SK280797B6 - Zariadenie na výmenu tepla - Google Patents

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka zariadenia na výmenu tepla s nádobou, pričom táto nádoba je čiastočne obmedzená bočnou stenou, s prvým rúrkovým členom, ktorý má prvý koniec a druhý koniec vybavený uzáverom, s druhým rúrkovým členom, ktorý má prvý koniec a druhý koniec vzdialený od uzáveru prvého rúrkového člena, pričom druhý rúrkový člen je umiestnený vnútri prvého rúrkového člena, kde prietoková dráha prechádza druhým rúrkovým členom a prstencovým priestorom medzi druhým rúrkovým členom a prvým rúrkovým členom, s prívodom tekutiny, prechádzajúcim bočnou stenou nádoby, a s výstupom tekutiny, prechádzajúcim bočnou stenou nádoby.

Doterajší stav techniky

V rade procesov, ktoré sa robia v premiešavanej nádobe, sa teplo prenáša z kvapaliny vnútri nádoby na sekundárnu tekutinu, ktorá preteká zvislými rúrkami, ktoré tvoria priehradky na kvapalinu vnútri nádoby. Zvislé rúrkové priehradky tvoria jednak premiešavacie priehradky, ktoré bránia tvorbe vírov okolo rotujúceho miešadla, ktorým sa premiešava kvapalina vnútri nádoby, a jednak tvoria teplovýmennú plochu. Rúrkové priehradky sa používajú v rade technických procesov.

Veľkou nevýhodou zvislých rúrkových priehradiek je to, že sa nemôžu tepelne rozťahovať a vydržať teda veľké teplotné rozdiely medzi tekutinou pretekajúcou rúrkami a kvapalinou vnútri nádoby. Tepelná rozťažnosť a scvrkávame predstavuje veľmi závažný problém, ak sa používajú dlhé rúrky, najmä rúrky umiestnené v jedinom rúrkovom zväzku. V takých rúrkových zväzkoch môžu vstupné a výstupné zberné rúrky popraskať v dôsledku namáhania. Namáhanie vyvolané tepelnou rozťažnosťou je menšie v rúrkových zväzkoch v tvare písmena U, ale taká konštrukcia nie je dostatočne kompaktná a obmedzuje teplovýmennú plochu, ktorú má rúrkový zväzok s pevnými vonkajšími rozmermi. Rúrkové zväzky v tvare písmena U majú rovnako pomerne nízky súčiniteľ prestupu tepla a vyžadujú zložité umiestnenie zberného potrubia.

Z týchto dôvodov je veľmi žiaduce vytvoriť rúrkový zväzok tak, aby sa v ňom nevyskytovali problémy vyvolané tepelnou rozťažnosťou, najmä v premiešavanej nádobe.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky rieši zariadenie na výmenu tepla s nádobou, pričom je táto nádoba čiastočne obmedzená bočnou stenou, s prvým rúrkovým členom, ktorý má prvý koniec a druhý koniec vybavený uzáverom, s druhým rúrkovým členom, ktorý má prvý koniec a druhý koniec vzdialený od uzáveru prvého rúrkového člena, pričom druhý rúrkový člen je umiestnený vnútri prvého rúrkového člena, kde prechádza prietoková dráha druhým rúrkovým členom a prstencovým priestorom medzi druhým rúrkovým členom a prvým rúrkovým členom, s prívodom tekutiny, prechádzajúcim bočnou stenou nádoby, a s výstupom tekutiny, prechádzajúcim bočnou stenou nádoby, podľa vynálezu, ktorého podstatou je, že v nádobe je umiestnená aspoň jedna rúrka, pričom táto rúrka má bočnú stenu, v rúrke je umiestnená priehradka deliaca vnútrajšok rúrky na prvú komoru a druhú komoru, pričom prvý koniec prvého rúrkového člena je pripojený na bočnú stenu rúrky a prvý koniec druhého rúrkového člena je pripojený na priehradku, kde prietoková dráha začína v prvej komore a prechádza druhým rúrkovým členom, prstencovým priestorom medzi druhým rúrkovým členom a prvým rúrkovým členom a končí v druhej komore, pričom prívod tekutiny je spojený s prvou komorou a výstup tekutiny je spojený s druhou komorou.

Tým vznikne dráha prúdenia od prvej komory druhým rúrkovým členom, prstencovým priestorom medzi prvým a druhým rúrkovým členom a do druhej komory. Bočnou stenou nádoby prechádza prvý prívod tekutiny, pripojený na prvú komoru. Na druhú komoru je pripojený výstup tekutiny, ktorý rovnako prechádza bočnou stenou nádoby. Umiestnenie je kompaktné, jednoduché a vyznačuje sa vysokým súčiniteľom prestupu tepla, pričom pracuje bez tepelných namáhaní rúrok a spojovacích zvarov.

