CS259735B1

CS259735B1 - Facilities, in particular for aerobic and anaerobic fermentation and bioconversion

Info

Publication number: CS259735B1
Application number: CS862336A
Authority: CS
Inventors: Premysl Krovak; Zdenek Rehacek; Vladimir Kren
Original assignee: Premysl Krovak; Zdenek Rehacek; Vladimir Kren
Priority date: 1986-04-03
Filing date: 1986-04-03
Publication date: 1988-10-14
Also published as: CS233686A1

Abstract

Předmětem řešení je zařízení zejména pro aerobní a anaerobní fermentace a biokonverze. Zařízení obsahuje reakční nádobu s dutým rotorem otáčejícím se v kapalné fázi a tvořeným pláštěm, dnem, případně opatřený nástavcem, který má ve středu dna vstupní otvor pro vstup ‘kaptílné fáze do rotoru. Uvnitř dutého rotoru nebo ve vstupním otvoru nebo v nástavci dutého rotoru je umístěn distributor plynu, který může mít i samostatnou osu otáčení. Je-li uvnitř rotoru náplň pevné fáze nebo vestavba ® pevnou fázi, může být distributor plynu umístěn i v těchto prostorech uvnitř dutého rotoru. Další výhodou je, že dutý rotor může být opatřen plnicí, případně vyprazdňovací trubicí pro částice pevné fáze.The subject of the solution is a device, especially for aerobic and anaerobic fermentations and bioconversions. The device comprises a reaction vessel with a hollow rotor rotating in the liquid phase and formed by a jacket, a bottom, or possibly provided with an extension, which has an inlet opening in the center of the bottom for the entry of the liquid phase into the rotor. A gas distributor is located inside the hollow rotor or in the inlet opening or in the extension of the hollow rotor, which may also have a separate axis of rotation. If there is a solid phase filling or a solid phase installation inside the rotor, the gas distributor may also be located in these spaces inside the hollow rotor. Another advantage is that the hollow rotor may be provided with a filling or emptying tube for solid phase particles.

Description

Předmětem řešení je zařízení zejména pro aerobní a anaerobní fermentace a biokonverze. Zařízení obsahuje reakční nádobu s dutým rotorem otáčejícím se v kapalné fázi a tvořeným pláštěm, dnem, případně opatřený nástavcem, který má ve středu dna vstupní otvor pro vstup ‘kaptílné fáze do rotoru. Uvnitř dutého rotoru nebo ve vstupním otvoru nebo v nástavci dutého rotoru je umístěn distributor plynu, který může mít i samostatnou osu otáčení. Je-li uvnitř rotoru náplň pevné fáze nebo vestavba ® pevnou fázi, může být distributor plynu umístěn i v těchto prostorech uvnitř dutého rotoru. Další výhodou je, že dutý rotor může být opatřen plnicí, případně vyprazdňovací trubicí pro částice pevné fáze.The subject of the solution is a device especially for aerobic and anaerobic fermentations and bioconversions. The apparatus comprises a reaction vessel with a hollow rotor rotating in the liquid phase and formed by a jacket, a bottom, optionally provided with an extension having an inlet opening in the center of the bottom for the inlet of the capillary phase into the rotor. Inside the hollow rotor or in the inlet or in the extension of the hollow rotor there is a gas distributor, which may also have a separate axis of rotation. If there is a solid phase cartridge or solid-state assembly inside the rotor, the gas distributor can also be located in these spaces inside the hollow rotor. A further advantage is that the hollow rotor can be provided with a feed or discharge tube for solid phase particles.

Vynález se týká zařízení zejména pro aerobní a anaerobní fermentace a biokonverze.The invention relates in particular to apparatus for aerobic and anaerobic fermentations and bioconversions.

Pro účely zpracování tekoucích řídkých i velmi viskózních médií, zvláště pro fermentaci mikroorganismů, ale i pro jiné zejména chemické reakce, a to za účelem míchání (homogenizace], rozstřikování a čerpání kapaliny vzhůru, bylo vyvinuto zařízení sestávající z nádoby pro kapalné médium, ve které je umístěn dutý rotor, např. tvaru válce nebo komolého kužele s hnanou hřídelí, který je buď zcela, nebo částečně potopen do kapalného média. Dutý rotor je tvořen pláštěm, dnem, případně víkem.For the processing of flowing thin and very viscous media, particularly for the fermentation of microorganisms, but also for other chemical reactions in particular, for the purpose of mixing (homogenizing), spraying and pumping liquid upwards, a device consisting of a liquid medium container has been developed. a hollow rotor, for example a cylindrical or truncated cone with a driven shaft, is placed, either wholly or partially, in the liquid medium, the hollow rotor being formed by a jacket, a bottom or a lid.

