SK734488A3 - Tube bundle with supporting device of tubes in vessel - Google Patents

Description

Rúrkový zväzok s podperným zariadením rúrok v nádobe

Oblasť techniky

Vynález sa týka rúrkového zväzku s podperným zariadením rúrok v nádobe, obsahujúceho rovnobežné rúrky tvoriace rúrkový zväzok, ktorý má pozdĺžnu os, pričom rúrky sú usporiadané v rovnobežných rúrkových radoch s pravideŕftými priamymi priechodmi, ktoré prechádzajú rúrkovým zväzkom naprieč k smeru rúrkových radov, pričom prvá sústava priechodov prechádza rúrkovým zväzkom pod uhlom + Gl vzhľadom k smeru rúrkových radov a druhá sústava priechodov prechádza rúrkovým zväzkom pod uhlom - Θ1 vzhľadom k smeru rúrkových radov, tretia sústava priechodov prechádza rúrkovým zväzkom pod uhlom + 92 vzhľadom k smeru rúrkových radov a štvrtá sústava priechodov prechádza rúrkovým zväzkom pod uhlom - 92 vzhľadom k smeru rúrkových radov, kde Θ1 leží v rozmedzí 10° až 60°, Θ2 leží v rozmedzí 40° až 80° a 92 je väčší ako 91.

Doterajší stav techniky

Pre mnohé reakcie chemickej premeny je potrebná výmena tepla, a to či k odvádzaniu reakčného tepla alebo k dodávaniu tepla nevyhnutného pre chemickú premenu. Najúčinnejším mechanizmom, ktorý má veľkú teplozmennú plochu, na ktorú pôsobí reakčné médium, sú rúrkové zväzky, to značí zväzky rovnobežných rúrok. Problém, ktorý je spojený s rúrkovými zväzkami, je vhodný nosič pre jednotlivé rúrky, ktorý by zaisťoval konštrukčnú celistvosť rúrkového zväzku pri silných miešajúcich a vibračných silách a pri tepelnom namáhaní. Takéto sily pôsobia osbitne škodlivo na jednotlivé rúrky rúrkového zväzku vtedy, keď kvapalina prúdiaca cez teplozmenné plochy je vedená kolmo k dĺžke rúrok. Existuje preto potreba vytvoriť vhodný mechanizmus k podopretiu jednotlivých rúrok rúrkového zväzku, na ktorý pôsobí pri prevádzke silné namáhanie, napríklad v premiešavanej nádobe.

Úlohou vynálezu preto je vytvoriť rúrkový zväzok s účinným podperným zariadením na podpretie jednotlivých rúrok v zväzku rovnobežných rúrok.

Ďalšou úlohou vynálezu je vytvoriť premiešavanú nádobu vybavenú veľmi účinným mechanizmom na výmenu tepla.

Podstata vynálezu

Uvedené úlohy splna rúrkový zväzok s podperným zariíidením rúrok v nádobe, obsahujúcej rovnobežné rúrky tvoriace rúrkový zväzok, ktorý má pozdĺžnu os, pričom rúrky sú usporiadané v rovnobežných rúrkových radoch s pravidelnými pri amymi priechodmi, ktoré prechádzajú rúrkovým zväzkom naprieč k smeru rúrkových radov, pričom prvá sústava priechodov prechádza rúrkovým zväzkom pod uhlom + Θ1 vzhľadom k smeru rúrkových radov a druhá sústava priechodov prechádza rúrkovým zväzkom pod uhlom - Θ1 vzhľadom k smeru rúrkových radov, tretia sústava priechodov prechádza rúrkovým zväzkom pod uhlom + Θ2 vzhľadom k smeru rúrkových radov a štvrtá sústava priechodov prechádza rúrkovým zväzkom pod uhlom - ©2 vzhľadom k smeru rúrkových radov, kde ©1 leží v rozmedzí 10° až 60°, ©2 leží v rozmedzí 40° až 80°a ©2 je väčší ako ©1, podľa vynálezu, ktorého podstatou je, že vonkajšie rúrky rúrkového zväzku obkolesuje prvý pás, k prvému pásu je pripevnená prvá sústava tyčí prechádzajúcich prvou sústavou priechodov, kde každá tyč prvej sústavy má dostatočný priemer pre dotyk s rúrkami tvoriacimi hranice každého priechodu prvej sústavy priechodov a každá rúrka rúrkového zväzku je v dotyku najmenej s jednou yčou prvej tyčovej sústavy, vzhľadom k pozdĺžnej osi axiálne v odstupe od prvého pásu rúrkového zväzku je usporiadaný druhý

Pás, pričom druhý pás obkolesuje vonkajšie rúrky rúrkového zväzku, a ďalej k druhému pásu je pripevnená druhá sústava tyčí prechádzajúcich druhou sústavou priechodov, kde každá tyč druhej sústavy má dostatočný priemer pre dotyk s rúrkami tvoriacimi hranice každého priechodu druhej sústavy priechodov a každá rúrka rúrkového zväzku je v dotyku najmenej s jednou tyčou druhej tyčovej sústavy. Rúrkový zväzok teda môže lepšie odolávať namáhaniu pri priečnom prúdení kvapaliny.

Podľa výhodného uskutočnenia vynálezu je, že v rúrkovom zväzku tretia sústava priechodov a štvrtá sústava priechodov je bez rúrok.

Podľa ďalšieho výhodného uskutočnenia vynálezu majú rúrky vonkajší priemer D a vzdialenosť medzi rúrkovými radmi meraná od stredu k stredu rúrok je najmenej 2D.

Podľa ďalšieho výhodného uskutočnenia vynálezu majú susedné rúrkové rady vzájomnú vzdialenosť v rozmedzí 2D až 4D, susedné rúrky v rúrkovom rade majú vzájomnú vzdialenosť v rozmedzí 1,5D až 2,5D, merané od stredu k stredu rúrky a vzdialenosť medzi rúrkovými radmi je väčšia ako vzdialenosť medzi susednými rúrkami toho istého rúrkového radu.

Rúrky sú s výhodou vzájomne presadené do trojuholníkovej rozteče.

Podľa ďalšieho výhodného uskutočnenia vynálezu je rúrkový zväzok obkolesený nádobou, ktorej pozdĺžna pozdĺžnou osou rúrkového zväzku a leží pričom rúrkový zväzok je umiestnený v pozdĺžnou osou a vnútornou stenou.

os je rovobežná s od nej s odstupom, nádobe medzi jej

Podľa ďalšieho výhodného uskutočnenia vynálezu má nádoba obecne valcovú vnútornú plochu , rúrkové rady sú umiestnené pozdĺž tetív prechádzajúcich cez vnútornú plochu nádoby a vnútorný priemer nádoby je najmenej 2,5 násobkom dĺžky rúrkových radov.

Podľa ďalšieho výhodného uskutočnenia vynálezu leží vnútorný priemer nádoby v rozmedzí 2,5 až 5 násobku dĺžky rúrkových radov, pričom rúrkový zväzok ďalej obsahuje sústavu rúrkových zväzkov, umiestnených do kruhu u vnútornej steny nádoby, a miešadlo, umiestnené v osi nádoby k vyvolávaniu priečneho prúdenia kvapaliny sústavou rúrkových zväzkov.

Podľa ďalšieho výhodného uskutočnenia vynálezu rúrkový zväzok ďalej obsahuje prvý prút, ktorý vyčnieva z rúrkového zväzku naprieč vzhľadom k rúrkovým radom a 'spojuje prvý pás s valcovou vnútornou plochou nádoby, a druhý prút, vychádzajúci od rúrkového zväzku naprieč vzhľadom k rúrkovým radom a spojujúci druhý pás s valcovou vnútornou plochou nádoby.

Prvý pás je s výhodou spojený s druhým pásom sústavou vzper, ktoré sú usporiadané na rotačnej dráhe okolo časti rúrkového zväzku.

Každý rúrkový rad je s výhodou spojený so vstupnou zbernou rúrkou a s výstupnou zbernou rúrkou.

Každý rúrkový zväzok s výhodou obsahuje tri až desať rúrkových radov.

Každý rúrkový zväzok je vytvorený asi z dvoch až dvadsiatich rúrkových radov, pričom rúrky susedných radov sú vzájomne presadené tak, že ležia vo vrcholoch trojuholníka. Jednotlivé rúrky v každom rade sú radiálne podopreté pomocou dvojice tyčových medzistien, z ktorých každá obsahuje dostatočné množstvo tyčí, aby každá rúrka rúrkového zväzku bola podopretá každou tyčovou medzistenou na dvoch stranách, cakže dvojice tyčových medzistien podopierajú všetky štyri s-rany každej rúrky, čím je každá rúrka rúrkového zväzku podpretá v radiálnom smere.

-5Otvorená sústava tyčí vytvára podperu pre rúrky beqtoho, že by príliš ovplyvňovala prúdenie kvapaliny. V dôsledku silného priečneho prúdenia, prechádzajúceho rúrkovým zväzkom, nie je úbytok tlaku vyvolaný umiestnením tyčí do každého priechodu v rúrkovom zväzku tak veľký, ako keby prúdenie bolo v podstate pozdĺžne po rovnobežných stranách rúrok. Prídavné tyče, umiestnené v každej medzistene, zaisťujú radiálne podopretie rúrok pri menšom počte medzistien, než keby každá medzistena obsahovala značne menší počet tyčí, než aký sa dá uložiť do zväzku v mieste medzisteny.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Vynález bude vysvetlený v súvislosti s výkresmi, kde obr. 1 znázorňuje pozdĺžny rez rúrkovým zväzkom, ktorý má niektoré znaky

6vynálezu, obr. 2 a 3 priečne rezy zariadením z obr. 1 v pohľade znázornenom smerom šípok, obr. 4 pozdĺžny rez časťou rúrkového zväzku obr. 1 v pohľade pozdĺž znázornených čiar, obr. 5 axonometrický pohľad na časť zariadenia z obr. 1 a obr. 6 reakčnú nádobu v čiastočnom pozdĺžnom reze a s vynechanými časťami a znázorňuje určité znaky vynálezu podľa zvlášť výhodného prevedenia.

