Мельник В.М., Тривайло М.С., Карачун В.В.

Національний технічний університет України «КПІ»

ГАЗЛІФТНИЙ БАРБОТАЖНИЙ АПАРАТ

Пропонуєма конструкція відноситься до біотехнології, а саме до газліфтних барботажних апаратів і може бути використана для вирощування мікроорганізмів.

Відомий газліфтний барботажний апарат (ГБА) для вирощування мікроорганізмів, який містить циліндричний корпус з технологічними патрубками і розміщений в його порожнині перфорованими тарілками (дисками) з переточними отворами, дисковий аератор, а також розташовані зовні корпусу циркуляційні труби. Недоліки цього ГБА полягають у відносно великих габаритах та матеріалоємності внаслідок зовнішнього розташування циркуляційних труб.

Відома також конструкція ГБА, яка містить розміщені по спільній осі вертикально розташований циліндричний корпус з технологічними патрубками і встановлену з зазором відносно стінок корпусу в його порожнині циркуляційну трубу постійного діаметра, а також розташований під циркуляційною трубою спіральний трубчастий аератор. Вадою конструкції являється відносно низька продуктивність внаслідок пасивного перемішування (масообміну), яка обумовлена незмінною площею поперечних перерізів потоків, а отже, і швидкостей переміщення в них робочої рідини по її висоті.

В основу пропонуємої конструкції поставлена задача вдосконалення ГБА шляхом зміни форми циркуляційної труби і, як наслідок, зміну швидкостей переміщення робочої рідини по її висоті, що інтенсифікує процес перемішування, темпи росту 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 з радіальним зазором циркуляційну трубу, а також встановлений під циркуляційною трубою аератор.

Надання циркуляційній трубі бочкоподібної форми, на відміну від циліндричної форми, забезпечує переміщення робочої рідини із змінними по її висоті швидкостями, що призводить до турбулізації в потоках, внаслідок чого інтенсивність перемішування зростає. Інтенсифікація процесу перемішування прискорює ріст мікроорганізмів і приводить до підвищення продуктивності.

На рис.1 схематично зображений пропонуємий ГБА, загальний вигляд; на рис.2 – переріз А-А на рис.1.

ГБА містить вертикально розташований циліндричний корпус 1 з патрубком 2 для введення живильної рідини і посівного матеріалу (робоча рідина), патрубком 3 для видалення культуральної рідини та патрубком 4 для відведення відпрацьованого газу. В порожнині корпусу 1 вздовж його осі встановлена циркуляційна труба 5 та розміщений під нею аератор 6. Циркуляційна труба 5 має бочкоподібну форму з радіусом бочки R і зафіксована від зміщень пластинами 7 або іншим відомим способом та утворює з внутрішньою поверхнею корпусу 1 змінний по її висоті радіальний зазор «δ».

Працює ГБА наступним чином. У попередньо простерилізований корпус крізь патрубок 2 вводять робочу рідину 8, після чого в аератор 6 подають стиснений газ (повітря), який у вигляді численних бульбашок 9 надходить в трубу 5 і утворює з робочою рідиною рідиноповітряну суміш, яка набагато легша від робочої рідини, що знаходиться в зазорі «δ» між трубою і корпусом 1. Різна щільність (питома вага) робочої рідини в порожнині циркуляційної труби і навколо неї породжує висотну циркуляцію 10 рідинного середовища в корпусі 1 з утворенням протилежно напрямлених потоків 11 і 12. Так як потоки 11, 12 внаслідок бочкоподібної форми циркуляційної труби мають змінні по висоті робочої рідини площі поперечних перерізів, то і швидкості 13 руху в них робочої рідини набувають також змінного характеру, що викликає додаткове перемішування. Циркуляція робочої рідини відбувається до тих пір, доки повітря надходить в циркуляційну трубу. Відпрацьоване повітря через патрубок 4 видаляється в навколишнє середовище.

Оскільки переміщення робочої рідини в потоках 11, 12 по їх висоті (довжині) відбувається із змінними швидкостями, тому інтенсивність перемішування зростає, прискорюється ріст мікроорганізмів і підвищується продуктивність процесу.

Бочкоподібна конструкція труби не є єдино можливою. Перспективними слід вважати внутрішні оболонки з довільною геометрією лінії меридіану, що надає можливість для вирішення інших задач технологічного процесу.