Dno rotoru je opatřeno alespoň jedním vstupním otvorem pro kapalné médium a v plášti, případně víku dutého rotoru jsou výstupní otvory pro zpracovávanou kapalinu, vystupující z rotoru zpět do nádoby. (AO č. 228 221, AO č. 228 350 a další.]The bottom of the rotor is provided with at least one inlet opening for the liquid medium and there are outlet openings for the liquid to be processed, which exit from the rotor back into the vessel in the housing or cover of the hollow rotor. (AO No 228 221, AO No 228 350 and others.)

Později byl uvedený dutý rotor uzpůsoben tak, že v dutém rotoru byla uložena pevná fáze, s výhodou částice reakčního činidla ve formě náplně nebo vestavby, která je těmito částicemi naplněna a rotor je přeměněn na univerzální zařízení pro styk pevné a kapalné fáze. (AO č. 255 257.) Toto zařízení bylo pak uzpůsobeno zejména pro biokatalytické reakce pomocí imobilizavných enzymů a buněk (AO č. 256 203).Later, the hollow rotor has been adapted to receive a solid phase, preferably a charge or built-in reagent particle, in the hollow rotor, which is filled with the particles and converted into a universal solid-liquid contact device. (AO No. 255 257.) This device was then adapted especially for biocatalytic reactions using immobilizing enzymes and cells (AO No. 256 203).

Při otáčení rotoru v kapalném médiu (bez ohledu na to, zda jsou v dutině rotoru uloženy částice pevné průlinčité fáze. nebo ne) kapalina se nasává do rotoru vstupním otvorem ve dnu rotoru a uvnitř rotoru vytváří kapalinové vřeteno, v iehož středu vzniká povrchový kapalinový paraboloid. Nastává intenzívní cirkulace kapaliny dutým rotorem, přičemž kapalina vystupuje z rotoru výstupními otvorv v horní části nláště nebo otvory ve víku. Není-li rotor ooatřen těmito otvory ani víkem, je rozstřikován volně přes horní okraj rotoru zpět do kapalinv.When rotating the rotor in a liquid medium (regardless of whether or not solid particulate solids are embedded in the rotor cavity), the liquid is sucked into the rotor through an inlet at the bottom of the rotor and forms a fluid spindle inside the rotor centering a surface liquid paraboloid. . Intense circulation of the liquid through the hollow rotor takes place, with the liquid exiting the rotor through the outlet openings at the top of the housing or the openings in the lid. If the rotor is not provided with these openings or a lid, it is sprayed freely over the upper edge of the rotor back into the liquids.

Vvfcnívá-Ii otáčející se rotor s výstupními otvory nebo svým volným horním okrajem do prostoru nad hladinou kapaliny, je vystupující kapalina rozstřikována v tomto prostoru, např. na stěnv míchací nádoby ve formě drobných kapiček, po kterých pak stéká ve formě tenkého filmu zpět na hladinu kapalného média.When the rotating rotor with the outlet openings or its free upper edge into the space above the surface of the liquid is sprayed, the exiting liquid is sprayed in this space, for example on the wall of the mixing vessel in the form of tiny droplets. liquid medium.

V případě, že v rotoru je umístěna náplň s pevnou fází nebo vestavba s pevnou fází, dochází nřl cirkulaci kapalinv rotorem směrem vzhůru vedle míchání kapaliny i k intenzivnímu styku pevné fáze s kapalnou fází, která uvnitř rotoru si stále udržuje vlivem odstředivých sil tvar kapalinového vřetene.If a solid-phase cartridge or solid-phase installation is installed in the rotor, the liquid circulation in the rotor, in addition to the liquid mixing, also intensively contacts the solid phase with the liquid phase, which still maintains the shape of the liquid spindle inside the rotor.

Uvedené známé zařízení není zvlášť uzpůsobeno pro bioprocesy, při kterých se vyžaduje intenzívní styk kapalného média ještě navíc s plynnou fází, např. se vzduchem, kyslíkem, kysličníkem uhličitým, Nz, případně dalšími inertními plyny apod.Said known apparatus is not particularly suited for bioprocesses in which intensive contact of the liquid medium with an additional gaseous phase is required, e.g. air, oxygen, carbon dioxide, Nz, optionally other inert gases and the like.

Některé alternativy popsaného zařízení sice umožňují současně s mícháním i rozstřik kapalného, např. fermentačního média, do plynného, např. vzduchového prostoru nad hladinu média, ale např. pro růst některých prokaryontních a enkaryontních mikroorganismů nebo pro některé biokatalytické procesy se vyžaduje mnohem intenzivnější styk kapalné a plynné fáze.While some alternatives of the described apparatus allow for the spraying of a liquid, e.g. fermentation medium, into a gaseous, e.g. and gaseous phases.