Podľa výhodného uskutočnenia vynálezu má bočná stena nádoby v podstate valcovú vnútornú plochu, pričom nádoba má pozdĺžnu os, okolo ktorej je bočná stena umiestnená v podstate symetricky, kde je prívod tekutiny tvorený napájacou rúrkou, prechádzajúcou bočnou stenou nádoby, a zakrivenou prívodnou rúrkou, umiestnenou v podstate obvodovo okolo vnútornej strany nádoby v odstupe od bočnej steny nádoby a spojenou prvou komorou stúpajúcou prívodnou rúrkou, pričom výstup tekutiny je tvorený prvou odvádzacou rúrkou, prechádzajúcou bočnou stenou nádoby a spojenou so zakrivenou zbernou rúrkou, umiestnenou v podstate obvodovo okolo vnútornej strany nádoby v odstupe od bočnej steny nádoby, pričom stúpajúca výstupná rúrka spojuje druhú komoru so zakrivenou zbernou rúrkou.

Podľa ďalšieho výhodného uskutočnenia vynálezu zariadenie ďalej obsahuje kompresor na odvádzanie tekutiny z prvého výstupného prostriedku tekutiny, kondenzátor na chladenie prúdu vystupujúceho z kompresora, potrubie spojujúce kompresor s kondenzátorom a potrubie spojujúce kondenzátor so vstupným prostriedkom tekutiny.

Podľa výhodného uskutočnenia vynálezu pri umiestnení viac rúrok sú tieto rúrky orientované v podstate radiálne vzhľadom na pozdĺžnu os nádoby, pričom každá z rúrok má vnútorný koniec a vonkajší koniec, ďalej prvé rúrkové členy a druhé rúrkové členy, pripojené k rúrkam, ďalej stúpajúce prívodné rúrky spojujúce každú z v podstate radiálne umiestnených rúrok so zakrivenou prívodnou rúrkou a stúpajúce výstupné rúrky spojujúce každú z v podstate radiálne umiestnených rúrok so zakrivenou zbernou rúrkou.

Podľa výhodného uskutočnenia vynálezu je zakrivená prívodná rúrka stúpajúcou prívodnou rúrkou spojená s vnútornou koncovou časťou každej v podstate radiálne umiestnenej rúrky a vonkajšia koncová časť každej v podstate radiálne umiestnenej rúrky je stúpajúcou výstupnou rúrkou spojená so zakrivenou zbernou rúrkou.

V prstencovom priestore medzi prvým rúrkovým členom a druhým rúrkovým členom sú výhodne umiestnené rozpierky na udržiavanie odstupu prvého rúrkového člena od druhého rúrkového člena.

Podľa ďalšieho výhodného uskutočnenia vynálezu má nádoba horný koniec a dolný koniec a je umiestnená v podstate zvisle, takže má hornú časť a dolnú časť, pričom prívod tekutiny a výstup tekutiny sú umiestnené v dolnej časti nádoby, prvý rúrkový člen a druhý rúrkový člen vystupujú z oblasti umiestnenia prívodu tekutiny a výstupu tekutiny smerom k hornej časti nádoby.

Podľa ďalšieho výhodného uskutočnenia vynálezu zariadenie ďalej obsahuje miešacie ústrojenstvo s hriadeľom, umiestneným v prostriedku nádoby koaxiálne s pozdĺžnou osou nádoby, s pohonom spojeným s hriadeľom a s obežnými kolesami pripevnenými na hriadeli, pričom priemer

SK 280797 Β6 obežných kolies sa najviac rovná priemeru prázdneho pásma, ohraničeného rúrkovými členmi, umiestnenými najbližšie vnútornému koncu radiálne umiestnenej rúrky.

Podľa ďalšieho výhodného uskutočnenia vynálezu zariadenie ďalej obsahuje prívody na zavádzanie živných médií a uhlíkatého zdroja energie do nádoby, prívod plynu na zavádzanie plynu do nádoby, výstup na odvádzanie fermentu z dolnej koncovej časti nádoby a odplyňovacie ústrojenstvo na odplyňovanie peny, umiestnenej v hornej časti nádoby a umiestnenej na jej vonkajšom obvode.

Zariadenie ďalej výhodne obsahuje potrubie na prívod amoniaku, spojené s prívodom tekutiny.

