SU967278A3 - Method and apparatus for contacting gas and liquid - Google Patents
Method and apparatus for contacting gas and liquid Download PDFInfo
- Publication number
- SU967278A3 SU967278A3 SU742029264A SU2029264A SU967278A3 SU 967278 A3 SU967278 A3 SU 967278A3 SU 742029264 A SU742029264 A SU 742029264A SU 2029264 A SU2029264 A SU 2029264A SU 967278 A3 SU967278 A3 SU 967278A3
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- liquid
- gas
- riser
- standpipe
- cross
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M29/00—Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
- C12M29/18—External loop; Means for reintroduction of fermented biomass or liquid percolate
Landscapes
- Organic Chemistry (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Zoology (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)
Abstract
Description
н скорость жидкости в подъемной трубе составл ет не менее 15 см/с, скорость восход щего потока поддерживают в пределах 20-80 см/с, а нисход щего - в пределах 2оЬ-500 см/с, в качестве жидкости примен ют питательную среду, содержащую микроорганизмы , в качестве жидкости примен ют питательную среду, содержащую углеводород или частично окисленный углеводород , в качестве газа примен ют кислородсодержащий газ, например воздух.The velocity of the fluid in the riser is at least 15 cm / s, the speed of the upward flow is maintained between 20-80 cm / s, and the descending flow is within 2o-500 cm / s, the medium is used as a fluid, containing microorganisms, a nutrient medium containing a hydrocarbon or a partially oxidized hydrocarbon is used as a liquid, an oxygen-containing gas, such as air, is used as a gas.
С целью интенсификации процесса за счет увеличени поверхности, контактировани газа и жидкости, устройство дл осуществлени предлагаемого способа снабжено по крайней мере одной дополнительной трубой дл подвода газа, расположенной в-опускной трубе, а площадь поперечного сечени подъемной трубы в 3-8 раз боль .ше поперечного сечени опускной трубы , с целью повышени производительности , оно снабжено несколькими подъемными трубами, размещенными вокруг одной опускной трубы в виде многоугольника , а подъемна труба выполнена в виде двух секций: нижней (контактной) к верхней (стабилизации восход щего потока), причем поперечное сечение нижней секции больше поперечного сечени верхней.In order to intensify the process by increasing the surface, contacting gas and liquid, the device for carrying out the proposed method is equipped with at least one additional pipe for gas supply located in the lowering pipe, and the cross-sectional area of the riser pipe is 3-8 times larger the cross-section of the standpipe, in order to increase productivity, it is equipped with several riser tubes placed around a single descender tube in the form of a polygon, and the riser tube is made in the form of two Ear sections: lower (contact) to upper (upstream flow stabilization), the cross section of the lower section being larger than the upper cross section.
На фиг. 1 схематически изображено предлагаемое устройство с раздельным расположением подъемной и опускной труб, продольный разрез; на фиг. 2 то же, с соосным расположением труб; на фиг. 3 третий вариант исполнени устройства; на фиг. - четверты вариант исполнени устройства; на фиг. 5 - п тый вариант исполнени усройства; на фиг. 6 - шестой вариант исполнени устройства; на фиг. 7 вид А на фиг. 6; на фиг. 8 - сеченСие Б-Б на фиг. 7; на фиг. 9 сечение В-В на фиг. 8.FIG. 1 schematically shows the proposed device with a separate arrangement of the lifting and downspout, a longitudinal section; in fig. 2 the same, with coaxial arrangement of pipes; in fig. 3, a third embodiment of the device; in fig. - fourths version of the device; in fig. 5 - fifth version of the device; in fig. 6 — Sixth embodiment of the device; in fig. 7 view A in FIG. 6; in fig. 8 - section BB in FIG. 7; in fig. 9 is a sectional view BB in FIG. eight.
При осуществлении предлагаемого способа жидкость непрерывно циркулирует по системе высотой по меньшей мере 20 м, включающей в себ по меньшей мере одну камеру восход щего потока (ниже носит название вертикальной трубы) , и, по меньшей мере, одну камеру нисход щего потока (ниже носит название опускной трубы), причем обща площадь полезного поперечного сечени вертикальной трубы или.When implementing the proposed method, the fluid is continuously circulated through a system with a height of at least 20 m, which includes at least one upflow chamber (hereinafter referred to as a vertical pipe), and at least one downflow chamber (hereinafter referred to as downspout), the total useful cross-sectional area of the vertical pipe or.
ет общую площадь полезного поперечного сечени опускной трубы или опускных труб, сообщающихс соответственно. . t верхними, и нижними концами вертикальных труб или вертикальной трубы; циркул ци жидкости в системе обеспечиваетс за счет введени в нее газа в количестве, достаточном дл придани потоку жидкости в вертикальной трубе илу вертикаль.ных трубах средней скорости, равной па меньшей мере 15 см/с.There is a total useful cross-sectional area of the downcomer or downcomers communicating respectively. . t the upper and lower ends of vertical pipes or vertical pipes; Circulation of the fluid in the system is ensured by introducing sufficient gas into it to give the flow of fluid in the vertical pipe or silt vertical pipes of average speed equal to at least 15 cm / s.
