Способ очистки воздушных потоков
ОП КСАН ИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик (5l)N. Кл. В 01 О 46/54 (53) У,П, К 66.067. .23 (088.8) (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 21.12.77 (21) 2560251/23-26 с присоединением заявки ¹ Ьаударстианный камнтат СССР ае делам изебретеннй и аткрытий (23) ПриоритетОпубликовано 23.04.81. Бюллетень № 15 Дата опубликования описания 25.04.81 - Э. В. Горячева, А. В. Кривошей, К. К. Калинин, В. Д. Собко, К. А. Калунянц, Л. И. Голгер, М. М. Яндарова и 3. Г. Медввдев "" - - "":. .: (: 1, г г и Всесоюзный научно-исследовательский биотехничесв .ий ицститут 1:. ( и Специальное проектно-конструкторское н технологическое бюро химического и нефтяного машиностроения (72) Авторы изобретения (71) Заявители, (54) СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОЗДУШНЫХ ПОТОКОВ! Изобретение относится к очистке воздушных потоков от микроорганизмов, которые используют при аэробном культивировании микроорганизмов-продуцентов биологически активных веществ, в частности при очистке и фильтрации технологического воздуха в микробиологической промьппленноатн прн производстве ферментов. Для эффективной очистки технологических вентиляционных воздушных потоков ,необходимо жестко ограничить зараженность микроорганизмами подаваемого иа аэрацию тв воздуха. Известен способ очистки воздушных пото ков путем пропускания их через фильтроэлементы, спеченные иэ металлических зерен (11. Недостатком,известного способа является . то, что размер задерживаемых частиц. близок к среднему размеру поровых каналов в,стенке фильтроэлемента,в результате чего минимальный размер задерживаемых частиц составляет 2 — 20 мкм, т.е. задержка имеет сиговой харктер. Следовательно, обычно при фильтровании не обеспечивают 100%-ной очистки воздуха, поэтому в ферментер попадают посторон2 ние микроорганизмы, которые развиваясь вместе с рабочими продуцентами выделяют в среду различные микробиологические яды, угнетающие рост и биосинтез биологически-активных веществ; Цель изобретения — улавливание микроорганизмов, диаметр которых на порядок и более отличается от среднего диаметра поровых каналов за счет возникноветвтя ультразвуковых колебаний. Указанная цель достигается тем, что воздушный поток пропускают со скоростью прохождения 6000 — 100000 эффективных зе- . рен в секунду. Сущность предлагаемого изобретения заклк чается в такой взаимосвязи между формой поровых каналов, возникаянцей прн послойной укладке металлических зерен в пористой стенке фильтроэлеменга, и задаваемой скоростью воздушного потока через этн каналы, чтобы в нем при движении воздуха попеременно возникали последовательные расширения н сжатия потока с ультразвуковой частотой (илн близкой к ней величине). В фазе расширения . 822852 55 потока при увеличении сечения канала происходит конденсация пара из воздуха, приводящая к появлению или укрупнению капельного аэрозоля вокрут клетки микроорганизма, а в фазе сжатия потока при уменьшении сечения канала имеет место столкновение и коагуляция аэрозолей — с последующим инерционным осаждением их на стенках фильтроэлемента. Ультразвуковая частота колебаний при амплиту де 1 — 5 мкм и более достаточна для возникновения сил, превосходящих поверхностное натяжение воды (или масла), в сзязи с чем происходит дробление возникающих капель жидкости на брызги размером несколько .микрон. Это в свою очередь вовлекает новые бактериальные клетки из фильтруемого воздушного потока в движение, приводящее, в конечном счете, к осаждению их в виде аэрозоля на стенки фильтроэлемента. Таким образом, вследствие неситового харак тера фильтрации бы.трых воздушных потоков согласно настоящему способу осуществляют их очистку от частиц размером 0,3 — 05 мкм в стенках фильтроэлемента со средним диаметром поровых каналов 12 — 18 мкм (при определенной фракции металлических зерен, из которых спекают фильтроэлемент). При спекании фильтроэлемента порошок выбирают настолько мелкозернистый, (диаметр зерен Ф ) чтобы при достаточной протяженности фильтрующей стенки число расширений и сжатий потока превысило 16000 в секунду, т.е. имело частоту, близкую к ультразвуковой. Поскольку протяженность слоя в стенке фильтроэлемента с учетом степени укладки зерен Ку (обычно 0,8) можно представить как ФКу и в пределах каждого слоя направление деформации потока меняется дважды, то условие осуществления предлагаемого способа имеет вид V jrõ >r 16000> 2. т.