АППАРАТ ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ
APPARATUS FOR CULTIVATION OF MICROORGANISMS

Изобретение относится к микробиологической промышленности, а именно к аппаратам для выращивания микроорганизмов и может найти применение при выращивании микроорганизмов на природном газе.
Известны струйные аппараты разработанные специалистами ГДР в 70-80 годы прошлого века, которые хорошо себя зарекомендовали как аппараты высокого массообмена /1/ и которые нашли применение у нас в стране при производстве кормового белка из природного газа /2/.
Струйные аппараты могут оснащаться аэраторами (эжекторами) сливного (А.С. СССР №1521498) или напорного (А.С. СССР №605830) типов.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является аппарат для выращивания микроорганизмов по А.С. СССР №873683, содержащий емкость с технологическими патрубками, эжектором, подключенному к системе рециркуляции культуральной жидкости, побудитель расхода жидкости, установленный в нижней части корпуса отбойный экран, и устройствами для пеногашения и циркуляции жидкости.
Недостатком известных аппаратов является недостаточно полное использование насосных характеристик центробежных побудителей расхода жидкости и как следствие снижение массообменных характеристик аппарата. Как известно, мощность, идущая непосредственно на передачу энергии перекачиваемой жидкости, рассчитывается по формуле:
П
N = с·g·Q·H
п
где N– полезная мощность, Вт
3
с  - плотность перекачиваемой среды, кг/м
2
g – ускорение свободного падения,м/с
3
Q  -расход жидкости, м/с
Н – напор жидкости, м
3
Плотность перекачиваемой среды в нижней части аппарата в следствии эжекционного эффекта в камере смешения аэратора и захвата газовой фазы с поверхности жидкости газожидкостной струей может достигать 900-850 кг/м, что снижает полезную мощность перекачиваемой жидкости на 10-15% и как следствие уменьшение потенциальной энергии струи жидкости на входе в аэратор и массообменных характеристик аппарата в целом.
Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в увеличении массообменных характеристик аппарата и как следствие увеличении его продуктивности.
Данный технический результат достигается тем, что  аппарат для выращивания микроорганизмов содержит корпус с технологическими патрубками в его боковой части для подачи метана, растворов минеральных солей и титрующих агентов, струйный аэратор, расположенный вертикально в верхней части корпуса и подключенный к системе рециркуляции жидкой фазы, причем система включает теплообменник, побудитель  расхода жидкости и трубопроводы, выполненные с возможностью отвода жидкой фазы из нижней части корпуса и подачи ее через струйный аэратор в верхнюю часть корпуса, и трубопровод, соединяющий боковую сторону корпуса выше допустимого уровня жидкой фазы в корпусе с верхней частью корпуса для обеспечения рециркуляции газовой фазы, внутри корпуса  в нижней его части соосно установлен отбойник, образованный из двух внешнего и внутреннего  усеченных конусов, где диаметр внешнего усеченного конуса больше, чем диаметр внутреннего усеченного конуса, причем внешний усеченный конус направлен своим меньшим основанием вниз, а внутренний усеченный конус направлен своим меньшим основанием вверх, при этом отбойник соединен трубопроводом  с камерой разрежения струйного аэратора.
Конкретно согласно прилагаемому чертежу (Фиг.1) аппарат включает корпус 1, струйный аэратор 2, подключенный к системе рециркуляции жидкой фазы. Система включает теплообменник 3, побудитель 4 расхода жидкости и трубопроводы 5 и 6. Внутри корпуса 1 в нижней его части соосно установлен отбойник 7, образованный из двух усеченных конусов, каждый из которых направлен меньшим основанием в противоположные стороны, причем внутренний усеченный конус направлен меньшим своим основанием вверх, который соединен трубопроводом 8 с камерой разрежения 9 аэратора 2. Так же струйный аэратор 2 подключен к системе рециркуляции газовой фазы трубопроводом 10. В нижней части аппарата установлен барботер 11 для подачи кислорода воздуха и газообразного субстрата, а на всасывающей линии побудителя расхода штуцер подачи питательных солей и титрующего раствора12, в верхней крышке корпуса аппарата предусмотрен штуцер отвода отработанной газовой смеси 13.
3
Аппарат работает следующим образом. Побудитель 4 расхода жидкости забирает культуральную жидкость из-под отбойника 7 и нагнетает её через теплообменник 3 в струйный аэратор 2. В теплообменнике 3 происходит термостатирование культуральной жидкости до требуемой температуры. В аэраторе 2 за счет падения жидкости вниз с большой скоростью по камере смешения 14 происходит подсос газовой фазы из верхней части аппарата по трубопроводу 10 и перемешивание газовой и жидкой фаз.  При обтекании жидкостью конической части трубопровода рециркуляции газовой фазы 10 из трубопровода 6  через коническую воронку 15 образуется разреженная область 9 (в описании носит название камера разрежения). Газожидкостная смесь, выходя из камеры смешения 14 с большой скоростью, падает в слой жидкости в аппарате создавая нисходящий турбулентный поток, который отразившись от отбойника 7 направляется вверх вдоль стенки аппарата, создавая интенсивное перемешивание, а часть его побудителем расхода жидкости подсасывается  под отбойник 7. Под отбойником 7 создается область для дегазации газожидкостной смеси. Дегазация достигается за счет естественного всплытия газовых пузырьков, с одной стороны, и создания разрежения  под отбойником 7, которое создается в камере 9, что и  усиливает скорость всплытия пузырьков, с другой стороны. Конусообразная форма отбойника 7, установленная большим основанием вниз,  способствует  уплотнению газовой фазы под отбойником и подсасыванию, образовавшейся за счет дегазации, газовой фазы  камерой разрежения 9 эжектора 2. Эти технические решения позволяют снизить газосодержание на всасывающей линии насоса до 2-3%, что аналогично увеличению плотности перекачиваемой жидкости до 970-980 кг/м, увеличить потенциальную энергию жидкости на входе в аэратор и как следствие увеличить массообменные характеристики аппарата на 8-10%.
Источники информации.
1. IZ-Strahlfermentor. Techn. Inform.VEBChemieanlagenbaukombinat. Leipzig-Grimma, 1983.
2. У.Э. Виестур, А.М. Кузнецов, В,И, Савенков. Системы ферментации. Рига, «Зинатне», 1986.