RU2046136C1

RU2046136C1 - Microorganism growing apparat

Info

Publication number: RU2046136C1
Application number: RU93037928A
Authority: RU
Inventors: Владимир Ильич Смирнов; Александр Григорьевич Пустовой; Игорь Николаевич Смирнов
Original assignee: Владимир Ильич Смирнов; Александр Григорьевич Пустовой; Игорь Николаевич Смирнов
Priority date: 1993-07-27
Filing date: 1993-07-27
Publication date: 1995-10-20

Abstract

FIELD: microbiological and food-processing industry, in particular, yeast growing apparatuses. SUBSTANCE: apparatus has vessel, heat-exchanger, aeration system positioned adjacent to lower vessel bottom and composed of modules containing a set of aerators, supply pipeline and gas-distributing system, which is connected with aerators. Aerators in modules and modules in aeration system are positioned circumferentially in peripheral part of module and vessel section. EFFECT: intensified mixing of culture medium in vessel due to superposition of above mentioned motions. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к микробиологической и пищевой промышленности, в частности к дрожжерастительным аппаратам. The invention relates to the microbiological and food industries, in particular to yeast apparatus.

Известен аппарат для выращивания микроорганизмов, содержащий емкость, теплообменник, аэрационную систему, расположенную у нижнего днища емкости и состоящую из аэраторов, подводящего газопровода и газораспределительной системы, соединенной с аэраторами. Аэраторы в этом аппарате расположены равномерно по поперечному сечению емкости. Такая компоновка аэраторов призвана обеспечить по возможности равномерное распределение потока аэрируемого газа в аппарате по всему его объему. A known apparatus for growing microorganisms containing a tank, a heat exchanger, an aeration system located at the bottom of the tank and consisting of aerators, a gas supply pipe and a gas distribution system connected to aerators. Aerators in this apparatus are located evenly over the cross section of the tank. This arrangement of aerators is designed to provide as uniform a distribution of the flow of aerated gas in the apparatus throughout its volume.

Недостатками прототипа являются следующие:
ввиду отсутствия перемешивания газожидкостной смеси в емкости в контакте с теплообменником оказываются только слои, прилегающие к стенкам емкости, из-за чего эффективность теплообмена низка;
пузырьки газа, поднимающиеся от аэраторов, проходят минимально возможный путь, из-за чего продолжительность контакта газа с жидкостью минимальна, а следовательно, газомассообмен в аппарате на минимальном уровне;
подъем пузырьков газа в неподвижной жидкости характеризуется стремлением мелких пузырьков к слиянию в более крупные и объединению в плотные группы конгломераты, что ухудшает массообмен между газом и жидкостью из-за уменьшения поверхности контакта газовой и жидкой сред.The disadvantages of the prototype are the following:
due to the lack of mixing of the gas-liquid mixture in the tank in contact with the heat exchanger are only layers adjacent to the walls of the tank, due to which the heat transfer efficiency is low;
gas bubbles rising from the aerators pass the smallest possible path, due to which the duration of contact of the gas with the liquid is minimal, and therefore, gas and mass transfer in the apparatus is at a minimum level;
the rise of gas bubbles in a stationary liquid is characterized by the tendency of small bubbles to merge into larger ones and to merge conglomerates into dense groups, which impairs mass transfer between gas and liquid due to a decrease in the contact surface of gas and liquid media.

Интенсификация процесса тепломассообмена в этом случае достигается специальными средствами механическими мешалками, отбором жидкости из бака с последующей ее закачкой обратно и т.п. The intensification of the heat and mass transfer process in this case is achieved by special means with mechanical stirrers, the selection of liquid from the tank with its subsequent pumping back, etc.

Задачей изобретения является повышение эффективности аппарата путем улучшения тепло- и массообмена. The objective of the invention is to increase the efficiency of the apparatus by improving heat and mass transfer.

