Спосіб стерилізації тонкостінного ферментаційного апарата та пристрій для його здійснення

1. Спосіб стерилізації тонкостінного ферментаційного апарата, що включає нагрівання внутрішнього об'єму корпусу апарата як ззовні, так і з його середини до температури стерилізації та зво C2 1 3 84196 На третьому етапі, після досягнення температури 160°C вимикають ТЕНи і електронагрівник повітря і починається стерилізаційна витримка, протягом якої у об'єм корпуса дисперсно або краплинно подають воду від пристрою дозованого подавання води. Подавання води припиняють тільки після стерилізаційної витримки. При цьому знімають електронагрівник з насадкою, закривають отвір для трубчастої насадки та запірні вентилі на технологічних патр убках. Недоліком цього пристрою є небезпечне використання знімного електронагрівника повітря для створення та подавання гарячого повітряного потоку у внутрішній об'єм корпусу і поворотної у горизонтальній площини відбиваючій пластини Використання електронагрівника повітря та поворотної відбиваючої пластини приводить до ускладнення конструкції апарата за рахунок того, що на кришці необхідно створювати отвір для трубчастої насадки, який повинен закриватися після зняття з поверхні кришці електронагрівника з трубчастої насадкою, також необхідності вузла для повороту відбиваючої пластини у горизонтальній площини. Зняття електронагрівника повітря з поверхні кришці є небезпечно, оскільки трубчаста насадка піднімається з внутрішнього об'єму корпуса і має температуру близьку до температури 160°C. Недоліком відомого способу стерилізації ферментаційного апарата є вихід гарячого потоку повітря крізь технологічні патрубки, які приєднані до корпуса. У результаті температура повітря, який виходить назовні з патрубків вище, ніж температура внутрішньої поверхні корпуса ферментаційного апарата і процес виходу назовні потоків нагрітого повітря з патрубків приводить до додаткових тепловтрат, тобто до збільшення загальних енерговитрат на процес стерилізації. Недоліком процесу зовнішнього нагрівання корпусу [3] до температури стерилізаційної витримки також є додаткові тепловтрати за рахунок виходу назовні гарячого повітря з верхньої відкритої частини повітряної оболонки. До недоліків вище наведеного рішення слід віднести дозовану подачу води у внутрішній об'єм корпуса для його зволоження у вигляді крапель на продовженні усього часу стерилізаційної витримки. Зволоження внутрішнього об'єму корпусу водою у вигляді крапель для перетворення води у водяну пару у ряді випадків може приводити до краплинне осадження і зливання води з корпусу без перетворення води у водяну пару. Крім того, при нагріванні води, яка дозовано краплинне або дисперсно подається у внутрішній об'єм корпуса, відбувається додаткове зниження температури у внутрішньому об'ємі корпусу, що зменшує якість стерилізації ферментаційного апарата. Завданням, на рішення якого направлений запропонований винахід, t розробка способу стерилізації ферментера при скороченні енерговитрат на процес стерилізації, спрощення конструкції, підвищення якості стерилізації і техніки безпеки при стерилізації ферментаційного апарату. 4 Це досягається тим, що після нагрівання внутрішнього об'єму корпусу ферментаційного апарату до температури стерилізації у процесі стерилізаційної витримки для зволоження внутрішнього об'єму корпусу воду збирають в об'ємі корпусу у пристрої для збирання та випаровування води і у період її випаровування до води підводять додаткову теплову енергію безпосередньо в об'ємі корпусу. Процес стерилізації реалізується в тонкостінному ферментері, у якому під кришкою у внутрішньому об'ємі корпусу розташований пристрій для збирання та випаровування води, у вигляді відкритої посудини, до днищу якого встановлені додаткові теплонагрівники, а у верхній частині оболонка має щільне з'єднання з поверхнею корпусу. У процесі нагрівання корпусу з його середині у порівняні з прототипом у якому відбувається як постійний вхід, так і постійний вихід назовні гарячого повітря крізь технологічні патрубки у запропонованому нами способу стерилізації відсутнє ви хід гарячого повітря, що значно знижає енерговитрати на його нагрівання. Відсутнє у запропонованому нами способу стерилізації поворотної відбиваючої пластини дозволяє спростити конструкцію апарату, а також спосіб стерилізації за рахунок відсутності проміжного контролювання температури 120°C та відповідної її те хнологічної операції повороту відбиваючої пластини. При цьому у запропонованому способі нагрівання корпуса до температури 160°C не потрібно додаткове контролювання проміжної температури 120°C і система керування в процесі стерилізації змінює потужність внутрішніх та зовнішніх ТЕНів таким чином, щоб температури на різних внутрішніх поверхнях були близькими. Зовнішні ТЕНи розміщені у просторі під днищем корпусу і зміщені відносно геометричного центру днища. Крім того, повітряний простір у верхній частині апарату має щільне з'єднання оболонки з поверхнею корпусу, що запобігає виходу назовні гарячого повітря, тобто додатково зніжує загальні тепло втрати на процес стерилізації. Під час стерилізаційної витримки подавання води для зволоження внутрішнього об'єму у прототипу здійснюється на протязі усього часу стерилізаційної