Газліфтний барботажний апарат з крильчастим перемішувачем

Реферат: Газліфтний барботажний апарат 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. Додатково на верхньому торці циркуляційної труби установлена крильчатка. UA 120787 U (54) ГАЗЛІФТНИЙ БАРБОТАЖНИЙ АПАРАТ З КРИЛЬЧАСТИМ ПЕРЕМІШУВАЧЕМ UA 120787 U UA 120787 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 використана 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 культуральної рідини, 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 культуральної рідини в ємкості і інтенсивністю тепломасообмінних процесів в газліфтному барботажному апараті загалом. Зазначений від'ємний зв'язок ліквідується за рахунок введення в конструкцію апарата відвідного патрубка піни в складі гідрoциклона 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 апарата, а також наявність неминучих при цьому застійних зон в придонному прошарку та на периферії апарата (на внутрішніх бічних стінках), що зумовлене обмеженими можливостями обраного 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 енергетики процесу тепломасообміну та постійно присутніх усередині газліфтного барботажного апарата зонах пасивної енергетики культуральної рідини - в придонному прошарку та на периферії внутрішньої поверхні корпусу, невідповідність ступеня аерації і тепломасообміну культуральної рідини усередині циркуляційної труби і поза нею, а також прояв ефекту налипання до її поверхні. Цей газліфтний барботажний апарат виявляється найбільш близьким до заявленого за технічною суттю та досягуваним ефектом і може бути визнаним за найближчий аналог. В основу заявленої корисної моделі поставлена задача підвищення продуктивності технологічного процесу шляхом інтенсифікації тепломасообміну по всьому об'єму апарата за допомогою штучного формування додаткової циркуляції культуральної рідини і породженої цим станом 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 крильчастим перемішувачем 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 у газліфтному барботажному апараті з крильчастим перемішувачем на верхньому торці циркуляційної труби установлена крильчатка, яка висхідному повітряно-рідинному потоку у середніх і верхніх шарах апарата, окрім поступального руху вгору, штучно надає додатково горизонтальної циркуляції, внаслідок чого захоплюються спокійні пристінні периферійні шари культуральної рідини і формується зона підвищеної енергетики. 1 UA 120787 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Аналіз причинно-наслідкових зв'язків дає підстави для висновку, що наведені ознаки заявленого газліфтного барботажного апарата з крильчастим перемішувачем належать до суттєвих, бо забезпечують досягнення нового технічного результату, вигідно відрізняючи заявлену корисну модель від відомих аналогів і найближчого аналогу. Технічний результат від використання заявленого газліфтного барботажного апарата з крильчастим перемішувачем забезпечується обладнанням верхнього торця циркуляційної труби крильчаткою. Після того, як у попередньо простерилізований корпус газліфтного барботажного апарата з крильчастим перемішувачем через аератор починає надходити стиснений газ (повітря), у проміжку між нижнім торцем циркуляційної труби і аератором, а також всередині циркуляційної труби, утворюється зона зниженого тиску, куди стрімко линуть потоки культуральної рідини з нижніх шарів корпуса барботажного апарата і захоплюються потоком газової суміші, що рухається в циркуляційній трубі вгору, тобто у бік кришки апарата. Таким чином, у придонному просторі формується достатня енергетична активність культуральної рідини. В той же час, в проміжку між зовнішньою поверхнею труби і внутрішньою поверхнею газліфтного барботажного апарата має місце помірна енергетична активність культуральної рідини чи взагалі її відсутність, а над верхнім торцем більш-менш активна енергетична зона має місце лише над верхнім торцем циркуляційної труби, причому суттєво слабша порівняно із нижнім торцем. Крильчастий перемішувач починає обертатися навколо своєї осі під дією висхідного повітряно-рідинного потоку, що поступально рухається від днища до кришки