Teplovýmenná tekutina sa zavádza do nádoby vstupom, ktorý prechádza stenou nádoby. Zo vstupu je teplovýmenná tekutina rozvádzaná do veľkého počtu teplovýmenných rúrok, z ktorých každá má prvý koniec a druhý koniec pripojený na vstup. Teplovýmenná tekutina prúdi z prvého konca prvých teplovýmenných rúrok do ich druhého konca, odtiaľto prúdi do prvého konca druhých teplovýmenných rúrok, ktoré sú umiestnené sústredne okolo prvých teplovýmenných rúrok, od prvého konca druhých teplovýmenných rúrok prúdi tekutina prstencovými priestormi medzi prvými a druhými teplovýmennými rúrkami do druhého konca druhých teplovýmenných rúrok, odkiaľ je odvádzaná a zhromažďovaná vo výstupe, ktorý prechádza stenou nádoby, a je odvádzaná z nádoby.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Vynález bude vysvetlený v súvislosti s výkresmi, kde: obr. 1 znázorňuje čiastkový pozdĺžny rez rúrkovým zväzkom, znázorňujúcim niektoré znaky vynálezu, obr. 2 schematicky výmenník tepla, ako je vidieť na obr. 1 v smere rovnako označených šípok, obr. 3 čiastočné schematické znázornenie výmenníka, ako je vidieť na obr. 1 v smere označených šípok, obr. 4 pozdĺžny rez časťou výmenníka, znázorňujúci niektoré znaky vynálezu, ako je zrejmý v pohľade šípok na obr. 1, obr. 5 časť prístroja z obr. 1, obr. 6 časť teplovýmennej rúrky, obr. 7 priečny rez časťou výmenníka z obr. 1 v pohľade šípok 7, obr. 8 pozdĺžny rez, čiastočne schematický a znázorňujúci ďalšie znaky vynálezu, a obr. 9 priečny rez, vedený rovinou 9-9 na obr. 8.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Na obr. 4 je znázornený prvý rúrkový člen 4, ktorý tu predstavuje vnútornú rúrku, a druhý rúrkový člen 2, ktorý tu predstavuje vonkajšiu rúrku, ktoré spolu tvoria bajonetovú teplovýmennú rúrku 1. Druhý rúrkový člen 2 ústi do vstupnej komory 6 delenej rozvádzacej rúrky 8. Prvý rúrkový člen 4 ústi do výstupnej komory 10 delenej rozvádzacej rúrky 8. Teplovýmenná tekutina vstupuje do vstupnej komory 6 a vniká do vnútrajška vonkajšej rúrky alebo tiež druhého rúrkového člena 2, ktorý je obklopený vonkajšou rúrkou, predstavujúcou prvý rúrkový člen 4 s väčším priemerom. Vstupujúca teplovýmenná tekutina prechádza druhým rúrkovým členom 2 zdola hore, obracia svoj smer v uzávere 12, urobenom vo forme čiapočky, na konci prvého rúrkového člena 4 a prúdi späť dole prstencovým priestorom 28 medzi druhým rúrkovým členom 2 a prvým rúrkovým členom 4. Tepelné roztiahnutie medzi prvým rúrko vým členom 4 a druhým rúrkovým členom 2 nastáva v oblasti uzáveru 12, takže nevznikajú tepelné pnutia.

Druhý rúrkový člen 2 a prvý rúrkový člen 4 môžu byť umiestnené v akomkoľvek požadovanom smere. Výhodne sú uložené zvisle hore alebo zvisle dole, výhodne zvisle hore, keď má nimi prechádzať dvojfázové médium. Delenú rozvádzaciu rúrku 8 je možné charakterizovať ako rúrku, v ktorej je umiestnená priehradka 14. Účelne je priehradka 14 uložená v rozvádzacej rúrke 8 diametrálne, rozdeľuje ju na prvú komoru, ktorá slúži ako vstupná komora 6, a na druhú komoru, slúžiacu ako výstupná komora 10. Prvý koniec 16 prvého rúrkového člena 4 je pripojený na delenú rozvádzaciu rúrku 8 a druhý koniec je zatvorený uzáverom 12, napríklad čiapočkou. Prvý koniec 20 druhého rúrkového člena 2 je pripevnený na priehradku 14 a druhý koniec leží s medzerou od uzáveru 12 prvého rúrkového člena 4. Prvý koniec 20 druhého rúrkového člena 2 ústi do otvoru 24 v priehradke 14, takže dráha prúdenia prebieha od prvej vstupnej komory 6 vnútrajškom 26 druhého rúrkového člena 2 do prstencového priestoru 28 medzi vonkajšou stenou druhého rúrkového člena 2 a vnútornou stenou prvého rúrkového člena 4 a do druhej výstupnej komory 10.

Ako je znázornené na obr. 1, prechádza bočnou stenou 32 nádoby 34 prívod 30 tekutiny, pripojený na vstupnú komoru 6. Bočnou stenou 32 nádoby 34 prechádza rovnako výstup 36 tekutiny pripojený na výstupnú komoru 10.

Podľa výhodného uskutočnenia vynálezu môže nádoba 34 obsahovať tekutiny, výhodne kvapaliny alebo zmes kvapaliny a plynu, a môže byť konštruovaná podobne ako nádoba podľa obr. 8. Časť bočnej steny 32 tvorí všeobecne valcovú vnútornú plochu 38 nádoby 34, ktorá je súmerná vzhľadom na pozdĺžnu os 38 nádoby 34, pozri obr. 8. Všeobecne sú rozmery nádoby 34 zvolené tak, aby pomer výšky k priemeru ležal v rozmedzí asi od 0,1 : 1, až do asi 10:1. Výhodne je pomer dĺžky a priemeru nádoby 34, ktorá má byť použitá ako fermentor, v rozmedzí asi od 0,3 až asi do 5 : 1, pričom najvýhodnejší pomer výšky k priemeru spadá do rozmedzia asi od 1 do 4 : 1.

Prívod 30 tekutiny sa skladá výhodne z napájacej rúrky 40, ktorá prechádza bočnou stenou 32 nádoby 34 a je výhodne spojená so zakrivenou prívodnou rúrkou 42. Prívodná rúrka 42 prebieha po obvode vnútornej steny nádoby 34, leží ale od nej s medzerou. Prívodná rúrka 42 je výhodne prepojená so vstupnou komorou 6 stúpajúcou prívodnou rúrkou 44. Vo fermentore bude umiestnené veľké množstvo delených rozvádzacích rúrok 8, takže veľké množstvo stúpajúcich prívodných rúrok 44 bude spojovať každú zakrivenú prívodnú rúrku 42 s veľkým počtom delených rozvádzacích rúrok 8. Podľa výhodného uskutočnenia sú stúpajúce prívodné rúrky 44 pripojené na vnútornú časť delených rozvádzacích rúrok 8.