Эта задача достигается тем, что в аппарате для выращивания микроорганизмов, содержащем емкость, теплообменник, аэрационную систему, расположенную у нижнего днища емкости и состоящую из аэраторов, подводящего газотрубопровода и газораспределительной системы, соединенной с аэраторами, аэрационная система выполнена из модулей, в которых аэраторы расположены равномерно по окружности в периферийной части модулей, а модули в аэрационной системе равномерно, по крайней мере по одной окружности в периферической части поперечного сечения емкости, причем отношение площадей периферийной части, занятой аэраторами, к свободной от аэраторов центральной части в модулях и емкости находится в диапазоне от 0,5 до 3,5. Задача решается также тем, что аэраторы в модулях и модули в аэрационной системе друг относительно друга, а также модули относительно внутренней степени в поперечном сечении емкости расположены на расстоянии не более трех максимальных поперечных размеров аэратора, а количество аэраторов в модуле, и количество модулей в аэрационной системе, расположенных на одной окружности, равно больше трех. This task is achieved by the fact that in the apparatus for growing microorganisms containing a tank, a heat exchanger, an aeration system located at the bottom of the tank and consisting of aerators, a gas supply pipe and a gas distribution system connected to aerators, the aeration system is made of modules in which the aerators are located uniformly around the circumference in the peripheral part of the modules, and the modules in the aeration system evenly along at least one circumference in the peripheral part of the cross section and the ratio of the areas of the peripheral part occupied by the aerators to the aerator-free central part in the modules and capacity is in the range from 0.5 to 3.5. The problem is also solved by the fact that the aerators in the modules and the modules in the aeration system relative to each other, as well as the modules with respect to the internal degree in the tank cross-section, are located at a distance of not more than three maximum transverse dimensions of the aerator, and the number of aerators in the module and the number of modules in the aeration a system located on one circle is equal to more than three.

На фиг.1 показан поперечный разрез аэратора; на фиг.2 схема расположения аэраторов в поперечном сечении емкости; а на фиг.3 схема вихревого движения газожидкостной смеси в аппарате. Figure 1 shows a cross section of an aerator; figure 2 arrangement of aerators in the cross section of the tank; and figure 3 diagram of the vortex motion of a gas-liquid mixture in the apparatus.

Аппарат для выращивания микроорганизмов (фиг.1) состоит из емкости 1, которая в процессе эксплуатации заполняется культуральной средой, теплообменника 2, благодаря которому поддерживается необходимый температурный режим в аппарате посредством теплообмена через боковую стенку емкости, аэрационной системы, расположенной у нижнего днища емкости и выполненной из модулей 3, состоящих из нескольких аэраторов 4, подводящего трубопровода 5 и газораспределительной системы 6, соединенной с аэраторами 4 (на фиг.1 для примера показан аппарат с тарельчатыми аэраторами). The apparatus for growing microorganisms (Fig. 1) consists of a tank 1, which during operation is filled with a culture medium, a heat exchanger 2, due to which the necessary temperature regime is maintained in the device by heat exchange through the side wall of the tank, an aeration system located at the bottom of the tank and made of modules 3, consisting of several aerators 4, a supply pipe 5 and a gas distribution system 6 connected to aerators 4 (Fig. 1 shows an apparatus with a plate for example atymi aerators).

Аэраторы 4 (фиг. 2) в модулях 3 расположены равномерно по окружности в периферийной части модуля, а модули в аэрационной системе равномерно, по крайней мере по одной окружности в периферийной части поперечного сечения емкости (на фиг. 2 в качестве примера показано по 6 аэраторов в модуле и 6 модулей в аэрационной системе). Причем для обеспечения нормальной работы аэрационной системы отношение площадей периферийной части, занятой аэраторами, к свободной от аэраторов центральной части в модулях и емкости должно находиться в пределах от 0,5 до 3,5. Aerators 4 (Fig. 2) in the modules 3 are arranged uniformly around the circumference in the peripheral part of the module, and the modules in the aeration system evenly along at least one circumference in the peripheral part of the tank cross-section (Fig. 2 shows 6 aerators as an example in the module and 6 modules in the aeration system). Moreover, to ensure the normal operation of the aeration system, the ratio of the areas of the peripheral part occupied by the aerators to the central part free of aerators in the modules and capacity should be in the range from 0.5 to 3.5.