Кроме того, предлагаетс способ введени жидкости, в контакт с газом, при осуществлении которого жидкость непрерывно циркулирует в системе высотой по меньшей мере 20 м, включающий в себ по меньшей мере одну камеру восход щего потока (ниже носит название вертикальной трубы), и, по меньшей мере, одну камеру нисход щегос потока (ниже носит название опускной трубы), причем обща плрщадь полезного поперечного сечени опускной трубы или опускных труб меньше общей площади полезного поперечного сечени вертикальной трубы или вертикальных труб и верхние и нижние концы опускных труб или опускной трубы сообщаютс соответственно с верхними и нижними концами вертикальных труб или вертикальной трубы; циркул ци жидкости в системе обеспечиваетс за счет введени в нее газа в нескольких точках системы в количестве , достаточном дл придани потоку жидкости в вертикальной трубе или вертикальных трубах средней скорости , равной по мейьшей мере 15 см/с; часть в интервале от 10 до 100, но предпочтительно от 10 до 60% общего объема газа, вводимого в систему, попадают в массу жидкости в опускной трубе или опускных трубах.In addition, a method for introducing a liquid, in contact with a gas, is proposed, in which liquid is continuously circulated in a system with a height of at least 20 m, including at least one upflow chamber (hereinafter referred to as a vertical pipe), and at least one downstream flow chamber (hereinafter referred to as the standpipe), with the total useful cross section of the standpipe or standpipe less than the total useful cross section of the vertical pipe or vertical pipes b and upper and lower ends of the standpipe or standpipe communicate respectively with upper and lower ends of the vertical pipes or riser; Circulation of the fluid in the system is ensured by introducing sufficient gas into it at several points in the system in an amount sufficient to impart to the flow of fluid in a vertical pipe or vertical pipes an average speed equal to at least 15 cm / s; part in the range from 10 to 100, but preferably from 10 to 60% of the total volume of gas introduced into the system, fall into the mass of liquid in the standpipe or downcomers.
В начале осуществлени предлагаемого способа выгодно вводить все количество или большую часть газа в вертикальную трубу или вертикальные трубы в течение промежутка времени, достаточного дл начала циркул ции жидкости . Эта начальна стади процесса продолжаетс до момента достижени равномерной циркул ции жидкости средней скорости движени потока жидкости в опускной трубе или опускных трубах, равной по меньшей мере 100 см/с.At the beginning of the implementation of the proposed method, it is advantageous to introduce the entire amount or most of the gas into a vertical pipe or vertical pipes for a period of time sufficient to start the circulation of the liquid. This initial stage of the process continues until a uniform circulation of liquid reaches the average velocity of the flow of liquid in the standpipe or standpipes of at least 100 cm / s.
Изобретение можно примен ть в отношении процессов, требующих гомогенного контактировани между жидкостью и газом,например при приготовлении растворов сульфата меди из минеральных руд, содержащих сульфиды меди, в гидрометаллургических процессах. В этом случае тонкоизмельченную руду суспендируют в водной среде, которую циркулируют в соответствии с предлагаемым способом, причем вводимый воз дух также служит в качестве источник кислорода дл конверсии сульфидов ме ди в руде в сульфат меди, наход щийс в растворе в такой среде. Такое превращение может быть обусловлено воздействием микроорганизмов, присутствующих в среде или путем просто го химического воздействи , в отсутст вии микроорганизмов. Изобретение мож но успешно примен ть при осуществлении процессов ферментации., в особенности процессов аэробной ферментации требующих высокоинтенсивной подачи кислорода, хот с применением изобретени можно проводить анаэробные реакции или процессы ферментации путем введени в систему соответствующего , газа. Группа процессов аэроб . ной ферментации, где можно с большим успехом примен ть изобретение, вклю . чает в себ получение одноклеточного белка путем выращивани микроорганиз мов на углеводородных или частично окисленных углеводородных (например., метанолсодержащих углеводородных) субстратах; получение аминокислот (например, лизина, глутаминовой кислоты иметионина); получение лимонной кислоты и ферментов (например, изомеразы .глюкозы) или получение антибиотиков (например, пенициллина). При осуществлении способа аэробной ферментации изобретение осуществл -. етс следующим образом. Средн скорость движени потока жидкости или жидкой питательной среды в вертикальной трубе или вертикальных трубах или опускной трубе или опускных трубах беретс по всему поперечному сечению камеры. Поскольку внутреннее.поперечное сечение в таких камерах, в особенности в вертикальной трубе или. вертикальных трубах может оказатьс не одинаковым по всей длине, скорость движени потока жидкости или жидкой питательной среды в любой камере может измен тьс по ее длине. В процессе аэробной ферментации согласно предлагаемому способу введе78 нй газа в жидкую питательную среду в среду пониженной плотности, со .сто щую из пузырьков газа, жидкости и массы микроорганизмов, разница в объеме пустот в вертикальной трубе или трубах и опускной трубе или трубах в результате вводимого газа сообщает потоку этой среды скорость, котора вл етс достаточно высокой в нормальных услови х проведени процесса, чтобы практически гомогенизировать дисперсию пузырьков. По такому варианту жидка питательна среда циркулирует в системе в виде сплошного потока, т.е. сплошного потока с определенной степенью, турбулентного смешени . При .осуществлении этого способа весь объем элементов жидкой питательной среды циркулирует быстро и равномерно между участками высокого и низкого гидростатических давлений, соответственно в нижнем и верхнем участке си.стемы. На участке высокого давлени кислород, который требуетс. дл роста микроорганизмов, поглощаетс питательной средой, тогда как на участке низкого давлени углекислый газ, который образуетс в ходе протекани процесса, выдел етс наружу. .В верхней части системы отработанный газ удал етс из циркулирующей жидкости питательной среды и выводитс из системы. Скорость переноса кислорода в жйДкую питательную среду, котора может быть достигнута в ходе проведени процесса аэробной ферментации, вл етс важным фактором, поскольку она определ ет скорость производства микроорганизмов , котора может быть достигнута в ферменторе.данного объема. Предпочтительна скорость переноса . в крупномасштабных пр.оц.ессах должна составл ть по меньшей мере 2 кг кислорода/куб , м. ч, а более предпочтительна .скорость находитс в интерв .але -12 кг/куб.м. ч кислорода. Поскольку скорость переноса зависит, помимо прочего, от общей высоты системы , важно, чтобы высота превышала минимальную величину, если поддерх иваютс при этом приемлемые.