Газліфтний барботажний апарат з центральним поршнем

Реферат: Газліфтний барботажний апарат, який містить вертикально розташований циліндричний корпус з технологічними патрубками і розміщену в порожнині корпусу з радіальним зазором циркуляційну трубу, а також встановлений під циркуляційною трубою аератор, причому газліфтний барботажний апарат обладнано пустотілим привідним валом з реверсивним приводом і рухомою втулкою для забезпечення зворотно-поступального руху уздовж вала, яка становить з пустотілим привідним валом гвинтову пару, до втулки приєднаний перемішуючий елемент у вигляді колової форми поршня, який вільно переміщується усередині циркуляційної труби і убезпечений від обертання паралельною до осі пустотілого привідного вала напрямною, а бічна поверхня циркуляційної труби має рівномірно розташовані, заданого типорозміру, поздовжні прямокутні вікна. UA 120785 U (54) ГАЗЛІФТНИЙ БАРБОТАЖНИЙ АПАРАТ З ЦЕНТРАЛЬНИМ ПОРШНЕМ UA 120785 U UA 120785 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до біотехнології, а саме до газліфтних барботажних апаратів, і може бути використаний для культивування мікроорганізмів в рідинних середовищах при виготовленні вакцин та біологічно-активних речовин. Відомий апарат для вирощування мікроорганізмів, який містить ємкість з технологічними патрубками, розміщені в ємкості циркуляційний стакан і аератор, систему рециркуляції середовища, яка складається з відвідного трубопроводу, збудника розходу, підвідного трубопроводу і підключеного до нього пристрою для розбризкування культурального середовища, що розміщений у верхній частині ємкості [1]. Апарат має можливість працювати при підвищеному барботуванні культуральної рідини в ємкості, тобто за інтенсивного постачання мікроорганізмів киснем, отже і за енергійного постачання поживними речовинами. Це забезпечено усуненням стримуючої інтенсифікацію дріжджезростаючого процесу від'ємного зворотного зв'язку між газовмістом культурального середовища в ємкості і інтенсивністю тепломасообмінних процесів в апараті загалом. Зазначений від'ємний зв'язок ліквідується за рахунок введення в конструкцію апарата відвідного патрубка піни в складі гідроциклона та ежектора. Недоліком цього технічного рішення постає досить висока матеріалоємкість апарата, підвищене піноутворення, відносно невисока продуктивність технологічного процесу внаслідок пасивного перемішування і практично ламінарного поступального руху робочої рідини, і тільки паралельно осі апарату, а також наявність неминучих при цьому застійних зон в придонному прошарку та на периферії апарата (на внутрішніх бічних стінках), що зумовлене обмеженими можливостями вибраного технічного рішення. Відомий також газліфтний барботажний апарат, який містить вертикально розташований циліндричний корпус з технологічними патрубками і розміщену в порожнині корпусу з радіальним зазором циркуляційну трубу, а також встановлений під циркуляційною трубою аератор [2]. За рахунок більш рівномірного розподілення газу та підвищення його диспергування зростає продуктивність технологічного процесу. Для руху потоків газорідинної суміші використовується потенціальна енергія стиснутого повітря. Процес культивування мікроорганізмів, як і більшість гетерогенних хімічних реакцій, безпосередньо залежить від кількості розчиненого в рідині газу і утворення та накопичення цільового продукту, зокрема біомаси. Підвищення ступеня розчинення газу в рідинній фазі реакції призводить також до скорочення його розходу та зменшення енерговитрат на аерацію. Недолік цього технічного рішення полягає у відносно низькій продуктивності технологічного процесу, збідненій кінематиці тепломасообміну та постійно присутніх зонах пасивної енергетики культуральної рідини в придонному прошарку та на периферії внутрішньої поверхні корпусу, невідповідності ступеня аерації і тепломасообміну культурального, середовища усередині циркуляційної труби і поза нею, а також у прояві ефекту налипання до її поверхні. Цей газліфтний барботажний апарат є найбільш близьким до заявленого за технічною суттю та досягуваним ефектом і може бути визнаним за найближчий аналог. В основу поставлена задача підвищення продуктивності технологічного процесу шляхом інтенсифікації тепломасообміну по всьому об'єму апарата