апарата. Крильчатка не заважає поступальному рухові культуральної рідини вгору, а, в свою чергу, спрямовує потоки культуральної рідини в бік внутрішньої поверхні корпуса апарата. Внаслідок цього, верхня, практично нерухома, частина культуральної рідини турбулізується та активно збагачується киснем в горизонтальному і вертикальному напрямках. Все це створює умови для швидкого розвитку клітин і підвищує продуктивність технологічного процесу. Швидкість обертання крильчатки залежить від величини тиску, під яким надходить повітря до корпуса апарата, а внаслідок того, що він помірний, тому буде відсутній зайвий ризик пошкодження оболонок клітин лопатями крильчатки. Таким чином, штучне створення енергетичної активності культуральної рідини у середніх і верхніх шарах газліфтного барботажного апарата з крильчастим перемішувачем, додатково збурює культуральну рідину по всьому об'єму апарата. Наявність крильчастої кришки на верхній частині циркуляційної труби створює більш насичену киснем внутрішню зону циркуляційної труби, сприяє процесу тепломасообміну і аерації і внаслідок цього підвищує продуктивність і якість технологічного процесу. Сукупність наведених ознак заявленого газліфтного барботажного апарата з крильчастим перемішувачем забезпечує досягнення нового технічного результату. Далі суть заявлюваної корисної моделі пояснюється відповідним описом та кресленнями, де: на фіг. 1 схематично зображений в поздовжньому перерізі заявлюваний газліфтний барботажний апарат з крильчастим перемішувачем; на фіг. 2 показаний переріз А-А на фіг. 1. Заявлений газліфтний барботажний апарат з крильчастим перемішувачем (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, з патрубком 3 для видалення культуральної рідини та з патрубком 4 для відведення відпрацьованого газу. В порожнині корпуса 1, співвісно з ним, на днищі, розміщений аератор 5 і циркуляційна труба 6, з радіальним зазором "δ" відносно корпуса 1. На верхньому торці циркуляційної труби розміщений крильчастий перемішувач 7. Робота заявленого газліфтного барботажного апарата з крильчастим перемішувачем здійснюється наступним чином. У попередньо простерилізований корпус 1 крізь патрубок 2 вводиться культуральна рідина, після чого, через аератор 5 впускають стиснений газ (повітря). Стиснений газ у вигляді бульбашок 8 підіймається по циркуляційній трубі 6 вгору, до кришки апарата. Бульбашки 8 утворюють з культуральною рідиною 9 повітряно-рідинну суміш, яка набагато легша за культуральну рідину на периферії і днищі корпуса 1. Різна питома вага культуральної рідини на периферії і усередині циркуляційної труби породжує рух в бік циркуляційної труби ламінарних потоків 10. Повітряно-рідинна суміш доходить до верхнього торця циркуляційної труби і, надалі, частина її, у вигляді потоку 11, прямує до кришки апарата, а інша частина потоку 11 потрапляє на лопаті 7 крильчатки і примушує крильчатку обертатися навколо вертикальної осі, створюючи 2 UA 120787 U 5 10 циркуляцію потоків 12 в горизонтальній площині, частково відкидаючи культуральну рідину 9 до внутрішніх стінок корпуса 1 газліфтного барботажного апарата і турбулізуючи культуральну рідину в застійних зонах периферії корпуса 1. Штучне формування підвищеного енерегетичного стану культуральної рідини по всьому внутрішньому об'єму газліфтного барботажного апарата з крильчастим перемішувачем забезпечує однорідність культуральної рідини та ліквідує зони пасивної енергетики. Таким чином, використання заявленого газліфтного барботажного апарата з крильчастим перемішувачем, завдяки новим властивостям, забезпечить енергетичну активність культуральної рідини по всьому об'єму апарата, що буде слугувати підвищенню продуктивності технологічного процесу і його якості. 15 Джерела інформації: 1. А.с. 1497208 А1 СССР, С12М 1/04. 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, С12М 1/04. 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. 20 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 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 на верхньому торці циркуляційної труби установлена крильчатка. 3 UA 120787 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