скорости роста микроорганизмов.и процесс производства . В ферменторах согласно изобретению приемлема скорость переноса может, быть достигнута при общей высоте 20 м. Однако предпочтительна высота составл ет по меньшей мере 30 м, а особенно предпочтительна высота находитс в интервале О-бО м. Газ, вводимый в систему в ходе проведени процесса аэробной ферментации , в качестве которого можно использовать кислород, воздух или некоторые другие кислородсодержащие газовые смеси, служит дл следующих целей: вызывает циркул цию питательной среды в системе; вл етс источником кислорода, требующегос дл микроорганизмов; путем соответствующего выбора точек введени газа и количество вводи мого в этих.точках газа в ходе прове дени процесса может быть достигнута существенна степень регулировани : так, например, можно регулировать скорость движени потока и, следова .тельно, продолжительность циркул ции среды; кроме того, так можно регулировать распределение концентрации растворенного кислорода; вс площадь поверхности пузырьков образуемых вводимых газом, доступна дл десорбции углекислого газа; объем и состав вводимого газа, можно использовать дл регу/1ировани распределени концентрации углекислого газа в жидкости или жидкой питательной среды. Общее количество вводимого газа, точки, в которых его ввод т, и пропорциональные количества газа, вводимого в различных точках, измен ютс в зависимости от потребности микроорганизмов и требуемых скоростей циркул ции. Газ можно вводить в опускную трубу или трубы на одном ил нескольких уровн х, например на 25 уровн х. Предпочтительно вводить газ в вертикальную трубу или трубы на одном уровне, хот его так же вводить в вертикальную трубу на нескольких уровн х. Соответствующие точки введени газа в каждую камеру распредел ют вдоль опускной трубы ил труб, однако их концентрируют вблизи основани вертикальной трубы или труб. Устройство дл контактировани га за и жидкости содержит циркул цион иый контур, выполненный в виде соеди ненных между собой в верхней и нижней част х переточкыми патрубками 1 и 2 подъемной и опускной труб.З И 4, патрубок 5 дл ввода газа, расположенный в нижней части подъемной трубы 3, и по крайней мере одну дополнительную трубу 6 дл подвода газа , расположенную в опускной трубе t. Площадь поперечного сечени подъемной трубы 3 в раз больше поперечного сечени опускной, трубы . Дополнительно устройство снабжено несколькими подъемными трубами 3, размещенными вокруг одной опускной трубы k в виде многоугольника. Подъемна труба 3 может быть выполнена в виде двух секций 7 и 8; нижней (контактной-) и верхней (стабилизации восход щего потока), причем поперечное сечение нижней секции 7 больше поперечного-сечени верхней секции 8. В цел х большей сности соответствующее положение теплообменника 9, предназначенного .дл отвода тепла ферментации, отвода или добавлени тепла, необходимого дл протекани химической реакции, показано только на фиг. 1. Устройства, представленные на фиг. 1, 2, 3 и 7, включают в себ вертикальную трубу или трубу, у которых предусматриваютс цилиндрические или кольцевые верхние и -нижние секции 8 и 7; (соответственно), сообщающиес между собой посредством сужающейс секции 10, причем диаметр нижней секции 7 превышает диаметр верхней секции 8. Ферменторы, представленные на фиг. 4-6, включают в себ вертикальную трубу или трубы 3, У которых предусматриваютс цилиндрические или кольцевые посто нные поперечные сечени . Верхний конец вертикальной трубы сообщаетс с верхним концом опускной трубы 4 посредством соединительного элемента 11, который может представл ть собой горизонтальный цилиндрический элемент, как это показано на фиг. 1, 6 и 7, или может включать в себ вертикальную цилиндрическую секцию 12 и коническ йе соединительные элементы 13 и 1,, которые образуют удлинители соответственно вертикальной трубы и опускной трубы, как это показано на фиг. 2-5. Нижний конец вертикальной трубы сообщаетс с нижним концом опускной трубы посредством переточного патрубка 2 или соединительного элемента 15 который может быть цилиндрическим, как показание на фиг. 1, 6 и7, или горизонтальным с круглым сечением и образовывать основание ферментора, как показано на фиг. 2-5Газ , например воздух, ввод т в нижнюю часть вертикальной трубы с помощью впускных патрубков, что вызы вает непрерывную .циркул цию жидкой фазы, котора занимает объем ферментора до уровн Г-Г. Верхнему пере ToijHOMy патрубку 1 не дают заполн ть с жидкостью, что позвол ет создать свободную поверхность, с которой из Жидкости улетучиваютс пузырьки газа и удал ютс по патрубку. Дополнительное количество газа, например воздуха, ввод т в опускную трубу по одной или нескольким впускным патрубкам 6, два из которых.показаны на фиг. 1-7. Исходную среду, котора включает в себ элементы, имеющие существенное значение дл ферментации, вод т в ферментор по патрубку 16, а питательную среду уда л ют из ферментора по патрубку 17. В секции вертикальной трубы установлены приспособлени дл разбивани пузырьков, в частности приспособлени 18. В соответствии с фиг..1 в опускной трубе i показан теплообменник 9, хот этот теплообменник может быть смонтирован в любой точке подъе ной и опускной труб. Кроме того, нескольку теплообменных приспособлений может быть размещено в любой секции вертикальной трубы, в секции опускной трубы или как в той, так и в дру гой одновременно. Выгодно монтировать вертикальную трубу или трубы и опускную трубу или трубы изолированно друг от друга или совершенно отдельно от соединительных патрубков, их верхних и нижних концов, или же их можно устанавли|Вать внутри одного сосуда, разделенного внутри .с помощью одной или нескольких разделительных перегородок, в нижней и верхней части которых предусмотрены отверсти . В к.ачестве вертикальной трубы или труб и опускной трубы или труб МОЖНОпримен ть цилиндры, установленные изолированно друг от друга и соединенные посредством патрубков, которые могут проходить горизонтально или (в случае нижнего соединени ) иметь другую форму Кроме того, така система может включать в себ ,, в част.ности,, две камеры, проход щие коаксиально, причем одна из НИХ , предпочтительно вертикальна труба, охватывает другую. Эта система предпочтительно включает в себ несколько вертикальных труб, смонтированных отдельно друг от друга и сообщающихс с одной опускной трубой, в частности от 2 до 8 ве(этикальных труб, сообщающихс с одной опускной, трубой.i в последнем случае площадь поперечного сечени каждой вертикальной трубы может быть равной площади поперечного , сечени опускной трубы, в результате чего обща площадь поперечного сечени вертикальных труб оказываетс большей. Такую систему можно легко изготовить заранее. Скорости движени потоков жидкой питательной среды в опускной трубе или трубах и в вертика.пьной трубе или трубах, соответственно завис т от площадей поперечного сечени в таких камерах, т.