Карачун В.В.

Національний технічний університет України «КПІ»

ВПЛИВ ФОРМИ ЦИРКУЛЯЦІЙНОЇ ТРУБИ НА
ІНТЕНСИФІКАЦІЮ БАРБОТУВАННЯ

Конструкція відноситься до біотехнології, а саме до газліфтних барботажних апаратів і може бути використана для вирощування мікроорганізмів та виробництва біологічно активних речовин.

Відомий газліфтний барботажний апарат (ГБА) для вирощування мікроорганізмів, який містить циліндричний корпус з технологічними патрубками і розміщеними в його порожнині проникаючими поперечними перегородками, розташовані зовні корпусу циркуляційні труби і дисковий аератор [А.с. СССР № 1774654, С12М1/04, 1994].

Недолік цього ГБА полягає у відносно великих габаритах та матеріалоємності внаслідок зовнішнього розташування циркуляційних труб.

Найбільш близьким до пропонуємої конструкції за технічною суттю та досягаємим ефектом є ГБА, який містить вертикально розташований корпус з технологічними патрубками і розміщену в порожнині корпусу циркуляційну трубу з зовнішньою поперечною гвинтовою перегородкою (патент України на корисну модель № 40230, С12М1/04, 2009).

Недолік цього ГБА полягає у відносно низькій продуктивності внаслідок пасивного премішування (масообміну), обумовленого незмінними площами поперечних перерізів потоків, а отже, і незмінними швидкостями переміщення в них робочої рідини по їх довжині та відсутності перетікання часток ії об’ємів через стінку перегородки.

В основу конструкції поставлена задача підвищення продуктивності ГБА, в якому шляхом зміни форми циркуляційної труби та її перегородки забезпечується зміна швидкостей переміщення потоків робочої рідини по їх довжині з одночасним перетіканням їх часток через гвинтову перегородку, що інтенсифікує процес перемішування, а це прискорює ріст мікроорганізмів і слугує зростанню продуктивності.

Поставлена задача вирішується тим, що в ГБА, який містить вертикально розташований циліндричний корпус з технологічними патрубками і розміщену в порожнині корпусу циркуляційну трубу з зовнішньою гвинтовою перегородкою, згідно корисної моделі новим є те, що циркуляційна труба виконана в формі зрізаного конуса, більша основа якого розташована над дном корпусу, а її гвинтова перегородка має перфоровану поверхню (рис. 1, рис. 2).

Надання циркуляційній трубі форми зрізаного конуса та виконання гвинтової перегородки перфорованою, замість суцільної, забезпечують переміщення робочої рідини в потоках із змінними швидкостями по їх довжині та додаткове переміщення через перфораційні отвори перегородки, що відсутнє в найближчому аналозі, а це інтенсифікує процес перемішування, а, отже, прискорює ріст мікроорганізмів і приводить до зростання продуктивності.

ГБА містить вертикально розташований циліндричний корпус 1 з патрубком 2 для введення живильної рідини і посівного матеріалу (робоча рідина), патрубок 3 для видалення культуральної рідини та патрубок 4 для відведення відпрацьованого газу. В порожнині корпусу 1 вздовж його осі встановлена циркуляційна труба 5 з зовнішньою гвинтовою перегородкою 6 та розміщений під нею аератор 7. Циркуляційна труба 5 виконана у вигляді зрізаного конуса, більша основа якого діаметром Д розташована над дном корпусу 1, а гвинтова перегородка 6 виконана перфорованою отворами 8. Від зміщень в корпусі 1 циркуляційна труба 5 зафіксована, наприклад, радіально вгвинченими шпильками 9, або іншим відомим способом (не показано).

Працює ГБА наступним чином.

У попередньо простерилізований корпус 1 крізь патрубок 2 вводять робочу рідину, після чого в аератор 7 подають стиснений газ (повітря), який у вигляді численних бульбашок 10 надходить в трубу 5 і утворює з робочою рідиною рідинноповітряну суміш, яка набагато легша від робочої рідини, що знаходиться в зазорі “” між трубою 5 і корпусом 1. Різна щільність (питома вага) робочої рідини в середині циркуляційної труби і навколо неї породжує висотну циркуляцію 11 рідинного середовища в корпусі 1. Циркуляція робочої рідини відбувається до тих пір, доки повітря надходить в циркуляційну трубу. Відпрацьоване повітря через патрубок 4 видаляється в навколишнє середовище.

При циркуляції робоча рідина, яка потоком 12 виходить з труби 5 поділяється гвинтовою перегородкою 6 на потоки 13, 14 і по зазорам “” рухається вниз в коловому і осьовому напрямках, що приводить до її перемішування. При цьому, робоча рідина частково перетікає через отвори 8 перфорації в перегородці 6 з потоку 13 в поток 14 та, внаслідок конічної форми труби 5, змінює швидкість руху в потоках, що викликає її додаткове, відсутнє в найближчому аналозі, перемішування, а, отже, і інтенсифікацію масообміну. Інтенсифікація масообміну в робочій рідині прискорює ріст мікроорганізмів і приводить до зростання продуктивності.

Рис. 1 Рис. 2