Príklady prevedenia vynálezu

Obr. 1 znázorňuje sústavu rovnobežných rúrok 10, ktoré tvoria rúrkový zväzok 20, ktorého pozdĺžna os je rovnobežná s rúrkami 10. Ako ukazuje obr. 2 a 3, sú rúrky 10 usporiadané do väčšieho počtu rovnobežných rúrkových radov 22. Rúrkovým zväzkom 20 prechádzajú naprieč k osi rúrkových račov 22 pravideľné rovné priechody 24, 26, 28, 30. Rúrky 10 sú usporiadané tak, že medzi nimi vzniká prvá sústava priechodov 28, ktoré zvierajú s pozdĺžnym smerom rúrkových radov 22 uhol +$1, a druhá sústava priechodov 30, ktoré zvierajú s pozdĺžnym smerom rúrkových radov 22 uhol -01. Okrem toho prechádza medzi rúrkami 10 rúrkového zväzku 20 tretia sústava priechodov 26, ktoré zvierajú s rúrkovými radmi 22 uhol 2, a štvrtá sústava priechodov 24, ktoré prechádzajú rúrkovým zväzkom 20 pod uhlom - í 2 vzhľadom k smeru rúrkových radov 22. Uhol 0 1 Leží v rozmedzí asi od 10 stupňov do 60 stupňov, uhol 0 .1 leží v rozmedzí približne 40 stupňov až 80 stupňov, pričom uhol 02 je väčší ako uhol frl.

Podľa jedného prevedenia vynálezu sú rúrky 10 rúrkového zväzku 20 podopreté tyčovými medzistenami, ktoré sú tvorené pásom alebo prstencom a väčším počtom tyčí pripevnených k tomuto pásu. Podľa obr. 2 obopína prvý pás 32 vonkajšie rúrky 10 rúrkového zväzku 20. K prvému pásu 32 je pripevnená prvá sústava tyčí 34, ktoré prechádzajú prvou sústavou priechodov 28. Tyče 34 tejto prvej sústavy majú taký veľký priemer, aby sa

-Ί-dotýkali rúrok .10, ktoré tvoria hranice každého priechodu 28 prvej sústavy, pričom každej rúrky 10 rúrkového zväzku 20 sa dotýka aspoň jedna tyč 34 prvej tyčovej sústavy. Podľa obr. 3 leží druhý pás 36 s medzerou v pozdĺžnom smere od prvého pásu 32 a obkolesuje taktiež vonkajšie rúrky 10 rúrkového zväzku 20. K druhému pásu 36 je pripevnená druhá sústava tyčí 38, ktoré prechádzajú druhou sústavou priechodov 30. Každá tyč 38 druhej tyčovej sústavy má taktiež taký veľký priemer, aby sa dotýkala rúrok 10 tvoriacich hranice každého priechodu 30 druhej sústavy. Každej rúrky 10 rúrkového zväzku 20 sa dotýka najmenej jedna tyč 38 druhej tyčovej sústavy.

Podľa vynálezu je výhodné, aby v rúrkovom zväzku 20 neboli v tretej sústave priechodov 24 ani v štvrtej sústave priechodov 26. žiadne tyče 34, 38. Tým, že rúrkovým zväzkom 20 prechádzajú vzájomne sa podporujúce tyče 34, 38, ktoré spolu zvierajú uhol ležiaci v blízkosti hodnoty 90 stupňov, sa konštrukčná pevnosť rúrkového zväzku 20 podstatne zlepší. Je preto účelné, aby uhol medzi prvou sústavou priechodov 28 a druhou sústavou priechodov 30, v ;ktorých sú tyče 34, 38 uložené, ležal v rozmedzí asi od 60 stupňov približne do 120 stupňov.

Vzdialenosť medzi rúrkami 10 možno popísať v súvislosti s vonkajším priemerom D rúrok 10 rúrkového zväzku 20. Zvyčajne sú rúrkové rady 22 od seba oddialené o vzdialenosť najmenej 2D, merané od stredu ku stredu rúrok 10. Zpravidla je vzdialenosť medzi rúrkovými radmi v rozmedzí od 2D do 4D. Susedné rúrky 10 v jednom rúrkovom rade 22 majú obvykle vzdialenosť v rozmedzí asi od 1,5D asi do 2,5D, merané od stredu ku stredu rúrky 10.

