varierande slag för skumnivåavkänning. Man använder dessutom ofta fotoceller, vilka är avsedda att inbyggas i en jäsningsapparats vägg för att, då skummet avbryter ljusflödet, inkoppla pâverkningsmekanismer exempelvis en elektrisk motor vid en kugghjulspump för tillförsel av kemiskt skumsläckmedel.

Näringsmedier innehåller i regel olika mängder oorganiska salter, vilka efter upplösning bildar elektriskt, förhållandevis godtagbart ledande skum med olika resistans.

Man har därför föreslagit en kontaktelektrod för skum- nivåavkänning, som är avsedd att anslutas genom en krets- gren av en bryggkrets, vilket gör det möjligt att mata elektroden med en växelspänning av 0,2 V, vid vilken skummet kommer att genomflytas av en maximiström av 100 u A. Dylika strömmar och spänningar inverkar inte menligt på det mikrobiologiska förloppet och mikroorganis- mernas vitalitet.

En intressant teknisk lösning är att fästa en kontakt- elektrod på en flytkropp, som är förflyttbar i en styrning uppåt och nedåt i beroende av skumnivån.

Användningen av anordningar för kemisk skumsläckning gör det möjligt att effektivare bekämpa skumbildningen och därigenom öka fyllnadsfaktorn för jäsningsapparaten.

Att reglera förbrukningen av skumsläckmedlet kräver emellertid extra system, vilka är komplicerade och dyr- bara att framställa och inte alltid uppfyller de krav, som ställes på odlingen av miktroorganismer, varjämte skumsläckmedelsförbrukningen kan bli alltför hög.

En anordning för kemisk skumsläckning i en jäsnings- apparat är vidare känd, vilken innefattar dels en givare för avkänning av skumnivàn i jäsningsapparaten och dels en behållare fylld med ett kemiskt skumsläckmedel, som genom ett uttagningsrör inmatas i jäsningsappraten medelst en pneumatisk pump.

Vid denna kända anordning innefattar skumnivàqivaren ett kapillärrör, som är anordnat i jäsningsapparatens QUALITY 8000291-8 10 15 20 25 30 35 6 inre hålrum på en förutbestämd nivå och som genom en rörledning är förbundet med ett med en magnetstyrd kontakt försett avkänningselement. På en andra rörledning, som förbinder avkännningselementet med jäsningsapparatens inre hålrum, är anordnad en pump, som är avsedd att pumpa luft genom en bildad sluten krets.

Denna anordning innefattar dessutom en påverknings- mekanism, som innefattar en behållare, som är fylld med det kemiska änmsläflmedlet och försedd med ett uttag- 'ningsrör med en framtrycksventil (en pulsvis arbetande ventil) för inmatning av det kemiska skumsläckmedlet ur den med detta änmsläflmefiel fyllda behållaren i jäs- ningsapparatens i beroende av en påverkningssignal från avkänningselementet.

Denna kända anordning fungerar på följande sätt.

Ifall det i jäsningsapparaten förekommande skummet inte är i kontakt med hålet i kapillärröret, pumpar pumpen en gasblandning ut ur jäsningsapparaten genom kapillär- röret och avkänningselementet, vilken gasblandning medelst denna pump återmatas till jäsningsapparaten. Avkännings- elementet är i detta fall så justerat, att dess membran med en på detta fäst permanentmagnet befinner sig i viloläget, samtidigt som de magnetstyrda kontakterna är brutna och påverkningsmekanismens framtrycksventil är stängd. När skummet når hålet i kapillärröret, börjar det genompumpas medelst pumpen, varvid kapillärrörets motstånd plötsligt ökar, varigenom pumpen kommer att alstra ett lågt tryck i avkänningselementet, vars membran därigenom börjar röra sig tills det slutit den magnet- styrda kontakten och öppnat framtrycksventilen för tillför- sel av skumsläckmedlet. Skumsläckmedlet strömmar in i jäsningsapparaten, sönderdelar samtidigt skummet och frigör därigenom kapillärröret. Motståndet i detta för- svinner, varigenom avkänningselementet återgår till sitt ursprungliga läge samtidigt som den magnetstyrda kontakten brytes. Framtrycksventílen stängas på nytt och inmatningen av det kemiska skumsläckmedlet i jäs- PÛOR QUALITY i j 10 15 20 25 30 35 8000291-8 ningsapparaten upphör.