за допомогою штучного формування енергетичної активності культуральної рідини. Поставлена задача вирішується тим, що заявлювана корисна модель усуває недоліки відомого рішення, прийнятого за найближчий аналог, і пропонує нове ефективне технічне рішення з новим технічним результатом. Заявлений газліфтний барботажний апарат з центральним поршнем містить вертикально розташований циліндричний корпус з технологічними патрубками і розміщену в порожнині корпусу з радіальним зазором циркуляційну трубу, а також встановлений під циркуляційною трубою аератор, згідно з заявлюваною корисною моделлю, газліфтний барботажний апарат обладнано пустотілим привідним валом з реверсивним приводом і рухомою втулкою для забезпечення зворотно-поступального руху уздовж вала, яка становить з пустотілим привідним валом гвинтову пару, до втулки приєднаний перемішуючий елемент у вигляді колової форми поршня, який вільно переміщується усередині циркуляційної труби і убезпечений від обертання паралельною до осі пустотілого приводного вала напрямною, а бічна поверхня циркуляційної труби має рівномірно розташовані, заданого типорозміру, поздовжні прямокутні вікна. Аналіз причинно-наслідкових зв'язків дає підстави для висновку, що наведені ознаки заявленого газліфтного барботажного апарата з центральним поршнем належать до суттєвих, 1 UA 120785 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 бо забезпечують досягнення нового технічного результату, вигідно відрізняючи заявлену корисну модель від відомих аналогів і найближчого аналога. Технічний результат від використання заявленого газліфтного барботажного апарата з центральним поршнем забезпечується обладнанням усередині корпуса барботажного апарата пустотілого привідного вала з реверсивним приводом і рухомою втулкою для забезпечення зворотно-поступального руху уздовж вала, яка становить з пустотілим привідним валом гвинтову пару, а до втулки приєднаний перемішуючий елемент у вигляді колової форми поршня, який вільно переміщується усередині циркуляційної труби і убезпечений від обертання паралельною до осі пустотілого привідного вала напрямною, а бічна поверхня циркуляційної труби має рівномірно розташовані, заданого типорозміру, поздовжні прямокутні вікна. За допомогою аератора, біля днища апарата утворюється повітряно-рідинна суміш, яка доволі швидко просувається вгору, у бік кришки апарата. Щільність повітряно-рідинної суміші усередині циркуляційної труби менша за щільність шарів культуральної рідини, яка знаходиться поза циркуляційною трубою, тобто в проміжку між трубою і корпусом апарата, тому потоки культуральної рідини линуть крізь вікна циркуляційної труби від нерухомої периферії усередину труби, де вдосталь збагачуються киснем газу, що надходить з аератора, а також здійснюють тепломасообмін з культуральною рідиною у внутрішньому об'ємі циркуляційної труби. Поршень, що рухається, видавлює збагачену киснем культуральну рідину в бік днища апарата, де вона розходиться по всій поверхні дна і далі у бік стінок корпуса апарата, примушуючи рухатися мляві периферійні шари і збагачуючи їх киснем. У верхні частині вікон, культуральна рідина надходить від стінок корпуса усередину циркуляційної труби, в нижній частині вікон, навпаки, переважає рух культуральної рідини із циркуляційної труби до стінок корпуса. На цьому протиході формується турбулентність, яка створює потрібні умови для масообміну, аерації і розвитку клітин мікроорганізмів. Таким чином, плинні горизотальні потоки культуральної рідини із збіднених киснем периферійних прошарків до центру апарата, а також енергійний рух потоків по висоті апарата, завдяки поршню, слугують підвищенню якості технологічного процесу та росту продуктивності. Сукупність наведених ознак заявленого газліфтного барботажного апарата з центральним поршнем забезпечує досягнення нового технічного результату. Далі суть заявленої корисної моделі пояснюється відповідним описом та кресленнями, де: на фіг. 1 схематично зображений в поздовжньому перерізі заявлюваний газліфтний барботажний апарат з центральним поршнем; на фіг. 2 показаний переріз А-А на фіг. 1. Заявлений газліфтний барботажний апарат з центральним поршнем (фіг. 1) використовується для культивування мікроорганізмів в рідинних середовищах при