е. от их диаметров, если они вл ютс цилиндрическими. Эти камеры не об зательно должны иметь одинаковый диаметр по всей их длине. Действительно, в некоторых случа х желательно,чтобы вертикальна труба или трубы включали в себ две секции, расположенные вертикально одна над другой, причем нижн секци характеризуетс большей площадью поперечного сечени . В данном случае предпочтительна площадь поперечного сечени нижней сек.ции вертикальной трубы или труб в 3-8 раз превышает площадь поперечного сечени верхней секции. Длина нижней секции предпочтительно составл ет от 30 до 60 общей длины вертикальной трубы . По другому варианту возможно посто нное уменьшение площади поперечного сечени вертикальной трубы мли труб в направлении снизу вверх по их высоте. С целью предотвратить накопление больших количеств углекислого газа жидка питательна среда должна быстро циркулировать между участками высокого и пониженного давлени в ферменторе . Предпочтительна продолжительность циркул ции жидкой питательной среды.по всей длине системы находитс , в интервале 0,5-5 мин, особенно предпочтительно 1-3 мин. Скорость движени потока жидкой пи-, тательной среды на любом участке вертикальной трубы -или труб и опускной трубы или труб зависит от площади поперечного сечени на данном участ ке камеры. С целью циркул ции жидкой питательной среды практически в виде сплошного потока минимально допустима скорость движени ее пот ка в вертикальной трубе или трубах должна превышать 10 см/с. Предпочти тельна средн скорость находитс в интервале 20-80 см/с в вертикальной трубе или трубах (в нижней части если эта камера характеризуетс неодинаковой площадью поперечного сечени по высоте) и 200-500 см/с в опускной трубе или трубах. В этом ферменторе можно проводит периодический или непрерывный процесс . Жидка питательна среда циркули рует практически в виде сплошного п тока, в котором должна быть достигнута высока степень гомогенности. Почти весь объем ферментора можно -icnonbsoBaTb дл роста микроорганизИОВ , а пространства, где привалирую анаэробные услови , исключаютс . Это рбеспечивает возможность высокоэффе тивного регулировани параметров пр yiecca ферментации, в частности температуры , величины рН и конценетраци субстрата, что Позвол ет получать п дукт более высокого качества и боль а1ей однородности. Так, например, в случае осуществлени предлагаемого способа в процессе . получени одноклеточного белка производимые микро организмы про вл ют высокую степень морфологической однородности и до-стигаетс улучшенна степень конвер сиИ углерода субстрата в клеточный углерод. Осуществление изобретени позвол ет достичь эффективной циркул ции и исключить необходимость применени внешних циркул ционных обводных линий дл отвода теплоты реакции и ферментации. В процессе аэробной ферментации применение изобретени дает хорошие результаты в отношении достигаемой скорости переноса кислорода и потреб лени энергии. Объемна скорость переноса кислорода и степень передачи энергии, которые могут быть достигнуты в ферМенторах различной высоты, рассчитаны теоретически дл ферменторов, конструкци которых показана на фи г. 1 . Объемна скорость переноса кислорода представл ет собой скорость, выраженную в килограммах кислорода в час и в кубическом метре жидкости, который раствор етс в жидкой питательной среде. Степень передачи энергии представл ет собой соотношение между скоростью переноса кислорода и затрачиваемой энергией, выраженное в килограммах кислород в жидкой питательной среде на киловатт-час работы, произведенной при сжатии воздуха перед его введением а Л1дкую питательную среду. Степень передачи энергии возрастает с по-вышением скорости переноса .кислорода, вследствие Чего дл повышени экономичности процесса жела.тельно максимально возможно повысить оба параметра .Производ т расчеты выведением уравнений дл переноса газов (в частности , кислорода и углекислого -газа) между пузырьками газов и жидкой питательной средой, а также путем расчета изменений давлени между различными точками системы. Энергию, котора требуетс дл сжати газа, рассчитывают из следующих предположений: давление в верхней части системы (где происходит выделение из жидкости газа) составл ет 1,5 бар (абсолютных); потер давлени между компрессором и входом в ферментОр составл ет 1 бар; в качестве кислородсодержащего газа предположительно используют воздух .в первоначальном состо нии под давлением 1 бар и температуре . Предлагаетс , что процесс сжати вл етс адиабатическим (изэнтропическим ) и дл достижени роста давлени , достаточного дл преодолени установленных потерь в 1 бар и дл введени воздуха в ферментор под давлением (или под давлени ми), существующим в точке введени (или точках введени ). Эти предположени позвол ют рассчитать работу сжати ., котора вл етс действительной с точки зрени потребности в мощности на валу больших осевых компрессоров с промежуточным охлаждением между двум стади ми. Предполагаетс , что до 45% газа необходимо вводить в опускную трубу в точках, число которых достигает 3. Полученные результаты представлены в таблице.The invention can be applied to processes requiring homogeneous contact between a liquid and a gas, for example, when preparing solutions of copper sulfate from mineral ores containing copper sulfides in hydrometallurgical processes. In this case, finely ground ore is suspended in an aqueous medium that is circulated in accordance with the proposed method, and the introduced air also serves as an oxygen source for the conversion of sulfides between the ore to copper sulfate, which is in solution in such an environment. Such a transformation may be due to the action of microorganisms present in the medium or by simple chemical exposure in the absence of microorganisms. The invention can be successfully used in the implementation of fermentation processes., In particular, aerobic fermentation processes requiring high-intensity oxygen supply, although using the invention it is possible to carry out anaerobic reactions or fermentation processes by introducing an appropriate gas into the system. Aerob process group. fermentation, where it is possible with great success to apply the invention, including. In particular, the production of unicellular protein by growing microorganisms on hydrocarbon or partially oxidized hydrocarbon (for example, methanol-containing hydrocarbon) substrates; obtaining amino acids (for example, lysine, glutamic acid and methionine); obtaining citric acid and enzymes (for example, glucose isomerase) or obtaining antibiotics (for example, penicillin). In carrying out the method of aerobic fermentation, the invention is carried out. is as follows. The average velocity of the flow of a fluid or liquid nutrient medium in a vertical pipe or vertical pipes or standpipe or standpipes is taken over the entire cross section of the chamber. Because the internal. Cross-section