Vzdialenosť vzdialenosť medzi rúrkovými medzi susednými radmi 22 je zvyčajne väčšia ako rúrkami 10 toho istého rúrkového radu 22.· V rúrkovom zväzku 20 podľa vynálezu je ďalej účelné, aby rúrky 10 boli rozostavené do trojuholníkov, takže tekutina prúdiaca rúrkovým zväzkom 20 naprieč má snahu tiecť cez rúrky miesto pretekať priechodmi 24, 26, 28, 30, čo by malo za následok málo účinnú výmenu tepla.

- <ŕPodľa obr. 1 je každý rúrkový rad 22 pripojený k vstupnej zbernej rúrke 3. a výstupnej zbernej rúrke 2. Vstupná zberná rúrka 3 môže byt umiestnená pod opačným koncom rúrkových radov 22 ako výstupná zberná rúrka 7 napr. s ohľadom na väčšie miesto pod rúrkovými zväzkami 20. Napájačia rúrka 1 prechádza bočnou stenou 40 nádoby a privádza tekutinu do vstupnej zbernej rúrky 3.. Bočnou stenou 40 prechádza taktiež odvádzacia rúrka

11. ktorou sa odvádza tekutina z výstupnej zbernej rúrky 7 von z nádoby. Vstupná zberná rúrka 3 je spojená stúpacími rúrkami 42 s delenou rozvádzacou rúrkou 5, na ktorej je upevnený rad 22 rúrok 10. Stúpacia rúrka 44 spája delenú rozvádzaciv rúrku 5 s výstupnou zbernou rúrkou 7.

Ako ukazuje obr. 4 je delená rozvádzacia rúrka 5 rozdelená prepážkou 46 na vstupnú komoru 48 a výstupnú komoru 50. Vstupná komora 48 je spojená stúpacou rúrkou 42 so vstupnou zbernou rúrkou 3. Podľa výhodného prevedenia vynálezu pozostáva každá rúrka 10 z bajonetovej rúrkovej zostavy 52, ktorá je pripevnená k delenej rozvádzačej rúrke 5. Bajonetová rúrková zostava 52 je tvorená prvou vnútornou rúrkou 54 a druhou vonkajšou rúrkou 56. ktorá je sústredná s vnútornou rúrkou 54. Prvý koniec vnútornej rúrky 54 je pripevnený k otvoru v prepážke 46 a druhý koniec 58 vnútornej rúrky 54 leží s medzerou pod čiapočkou 60, uzatvárajúcou vonkajšiu rúrku 56. Vonkajšia rúrka 56 vyúsťuje do otvoru v bočnej stene delenej rozvádzacej rúrky 5, takže dráha prúdenia prebieha od vstupnej komory 48 vnútornou rúrkou 54 do druhého konca bajonetovej rúrkovej zostavy 52 a odtiaľ prstencovým priestorom 62 medzi vnútornou rúrkou 54 a vonkajšou rúrkou 56 do výstupnej komory 50 delenej rozvádzacej rúrky 5. Z výstupnej komory 50 prúdi tekutina stúpacou rúrkou 44 hore do výstupnej zbernej rúrky 2 a odtiaľ odvádzacou rúrkou 11 von z nádoby.

Rúrkového zväzku 20 podľa vynálezu sa s výhodou používa v procesoch, ktoré zahŕňajú výmenu tepla s kvapalinou vovnútri premiešavanej nádoby. Kvapalina v premiešavanej nádobe preteká

-Ί rúrkovým zväzkom 20 a tečie medzi rúrkami 10 v rovnobežných rúrkových radoch 22. Kvapalina v nádobe je s výhodou premiešavaná miešadlom 64, umiestneným v osi nádoby 66. Na obr. 6 je znázornený rúrkový zväzok 20 s podporným zariadením, umiestnený v premiešavanej nádobe.

Okolo vnútornej plochy nádoby 66 medzi jej pozdĺžnou osou a vnútornou stranou je usporiadaný väčší počet rúrkových zväzkov 20· Rúrkové rady 22 sú s výhodou zostavené pozdĺž tetív, ktoré prechádzajú zvyčajne valcovou časťou nádoby 66. Každý rúrkový zväzok 20 tvorí asi dve až dvadsať rúrkových radov 22 rovnobežných rúrok 10., pričom rúrky 10 v susedných rúrkových radoch 22 sú presadené tak, že ležia vo vrcholoch trojuholníka. S výhodou pozostáva každý rúrkový zväzok 20 z troch až dvanástich rúrkových radov 22. Jednotlivé rúrky 1 sú radiálne podopreté dvojicou popísaných tyčových mezistien, z ktorých každá obsahuje dostatočný počet tyčí 34, 38, aby každá rúrka 10 rúrkového zväzku 20 bola podopretá každou tyčovou medzistenou z dvoch strán, takže dvojica tyčových medzistien podopiera každú rúrku 10 zo všetkých štyroch strán a tvorí jej spoľahlivé radiálne podopretie.