En sådan anordning för kemisk skumsläckning kan användas vid såväl industri- SOK laboratoriejäsnings- apparater.

Genom att denna kända anordning har en gaskrets för cirkulation genom avkänningselementet, som ~ ifall skummet avslungas in i detta element - blir en härd för mikroorganismernas fuïïnfinåef störes de aseptiska förhållandena för genomförande av det mikrobiologiska förloppet. Genom att skumsläckmedlet inmatas pulsvis i jäsningsapparaten, kan dessutom skumsläckmedelsför- brukningen blir alltför hög, eftersom skumbildningen inte kan förutbestämmas av forskaren. Eftersom skums1äck~ medlet inte omröres, kan det skiktas, varför karaktären av skumsläckmedlets inverkan på skumskiktet ändras.

Det huvudsakliga syftet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en anordning för kemisk skumsläck- ning i en jäsningsapparat, vid vilken anordning givaren för avkänning av skumnivån är så utformad, att anord~ ningens konstruktion avsevärt förenklas och skumskiktet medelst ett kemiskt skumsläckmedel kan göras stabilt på en godtycklig förutbestämd nivå, varjämte man för- hindrar att skumsläckmedelsförbrukningen blir alltför hög och att skumsläckmedlet skiktas.

Detta uppnås medelst en anordning för kemisk skumsläckning i en jäsningsapparat, vilken anordning innefattar en givare, som är avsedd att avkänna skum- nivån i jäsningsapparaten, och en behållare fylld med ett kemiskt skumsläckmedel, som är avsett att medelst en pneumatisk pump inmatas i jäsningsapparaten genom ett uttagningsrör, varvid skumnivågivaren, enligt Kuppfinningen, är anordnad i jäsningsapparaten och innefattar en strypventil och ett munstycke, vilka är anordnade i serie efter varandra, sett i strömnings~ riktningen för skumsläckmedlet efter den pneumatiska pumpen och förbundna med denna, samt en ihålig kammare, i vilken strypventilen och munstycket är anordnade, uuAuTY 8000291-8 10 15 20 25 30 35 8 vilken kammare är förbunden med den med det kemiska s skumsläckmedlet fyllda behållaren genom ett utloppsrör och försedd med en genomgående öppning, i vars väggar är upptagna två identiska, med munstyckets utlopps- hål axiellt anordnade häl, genom vilka en skumsläck- medelsstråle, som strömmar ut ur munstyckets utloppshål, kastas genom den genomgående_öppningen och inkommer i kammaren, varvid den vägg hos kammaren, som är anordnad mitt för det från munstycket bortesta hålet, är konkav i och för reflektion av skumsläckmedelsstràlen och bortförande av skumsläckmedlet genom utloppsröret till den med det kemiska skumsläckmedlet fyllda behål- laren.

Det är lämpligt, att munstyckets utloppshål är anordnat i det närmaste i jämnhöjd med skumnivån i jäsningsapparaten och att kammarens konkava vägg är anordnad ovanför detta utloppshål.

En sådan konstruktiv utformning av anordningen enligt uppfinningen för kemisk skumsläckning i en jäsningsapparat möjliggör en automatisk avkänning av skumnivån och skumstabilisering genom att i skum- skiktet införa skumsläckmedlet, som erfordras för 'att hålla en förutbestämd höjd av skumskiktet konstant oberoende av skumbildningshastigheten och - tiden.

En kontinuerlig cirkulation av skumsläckmedlet förhindrar dessutom att skumsläckmedlet skiktas, vilket bidrar till att skumsläckmedlet verkar stabiliserande på skummet samt till att anordningens funktionssäkerhet blir högre och dess tillverkningskostnad blir lägre.

Uppfinningen beskrives närmare nedan under hän- visning till bifogade ritning, på vilken fig l visar ett längdsnitt genom anordningen enligt uppfinningen för kemisk skumsläckning i en jäsningsapparat och fig 2 visar ett längdsnitt genom en andra utföringsform nu av anordningen enligt uppfinningen.

En anordning 1 (fig 1) enligt föreliggande uppfin- 1 ning för kemisk skumsläckning i en jäsningsapparat 2 PO0R QUALITY 10 15 20 25 30 35 8000291-8 9 innefattar en i jäsningsapparaten 2 anordnad givare 3 för avkänning av nivå hos ett skum 4, som bildas som resultat av ett jäsningsförlopp, som genomföras i ett odlingsmedium 5, som är omrörningsbart av jäs- ningsapparatens 2 omrörare 6.