Výstup 36 tekutiny sa skladá výhodne z prvej odvádzacej rúrky 11, ktorá prechádza bočnou stenou 32 nádoby 34 (obr. 1) a je výhodne pripojená na zakrivenú zbernú rúrku 7, ktorá obieha po vnútornej stene nádoby 34 s medzerou od bočnej steny 32, výhodne medzi bajonetovými teplovýmennými rúrkami 1 a všeobecne valcovou časťou steny 32. Stúpajúca výstupná rúrka 46 spája výstupnú komoru 10 delenej rozvádzacej rúrky 8 so zakrivenou zbernou rúrkou 7. Vo fermentore bude umiestnený veľký počet delených rozvádzacích rúrok 8 a teda aj rovnaký počet stúpajúcich výstupných rúrok 46.

Vo výhodnom uskutočnení vynálezu je teplovýmennou tekutinou chladivo, napríklad amoniak. Podľa obr. 8 slúži plynový kompresor 202 na odvádzanie tekutiny z prvej odvádzacej rúrky 11. Prúd vychádzajúci z kompresora 202 sa chladí v kondenzátore 204, pripojenom na kompresor po

SK 280797 Β6 trúbim 206. Kondenzátor 204 je spojený potrubím 208 s napájacou rúrkou 40. Účelne je v potrubí 208 umiestnené čerpadlo 210, ktoré zaisťuje prúdenie tekutiny z výstupu kondenzátora 204 do bajonetových teplovýmenných rúrok 1. Prvá odvádzacia rúrka 11 je spojená s kompresorom 202 potrubím 212.

Vo výhodnom uskutočnení vynálezu je v nádobe 34 umiestnený väčší počet delených rozvádzacích rúrok 8, ktoré sú všeobecne orientované radiálne vzhľadom na pozdĺžnu os nádoby 34. Účelne sú delené rozvádzacie rúrky 8 zostavené do skupín po troch až dvanástich, ktoré tvoria rúrkové zväzky, a sú zostavené na tetivách, ktoré prechádzajú nádobou 34 blízko jej priemeru. Bajonetové teplovýmenné rúrky 1 vychádzajú z delených rozvádzacích rúrok 8 ako zväzok 52 rovnobežných rúrok, ktoré sú výhodne rovnobežné s pozdĺžnou osou nádoby 34. Delené rozvádzacie rúrky 8 sú účelne umiestnené v dolnej časti nádoby 34 a bajonetové teplovýmenné rúrky 1 z nich vyčnievajú hore. Teplovýmenné bajonetové rúrky 1 v susedných radoch sú presadené, takže ležia vo vrcholoch trojuholníka (obr. 2 a 3).

Jednotlivé bajonetové teplovýmenné rúrky 1 sú podopreté tyčami dvoch tyčových medzistien 48, 50. Každá z tyčových medzistien 48, 50 obsahuje dostatočný počet tyčí 54, aby každá bajonetová teplovýmenná rúrka 1 v rúrkovom zväzku 52 bola podopretá tyčovou medzistenou 48 alebo 50 z dvoch strán, takže dvojica tyčových medzistien 48,50 podopiera spoločne každú bajonetovú teplovýmennú rúrku 1 zo štyroch strán a tvorí pre ňu pevnú radiálnu podperu. Keď je to žiaduce, môžu byť tyče 54 každej tyčovej medzisteny 48, 50 umiestnené medzi každým druhým radom rúrok, ako ukazuje napr. obr. 9; v tomto prípade sú potrebné štyri tyčové medzisteny, aby bol každý rúrkový zväzok 52 radiálne podopretý. Toto uskutočnenie vyvoláva menší úbytok tlaku v kvapaline prúdiacej po dĺžke rúrkových zväzkov 52. Je dôležité, aby tyče 54 tyčových medzistien 48, 50 boli dimenzované tak, aby sa dotýkali a podopierali bajonetové teplovýmenné rúrky 1 po obidvoch stranách priechodu, ktorým prechádzajú. Požadované prierezové rozmery tyčí 54 závisia od prierezu priechodov, v ktorých sú tieto tyče 54 uložené. Tyče 54 môžu mať kruhový, eliptický, štvorcový alebo obdĺžnikový prierez. Aby sa vytvoril bodový dotyk medzi každou tyčou 54 a bajonetovou teplo výmennou rúrkou 1, je najvýhodnejšie, aby boli tyče 54 oblé. Bodový dotyk medzi bajonetovou teplovýmennou rúrkou 1 a tyčou 54 uľahčuje čistenie rúrkového zväzku 52, čo je veľmi dôležité, keď rúrkový zväzok 52 slúži na chladenie fermentačného pochodu, ako bude opísané v ďalšom. Tyčové medzisteny 48, 50 slúžia na to, aby zabránili vzájomným nárazom bajonetových teplovýmenných rúrok 1 a poškodeniu rúrkových zväzkov 52 počas prevádzky a rovnako bránia pohybu bajonetových teplovýmenných rúrok 1, ktorý by mohol mať za následok únavový lom v miestach zväzkov medzi vonkajšími rúrkami, to je prvými rúrkovými členmi 4 a delenou rozvádzacou rúrkou 8. Aby sa zabránilo poškodeniu vnútorným nárazom medzi vnútornou rúrkou, to je druhým rúrkovým členom 2 a vonkajšou rúrkou, to je prvým rúrkovým členom 4, je vhodné umiestniť medzi každým druhým rúrkovým členom 2 a prvým rúrkovým členom 4 rozpierky 256 (obr. 6). Výhodne sú rozpierky 256 privarené na vonkajšiu stranu druhého rúrkového člena 2, sú výhodne pretiahnuté a prechádzajú po dĺžke vonkajšej plochy druhého rúrkového člena 2, aby nevyvolávali odpor proti prúdeniu. Podľa výhodného uskutočnenia sú rozpierky 256 zo zváracích tyčí, ktoré majú taký rozmer, aby podopierali druhý rúrkový člen 2 v prvom rúrkovom člene 4. Rozpierky 256 sú výhodne pripevnené na vonkajšej ploche druhého rúrkového člena 2 a tvoria jeho radiálnu oporu v prvom rúrkovom člene 4. Každý druhý rúrkový člen 2 je teda podopretý v každom prvom rúrkovom člene 4 rozpierkami 256 aspoň v troch bodoch.