Podľa výhodného uskutočnenia vynálezu je prvý pás 32 spojený s vnútornou stenou nádoby 66 prvým prútom 7, ktorý vyčnieva naprieč od rúrkového zväzku 20 vzhľadom k rúrkovým radom 22 (obr. 2). Druhý prút 72 vyčnieva analogicky od rúrkového zväzku 20 naprieč vzhľadom k rúrkovým radom 22 a spojuje druhý pás 36 s vnútornou stranou nádoby 66 (obr. 3). Prídavné prúty 74 alebo 75 spájajú najmenej jeden z oboch pásov 32, 36 s vnútornou stranou nádoby 66. Prídavné prúty 74, 75 vychádzajú od rúrkového zväzku 20 a sú zvyčajne rovnobežné so smerom rúrkových radov 22. Aby mal rúrkový zväzok 20 väčšiu tuhosť, môže byť prvý pás 32 spojený s druhým pásom 36 vzperami 78. Podľa výhodného uskutočnenia ležia vzpery v rovnakom smere na dráhe, ktorá obkolesuje prvú obvodovú časť rúrkového zväzku 20, takže dodávajú rúrkovému zväzku 20 väčšiu pevnosť proti krutu.

Keď sa má rúrkový zväzok 20 použiť vo fermentore pre výrobu kvasiniek alebo baktérií, je žiadúce, aby konštrukcia bola dostatočne otvorená a umožňovala dôkladné čistenie, medzi jednotlivými šaržami. Je teda žiadúce, aby medzi jednotlivými rúrkami 10 rúrkového zväzku 20 boli široké medzery. K podopretiu rúrok 10 so širokými medzerami je potrebné pomerne rozmerných operných tyčí. Rovnako môže byť žiadúce, aby tyče prechádzali rúrkovým zväzkom 20 pod malým ostrým uhlcm, aby zväčšenie priemeru tyčí, ktoré je nevyhnuteľmé v dôsledku väčšej medzery medzi rúrkovými radmi 22, nemuselo byť nadmerné. Zvyčajne možno konštatovať, že keď vzdialenosť medzi susednými rúrkami 10 v jednom rúrkovom rade 22 leží v rozmedzí od 1,5D asi do 2,5D, kde D je vonkajší priemer rúrok 10, je vzdialenosť medzi susednými rúrkovými radmi 22 v rozmedzí asi od 2D do 4D a tyče 34, 38 majú priemer v rozmedzí od 0,5D asi do ID.

Obr. 6 znázorňuje výhodné prevedenie vynálezu, vstavané do fermentoru.

Nádoba 160 podľa obr. 6 je opatrená hriadeľom 130, ktorý je spojený s pohonom 139 a nesie dve obežné kolesá 156 a 158. Obežné kolesá 156, 158 pozostávajú každé z kotúča 152, 154, na ktorom je upevnená rada lopatiek 151, 153. V závislosti na výške a priemere fermentoru a na rozmeroch teplozmenného mechanizmu možno tiež použiť aj väčší počet obežných kolies. Ako ukazuje obr. 6, je účelné, aby najspodnejšie obežné koleso ležalo v tesnej blízkosti plynového rozdeľovača 149, aby sa uľahčil prenos kyslíku vo fermentačnom médiu. Pod názvom bezprostredná blízkosť sa rozumie, že najspodnejšie obežné koleso a plynový rozdeľovač majú medzi sebou medzeru rovnú asi 1/3 až 1/10 priemeru obežného kolesa.

Na hriadeli 130 môže byť nasadených niekoľko ďalších obežných kolies s rôznou vzájomnou orientáciou. Pre uľahčenie montáže na hriadeli 130 môžu byť na ňom obežné kolesá upevnené v rovnakých vzdialenostiach, pričom vrchné obežné koleso leží s výhodou vo výške asi 60 % výšky nádoby, ako je na obr. 6 znázornené pre obežné koleso 158.

-11Celkové rozmery nádoby 160 sú s výhodou zvolené tak, aby pomer výšky priemeru ležal v rozmedzí asi od 0,1 do 10 : 1. S výhodou je pomer výšky k priemeru v rozmedzí asi 0,3 až 5:1, pričom najvýhodnejší pomer výšky k priemeru spadá pre fermentačné účely do rozmedzia asi 1 až 4 : 1.

Teplozmenná tekutina sa zavádza do rovnobežných rúrok 140 vstupom 142 a je rozvádzaná rúrkou 171 do rozvádzacích rúrok 172 a odtiaľ do rovnobežných rúrok 140. Po priechodu rúrkou 140 je teplozmenná tekutina odvádzaná z rozvádzacích rúrok 172 rúrkou 173 do výstupu 144. Vo fermentore podľa vynálezu sú usporiadané najmenej dve prepážky, z ktorých každá obsahuje prvý vstup 142, prvý výstup 144 a rovnobežné rúrky 140. Ako ukazuje obr. 6, pozostáva každá prepážka zo zväzku rovnobežných rúrkových radov. Rúrky 140 v každej prepážke majú výšku zodpovedajúcu typicky asi 25 % až 90 % dĺžky rovnej časti nádoby 160, nerátajúc v to zaoblený kryt a spodok.