Anordningen 1 innefattar vidare en behållare 7, som är fylld med ett kemiskt skumsläckmedel 8, som är avsett att inmatas i skumnivågivaren 3 i en medelst en pil A angiven riktning genom ett uttagnings- rör 9 medelst en pneumatisk pump 10, som är pneumatiskt förbunden med en generator ll för alstring av pneuma- tiska pulser (tryckluftpulser).

Givaren 3 för avkänning av skummets 4 nivå inne- fattar en strypventil 12, ett munstycke 13 och en ihålig kammare 14. Strypventilen 12 och munstycket 13 är anordnade i serie efter varandra, sett i skumsläck- medlets 8 strömningsriktning, efter den pneumatiska pumpen 10 och förbundna med denna. Munstycket 13 är anordnat i den ihåliga kammaren 14.

Den ihåliga kammaren 14 är genom ett utloppsrör 15 förbunden med den med det kemiska skumsläckmedlet 8 fyllda behållaren 7 och försedd med en genomgående öppning 16, i vars väggar l7 och 18 är upptagna två identiska, med munstyckets 13 utloppshál 19 axiellt anordnade hål 20 resp 21, genom vilka en ur munstyckets 13 utloppshål 19 utströmmande skumsläckmedelsstråle 22 kastas genom den genomgående öppningen 16 och in- kommer i kammaren 14.

Kammarens 14 vägg 23, som är belägen mitt för det från munstycket 13 bortesta hålet 21, är konkav i och för reflektion av skumsläckmedelsstràlen 22 och bortförande av skumsläckmedlet 8 i en medelst en pil B antydd riktning genom utloppsröret 15 till den med skumsläckmedlet 8 fyllda behållaren 7, vilket gör det möjligt att åstadkomma en sluten cirkulations- krets för skumsläckmedlet 8.

Vid denna utföringsform av anordningen 1 enligt QUALITY 8000291-8 10 15 20 25 30 10 uppfinningen är munstyckets 13 utloppshål 19 anordnat en liten sträcka ovanför skummets 4 nivå, medan kammarens 14 konkava vägg 23 är anordnad ovanför utloppshålet 19.

Uttagningsröret 9 och utloppsröret 15 är infästa i den med medlet 8 fyllda behållaren 7 medelst mellanlägg 24 resp 25.

Den i fig 2 visade utföringsformen av anordningen 1 är mest effektiv att släcka skummet i jäsningsapparaten 2.

Den i fig 2 visade anordningen 1 är identisk med anordningen 1 enligt fig 1, vilken i det följande enbart beskrives vissa skillnader i den konstruktiva utformningen av givaren 3 för avkänning av skummets 4 nivå.

Vid den i fig 2 visade utföringsformen innefattar skumnivågivaren. 3 en strypventil 26, ett munstycke 27 och en ihålig kammare 28. Strypventilen 26 och munstycket 27 är anordnade i serie efter varandra efter den tryckluftdrivna pumpen 10, sett i strömnings- riktningen för skumsläckmedlet 8, i den ihåliga kammaren 28.

'Den ihåliga kammaren 28 är genom utloppsröret 15 förbunden med den med det kemiska skumsläckmedlet 8 fyllda behållaren 7 och försedd med en genomgående öppning 29, i vars väggar 30 och 31 är upptagna två identiska, med munstyckets 27 utloppshål 32 axiella hål 33 resp 34, genom vilka den ur munstycket 27 ut- strömmande skumsläckmedelsstrålen 22 kastas genom den genomgående öppningen 29 och införes i kammaren 28. Kammarens 28 vägg 35, som är belägen mitt för det från munstycket 27 bortesta hålet 34, är konkav i och för reflektion av skumsläckmedelsstrålen 22 och bortförande av skumsläckmedlet 8 i den medelst pilen B angivna riktningen genom utloppsröret 15 till behållaren 7 med skumsläckmedlet 8, varigenom man, liksom vid anordningen enligt fig 1, kan åstadkomma DDR OBÅUTY 10 15 20 25 30 35 8000291-8 ll en sluten cirkulationskrets för skumsläckmedlet 8.