виготовленні вакцин та біологічно-активних речовин і містить вертикально розташований циліндричний корпус 1 з патрубком 2 для введення живильної рідини і посівного матеріалу, патрубок 3 з аератором 4, патрубок 5 для видалення культуральної рідини та патрубок 6 для відведення відпрацьованого газу. Уздовж осі корпуса 1 розміщений приєднаний до мотор-редуктора 7 з команднореверсуючим пристроєм 8 пустотілий привідний вал 9 з рухомою втулкою 10, контактуючі поверхні яких складають гвинтову пару. До рухомої втулки 10 приєднаний перемішуючий елемент у вигляді колової форми поршня 11, який убезпечений від обертання паралельною до осі пустотілого приводного вала 9 напрямною 12, циліндричний корпус 1 апарата усередині обладнаний із зазором "S" циркуляційною трубою 13 з рівномірно розташованими, заданого типорозміру, поздовжніми прямокутними вікнами 14. Поршень 11 вільно переміщується у циркуляційній трубі 13. Робота заявлюваного газліфтного барботажного апарата з центральним поршнем здійснюється наступним чином. У попередньо простерилізований апарат до корпуса 1 уводять через патрубок 2 живильну рідину і посівний матеріал, після чого, через патрубок 3 подають до аератора 4 газ для аерації культуральної рідини і вмикають командно-реверсуючий пристрій 8, за сигналами якого приходить в дію мотор-редуктор 7 і пустотілий вал 9, який в межах заданого команднореверсуючим пристроєм 8 ходу "Н" надає зворотно-поступальне переміщення рухомій втулці 10 і, приєднаному до неї і убезпеченому від обертання напрямною 12, перемішуючому елементу у вигляді колової форми поршня 11, який приєднаний до втулки 10. Рухаючись поступально донизу, нижня поверхня 15 поршня видавлює розташовану під нею культуральну рідину через циркуляційну трубу 13 в бік днища апарата у вигляді потоків 16, та через вікна 14 до стінок корпуса 1 у вигляді потоків 17. В той же час, периферійні шари біля 2 UA 120785 U 5 10 15 20 поверхні корпуса 1 починають рухатися через вікна 14 до центру апарата потоками 18, в зону зниженого тиску повітряно-рідинної суміші. Висхідні потоки 19 газово-рідинної суміші створеної аератором рухаються вгору, у бік кришки апарата, і, зустрічаючись із потоками 17 від поршня, турбулізуються. Якщо рух поршня 11 здійснюється в зворотному напрямку, картина руху потоків повторюється. Відсутність в апараті елементів, що обертаються, слугує зниженню зайвого ризику пошкодження оболонок клітин. Таким чином, використання заявленого газліфтного барботажного апарата з центральним поршнем, за допомогою нових властивостей, буде підвищувати якість та інтенсивність тепломасообміну і аерації культуральної рідини протягом всього часу роботи апарата, забезпечує швидкий розвиток клітин і; відповідно, підвищує продуктивність технологічного процесу. Джерела інформації: 1. А.с. 1497208 А1 СССР, С12М1/04. Аппарат для выращивания микроорганизмов [Текст] /Ю.Ф. Давыдов, В.М. Геллис, В.К. Погудкин, В.М. Крац, В.Н. Соловьев, С.П. Уткин (СССР). - № 4109725/28-13; заявл. 21.08.86; опубл. 30.07.89, Бюл. № 28. - 1 с.: ил. 2. А.с. 1708829 А1 СССР, С12М1/04. Газлифтный барботажный аппарат [Текст] /Ю.Г. Куляшов, В.И. Горячкин, С.П. Уткин, Ю.Н. Талызин, А.С. Васильев, В.М. Крац (СССР). - № 4612860/13; заявл. 01.12.88; опубл. 30.01.92, Бюл. № 4. - 1 с.: ил. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 Газліфтний барботажний апарат, який містить вертикально розташований циліндричний корпус з технологічними патрубками і розміщену в порожнині корпусу з радіальним зазором циркуляційну трубу, а також встановлений під циркуляційною трубою аератор, який відрізняється тим, що газліфтний барботажний апарат обладнано пустотілим привідним валом з реверсивним приводом і рухомою втулкою для забезпечення зворотно-поступального руху уздовж вала, яка становить з пустотілим привідним валом гвинтову пару, до втулки приєднаний перемішуючий елемент у вигляді колової форми поршня, який вільно переміщується усередині циркуляційної труби і убезпечений від обертання паралельною до осі пустотілого привідного вала напрямною, а бічна поверхня циркуляційної труби має рівномірно розташовані, заданого типорозміру, поздовжні прямокутні вікна. 35 3 UA 120785 U Комп’ютерна верстка О. Гергіль Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4