Ako ukazuje obr. 5, je účelné, aby prvá tyčová medzistena 48 bola vytvorená z pása 56, ktorý obopína rúrkový zväzok 52. Z obidvoch pásov 56 vyčnievajú výhodne radiálne prúty 90, ktoré ležia na tetivách blízkych priemeru nádoby 34 a sú výhodne rovnobežné s rúrkovými radmi. Tieto radiálne prúty 90 pripájajú pásy 56 a teda rúrkové zväzky 52 a tyčové medzisteny 48, 50 na stenu nádoby 34. Od pása 56 vychádzajú v podstate naprieč na smer rúrkových radov priečne prúty 92, ktoré tvoria prídavnú oporu rúrkového zväzku 52 a umožňujú, aby vydržal namáhanie vznikajúce miešaním tekutiny v nádobe 34. Priečne vzpery 94 spájajú susedné pásy 56 a sú umiestnené šikmo v rovnakom smere okolo rúrkového zväzku 52, aby odolával krútiacim silám.

Keď je rúrkový zväzok 52 použitý vo fermentore na kultiváciu kvasiniek alebo baktérií, je žiaduce, aby jeho konštrukcia bola dostatočne otvorená a umožňovala dôkladné čistenie medzi jednotlivými šaržami. Z toho dôvodu sú žiaduce široké medzery medzi jednotlivými bajonetovými teplo výmennými rúrkami 1. Na podoprenie teplovýmenných rúrok 1, ktoré majú medzi sebou veľké medzery, sú potrebné pomerne veľké tyče 54. Je žiaduce, aby tyče 54 boli uložené pod ostrými uhlami a prechádzali pod týmito uhlami rúrkovými zväzkami 52 tak, aby potrebné zväčšenie priemeru tyčí 54, vyvolané zväčšením vzdialenosti medzi rúrkovými radmi, nemuselo byť príliš veľké. Všeobecne je možné konštatovať, že keď je medzera medzi susednými bajonetovými teplovýmennými rúrkami 1 v jednom rade v rozmedzí asi od 0,5.D do 2,5.D, kde D je vonkajší priemer bajonetových teplovýmenných rúrok 1, je medzera medzi susednými rúrkovými radmi v rozmedzí asi od 2.D do 4.D a tyče 54 majú priemer asi od 0,5.D do D.

Obr. 8 a 9 znázorňujú výhodné uskutočnenie vynálezu, použitého vo fermentore.

Nádoba 34 podľa obr. 8 je vybavená miešadlom, ktorého hriadeľ 130 je poháňaný pohonom 139. Na hriadeli 130 sú pripevnené dve obežné kolesá 156, 158, z ktorých sa každé skladá z kotúča 152, 154, na ktorom je pripevnená sústava lopatiek 151, 153. Podľa výšky nádoby 34, jej priemeru, rozmerov teplovýmennej sústavy atď. je možné použiť väčší počet obežných kolies. Ako ukazuje obr. 8 je výhodné, aby najspodnejšie obežné koleso 156 bolo umiestnené v tesnej blízkosti plynového rozdeľovača 149, aby sa uľahčil prenos kyslíka vo fermentačnom médiu. Pod pojmom tesná blízkosť sa rozumie, že medzera medzi najspodnejším obežným kolesom a plynovým rozdeľovačom je asi 1/3 až 1/10 priemeru obežného kolesa.

Ďalšie obežné kolesá môžu byť pripevnené na hriadeli 130 v najrôznejších vzájomných orientáciách. Na ľahkú montáž na hriadeli 130 na ňom môžu byť obežné kolesá pripevnené v rovnakých vzdialenostiach, pričom najvyššie umiestnené obežné koleso leží výhodne asi v 60 % výšky nádoby 34, ako ukazuje obr. 8 obežného kolesa 158. Celkové rozmery nádoby 34 sú zvolené tak, aby pomer jej výšky k priemeru ležal v rozmedzí asi od 0,1 : 1 do 10 : 1. Výhodne je pomer výšky k priemeru fermentačnej nádoby 34 v rozmedzí asi od 0,3 : 1 do 5 : 1 a najúčelnejšie v rozmedzí asi 1 : 1 až 4 : 1.