in such chambers, especially in a vertical pipe or. Vertical tubes may not be the same throughout the length; the speed of the flow of a fluid or liquid nutrient medium in any chamber may vary along its length. In the process of aerobic fermentation in accordance with the proposed method of introducing gas into a liquid nutrient medium into a medium of reduced density, consisting of gas bubbles, liquid and the mass of microorganisms, the difference in the volume of voids in the vertical pipe or pipes and the standpipe or pipes as a result of the introduced gas reports to the flow of this medium a rate that is sufficiently high under normal process conditions in order to virtually homogenize the dispersion of the bubbles. In this embodiment, the liquid nutrient medium circulates in the system as a continuous flow, i.e. continuous flow with a certain degree of turbulent mixing. When carrying out this method, the entire volume of the elements of the liquid nutrient medium circulates quickly and evenly between the high and low hydrostatic pressure sections, respectively, in the lower and upper parts of the system. At the high pressure site, oxygen is required. for the growth of microorganisms, it is absorbed by the nutrient medium, while in the low pressure area the carbon dioxide that is formed during the process is released. In the upper part of the system, the exhaust gas is removed from the circulating fluid of the nutrient medium and removed from the system. The rate of oxygen transfer to the fast-growing nutrient medium, which can be achieved during the aerobic fermentation process, is an important factor, since it determines the rate of microbial production that can be achieved in the fermenter of this volume. The preferred transfer rate. in large-scale production plants, it should be at least 2 kg of oxygen / cubic meter, h, and more preferably, the velocity is in the range of -12 kg / cubic meter. h of oxygen. Since the transfer rate depends, among other things, on the overall height of the system, it is important that the height exceed the minimum value if the acceptable growth rates of microorganisms and the production process are maintained. In the fermentors of the invention, an acceptable transfer rate can be achieved with a total height of 20 m. However, a preferred height is at least 30 m, and a particularly preferred height is in the range of O-B m. The gas introduced into the system during the aerobic process fermentation, which can be used as oxygen, air or some other oxygen-containing gas mixtures, serves for the following purposes: causes the circulation of the nutrient medium in the system; is a source of oxygen required for microorganisms; By appropriately selecting the points of introduction of gas and the amount of gas introduced at these points, a substantial degree of control can be achieved during the process: for example, the flow velocity can be controlled and, consequently, the duration of the medium circulation; in addition, it is possible to regulate the distribution of the concentration of dissolved oxygen; The entire surface area of the bubbles formed by the injected gas is available for desorption of carbon dioxide; the volume and composition of the injected gas can be used to regulate / distribute the distribution of carbon dioxide concentration in a liquid or liquid nutrient medium. The total amount of gas injected, the points at which it is injected, and the proportional amounts of gas injected at different points, vary depending on the needs of the microorganisms and the required circulation rates. Gas can be introduced into the standpipe or pipes at one or several levels, for example at 25 levels. It is preferable to introduce gas into a vertical pipe or pipes at the same level, although it is also to be introduced into a vertical pipe at several levels. The respective points of introduction of gas into each chamber are distributed along the discharge pipe of the sludge pipes, but they are concentrated near the base of the vertical pipe or pipes. The device for contacting gas and liquid contains a circulation loop made in the form of interconnected in the upper and lower parts by re-connecting pipes 1 and 2 of the lifting and lowering pipes. 3 and 4, pipe 5 for gas inlet, located in the lower part lifting pipe 3, and at least one additional pipe 6 for the supply of gas, located in the standpipe pipe t. The cross-sectional area of the riser pipe 3 is larger than the cross-section of the descending pipe. Additionally, the device is equipped with several lifting pipes 3, placed around a single standpipe pipe k in the form of a polygon. Lifting tube 3 can be made up of two sections 7 and 8; the lower (contact) and upper (stabilizing upstream), the cross section of the lower section 7 being larger than the cross section of the upper section 8. For the sake of clarity, the corresponding position of the heat exchanger 9 designed to remove heat from the fermentation, remove or add heat, required for a chemical reaction, shown only in FIG. 1. The devices shown in FIG. 1, 2, 3, and 7, include a vertical pipe or tube in which cylindrical or annular upper and lower sections 8 and 7 are provided; (respectively) communicating with each other by means of a tapered section 10, with the diameter of the lower section 7 being greater than the diameter of the upper section 8. The fermentors shown in FIG. 4-6, include a vertical pipe or pipes 3 in which cylindrical or annular constant cross sections are provided. The upper end of the vertical pipe is connected to the upper end of the standpipe pipe 4 by means of a connecting element 11, which may be a horizontal cylindrical element, as shown in FIG. 1, 6 and 7, or may include a vertical cylindrical section 12 and conical connecting elements 13 and 1, which form extensions of the vertical pipe and standpipe, respectively, as shown in FIG. 2-5. The lower end of the vertical pipe is connected to the lower end of the standpipe by means of the overflow pipe 2 or the connecting element 15 which may be cylindrical, as shown in FIG. 1, 6 and 7, or horizontal with a circular cross section and form the base of the fermentor, as shown in FIG. 2-5Gas, for example air, are introduced into the lower part of the vertical pipe by means of inlet pipes, which causes a continuous circulation of the liquid phase, which occupies the volume of the fermentor to the level of HG. The upper ToijHOMy nozzle 1 is not allowed to fill with liquid, which allows creating a free surface from which gas bubbles escape from the liquid and are removed through the nozzle. An additional amount of gas, such as air, is introduced into the standpipe through one or more inlet pipes 6, two of which are shown in FIG. 1-7. The original medium, which includes elements that are essential for fermentation, is