Vid den i fig 2 visade utföringsformen av anordning- en 1 är munstyckets 27 utloppshål 32 belägen i jämnhöjd med skummets 4 nivå, medan kammarens 28 konkava vägg 35 är anordnad ovanför utloppshålet 32.

Funktionen hos anordningarna 1 enligt fig 1 och 2 är identiska och grundar sig på användningen av den kemiska skumsläckmedelsstrålen 22, som fritt rör sig längs en förutbestämd rörelsebana och ändrar sin kastbana, när strålen 22 bringas i kontakt med skummet 4.

Det kemiska skumsläckmedlet 8 inmatas från behålla- resn 7 medelst den pneumatiska pumpen 10 genom uttag- ningsröret 9 i strypventilen 12 (26) och strömmar i form av en stråle 22 ut ur utloppshàlet 19 (32).

Strålen 22 kastas - genom att den hringas i kontakt med skummet 4 - genom öppningen 16 (29), införes i kammaren 14 (28), reflekteras från dess vägg 23 (35) och bortföres genom utloppsröret 15 till behållaren 7, varigenom en sluten cirkulationskrets för skumsläck- medlet 8 bildas. Genom att skumsläckmedelsstrålen 22 bringas i kontakt med skummet 4 ändras strålens 22 kastbana, varvid strâlen 22 införes i skummet 4 och släcker detta.

Den positiva effekten hos anordningen enligt uppfinningen består i att skumsläckmedlet införes i skummet genom att detta är i omedelbar kontakt med den utströmmande strålen av det kemiska skumsläckmedlet, varigenom man kan begränsa skumsläckmedelsförbrukningen och göra jäsningsförloppet stabilt i skumskiktets höjdled. Den kontinuerliga skumsläckmedelscirkulationen genom den slutna kretsen förhindrar att skumsläckmedlet skiktas. Genom att anordningen enligt uppfinningen är enkel att framställa och funktionssäker kan den i stor omfattning användas för kemisk skumsläckning i jäsningsapparater.

Poo iiiii QUAUIIÉV

Claims (2)

8000291 -8 10 15 20 25 30 35 12 PATENTKRAV

1. Anordning för kemisk skumsläckning i en jäsnings- apparat, vilken anordning innefattar en givare för avkänning av skumnivân i jäsningsapparaten samt en behållare fylld med ett kemiskt skumsläckmedel, som är avsett att medelst en pneumatisk pump inmatas i jäsningsapparaten genom ett uttagningsrör, k ä n n e - t e c k n a d av, att givaren (3) för avkänning av skummets (4) nivå är anordnad i jäsningsapparaten (2) och innefattar en strypventil (l2,26) och ett mun- stycke (l3,27), vilka är anordnade i serie efter varandra efter den pneumatiska pumpen (10), sett i strömnings- riktningen för det kemiska skumsläckmedlet (8), och förbundna med pumpen (l0), samt en ihålig kammare (l4,28), i vilken strypventilen (l2,26) och munstycket (l3,27) är anordnade, vilken kammare är förbunden med behållaren (7) med det kemiska skumsläckmedlet (8) genom ett ut- loppsrör (15) och är försedd med en genomgående öppning (l6,29), i vars väggar (17 och 18 resp 33 och 34) är upptagna två identiska, med munstyckets (l3,27) utloppshâl (19 resp 32) axiellt anordnade hål (20 och 21 resp 33 och 34), genom vilka en skumsläckmedelsstråle (22), som strömmar ut ur munstyckets (l3,27) utloppshål (19 resp 32), kastas genom den genomgående öppningen (16,29) och införes i kammaren (l4,28), varvid kammarens (l4,28) vägg (23,35), som är anordnad mitt för det från munstycket (l3,27) bortesta hålet (2l,34), är konkav för reflektion av skumsläckmedelsstrålen (22) och bortförande av skum- släckmedlet (8) genom utloppsröret (15) till behållaren (7) med det kemiska skumsläckmedlet (8).

2. Anordning enligt patentkravet l, k ä n n e - t e c k n a d av, att munstyckets (l3,27) utloppshål (l9 resp 32) är anordnat i det närmaste ovanför skummets (4) nivå i jäsningsapparaten (2), medan kammarens (l4,28) konkava vägg (23 resp 35) är anordnad ovanför utlopps- hålet (19 resp 32). PÛOR QUALITY J,