Možno použiť najrôznejší počet rúrkových zväzkov, čo závisí na rozmeru zväzkov, na počte rúrok vo zväzku atď. Nádoba môže obsahovať až_;30 rúrkových zväzkov, pričom sa dáva prednosť množstvu štyroch až dvadsiatichštyroch rúrkových prepážok.

Alternatívne môžu byť rúrkové zväzky usporiadané na sebe, pričom každý zväzok je kratší ako celková dĺžka rúrkových zväzkov usporiadaných vo fermentore. Keď sú rúrkové zväzky usporiadané ako na sebe uložené sústavy krátkych segmentov, ktorých celková dĺžka zodpovedá 25 % až 90 % celkovej výšky rovnej časti nádoby, je možné použiť kratšie rúrky, ktoré sú odolnejšie oproti vibráciám a tepelnému namáhaniu v priebehu procesu chemickej premeny prebiehajúcej v nádobe. Aby mala nádoba požadovanú výhrevnú a chladiacu kapacitu, možno použiť až 10 sústav rúrkových zväzkov, ktoré ako celok zaberajú 25 % až 90 % dĺžky rovnej časti fermentoru a sú umiestnené nad sebou.

Lopatky 151, môžu byť upevnené na kotúči 152 najrôznejším spôsobom, takže môžu byť napr. kolmo k rovine kotúča 152 a

-12-vyčnievať radiálne od jeho zvislej osi, alebo môžu vyčnievať z kotúča 152 pod istým uhlom vzhľadom k jeho ose. Alternatívne je možné použiť druhé konštrukcie obežného kolesa, ako ktorá je znázornená na výkrese, napr. axiálneho obežného kolesa, miešadla na spôsob lodnej skrutky a pod.

Horná hranica priemeru obežného kolesa je daná vnútorným priemerom rúrkových zväzkov 20, ktoré vytvárajú vo fermentore teplozmenný mechanizmus. Maximálny miešací výkon na jedno obežné koleso má obežné koleso, ktorého priemer sa blíži tejto hornej hranici. Je účelné, aby priemer obežného kolesa nebol menší ako asi 10 % celkového vnútorného priemeru nádooy, a pritom zvyčajne nepresahuje asi 50 % celkového vnútorného priemeru nádoby. Účelné je priemer obežného kolesa asi 20 % až 35 % celkového vnútorného priemeru nádoby.

Ako ukazuje obr. 6, je fermentor rovnako opatrený prvým prívodom 146, druhým prívodom 147 a plynovým prívodom 145. I keď je nádoba 160 znázornená s dvomi prívodmi 146 147, všetko fermentačné médium možno privádzať do fermentoru iba jedným prívodom alebo naopak väčším počtom prívodov, ak sa majú jednotlivé zložky zavádzať jednotlivo. V rade fermentačných pochodov je žiadúce zavádzať živné prostredia, uhlík a zdroj energie v oddelených prúdoch, takže nádoba 160 podľa obr. 6 je podľa výhodného prevedenia opatrená dvomi oddelenými vstppmi 146, 147. I keď vstupy 146, 147 sú znázornené s jedným výstupným otvorom, je možné médium zavádzať vstupmi, ktoré majú niekoľko výstupných otvorov. Výstupné otvory môžu byť okrem tohto umiestené v rôznych polohách okolo fermentoru, čo býva často diktované požiadavkami na jednoduchosť a účinnosť.

Plynový prívod 145 slúži k zavádzaniu kyslíka a prípadne zdroja dusíka do fermentoru. Plyn privádzaný plynovým prívodom

145 vstupuje do fermentoru plynovým rozdeľovačom 149, ktorý je umiestnený vo fermentoru súmerne a je opatrený veľkým počtom rozdeľovača 149 nie je s vzhľadom k jeho pozdĺžnej osi otvorov. Priemer plynového výhodou väčší než priemer

--/3najspodnejšieho obežného kolesa, pod ktorým je perforovaná strana plynového rozdeľovača 149 umiestnená s výhodou čo najbližšie.

Spôsob zavádzania plynu, umiestnenie obežného kolesa 156 v tesnej blízkosti plynového rozdeľovača 149 i poloha rúrkových zväzkov 20 prispievajú k veľmi vysokému stupňu prenosu kyslíka, ktorého je fermentačná nádoba schopná. Fermentačná nádoba podľa vynálezu môže prenášať kyslík v množstve najmenej asi 300 milimolov kyslíka na liter za hodinu (mmol O^/l/hod.). Okrem toho je schopnosť odvádzania tepla z fermentačnej nádoby dostatočná vznikajúce generované dispozícii k tomu, aby sa odvádzalo veľké monžstvo tepla pri fermentácii, pričom veľké množstvo tepla je v dôsledku značného množstva kyslíka, ktorý je k pre fermentačné médium. Fermentor s konštrukciou podľa vynálezu umožňuje odvod tepla rádové najmenej 36 Kcal/l/hod.