fed into the fermentor through nozzle 16, and the nutrient medium is removed from the fermentor through nozzle 17. Bubble breaker devices, in particular tool 18, are installed in the vertical pipe section. In accordance with FIG. 1, a heat exchanger 9 is shown in the standpipe i, although this heat exchanger can be mounted at any point on the riser and standpipe. In addition, several heat exchangers can be placed in any section of a vertical pipe, in a section of a standpipe, or in one or the other at the same time. It is advantageous to install a vertical pipe or pipes and a standpipe or pipes isolated from each other or completely separate from the connecting pipes, their upper and lower ends, or they can be installed | Vat inside one vessel divided inside. With one or several dividing walls, in the lower and upper part of which holes are provided. As a vertical pipe or pipes and a standpipe or pipes, it is POSSIBLE to use cylinders that are installed in isolation from each other and are connected by pipes that can pass horizontally or (in the case of the bottom connection) have a different shape. In addition, such a system may include In particular, two chambers passing coaxially, with one of THEM, preferably a vertical tube, enclosing the other. This system preferably includes several vertical pipes mounted separately from each other and communicating with one standpipe, in particular from 2 to 8 meters (ethical tubes communicating with one standpipe pipe). I in the latter case the cross-sectional area of each vertical pipe may be equal to the cross-sectional area of the standpipe, as a result of which the total cross-sectional area of the vertical pipes is larger. Such a system can be easily fabricated in advance. The test medium in the standpipe or pipes and in the vertical pipe or pipes, respectively, depend on the cross-sectional areas in such chambers, i.e., their diameters, if they are cylindrical. These chambers need not have the same diameter over their entire length. Indeed, in some cases it is desirable that the vertical pipe or pipes include two sections vertically one above the other, with the lower section characterized by a larger cross-sectional area. In this case, the preferred cross-sectional area of the lower section of a vertical pipe or pipes is 3-8 times larger than the cross-sectional area of the upper section. The length of the lower section is preferably between 30 and 60 times the total length of the vertical pipe. Alternatively, it is possible to permanently reduce the cross-sectional area of the vertical pipe or the pipes in the upward direction along their height. In order to prevent the accumulation of large amounts of carbon dioxide, the liquid nutrient medium must quickly circulate between the high and low pressure areas in the fermentor. The preferred circulation time of the liquid nutrient medium. The entire length of the system is in the range of 0.5-5 minutes, particularly preferably 1-3 minutes. The speed of movement of the liquid nutrient medium in any part of the vertical pipe — or pipes and standpipe or pipes depends on the cross-sectional area in the given section of the chamber. In order to circulate the liquid nutrient medium practically in the form of a continuous flow, the minimum speed allowed for its flow in a vertical pipe or tubes should exceed 10 cm / s. The preferred average velocity is in the range of 20-80 cm / s in a vertical pipe or pipes (in the lower part if this chamber is characterized by a different cross-sectional area in height) and 200-500 cm / s in the standpipe or pipes. In this fermenter can be carried out batch or continuous process. The liquid nutrient medium circulates practically in the form of a continuous current in which a high degree of homogeneity is to be achieved. Almost the entire volume of the fermentor can be -icnonbsoBaTb for the growth of microorganisms, and spaces where the anaerobic conditions are set are excluded. This ensures the possibility of highly efficient control of the parameters of the fermentation yarny, in particular, temperature, pH and concentration of the substrate, which allows to obtain a product of higher quality and greater uniformity. For example, in the case of the implementation of the proposed method in the process. the production of unicellular protein, the microorganisms produced show a high degree of morphological homogeneity and an improved degree of conversion of the carbon of the substrate to cellular carbon is achieved. The invention allows for efficient circulation and eliminates the need for external circulation bypass lines to remove the heat of reaction and fermentation. In an aerobic fermentation process, the application of the invention gives good results with respect to the achieved rate of oxygen transfer and energy consumption. The volumetric rate of oxygen transfer and the degree of energy transfer that can be achieved in fermenters of different heights are calculated theoretically for fermentors, the design of which is shown in phi 1. The volume transfer rate of oxygen is the rate expressed in kilograms of oxygen per hour and in a cubic meter of liquid that dissolves in a liquid nutrient medium. The degree of energy transfer is the ratio between the rate of oxygen transfer and the energy expended, expressed in kilograms of oxygen in a liquid nutrient medium per kilowatt-hour of work produced by compressing air before it is introduced into a single nutrient medium. The degree of energy transfer increases with an increase in the rate of transfer of oxygen, due to which, in order to increase the efficiency of the process, it is desirable to maximize both parameters as much as possible. liquid nutrient medium, as well as by calculating pressure changes between different points in the system. The energy required to compress the gas is calculated from the following assumptions: the pressure in the upper part of the system (where the gas is released from the liquid) is 1.5 bar (absolute); the pressure loss between the compressor and the entrance to the enzymeOp is 1 bar; air is supposedly used as the oxygen-containing gas. in its original state under a pressure of 1 bar and temperature. It is suggested that the compression process is adiabatic (isentropic) and to achieve a pressure increase sufficient to overcome the established 1 bar loss and to introduce air into the fermentor under pressure (or pressure) existing at the point of injection (or points of injection). These assumptions allow us to calculate the compression work that is valid in terms of the shaft power requirement of large axial compressors with intermediate cooling between two stages. It is assumed that up to 45% of the gas must be introduced into the standpipe at points whose number reaches 3. The results obtained are presented in the table.