Tak je tomu např. při submerzních fermentacích námelových alkaloidů, kdy je zapotřebí přivádět do bioprocesu zároveň Ch nebo vzduch, a to pod vyšším tlakem nebo ve větším množství než by mohl zajistit pouhý rozstřik kapalného^ média nad jeho hladinu.This is the case, for example, in submerged ergot alkaloid fermentations, where it is necessary to simultaneously feed Ch or air into the bioprocess at a higher pressure or in a larger quantity than a mere spray of liquid medium above its surface could provide.

Tyto nevýhody odstraňuje zařízení pro aerobní a anaerobní fermentace a biokonverze, podle vynálezu, obsahující nádobu a dutý rotor s hnanou hřídelí uvnitř nádoby, jehož podstatou je, že uvnitř dutého rotoru, ve vstupním otvoru nebo v nástavci dutého rotoru je umístěn distributor plynu.These disadvantages are overcome by the aerobic and anaerobic fermentation and bioconversion apparatus of the present invention comprising a vessel and a hollow rotor with a driven shaft inside the vessel, which has a gas distributor located inside the hollow rotor, in the inlet or in the hollow rotor extension.

Toto zařízení je uzpůsobeno jak pro běžné fermentace, kde se nevyžaduje přítomnost částic pevné fáze, tak bioreakce, kde se současně vyžaduje vedle kapalné a plynné fáze i přítomnost částic pevné fáze ve formě náplně nebo vestavby. V tomto případě může být distributor plynu umístěn přímo v náplni s pevnou fází nebo ve vestavbě s průlinčitými nebo perforovanými víky s náplní pevné fáze, která je uložena uvnitř dutého rotoru.The apparatus is adapted for both conventional fermentations where the presence of solid phase particles is not required, as well as bioreaction where, in addition to the liquid and gaseous phases, the presence of solid phase particles is also required in the form of a pack or embedded. In this case, the gas distributor may be placed directly in the solid phase charge or in a built-in solid or perforated lid with a solid phase charge which is housed inside the hollow rotor.

Dalším význakem zařízení podle vynálezu je, že distributor plynu může být opatřen samostatnou osou otáčení. Vzhledem k otáčejícímu se rotoru může se pak distributoi plynu nebo' jeho hlavaA further feature of the device according to the invention is that the gas distributor can be provided with a separate axis of rotation. Due to the rotating rotor, the gas or its head can then be distributed

1. otáčet ve stejném směru jako rotor, ale odlišnou rychlostí, (rychleji nebo' pomaleji, zejména je-li volně otáčen kapalinovým vřetenem vytvořeným v rotoru),1. Rotate in the same direction as the rotor, but at a different speed (faster or slower, especially if it is freely rotated by the liquid spindle formed in the rotor).

2. otáčet v opačném směru než rotor libovolnou rychlostí nebo2. Rotate in the opposite direction to the rotor at any speed; or

3. být v relativním klidu vůči otáčejícímu se rotoru (je-li např. pevně spojen s reakční nádobou, např. fermentační).3. be relatively at rest with the rotating rotor (if, for example, it is firmly attached to a reaction vessel, eg, a fermentation vessel).

Výhodou je, že tímto způsobem lze modelovat řadu pracovních režimů při styku kapalné a plvnné fáze nebo· všech tří fází, tj. kapalné, plynné i pevné. Distributor plynu, umístěný např. uvnitř náplně s pevnou fází, přebírá zároveň funkci mechanického míchadla kapaliny v prostoru této náplně uvnitř dutého rotoru.The advantage is that in this way it is possible to model a number of operating modes in contact of the liquid and solid phase or all three phases, ie liquid, gaseous and solid. At the same time, the gas distributor, located eg inside the solid phase charge, assumes the function of a mechanical fluid mixer in the space of the charge inside the hollow rotor.

Tím dochází k další intenzifikaci bioprocesu, při kterém plyn, např. vzdušný kyslík, rozpouští se dokonaleji v kapalné fázi a proniká do částic pevné fáze, např. tvaru globulí, obsahujících zakotvené mikrobiální buňky nebo jejich částice, čímž se vy5This further intensifies the bioprocess, in which the gas, e.g. air oxygen, dissolves more fully in the liquid phase and penetrates into solid particles, e.g. globules, containing embedded microbial cells or particles thereof, thereby eliminating

253735 tváří aerobní podmínky, nezbytné pr© řadu fermentací, např. pří výrobě alkaloidů.253735 faces aerobic conditions, necessary for a number of fermentations, eg in the production of alkaloids.

Distributor plynu sestává z hlavy a z trubice pro- přívod plynu, která Je ©spatřena regulačním ventilem, