Аппарат для выращивания микроорганизмов

 

АППАРАТ ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ., преимущественно водородных бактерий, содержащий вертикальную цилиндрическую емкость с напорной камерой в верхней , разделенную по высоте перегородками на ряд секций и газовых камер, расположенных над секциями, установлен ,ные в перегородках эжекторы и систег му рециркуляции культуральной жидкости из нижней секции в напорную камеру ,о т личающийся тем,что,с целью повышения коэффициента утилизации Iгазового субстрата, верхняя часть каждой секции сообщена переливной трубой с газовой камерой нижележащей секции, а верхняя часть нижней секции емкости - трубопроводом с атмосферой, при этом отношение диаметра камеры смешения каждого нижеле (Л жащего эжектора к диаметру камеры смешения вышележащего составляет 0,85-0,95.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„.,sU КЯ505 А

3(5В С 12 М 1/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙ, ":; д

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3496239/28-13 (22) 30.09.82 (46 )30 ° 03.84. Бюл. Р 12 (72) С.К.Ревенко, Я.В.Семенов, В.A.Èâàíoâ, A.È.Êàðïoâè÷ и А.К.Федорович (71) Всесоюзный научно-исследовательский биотехнический институт и

Ордена Дружбы народов гродненское производственное объединение "Азот" им. С.О.Притыцкого .(53) 663.14.032(088.8) (56) 1. Патент ГДР 59549, кл. С 12 В 1/10, 1973.

2. Авторское свидетельство. СССР

У 525747, кл. С 12 М 1/02, 1974.

3. Авторское свидетельство СССР

9 553279, кл. С 12 М 1/00, 1975 (прототип1. (54)(57) АППАРАТ ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ

МИКРООРГАНИЗМОВ., преимущественно водородных бактерий, содержащий вертикальную цилиндрическую емкость с напорной камерой в верхней части, разделенную по высоте перегородками на ряд секций и газовых камер, расположенйых над секциями, установлен.ные в перегородках эжекторы и систе-. му рециркуляции культуральной жидкости из нижней секции в напорную камеру,о т— л и ч а ю шийся тем,что,с целью повышения коэффициента утилизации газового субстрата, верхняя часть кащцой секции сообщена переливной трубой с газовой камерой нижележащей секции, а верхняя часть нижней секции емкости — трубопроводом с атмосферой, при этом отношение диа- Е

Р метра камеры смешения каждого нижележащего эжектора к диаметру камеры смешения вышележащего составляет

0,85-0,95.

1032805.Изобретение относится к микробиологической промышленности и может бьиь использовано для производства отелковых и других биологически.активных веществ из биомассы бактерий.

Известен аппарат для выращивания микроорганизмов, представляющий собой колонну, разделенную перегородками на отдельные отсеки, расположенные друг под другом, над верхним отсеком установлен перелив, а отсеки соединены между собой вертикальными водосливными трубами, причем воронка каждой трубы ограничивает высоту столба жидкости в отсеке, а выходное сопло находится над жид-, 15 костью нижележащего отсека, нижний .отсек соединен с циркуляционным насосом, который перекачивает жидкость в водослив. Воздух попадает специальныМи патрубками к воронке водопе- 2О реливной трубы, а выходит через отверстие, расположенное в верхней части нижележащего отсека (1 ). .Недостатки данного аппарата — от. бор.жидкости в водосливные трубы с 25 поверхности и образование застойных зон у одних отсеков.

Известен также аппарат для выра щивания микроорганизмов содержащий цилиндрическую емкость с газовой ка- Зо мерой, пакет электронов разной длины и диаметра, спиральные пластины под ними и конфузор, циркуляционный стакан в нижней части емкости, а также контуры рециркуляции жидкости и газа (2 1.

Недостатками укаэанного аппарата являются высокая энергоемкость побудителя рециркуляции жидкости, питающего эжекторы, собранные в параллель— ный пакет, и неизбежность значительных потерь газового субстрата в отходящих газах.