е. для осуществления способа нужно, чтоб. --- p 6000. Кроме того, воэцушиый поток при очистке .пропускают через фильтроэлемент, спеченный из зерен, со скоростью прохождения 6000 — 1000000 эффективных зерен в секунду. При большей скорости наступает нежелательная турбулентность. Если зерна порошка, из которого слекают фильтроэлемелт, имеют иа своей поверхности выступ í впадины одного порядка с поперечтвтком зерен (например у деидритных порошков), то эффективный размер зерна становится меньше поперечника и соответственно снижается предельная скорость возлушных потоков необходимая дня начала самовоэбуждения в них при фильтрации ультразвуковых колебаний (или близких к ним по 5 4 частоте). Обычно в ферментной промышленности применяют скорости фильтрации от несколь. ких десятков см/с. Пример 1. Цилиндрический фильтроэлемент размером 115 40 хф 35 х 500 мм прессуют при 1500 кг/см из порошка нержавеющей стали Х18Н15, полученного методом совместного восстановления. Коэффициент шероховатости зерен 10 — 12. Дня шихтовки применяется фракция порошка 63 — 80 мкм. Спекание проводят в камерной печи в атмосфере водорода при 1250 С. Пористость элемента достигает 26 — 50%. Максимальный размер пор составляет 20 мкм, средний размер 16 мкм, гидравлическое сопротивление 55 мм вод. ст. В качестве загрязнители воздуха используют монодисперсный масляный туман с размером капель 0,3 мкм. Котщентрация его равняется 350 мг/м, что при массе капли 0- г мг составляет 10 э капель т.е. в 10 миллиардов раэ выше естественной загрязненности воздуха микробиальными аэрозолями. При испытании скорость воздушного потока 4 см/с. При этом соотношение последней к эффективному размеру частиц порошка составляет 4 / — 6400. В приведенных 63, 1Р-4 условиях коэффициент проскока по масляному туману с диаметром капель О,З мкм не превышает 4,54%, что является хорошим показа;:елем для предварительной очистки воздуха от аэрозолей, например в ферментной промышленности. Пример 2, Цилиндрический элемент тех же размеров прессуют при 1250 кг/см из порошка титана ПТС следующего фракционного состава: 5 — 5 мкм 74% по массе, 45 — 100 мкм 25%, 100 — 280 мкм 1%. Соответственно, средневзвешенный размер зерен составляет 0.74 25 + 0,25 75 + 0,01 190=40мкм. Коэффициент шероховатссти частиц 8 — 10. Спе кание осуществляют индукционным методом в аргоне в течение 4,5 мин при 1500 С. Пористость элемента составляет 30 — 50%. Максимальный размер пор 30 мкм, средний размер 17 мкм, гидравлическое сопротивление воздуха соответствовало следующему отношению скорости воздушного потока к эффективному размер зерен порошка 4 N/<>= — 9000. 40 10-4 см Коэффициент проскока по масляному туману, с,циаметром капель 0,3 мкм не превышает 5,71% несмотря на то, что поперечник аэрозоля почти в 60 раэ меньше среднего диаметра поровых каналов. Эффективность предлагаемого изобретения определяется появлением возможности улавпи1 Составитель И. Золовкина Техред А.Бабинец Корректор Г. Назарова Редактор А. Химчук Тираж 706 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и. открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Заказ 1931/4 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 5 822852 6 ваннв микроорганизмов, диаметр которых на Формула изобретения порядок и более отличается от среднего ди- Способ очистки воздушных потоков путем аметра поровых каналов фильтроэлемента. При пропускания их через фильтроэлементы, спеченэтом обеспечивают задержку микробиальных ные из металлических зерен, о т л и ч а юаэрозолей при больших удельных расходах . шийся тем, что, с целью воэможности 5 воздуха, подаваемого на аэрацию, повышают улавливания микроорганизмов, диаметр кото. микробиологическую надежность фильтрацион- рых на порядок и более. отличается от средненой аппаратуры, предотвращают попадание . го диаметра поровых каналов, за счет возникв среду посторонней микрофлоры и снижают новения ультразвуковых колебаний, воздушный количество нестерильных операций, в резуль- поток пропускают со скоростью прохождения тате чего повышают выход биологически-a@ms- 6000-100000 эффективных зерен в секунду. ных веществ, а также снижают расходы пита- Источники информации, . тельной среды, пара и электроэнергии, появля- . принятые во внимание при экспертизе ется возможность увеличить объем производства 1, Шнбряев Б. Ф.; Павловская E. И. Металбез увеличения основного технологического обо- локерамические ф. льтрующие элементы. М., рудования. И "Машиностроение", 1972, с. 6 — 26.