Fermentačná nádoba 160 je rovnako vybavená odvádžacou rúrkou

148 pre odvádzanie fermentačného média. Keď sa fermentácia vykonáva spojito, je možné ferment odoberať spojito alebo mtermitentno odvádzacou rurkou 148 a cerstve prostredia sa privádzajú prívodmi 146, 147 a 145.

Fermentačná nádoba 160 najmenej jedným odpeňovacím peny popísaným v americkom sústavou elementov 162, 164 je ďalej s výhodou opatrená mechanizmom, napríklad rozbíjačom pat. spise č. 4 373 024 alebo a 166 podľa obr. 6. Na hriadeli

164 , ktorý je uvádzaný do rotačného pohybu pohonom 166. sú upevnené kužele 162. Náraz speneného fermentu na rotujúci kužel 162 spôsobuje rozrušenie peny a návrat kvapaliny do hlavnej časti fermentačnej nádoby 160, zatiaľ čo plyn uvoľnený z peny opúšťa fermentor odplynovacou rúrkou 168. I keď vo fermentačnej nádobe 160 podľa vynálezu je usporiadaný najmenej jeden rozbíjač peny, možno zaistiť dostatočnú kapacitu odpeňovania k zpracovaniu všetkej peny, vznikajúcej pri fermentačnom procese, vhodným počtom rozbíjačov peny umiestnených v hornej časti fermentora.

Vodný aerobný fermentačný proces potrebuje molekulárny kyslík, ktorý je dodávaný plynom obsahujúci molekulárny kyslík ako je vzduch, vzduch nasýtený kyslíkom alebo priame čistý molekulárny kyslík, tak aby sa vo fermente udržal parciálny tlak kyslíku, ktorý podporuje rast mikroorganizmov alebo biochemickú premenu substrátu. Použitím okysličeného uhľovodíkového substrátu možno celkovú potrebu kyslíka pre rast alebo premenu substrátu mikroorganizmom odčítať od potreby, ak sa použije parafín.

Tlak používaný pre mikrobiologickú fermentáciu sa môže líšiť v širokých medziach. Typické tlaky ležia v rozmedzí asi od 0 do 1,035 MPa, s výhodou asi od 0 do 0,414 MPa, najvýhodnejšie 0,242 až 0,276 MPa, čo je dané rovnováhou medzi nákladmi na zariadenie a prevádzku Tlaky vyššie ako atmosférické sú koncentráciu rozpusteného kyslíka a rozpustnosťou kyslíka, výhodné tým, že zvyšujú vo vodnom fermentačnom prostredí, čo zasa môže pomáhať k zvýšeniu rýchlosti rastu buniek. Oproti tomu zasa pôsobí skutočnosť, že vysoké tlaky zvyšujú náklady na zariadenie a náklady prevádzkové.

Vynález nie je obmedzený na popísané uskutočnenie a v jeho rámci možno prevádzať najrôznejšie obmeny.

Claims (12)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Rúrkový zväzok s podperným zariadením rúrok v nádobe, obsahujúci rovnobežné rúrky (10) tvoriace rúrkový zväzok (20), ktorý má pozdĺžnu os, pričom rúrky (10) sú usporiadané v rovnobežných rúrkových radoch (22) s pravidelnými priamymi priechodmi (24, 26, 28, 30), ktoré prechádzajú rúrkovým zväzkom (20) naprieč k smeru rúrkových radov (22), pričom prvá sústava priechodov (28) prechádza rúrkovým zväzkom (20) pod uhlom + Θ1 vzhľadom k smeru rúrkových radov (22) a druhá sústava priechodov (30) prechádza rúrkovým zväzkom (20) pod uhlom - Θ1 vzhľadom k smeru rúrkových radov (22), tretia sústava priechodov (26) prechádza rúrkovým zväzkom (20) pod uhlom + Θ2 vzhľadom k smeru rúrkových radov (22) a štvrtá sústava priechodov (24) prechádza rúrkovým zväzkom (20) pod uhlom - Θ2 vzhľadom k smeru rúrkových radov (22), kde Θ1 leží v rozmedzí 10° až 60°, Θ2 leží v rozmedzí 40° až 80° a Θ2 je väčší ako Θ1, vyznačujúci sa tým, že vonkajšie rúrky (10) rúrkového zväzku (20) obkolesuje prvý pás (32), k prvému pásu (32) je pripevnená prvá sústava tyčí (34) prechádzajúcich prvou sústavou priechodov (28), kde každá tyč (34) prvej sústavy má dostatočný priemer pre dotyk s rúrkami (10) tvoriacimi hranice každého priechodu (28) prvej sústavy priechodov (28) a každá rúrka (10) rúrkového zväzku (20) je v dotyku najmenej s jednou tyčou (34) prvej tyčovej sústavy, axiálne v odstupe od prvého pásu (32) vzhľadom k pozdĺžnej osi rúrkového zväzku (20) je usporiadaný druhý pás (36), pričom druhý pás (36) obkolesuje vonkajšie rúrky (10) rúrkového zväzku (20), a ďalej k druhému pásu (36) je pripevnená druhá sústava tyčí (38) prechádzajúcich druhou sústavou priechodov (30), kde každá tyč (38) druhej sústavy má dostatočný priemer pre dotyk s rúrkami (10) tvoriacimi hranice každého priechodu (30) druhej sústavy priechodov (30) a každá rúrka (10) rúrkového zväzku (20) je v dotyku najmenej s jednou tyčou (38) druhej tyčovej sústavy.