Модульная конструкция аэрационной системы обладает тем преимуществом, что она позволяет для аппаратов разной величины использовать одни и те же модули, варьируя их количество. The modular design of the aeration system has the advantage that it allows the use of the same modules for devices of different sizes, varying their number.

При работе аппарата (фиг.3) в отличие от прототипа возникает вихревое движение газожидкостной смеси в емкости. When the apparatus (Fig. 3), in contrast to the prototype, there is a swirling movement of the gas-liquid mixture in the tank.

Образование вихрей происходит как бы на двух уровнях первый уровень в масштабе модуля и второй уровень в масштабе емкости. The formation of vortices occurs as if on two levels, the first level on the scale of the module and the second level on the scale of the capacity.

Механизм образования вихрей состоит в следующем. The mechanism of vortex formation is as follows.

Пузырьки воздуха, выходя из аэраторов, поднимаются, увлекая за собой части окружающей их жидкости ("газлифтный" эффект), в результате чего возникает движение снизу вверх газожидкостной смеси. Поскольку аэраторы внутри модуля расположены периферийно относительно свободной центральной части, поднимающаяся газожидкостная смесь приобретает форму кольца. "Газлифт", поднимая вверх определенную часть жидкости снизу, подсасывает жидкость из центральной части, заставляя ее двигаться сверху вниз вдоль вертикальной оси модуля (или емкости). Таким образом, возникает вихревое движение среды в вертикальной плоскости вблизи модуля (или внутри аппарата). Air bubbles, leaving the aerators, rise, entraining parts of the surrounding fluid (the "gas lift" effect), as a result of which a gas-liquid mixture moves from bottom to top. Since the aerators inside the module are located peripherally to the relatively free central part, the rising gas-liquid mixture takes the form of a ring. "Gaslift", lifting up a certain part of the liquid from below, draws in liquid from the central part, forcing it to move from top to bottom along the vertical axis of the module (or container). Thus, there is a vortex motion of the medium in a vertical plane near the module (or inside the apparatus).

Наложение вихрей обоих уровней обеспечивает интенсивное перемешивание культуральной среды, препятствует образованию конгломератов и повышает интенсивность газообменных, химических и биологических процессов, происходящих в аппарате. The imposition of vortices of both levels provides intensive mixing of the culture medium, prevents the formation of conglomerates and increases the intensity of gas exchange, chemical and biological processes taking place in the apparatus.

Экспериментальные испытания опытного образца аппарата для выращивания микроорганизмов, выполненного в соответствии с предлагаемым изобретением, показали (при использовании воздуха и воды) повышение эффективности теплообмена в ≈1,2 раза и повышение интенсивности массообмена в ≈1,3 раза. Experimental tests of a prototype apparatus for growing microorganisms, made in accordance with the invention, showed (when using air and water) an increase in the efficiency of heat transfer by ≈1.2 times and an increase in the intensity of mass transfer by ≈1.3 times.

Claims

1. APPARATUS FOR GROWING MICROORGANISMS, comprising a tank, a heat exchanger, an aeration system located at the bottom of the tank and consisting of aerators, a gas supply pipe and a gas distribution system connected to aerators, characterized in that the aeration system is made of modules in which the aerators are evenly spaced circumferentially in the peripheral part of the modules, and the modules in the aeration system are evenly distributed, at least one circumference in the peripheral part of the cross section of the container , The area ratio of the peripheral portion occupied aerators, diffusers to free the central part of the modules and the vessel is 0.5 3.5.

2. The apparatus according to claim 1, characterized in that the aerators in the modules and the modules in the aeration system relative to each other, as well as the modules relative to the inner wall in the cross section of the tank are located at a distance of not more than three maximum transverse dimensions of the aerator, and the number of aerators in the module and the number of modules in the aeration system located on one circle is equal to or greater than three.