Наиболее близок к предлагаемому аппарат для выращивания микроорганизмов, содержащий вертикальную ци- 45 линдрическую емкость с напорной ка.. ерой в верхней части, разделенную ..о высоте перегородками на ряд секций и газовых камер расположенных под секциями, установленные в пере- go городках эжекторы и систему рециркуляции культуральной жидкости из нижней секции в напорную камеру 31.

Применение этого аппарата для культивирования микроорганизмов сопряжено с большими потерями газового субстрата, небольшим выходом готового продукта из единицы газового сырья и загрязнением окружающей среды. 60

Цель изобретения — повышение коэффициента утилизации газового субстрата.

Для достижения указанной цели в аппарате для выращивания микроорга- 65,низмов, преимущественно водородных бактерий, содержащем вертикальную цилиндрическую емкость с напорной камерой в верхней части, разделенную по высоте перегородками на ряд секций и газовых камер, расположенных над секциями, установленные в перегородках эжекторы и систему рециркуляции культуральной жидкости из нижней секции в напорную камеру, верхняя часть каждой секции сообщена переливной трубой с газовой камерой нижележащей секции, а верхняя часть нижней секции емкости — трубопроводов с атмосферой, ри этом отношение диаметра камеры смешения каждого нижележащего эжектора к диаметру камеры смешения вышележащего составляет 0,85-0,95.

На фиг. 1 схематически изображен аппарат для выращивания микроорганизмов, преимущественно водородных бактерий, вертикальный разрез; на фиг. 2 — разрез A-A на фиг. 1.

Аппарат для вь|ращивания микроорганизмов содержит вертикальную цилиндрическую емкость 1 с напорной камерок 2 в верхней части, разделенную по высоте перегородками 3 и 4 на ряд секций 5 с газовыми камерами б, установленные в перегородках эжекторы 7 с соплами 8, камерами 9 смешения и диффуэорами 10, систему рециркуляции культуральной жидкости, состоящую из всасывающего патрубка 11, насоса 12, теплообменника 13 и нагнетательного патрубка 14, переливные трубы 15 и трубопровод 16.

Кроме того, аппарат снабжен рециркуляционным газовым трубопроводом 17 с вентилем 18, приемным газовым патрубком 19 и питающим газовым патрубком 20.

Отношение диаметра камеры 9 смешения каждого нижележащего эжектора 7 к диаметру камеры смешения вышележащего эжектора 7 к диаметру камеры смешения вышележащего составляет 0,85-0,95.

Указанный предел установлен экспериментально. Если соотношение диаметров будет меньше 0,85, то нижележащие эжекторы будут иметь меньший коэффициент эжекции и не.смогут транспортировать весь объем газа, поступающий в газовую камеру, в итоге аппарат не сможет пропустить через культуральную жидкость объем газовой смеси, необходимый для обеспечения микроорганизмов субстрактом.

Если соотношение будет больше 0,95, то давление, развиваемое нижележащими эжекторами, будет недостаточным, чтобы компенсировать уменьшение порциального давления субстрата в газовой смеси, уменьшится .скорость сорбции субстрата и в результате снизится производительность аппара1082805

Конструкция предлагаемого аппарата позволяет повысить коэффициент ,утилизации газового субстрата или выхода готовой продукции на единицу затраченного газового сырья за счет многократного последовательного прохождения газовой смеси через культуральную жидкосТь с постепенным повышением давления, давление газовой смеси эжекторами в 1,5-2 раза и увеличить коэффициент массонередачи, а следовательно, производительность аппарата, а также повысить вэрывобезопасность технологического процесса эа счет разделения газового объема в работающем аппарате на число частей, равное удвоенному количеству секций. та. Большее значение соотношения соответствует большему числу секций аппарата, меньшее - меньшему °

Аппарат работает следующим образом.