Результаты, представленные в таблице , рассчитаны с сохранением предположений о коэффициенте массопереноса и средних размерах пузырьков. Это показывает, что объемна скорост-ь переноса кислорода повышаетс с увеличением высоты ферментора. Лучшие из ранее известных результатов, полученнь1х с применением обычных ферменто ров, включают в себ скорость переноса , равную приблизительно 3 кг/куб.м.-ч жидкой питательной среды , причем они достигнуты при более низкой степени передачи энергии, чем та, котора достигаетс в соответствии с изобретением. Таким образом, осуществление изобретени позвол ет заметно улучшить известные результаты , причем высота ферментора имеет большое значение дл достижени такого улучшени .The results presented in the table are calculated with preservation of the assumptions about the coefficient of mass transfer and average sizes of bubbles. This indicates that the volumetric rate of oxygen transfer increases with increasing height of the fermentor. The best of the previously known results obtained using conventional enzymes include a transfer rate of approximately 3 kg / cubic meter of liquid nutrient medium, and they are achieved with a lower degree of energy transfer than that achieved in according to the invention. Thus, the implementation of the invention makes it possible to significantly improve the known results, and the height of the fermentor is of great importance for achieving such an improvement.
Способ обогащени кислородсодержащего газа с использованием чистого кислорода или смеси чистого кислорода с воздухом позвол ет при его осуществ лении достичь еще более вь1сокой скорости перенос-а. 3Tof способ не охваты ваетс рамками изобретени ,но его лег ко можно примен ть в сочетании с последним . Подобный же образом скорость переноса можно повысить путем конструировани всего ферментора в виде сосуда повышенного давлени , всдедствие чего давление в нем может превышать в любой точке атмосферное давление . Этот способ также можно примен ть в сочетании с изобретением. Однак оба этих известных метода повышени скорости прррмоса, а именно методы использовани частого кислорода.The method of enrichment of oxygen-containing gas using pure oxygen or a mixture of pure oxygen with air allows, when it is carried out, to achieve even higher transfer rates. The 3Tof method does not fall within the scope of the invention, but it can easily be used in combination with the latter. Similarly, the transfer rate can be increased by constructing the entire fermenter as an elevated pressure vessel, causing the pressure in it to exceed atmospheric pressure at any point. This method can also be used in conjunction with the invention. However, both of these well-known methods for increasing the speed of production, namely methods of using frequent oxygen.
И создание повышенного давлени по всему пространству, также страдают известными недостатками. Большое преимущество изобретени состоит в том, что-скорость переноса такой же высокой величины, как указанна в таблице , может быть достигнута с испрльзованием воздуха в качестве кислородсодержащего газа, что сочетаетс с хорошей степенью передачи энергии без повышени концентрации растворенного в жидкой питательной .среде углекислого газа до высокого уровн .And the creation of increased pressure throughout the space also suffers from known deficiencies. The great advantage of the invention is that the transfer rate of the same high value as indicated in the table can be achieved by using air as oxygen-containing gas, which is combined with a good degree of energy transfer without increasing the concentration of carbon dioxide dissolved in the liquid nutrient medium. to a high level.