витримки, що приводить до перевитрат води. Скорочення витрат води та енерговитрат на процес стерилізації відбувається за рахунок того, що усередині корпусу ферментаційного апарату під кришкою встановлений пристрій для збору та випаровування води, виконаний у ви гляді відкритої посудини, який дозволяє одноразово заповнять ємність для збору води поставленої кількістю води (150-300мл) і поступово випарювати тільки цю кількість води, яка призначена для термопарового зволоження внутрішньою об'єму корпусу. Наприклад, для ферментера місткістю 120л кількість води, необхідної для термопарового зволоження внутрішнього об'єму складає 150мл, а тривалість витримки стерилізації програмується у межах 40-90 хвилин. Таким чином, у запропонованому нами способі при початку стерилізаційної витримки відбувається тільки одноразова подача води у пристрій для збору та випаровування води, що дозволяє відмо 5 84196 витися від реалізованої у прототипі дозованої подачі води протягом всього часу стерилізаційної витримки, спростити вузол подавання води у внутрішній об'єм корпуса і підвищити надійність процесу паротворення усередині корпусу ферментаційного апарату. Надійність процесу паротворення підвищена за рахунок того, що паротворення відбувається з поверхні води у відкритої посудини шляхом підводу локального потоку теплоти від теплонагрівників, розміщених під днищем пристрою для збору та випаровування води. Підвищення якості стерилізації відбувається за рахунок використання системи управління, яка регулює інтенсивність нагрівання корпусу ферментаційного апарату вн утрішніми та зовнішніми нагрівниками таким чином, що відбувається вирівнювання та стабілізація температури внутрішніх поверхонь кришки і днища корпусу ферментаційного апарату. У запропонованому винаходе зміщене розташування ТЕНів у сорочці ферментаційного апарату забезпечує рівномірне нагрівання корпусу ферментера за рахунок похилого дна корпусу апарату. На Фіг.1 зображений запропонований ферментаційний апарат в розрізі. Ферментаційний апарат має корпус 1 з кришкою 2. На зовнішній поверхні кришки 2 розміщений бачок 3 із запірним вентилем 4 і штуцером 5. Бачок 3 обладнаний пробкою 6. Всередині корпусу 1 під кришкою 2 розміщені теплонагрівники 7, які розташовані під пристроєм для збору та випаровування води 8. До корпусу 1, у нижній частині корпуса, приєднаний запірний вентиль 9. Під корпусом 1 розміщені теплонагрівники 10. Зовні корпус 1 має оболонку 11, покриту шаром теплової ізоляції 12. Порожнина між корпусом 1 та оболонкою 11 створює повітряній простір 13. Кришка 2 теплоізольована шаром ізоляції 14. Усередині корпусу 1 установлений барботер 15, а на кришці 2 дихальний фільтр 16. Верхня частина простору 13 мас щільне з'єднання 17. Стерилізація виконується таким чином. Перед початком стерилізації ферментаційного апарату відкривають запірний вентиль 9, закривають запірний вентиль 4, відкручують пробку 6, заливають у бачок 3 воду і закручують пробку 6. Потім вмикають систему керування, яка подає живлення на групи нагрівників 7 і 10 і контролює температуру стерилізації та тривалість витримки стерилізації. 6 Після досягнення на внутрішній поверхні корпусу ферментаційного апарату температури стерилізаційної витримки (160°C), відбувається перехід роботи ферментаційного апарату у режим стерилізаційної витримки. Запірний вентиль 4 відкривають і вода через штуцер 5 подається в внутрішній об'єм ферментаційного апарату і заповнює об'єм відкритої посудини пристрою для збору та випаровування води 8. При цьому система керування зменшує потужність електронагрівників 7 і 10 таким чином, що випаровування води відбувається при додатковому підведенні теплоти від електронагрівників 7, а компенсація тепловтрат через зовнішню поверхню апарату відбувається за рахунок підведення теплоти від електронагрівників 10. В результаті подачі води і постійного підведення теплоти від нагрівників 7 до води у пристрою для збору та випаровування води 8, відбувається поступово випарування води і також відбувається вихід водяного пару крізь запірний вентиль 9. Після закінчення терміну стерилізаційної витримки відбувається відключення живлення нагрівників 7, 10. Після цього закривають запірний вентиль 9 і процес стерилізації закінчений. Таким чином, запропонований простий спосіб стерилізації ферментера, в якому замість трьох етапів використовується тільки два. Зменшення енерговитрат на процес стерилізації відбувається за рахунок того, що верхня частина простору 13 має щільне з'єднання 17 між корпусом 1 і оболонкою 11, та запобігає вихід назовні гарячого повітря. Барботер 15 призначений для аерації внутрішнього об'єму корпусу 1 В процесі аерації внутрішнього об'єму корпусу відпрацьоване повітря виходить на зовні крізь дихальний фільтр 16. Результати випробувань дослідного зразка запропонованого ферментаційного апарата та способу його стерилізації показали економічні та експлуатаційні переваги над найближчим аналогом. Джерела інформації: 1. Патент України №52896, кл A61L2/06, С12М1/12, 2. Патент України №56342, кл. A61L2/06, С12М1/12, 3. Заявка №(200511694), кл A61L2/06, С12М1/12, найближчий аналог. 7 Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 84196 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601