Цилиндрическая емкость 1 на 7075% своего объема заполняется солевым питательным раствором с культурой микроорганизмов (культуральной жидкостью ). При включении циркуляционного насоса 12 культуральная 10 жидкость из нижней части секции 5 по всасывающему патрубку 11 насосом 12 через теплообменник 13 и нагнетательный патрубок 14 подается в напорную камеру 2. Истекающая из сопел культу- 5 ральная жидкость проходит газовую камеру 6 верхней секции 5, где захватывает газ. В камере 9 смешения происходит перемешивание газа и жидкости, .а в диффузоре 10 — сжатие газожидкостной смеси. Из диффузоров 10 газожидкостная смесь поступает в верхнюю секцию 5, постепенно заполняя ее, а далее через сопла 8 в перегородке 4 аналогичным образом в последующие секции. Через несколько минут после включения насоса 12 в каждой секции устанавливает уровень жидкости, ограниченный сверху краем переливной трубы 15. Площадь поперечного сечения сопел 8 эжекторов 7 30 каждой секции одинаков, поэтому через верхний край переливной трубы переливается не более 1-2% общего расхода воздуха, следовательно, сечение переливной трубы постоянно 35 открыто для прохода газа. Газ в аппарат поступает от внешнего источни- ка по патрубку 20 через приемный патрубок 19 в газовую камеру в верхней секции, далее в составе газожид- 40 костной смеси проходит камеры смешения и диффузоры 10. Газожидкост1 ная смесь, истекающая из диффузоров 10, перемешивает объем жидкости в секции 5, насыщает ее газом, а не- 4 растворившаяся часть газа всплывает в виде пузырьков к свободной поверхности жидкости в секции. Статическое давление газожидкостной смеси, созданное в диффузоре, идет на преодоление столба жидкости, равного глубине погружения эжектора в жидкость, и на создание остаточного давления над свободной поверхностью жидкости в секции. Далее газ под остаточным давлением верхней секции поступает. в газовую камеру б нижележащей секции через перелйвную трубу 15 и так далее по последней секции, причем давление газа в каждой последующей секции выше, чем в предыдущей, на 60 величину остаточного давления. Из последней секции газ удаляется в атмосферу.

При расчетной производительности аппарата над свободной поверхностью, щ жидкости в последней его секции выделяется не более 10-15% общего количества поданного газа, который удаляется в атмосферу. В. составе удаляемого газа содержатся в основ,ном неутилизируемые примеси. Если же аппарат еще не достиг своей расчетной производительности (переходный режим ), то излишек неутилизированного газа из трубопровода 16 через открытый вентиль 18 и рециркуляционный трубопровод 17 возвращается в приемный газовый патрубок 19, где, смешиваясь со свежим газом, поступает снова в аппарат на доутилизацию.

При последовательном прохождении газовой смесью секций аппарата ее объем уменьшается за счет утилизации субстрата микроорганизмами, а также в результате сжатия в эжекторах. Так как расход жидкости через сопла эжекторов, каждой секции практически одинаков, то коэффициент эжекции нижележащих эжекторов от секции к секции меньше на 20-30%, а развиваемое давление на 10-15% больше. Повышение давления газовой смеси от секции к секции компенсирует убыль субстрата в ней и коэффициент массопередачи остается практически одинаковым. Такое изменение основной характеристики эжекторов достигается тем, что отношение диаметра камер смешения нижележащих эжекторов к диаметрам камер смешения вышележащих составляет 0,85-0,95.

Конкретная величина этого соотношения в указанном диапазоне является функцией параметров технологического процесса (скорости сорбции кислорода, концентрации бактерий и т.д.), а также числа секций аппарата.

Известно, что при производстве одной тонны биомассы водородных бактерий с отходящими газами уходит около 1500 нм водорода. Применяя предлагаемый аппарат, можно на 2/3

1082805. 10

10

Составитель Г.Дошкарева

Редактор Л.Пчелинская Техред Т.Дубинчак Корректор Г.Решетник

Заказ 1677/24 Тираж 522 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óærîðîä, ул.Проектная, 4

Снизить объем потерь, без снижения производительности. При годовом производстве в 100000 т биомассы экономия остродефицитного сырья со. ставит 100 млн. нмЗ на сумму

2800 тыс.руб,