тепломассообменный аппарат

Формула изобретения

ТЕПЛОМАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ преимущественно для выращивания микроорганизмов, содержащий вертикальный корпус с днищем, крышкой и технологическими патрубками, размещенную в корпусе по меньшей мере одну циркуляционную трубу с регулируемой высотой, верхний край которой соединен посредством тяг с механизмом возвратно-поступательного перемещения в вертикальной плоскости, и установленный под циркуляционной трубой барботер, отличающийся тем, что циркуляционная труба выполнена цельной из эластичного материала, при этом верхний участок трубы закреплен в коническом кольцевом замке и тяги прикреплены к нему, а нижний ее участок снабжен аналогичным замком, укрепленным неподвижно.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к тепломассообменному оборудованию, в частности к микробиологической, химической, пищевой отраслям промышленности, и может быть использовано в аппаратах для выращивания микроорганизмов.

Известен тепломассообменный аппарат, например для выращивания микроорганизмов, содержащий вертикальный корпус с днищем, крышкой и технологическими патрубками, размещенные в корпусе циркуляционные трубы с установленными в них теплообменниками, а также смонтированный под циркуляционными трубами барботер [1]

Аппарат данной конструкции, не сложный в изготовлении и эксплуатации, тем не менее имеет существенный недостаток: он не обеспечивает эффективной циркуляции среды при изменении ее уровня в аппарате.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является тепломассообменный аппарат, например для выращивания микроорганизмов, содержащий вертикальный корпус с днищем, крышкой и технологическими патрубками, размещенную в корпусе по меньшей мере одну циркуляционную трубу с регулируемой высотой и установленным в ней теплообменником, верхний край которой соединен посредством тяг с механизмом возвратно-поступательного перемещения, а также смонтированный под циркуляционной трубой барботер. Циркуляционные трубы выполнены в виде пакета телескопических обечаек [2]

Данный аппарат позволяет эффективно обрабатывать среду практически при любом ее уровне, однако, конструктивное исполнение аппарата (в частности циркуляционных труб) затруднено. Кроме того, отсутствие герметичности между отдельными обечайками циркуляционных труб приводит к прохождению газожидкостной среды снаружи обечайки вовнутрь не только при переливе ее через верхний край, но и на границе обечаек, что может привести особенно в этих местах к образованию застойных зон и снижению эффективности процесса.

Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности работы аппарата.

Поставленная цель достигается тем, что в тепломассообменном аппарате, например для выращивания микроорганизмов, содержащем вертикальный корпус с днищем, крышкой и технологическими патрубками, размещенную в корпусе по меньшей мере одну циркуляционную трубу с регулируемой высотой, верхний край которой соединен посредством тяг с механизмом возвратно-поступательного перемещения, а также смонтированный под циркуляционной трубой барботер, согласно изобретению циркуляционная труба выполнена из эластичного материала.

Отличительным признаком предполагаемого изобретения является выполнение циркуляционной трубы из эластичного материала.

Из технической литературы известно использование элементов тепломассообменных аппаратов, выполненных из полимерного материала (Николаев А.Н. и Плановский П.И. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. М. Химия, 1987, с. 496, 430-440). Это относится к так называемым мембранным аппаратам, в которых массообмен осуществляется через полупроницаемую (в большинстве случаев) полимерную мембрану. При этом обязательно обеспечивают характеристики мембраны по прочности и жесткости (реже устойчивости), так как в большинстве случаев процесс проходит при значительном перепаде давления по обе стороны мембраны (с этой целью мембрану армируют металлическими или синтетическими усиливающими элементами (сеткой, нитями, струнами, волокнами и т.д.). В предлагаемом же варианте может быть использована как непроницаемая, так и полупроницаемая мембрана это не принципиально, так как циркуляционная труба предназначена для разделения встречно движущихся потоков среды. При этом основной характеристикой для циркуляционной трубы предлагаемого аппарата является ее эластичность.