Teplovýmenná tekutina sa privádza do rovnobežných bajonetových teplovýmenných rúrok 1 prívodom 30, ako ukazuje obr. 8. Prívod 30 je pripojený na potrubie 208 na prívod teplovýmennej tekutiny, výhodne kvapalného amoniaku, ktorý vstupuje prívodom 30 a po výmene tepla, teda

SK 280797 Β6 po prechode bajonetovými teplovýmennými rúrkami 1 rúrkového zväzku 52, je odvádzaný výstupom 36. V nádobe 34 sú použité výhodne aspoň dve priehradky vo forme rúrkových zväzkov 52 z rovnobežných bajonetových teplovýmenných rúrok 1. Ako ukazuje obr. 8, skladá sa každá priehradka zo zväzku rovnobežných rúrok v rovnobežných radoch. Bajonetové teplovýmenné rúrky 1 v každej priehradke zodpovedajú spravidla 25 až 90 % dĺžky rovnej, obvykle valcovej časti nádoby 34, nepočítajúc v tom vyklenutú hornú a dolnú časť nádoby.

Vnútri nádoby 34 môže byť umiestnený najrôznejší počet rúrkových zväzkov 52, čo závisí od rozmeru rúrkových zväzkov 52, od počtu rúrok v rúrkovom zväzku atd’.. V nádobe 34 môže byť až 30 rúrkových zväzkov, pričom výhodný počet je 4 až 24 rúrkových zväzkov.

Lopatky 151 môžu byť pripevnené na kotúči 152 najrôznejším spôsobom, napríklad kolmo na jeho rovinu a radiálne od jeho zvislej osi, alebo môžu zvierať lopatky 151 s osou kotúča 152 istý uhol. Alternatívne je možné použiť iné konštrukcie obežných kolies, ako aké sú znázornené na výkresoch, napríklad axiálnych obežných kolies, obežných kolies na spôsob lodnej skrutky a pod.. Podľa výhodného uskutočnenia je najspodnejšie obežné koleso 156 vybavené veľkým počtom lopatiek, ktoré sú kolmé na jeho rovinu, zatiaľ čo prípadné ďalšie obežné kolesá môžu mať rovnaké zhotovenie alebo môžu byť iného typu.

Horná hranica priemeru obežného kolesa je daná vnútorným priemerom rúrkových zväzkov 52, ktoré tvoria v nádobe 34 teplovýmennú sústavu, teda vnútorné strany vnútorných bajonetových teplovýmenných rúrok 1, pripevnených na delenej rozvádzacej rúrke 8. Priemer obežného kolesa, ktorý sa blíži k tejto hornej hranici, dáva maximálny miešací výkon. Je žiaduce, aby priemer obežného kolesa nebol menší ako asi 10 % celkového vnútorného priemeru nádoby 34, pričom priemer obežného kolesa spravidla neprevyšuje asi 40 % celkového vnútorného priemeru nádoby. Výhodne je priemer obežného kolesa asi 20 % až 30 % celkového vnútorného priemeru nádoby 34.

Ako ukazuje obr. 8, je fermentačná nádoba 34 vybavená prvým prívodom 146, druhým prívodom 147 a plynovým prívodom 145. Aj keď sú znázornené dva prívody 146,147, môžu byť všetky zložky zavádzané do fermentora privádzané jediným prívodom alebo naopak väčším počtom prívodov, ktorými sa zavádzajú jednotlivé zložky oddelene. Napríklad v rade fermcntačných pochodov je žiaduce zavádzať živné médium, uhlík a zdroj energie oddelene. Aj keď prívody 146, 147 majú každý jeden vypúšťací otvor, je možné rozdelené zavádzanie zložiek dosiahnuť pomocou prívodov s väčším počtom výstupných otvorov. Okrem toho môžu byť vstupné otvory vhodne umiestnené v rôznych polohách po obvode fermentačnej nádoby 34, pričom ich polohu často diktujú úvahy o úspornosti konštrukcie.

Plynový vstup 145 slúži na zavádzanie kyslíka a prípadne zdroja dusíka do nádoby 34. Plyn zavádzaný plynovým prívodom 145 vstupuje do nádoby 34 plynovým rozdeľovačom 149. Plynový rozdeľovač 149 je výhodne umiestnený vo fermentore súmerne vzhľadom na jeho pozdĺžnu os a jeho bočná stena je vybavená sústavou dier. Priemer plynového rozdeľovača 149 nie je výhodne väčší ako priemer najspodnejšieho obežného kolesa, pod ktorým je výstupná strana plynového rozdeľovača 149 umiestnená.

Spôsob zavádzania plynu, umiestnenie obežného kolesa 156 v bezprostrednej blízkosti plynového rozdeľovača 149 a poloha rúrkových zväzkov 52 prispievajú na krajne vysoký prenos kyslíka, ktorý zaisťuje fermentačná nádoba podľa vynálezu. Fermentačná nádoba podľa vynálezu je schopná zaistiť prenos kyslíka v rozmedzí najmenej asi 300 mmol kyslíka 1 na liter za hod. (mmol O₂ 1/hod.). Okrem toho je odvod tepla z nádoby podľa vynálezu dostatočne veľký, aby bolo možné odvádzať účinne veľké množstvo tepla vzniknutého fermentáciou, ktoré je zase generované v dôsledku vysokého množstva kyslíka, ktoré je k dispozícii pre fermentujúcc médium. Vo fermentačnej nádobe podľa vynálezu je dosiahnuteľný odvod tepla rádovo najmenej 36 Kcal/liter/hod.

