УДК. 636.631.223.018

В.П. Косова

Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

З КЕРОВАНИМ РУХОМ СТОВПА ПОВТРЯННО-РІДИННОЇ СУМІШІ ГАЗЛІФТНИЙ БАРБОТАЖНИЙ АПАРАТ

Конструкція відноситься до біотехнології, а саме до газліфтних барботажних апаратів, і може бути використаний для культивування мікроорганізмів в рідинних середовищах.

Відомий апарат для вирощування мікроорганізмів, який містить ємкість з технологічними патрубками, розміщені в ємкості циркуляційний стакан і аератор, систему рециркуляції середовища, яка складається з трубопроводу, збудника розходу, підвідного трубопроводу і підключеного до нього пристрою для розбризкування культурального середовища, який розміщений у верхній частині ємкості [1].

Апарат має можливість працювати за підвищеного барботування культуральної рідини в ємкості, тобто за інтенсивного постачання мікроорганізмів повітрям, або киснем, отже і за енергійного споживання поживними речовинами.

Відомий також газліфтний барботажний апарат, який містить вертикально розташований циліндричний корпус з технологічними патрубками і розміщену в порожнині корпусу з радіальним зазором циркуляційну трубу, а також встановлений під циркуляційною трубою аератор [2].

Недолік цього технічного рішення полягає у відносно низькій продуктивності технологічного процесу, збідненій кінематиці тепломасообміну та в постійно присутніх зонах пасивної енергетики культуральної рідини в придонному прошарку та на периферії внутрішньої поверхні корпусу, у невідповідності ступеня аерації і повноти тепломасообміну усередині циркуляційної труби та поза нею і у наявній небезпеці хімічної взаємодії поверхні циркуляційної труби з культуральним середовищем.

В основу пропонуємої конструкції поставлена задача підвищення продуктивності технологічного процесу шляхом зростання ступеня аерації і повноти тепломасообміну культурального середовища по всьому робочому об’єму апарату за допомогою штучного формування керованого просторового руху купола керованого парашута і прохідного крізь купол парашута стовпа повітряно-рідинної суміші.

Газліфтний барботажний апарат з керованим рухом стовпа повітряно-рідинної суміші містить вертикально розташований циліндричний корпус з технологічними патрубками і розміщену в порожнині корпусу з радіальним зазором циркуляційну трубу, а також встановлений під циркуляційною трубою аератор. Газліфтний барботажний апарат з керованим рухом стовпа повітряно-рідинної суміші обладнаний керованим парашутом, який розміщений на аераторі і виконує функції циркуляційної труби, купол керованого парашута виконаний з м’якої нелипкої матерії, а довжина кожного із стропів може штучно змінюватися.

Технічний результат від використання пропонуємого газліфтного барботажного апарату з керованим рухом стовпа повітряно-рідинної суміші забезпечується обладнанням на аераторі керованого парашута з куполом із м’якої нелипкої матерії і з штучною зміною довжини кожного із стропів.

За умови, що вихідна довжина стропів керованого парашута однакова, включення аератора сформує повітряно-рідинний стовп, який буде рухатися вертикально вгору, у бік кришки корпуса апарату, і за якусь мить наповнить купол керованого парашута повітряно-рідинною сумішшю придавши йому сферичну форму. Висхідний потік повітряно-рідинної суміші, піднявшися до внутрішньої поверхні купола керованого парашута, надалі поділиться на дві частини. Одна, крізь отвір у центрі купола, продовжить поступальний рух вгору, інша - заповнить простір під куполом у всіх напрямках, сформує певну підйомну силу і надалі буде утримуватися в такому стані натягнутими стропами. Підвищення інтенсивності аерації призведе до сферичного руху парашута відносно кріплення нижніх нерухомих кінців стропів (подібно до гальмуючих парашутів в авіації). Підвищення інтенсивності аерації призведе до росту частоти коливань купола парашута у сферичному рухові. Зменшення інтенсивності аерації, навпаки, призведе до збільшення амплітуди просторового руху купола парашута навколо нерухомої точки кріплення нижніх кінцівок стропів і, відповідно, утворить комфортне перемішування м’якою поверхнею купола усіх досягаємих шарів культуральної рідини.