Выполнение циркуляционной трубы (или циркуляционных труб) эластичными гарантирует возможность изменения их длины (диаметр труб остается практически постоянным в силу отсутствия перепада давления по обе стороны их стенок). О возможности обратимого удлинения данного элемента аппарата можно судить исходя из механических свойств эластичных материалов полимеров и резин. Так, одной из механических характеристик эластичных материалов принято считать относительное удлинение при разрыве, выраженное в процентах по этому указателю можно судить об эластических свойствах материала. Например, у композиции марки 102-82 на основе полиэтилена высокого давления ТУ 6-05-1627-78 указанная величина достигает 500% (Кацнельсон М.Ю. и Балеев Г.А. Полимерные материалы: Справочник. Л. Химия, 1982, с. 9); у термопласта полиэфирного (композиция на основе полиэтилентерефталата) марки Б более 750% (там же, с. 147); у композиции сополимера этилена с пропиленом низкого давления марок 211-48, 211-49 и др. 700% (Справочник по пластическим массам. Т.1 /Под ред. В.М.Катаева. М. Химия, 1975, с. 27); у полиэтилена низкого давления, полученного на гомогенных катализаторах 1300% (там же, с. 29). Тот же показатель у различных резин: на основе натурального каучука до 1300% (см. Справочник резинщика. Материалы резинового производства. М. Химия, 1971, с. 35); на основе бутилкаучуков (нетоксичных, стойких к тепловому и атмосферному старению, к действию озона, щелочей, кислот) до 950% (там же, с. 103) и т.д. При этом все перечисленные материалы характеризуются индифферентностью по отношению ко многим жидкостям различного состава (в том числе и к культуральным), иными словами они исключают снижение качества проведения процесса.

В патентной и технической литературе не имеется сведений об использовании циркуляционных труб из эластичного материала с данной целью.

На фиг. 1 изображен предлагаемый аппарат, продольный разрез; на фиг. 2 узел I на фиг. 1.

Тепломассообменный аппарат, например для выращивания микроорганизмов, содержит вертикальный корпус 1 с днищем 2, крышкой 3 и технологическими патрубками 4 и 5 для подвода питательной среды и отвода продукта, размещенную в корпусе по меньшей мере одну циркуляционную трубу 6 и установленный в ней теплообменник 7 с патрубками 8 и 9 для отвода хладагента. Верхний край циркуляционной трубы 6 закреплен в коническом замке колец 10 и 11, стянутых болтами 12, и соединен посредством тросов 13 с механизмом 14 возвратно-поступательного перемещения. Нижний край трубы 6 смонтирован в аналогичном коническом замке посредством стоек 15 на днище 2 неподвижно. В полости корпуса 1 может быть установлено несколько циркуляционных труб 6 с индивидуальными теплообменниками 7. При этом они размещены в объеме полости корпуса равномерно. Под циркуляционной трубой 6 (или под трубами) на стойках 15 закреплен барботер 16.

Аппарат работает следующим образом.

В полость корпуса 1 через патрубок 4 заливается питательная среда до минимального уровня. При этом на том же уровне или чуть ниже располагается верхний край обечайки 6 (точнее кольцо 10), соединенное с тросами 13. После этого в барботер 16 подается аэрирующий воздух, который проходит через жидкость, образуя газожидкостную смесь. Указанная смесь в силу меньшей, чем у жидкости, плотности движется вверх снаружи циркуляционной трубы 6, переливается через ее верхний край и, попадая внутрь трубы, движется вниз. Таким образом организуется циркуляция культуральной жидкости (при переливе жидкости воздух выделяется из последней). Во время выделения тепла микроорганизмами в теплообменник 7 подается хладагент. При омывании культуральной жидкостью теплообменника (змеевика) 7 происходит ее охлаждение. В процессе культивирования осуществляют периодический долив питательной среды в аппарат, при этом уровень жидкости повышается, поэтому посредством тросов 13 соответственно возрастанию уровня жидкости растягивают эластичную циркуляционную трубу 6, в результате чего обеспечивается эффективная циркуляция жидкости.

Аппарат предлагаемой конструкции, несложный в изготовлении и эксплуатации, обеспечивает эффективную циркуляцию культуральной жидкости при любом ее уровне в аппарате. Исключение смешения нисходящего и восходящего потоков жидкости (при ее проходе через циркуляционную трубу) повышает интенсивность процесса, что гарантирует высокое качество продукта при высокой производительности оборудования.