Fermentačná nádoba 34 je rovnako vybavená odvádzacou rúrkou 148 na odvádzanie fermentu. Keď sa fermentácia robí spojito, je možné odvádzacou rúrkou 48 odvádzať ferment spojito alebo prerušovane a zavádzať čerstvé živné zložky prívodmi 145,146,147.

Fermentačná nádoba 34 je ďalej vybavená najmenej jedným odpeňovačom, napríklad rozbíjačom peny opísaným v americkom patentovom spise č. 4 373 024, alebo sústavou prvkov 162, 164,166, tvoriacich podľa obr. 8 odpeňovač. Na hriadeli 164, ktorý je poháňaný pohonom 166, sú pripevnené kužele 162. Náraz speneného fermentu na rotujúce kužele 162 spôsobí rozrušenie peny a návrat kvapaliny do hlavnej časti fermentačnej nádoby, zatiaľ čo uvoľnený plyn opúšťa fermentor odplyňovacou rúrkou 168. Aj keď je vo fermentore podľa vynálezu umiestnený najmenej jeden odpeňovač, dostatočnú kapacitu na rozrušenie peny, ktorej množstvo sa predpokladá na daný fermentačný proces, môže zaistiť väčší počet rozbíjačov peny, ktoré sú umiestnené pod hornou vydutou časťou nádoby 34.

Aeróbny vodný fermentačný proces potrebuje molekulárny kyslík, ktorý je dodávaný plynom obsahujúcim molekulárny kyslík, ako je vzduch, vzduch obohatený kyslíkom alebo priamo v podstate čistý molekulárny kyslík, takže parciálny tlak kyslíka vo fermente sa udržuje na takej výš- s ke, aby umožňoval rast mikroorganizmov alebo bioche-t mickú premenu substrátu v nádobe. Pri použití okysličené-' ?

ho uhľovodíkového substrátu je možné celkovú požiadavkui na kyslík na rast alebo premenu substrátu mikroorganiz-5 mami odobrať od požiadaviek, ak sa použije parafín.

Tlak používaný pri mikrobiologickej fermentácii môže byť v širokom rozmedzí. Typické tlaky sú v rozmedzí asi od 0 do 1,035 MPa, výhodne od 0 do 0,414 MPa, najvýhodnejšie medzi 0,242 až 0,276 MPa, čo predstavuje rovnováhu medzi nákladom na zariadenie a jeho prevádzku a medzi dosiahnuteľnou rozpustnosťou kyslíka. Tlaky vyššie ako je tlak atmosférický sú výhodné tým, že zväčšujú koncentráciu rozpusteného kyslíka vo vodnom fermente, čo zase zvyšuje rýchlosť bunkového rastu. Je to ale vyvážené tým, že vysoké prevádzkové tlaky zvyšujú prevádzkové náklady aj cenu zariadenia.

Chladivo má spravidla taký tlak a prietokovú rýchlosť, aby zmes plynu a kvapaliny, odvádzaná z rúrkového zväzku 52 mala teplotu v rozmedzí od 0 °C do 10 °C.

Obmeny a modifikácie vynálezu, ktorý bol opísaný v predchádzajúcom texte, patria do rámca tohto vynálezu.

Claims (10)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Zariadenie na výmenu tepla s nádobou (34), pričom táto nádoba (34) je čiastočne obmedzená bočnou stenou (32), s prvým rúrkovým členom (4), ktorý má prvý koniec (16) a druhý koniec (18) vybavený uzáverom (12), s druhým rúrkovým členom (2), ktorý má prvý koniec (20) a druhý koniec (22) vzdialený od uzáveru (12) prvého rúrkového člena (4), pričom druhý rúrkový člen (2) je umiestnený vnútri prvého rúrkového člena (4), kde prietoková dráha prechádza druhým rúrkovým členom (2) a prstencovým priestorom (28) medzi druhým rúrkovým členom (2) a pr5