   - ÍG -
2. 2. Rúrkový zväzok podľa nároku 1, vyznačujúci satým, že v rúrkovom zväzku (20) je tretia sústava priechodov (26) a štvrtá sústava priechodov (24) bez rúrok.
3. 3. Rúrkový zväzok podľa nároku 2, vyznačujúci sa t ý m, že rúrky (10) majú vonkajší priemer D a vzdialenosť medzi rúrkovými radmi (22) meraná od stredu ku stredu rúrok (10) je najmenej 2D.
4. 4. Rúrkový zväzok podľa nároku 3, vyznačujúci sa tým, že susedné rúrkové rady (22) majú vzájomnú vzdialenosť v rozmedzí 2D až 4D, susedné rúrky (10) v rúrkovom rade (22) majú vzájomnú vzdialenosť v rozmedzí 1,5 D až 2,5 D, merané od stredu ku stredu rúrky (10) a vzdialenosť medzi rúrkovými radmi (22) je väčšia ako vzdialenosť medzi susednými rúrkami (10) toho istého rúrkového radu (22).
5. 5. Rúrkový zväzok podľa nároku 4, vyznačujúci sa t ý m, že rúrky (10) sú vzájomne presadené do trojuholníkovej rozteče.
6. 6. Rúrkový zväzok podľa nároku 5, vyznaču j úci sa t ý m, že rúrkový zväzok (20) je obkolesený nádobou (66), ktorej pozdĺžna os je rovnobežná s pozdĺžnou osou rúrkového zväzku (20) a leží od neho s odstupom, pričom rúrkový zväzok (20) je umiestnený v nádobe (66) medzi jej pozdĺžnou osou a vnútornou stenou.
7. 7. Rúrkový zväzok podľa nároku 6,vyznačujúci sa t ý m, že nádoba (66) má obecne valcovú vnútornú plochu, rúrkové rady (22) sú umiestnené pozdĺž tetív prechádzajúcich cez vnútornú plochu nádoby (66) a vnútorný priemer nádoby (66) je najmenej 2,5 násobkom dĺžky rúrkových radov (22).
8. 8. Rúrkový zväzok podľa nároku 7, vyznačujúci sa t ý m, že vnútorný priemer nádoby (66) leží v rozmedzí 2,5 až 5 násobku dĺžky rúrkových radov (22), pričom rúrkový zväzok ďalej obsahuje sústavu rúrkových zväzkov (20), umiestnených do kruhu u vnútornej steny nádoby (66), a miešadlo, umiestnené v osi nádoby k vyvolávaniu priečneho prúdenia kvapaliny sústavou rúrkových zväzkov (20).
9. 9. Rúrkový zväzok podľa nároku 8, vyznačujúci sa t ý m, že ďalej obsahuje prvý prút (70), ktorý vyčnieva z rúrkového zväzku (20) naprieč vzhľadom k rúrkovým radom (22) a spojuje prvý pás (32) s valcovou vnútornou plochou nádoby (66), a druhý prút, vychádzajúci od rúrkového zväzku (20) naprieč vzhľadom k rúrkovým radom (22) a spojujúci druhý pás (36) s valcovou vnútornou plochou nádoby (66).
10. 10. Rúrkový zväzok podľa nároku 9, vyznačujúci sa t ý m, že prvý pás (32) je spojený s druhým pásom (36) sústavou vzper (78), ktoré sú usporiadané na rotačnej dráhe okolo časti rúrkového zväzku (20).
11. 11. Rúrkový zväzok podľa nároku 10, vyznaču júci sa t ý m, že každý rúrkový rad (22) je spojený so vstupnou zbernou rúrkou (5) a s výstupnou zbernou rúrkou (7).
12. 12. Rúrkový zväzok podľa nároku 11, vyznaču júci sa t ý m, že každý rúrkový zväzok (20) obsahuje tri až desať rúrkových radov (22).