Claims (6)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB2333073A GB1417486A (en) | 1973-05-16 | 1973-05-16 | Liquid circulation and gas contacting device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SU967278A3 true SU967278A3 (en) | 1982-10-15 |
Family
ID=10193871
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU742029264A SU967278A3 (en) | 1973-05-16 | 1974-05-15 | Method and apparatus for contacting gas and liquid |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (2) | JPS5051972A (en) |
| BE (1) | BE815151R (en) |
| BR (1) | BR7403976D0 (en) |
| DE (1) | DE2423766C2 (en) |
| ES (1) | ES426381A2 (en) |
| GB (1) | GB1417486A (en) |
| NL (1) | NL7406510A (en) |
| NO (1) | NO143668C (en) |
| SU (1) | SU967278A3 (en) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1525930A (en) * | 1974-12-04 | 1978-09-27 | Ici Ltd | Circulation of gas/liquid mixtures |
| NZ183731A (en) | 1976-04-02 | 1980-04-28 | Ici Ltd | Process for culturing cells(microorganism and tissue culture) dependent on the relationship between cycle time and biomass efficiency ratio |
| GB1573907A (en) * | 1976-05-14 | 1980-08-28 | Ici Ltd | Method and apparatus for the aerobic treatment of waste water |
| FR2359081A1 (en) * | 1976-07-22 | 1978-02-17 | Dunlop Plantations Ltd | Treatment of biodegradable material in liq. medium - e.g. effluent water by passing through a vertical chamber contg. flake shaped microorganism culture |
| GB2002417B (en) * | 1977-08-09 | 1982-05-26 | Ici Ltd | Gas-liquid circulating and contacting apparatus |
| JPS5758880A (en) * | 1980-09-26 | 1982-04-08 | Hitachi Ltd | Incubator |
| US4752564A (en) * | 1983-07-12 | 1988-06-21 | Phillips Petroleum Company | Fermentation method and apparatus |
| GB8527335D0 (en) * | 1985-11-06 | 1985-12-11 | Ici Plc | Fermentation process |
| GB8615059D0 (en) * | 1986-06-20 | 1986-07-23 | Boc Group Plc | Oxygen using |
| DE102008041652A1 (en) * | 2008-08-28 | 2010-03-04 | Evonik Oxeno Gmbh | Apparatus and method for the continuous reaction of a liquid with a gas |
| JP2010131590A (en) * | 2008-10-30 | 2010-06-17 | Shinshu Univ | Chemical reaction apparatus and stirring mechanism |
| JP5985270B2 (en) * | 2012-06-26 | 2016-09-06 | 新日本技研株式会社 | Gas dissolver for liquid |
| JP6487325B2 (en) | 2012-10-08 | 2019-03-20 | キャリスタ， インコーポレイテッド | GAS-FED fermentation system |
| JP7086617B2 (en) * | 2018-01-29 | 2022-06-20 | 長瀬産業株式会社 | OTR simulator |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE637728C (en) * | 1930-12-23 | 1936-11-03 | Svenska Jaestfabriks Aktiebola | Method and device for yeast production |
| DE752360C (en) * | 1942-06-24 | 1953-06-22 | Eugen Georg Stich | Circuit fermentation process and device for its implementation |
-
1973
- 1973-05-16 GB GB2333073A patent/GB1417486A/en not_active Expired
-
1974
- 1974-05-15 NL NL7406510A patent/NL7406510A/xx not_active Application Discontinuation
- 1974-05-15 NO NO741770A patent/NO143668C/en unknown
- 1974-05-15 SU SU742029264A patent/SU967278A3/en active
- 1974-05-16 BE BE144420A patent/BE815151R/en active
- 1974-05-16 BR BR3976/74A patent/BR7403976D0/en unknown
- 1974-05-16 ES ES426381A patent/ES426381A2/en not_active Expired
- 1974-05-16 JP JP49053940A patent/JPS5051972A/ja active Pending
- 1974-05-16 DE DE2423766A patent/DE2423766C2/en not_active Expired
-
1978
- 1978-11-24 JP JP14520178A patent/JPS5496868A/en active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES426381A2 (en) | 1976-11-16 |
| GB1417486A (en) | 1975-12-10 |
| DE2423766A1 (en) | 1975-02-06 |
| JPS5496868A (en) | 1979-07-31 |
| BE815151R (en) | 1974-11-18 |
| NO143668B (en) | 1980-12-15 |
| NO741770L (en) | 1974-11-19 |
| NL7406510A (en) | 1974-11-19 |
| NO143668C (en) | 1981-03-25 |
| DE2423766C2 (en) | 1986-09-18 |
| BR7403976D0 (en) | 1974-11-26 |
| JPS5051972A (en) | 1975-05-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| SU967278A3 (en) | Method and apparatus for contacting gas and liquid | |
| RU2607782C1 (en) | Bioreactor for growing methane-recycling microorganisms | |
| George et al. | Comparison of the Baker's yeast process performance in laboratory and production scale | |
| US4426450A (en) | Fermentation process and apparatus | |
| JPH0687784B2 (en) | Method and apparatus for performing microbiological or enzymatic treatment | |
| RU2580646C1 (en) | Fermentation apparatus for methane-assimilating microorganisms | |
| SU607555A3 (en) | Fermentation vessel | |
| US3969190A (en) | Apparatus and method for microbial fermentation in a zero gravity environment | |
| KR20220002585A (en) | Bioreactor for growing microorganisms | |
| RU2743581C1 (en) | Fermentation plant for cultivation of methane-oxidizing bacteria methylococcus capsulatus | |
| FI89182C (en) | REQUIREMENTS FOR REQUIREMENTS FOR FRAMSTAELLNING AV POLYSACKARIDER, SAERSKILT XANTAN, GENOM FERMENTATION | |
| US4282328A (en) | Apparatus for cultivating aerobic microorganisms and process for cultivation using the same | |
| US4808534A (en) | Method and apparatus for the microbiological production of single-cell protein | |
| Faust et al. | Methanol as carbon source for biomass production in a loop reactor | |
| JPH05292942A (en) | Method for culturing using sintered metallic element and its apparatus | |
| US4665033A (en) | Process and an apparatus for culturing microorganisms in a nutrient solution | |
| US5418166A (en) | Process and device for the biological treatment of effluents from wine cellars | |
| SU1733472A1 (en) | Method for producing biomass of microorganisms | |
| SU1717627A1 (en) | Method for preparation yeast biomass | |
| DK141338B (en) | Process for aerobic culture of microorganisms and a fermentation apparatus for carrying out the process. | |
| US4093518A (en) | Stirred gas bubble fermenter | |
| SU1325069A1 (en) | Installation for cultivating microorganisms | |
| RU2128701C1 (en) | Method and installation for preparing biomass of photoautotrophic microorganisms | |
| JPS5830030B2 (en) | Fermentation method and fermentation equipment | |
| SU1346671A1 (en) | Method of aerating cultural liquid in process of deep cultivation of animal cells or microorganisms |