   SK 280797 Β6 vým rúrkovým členom (4), s prívodom (30) tekutiny, prechádzajúcim bočnou stenou (32) nádoby (34), a s výstupom (36) tekutiny, prechádzajúcim bočnou stenou (32) nádoby (34), vyznačujúce sa tým, že v nádobe (34) je umiestnená aspoň jedna rúrka (8), pričom táto rúrka (8) má bočnú stenu, v rúrke (8) je umiestnená priehradka (14) deliaca vnútrajšok rúrky (8) na prvú komoru (6) a druhú komoru (10), pričom prvý koniec (16) prvého rúrkového člena (4) je pripojený na bočnú stenu rúrky (8) a prvý koniec (20) druhého rúrkového člena (2) je pripojený na priehradku (14), kde prietoková dráha začína v prvej komore (6) a prechádza druhým rúrkovým členom (2), prstencovým priestorom (28) medzí druhým rúrkovým členom (2) a prvým rúrkovým členom (4) a končí v druhej komore (10), pričom prívod (30) tekutiny je spojený s prvou komorou (6) a výstup (36) tekutiny je spojený s druhou komorou (10).
2. 2. Zariadenie podľa nároku 1, vyznačujúce sa t ý m , že bočná stena (32) nádoby (34) má v podstate valcovú vnútornú plochu (38), pričom nádoba (34) má pozdĺžnu os (138), okolo ktorej je bočná stena (32) umiestnená v podstate symetricky, kde prívod (30) tekutiny je tvorený napájacou rúrkou (40), prechádzajúcou bočnou stenou (32) nádoby (34), a zakrivenou prívodnou rúrkou (42), umiestnenou v podstate obvodovo okolo vnútornej strany nádoby (34) v odstupe od bočnej steny (32) nádoby (34) a spojenou s prvou komorou (6) stúpajúcou prívodnou rúrkou (44), pričom výstup (36) tekutiny je tvorený prvou odvádzacou rúrkou (11), prechádzajúcou bočnou stenou (32) nádoby (34) a spojenou so zakrivenou zbernou rúrkou (7), umiestnenou v podstate obvodovo okolo vnútornej strany nádoby (34) v odstupe od bočnej steny (32) nádoby (34), pričom stúpajúca výstupná rúrka (46) spája druhú komoru (10) so zakrivenou zbernou rúrkou (7).
3. 3. Zariadenie podľa nároku 1, vyznačujúce sa t ý m , že ďalej obsahuje kompresor (202) na odvádzanie tekutiny z výstupu (11) tekutiny, kondenzátor (204) na chladenie prúdu vystupujúceho z kompresora (202), potrubie (206) spojujúce kompresor (202) s kondenzátorom (204) a potrubie (208) spojujúce kondenzátor (204) s prívodom (30) tekutiny.
4. 4. Zariadenie podľa nároku 3, vyznačujúce sa t ý m , že v prípade umiestnenia viacerých rúrok (8) sú tieto rúrky (8) orientované v podstate radiálne vzhľadom na pozdĺžnu os (138) nádoby (34), pričom každá z rúrok (8) má vnútorný koniec a vonkajší koniec, ďalej prvé rúrkové členy (4) a druhé rúrkové členy (2), pripojené na rúrky (8), ďalej stúpajúce prívodné rúrky (44) spojujúce každú z v podstate radiálne umiestnených rúrok (8) so zakrivenou prívodnou rúrkou (42) a stúpajúce výstupné rúrky (46) spojujúce každú z v podstate radiálne umiestnených rúrok (8) so zakrivenou zbernou rúrkou (7).
5. 5. Zariadenie podľa nároku 4, vyznačujúce sa t ý m , že zakrivená prívodná rúrka (42) je stúpajúcou prívodnou rúrkou (44) spojená vnútornou koncovou časťou každej v podstate radiálne umiestnenej rúrky (8) a vonkajšia koncová časť každej v podstate radiálne umiestnenej rúrky (8) j c stúpajúcou výstupnou rúrkou (46) spojená so zakrivenou zbernou rúrkou (7).
6. 6. Zariadenie podľa nároku 4, vyznačujúce sa t ý m , že v prstencovom priestore (28) medzi prvým rúrkovým členom (4) a druhým rúrkovým členom (2) sú umiestnené rozpierky (256) na udržiavanie odstupu prvého rúrkového člena (4) od druhého rúrkového člena (2).
7. 7. Zariadenie podľa nároku 6, vyznačujúce sa t ý m , že nádoba (34) je umiestnená v podstate zvisle, takže má hornú časť a dolnú časť, pričom prívod (30) tekutiny a výstup (36) tekutiny sú umiestnené v dolnej časti nádoby (34), prvý rúrkový člen (4) a druhý rúrkový člen (2) vystupujú z oblasti umiestnenia prívodu (30) tekutiny a výstupu (36) tekutiny smerom k hornej časti nádoby (34).
8. 8. Zariadenie podľa nároku 7, vyznačujúce sa t ý m , že ďalej obsahuje miešacie ústrojenstvo s hriadeľom (130), umiestneným v prostriedku nádoby (34) koaxiálne s pozdĺžnou osou (138) nádoby (34), s pohonom (139) spojeným s hriadeľom (130) a s obežnými kolesami (156, 158) pripevnenými na hriadeli (130), pričom priemer obežných kolies (156, 158) sa najviac rovná priemeru prázdneho pásma, ohraničeného rúrkovými členmi, umiestnenými najbližšie k vnútornému koncu radiálne umiestnenej rúrky (8).
9. 9. Zariadenie podľa nároku 8, vyznačujúce sa t ý m , že ďalej obsahuje prívody (146, 147) na zavádzanie živných médií a uhlíkatého zdroja energie do nádoby (34), prívod (145) plynu na zavádzanie plynu do nádoby (34), výstup (148) na odvádzanie fermentu z dolnej koncovej časti nádoby (34) a odplyňovacie ústrojenstvo (162, 164, 166) na odplyňovanic peny, umiestnenej v hornej časti nádoby (34) a umiestnenej na jej vonkajšom obvode.
10. 10. Zariadenie podľa nároku 2, vyznačujúce sa t ý m , že ďalej obsahuje potrubie (208) na privoď amoniaku, spojené s prívodom (30) tekutiny.