Рис. 1 Рис. 2

Програмна зміна довжини одного, або декількох, стропів порушить вихідну симетричну картину керованого парашута. Полотнище купола змінить вихідну сферу на невизначену складну динамічну форму і буде надалі то швидко, то повільно, рухатися у внутрішньому просторі корпуса апарату (подібно до того, як керує рухом парашутист), виконуючи функції лагідного перемішуючого елемента. Програмний пристрій забезпечить необхідну кінематичну структуру руху полотнища купола керованого парашута і, відповідно, здійснить повноту та якість процесу тепломасообміну і аерації культуральної рідини. Наявність зони пониженого тиску у висхідному потоку повітряно-рідинної суміші, а також під куполом парашута, в свою чергу, призведе до виникнення спрямованих плинних потоків з боку периферії і застійних зон і забезпечить повноту процесу тепломасообміну. Вибір нелипкої матерії купола керованого парашута виключить небезпеку хімічної взаємодії налипаючої біомаси з обладнанням.

Далі сутність роботи апарату пояснюється відповідним описом та кресленнями, де: -на рис. 1 схематично зображений в поздовжньому перерізі заявляємий газліфтний барботажний апарат з керованим рухом стовпа повітряно-рідинної суміші; - на рис. 2 показаний переріз А-А на рис. 1.

Заявлений газліфтний барботажний апарат з керованим рухом стовпа повітряно-рідинної суміші (рис. 1) використовується для культивування мікроорганізмів в рідинних середовищах і містить вертикально розташований циліндричний корпус 1 з патрубком 2 для введення живильної рідини і посівного матеріалу, патрубком 3 для видалення культуральної рідини та патрубком 4 для відведення відпрацьованого газу. В порожнині корпуса 1, співвісно з ним, на днищі розміщений аератор 5, у центрі аератора встановлений програмний пристрій 6 із з’єднаними з ним нижніми кінцями стропів 7, які утримують купол 8 керованого парашута.

Робота даного газліфтного барботажного апарату з керованим рухом стовпа повітряно-рідинної суміші здійснюється наступним чином. У попередньо простерілізований корпус 1 крізь патрубок 2 вводять робочу рідину, після чого, через аератор 5 впускають стиснений газ (повітря). Висхідний потік, рухаючися вгору, підіймає купол 8 керованого парашута і натягує стропи 7. Включається програмний пристрій 6 і регулює інтенсивність аерації та довжину стропів таким чином, щоб пройти всі задані режими за визначений час і забезпечити повноту тепломасообміну і аерації, а потому і якість виготовляємого продукту.

Створення енергетично активного турбулентного стану робочої рідини, наявність повітряно-рідинного стовпа усередині керованого парашута та на виході з його купола 8 через отвір 9, рух плинних потоків з боку днища корпуса 1 та з периферії циліндричної частини корпуса 1 разом із штучно створеним сферичним рухом керованого парашута відносно програмного пристрою 6 створюють всі необхідні умови для підвищення продуктивності технологічного процесу і росту якості виготовляємого продукту. Нарешті, значно зменшується матеріалоємкість обладнання.

Література:

1. А.с. 1497208 А1 СССР, С12М1/04. Аппарат для выращивания микроорганизмов [Текст]/ Ю.Ф. Давыдов, В.М. Геллис, В.К. Погудкин, В.М. Крац, В.Н. Соловьев, С.П. Уткин (СССР). - № 4109725/28-13; заявл. 21.08.86; опубл. 30.07.89, Бюл. № 28. – 1 с.: ил.

2. А.с. 1708829 А1 СССР, С12М1/04. Газлифтный барботажный аппарат [Текст]/ Ю.Г. Куляшов, В.И. Горячкин, С.П. Уткин, Ю.Н. Талызин, А.С. Васильев, В.М. Крац (СССР). - № 4612860/13; заявл. 01.12.88; опубл. 30.01.92, Бюл. № 4. – 1 с.: ил. 1.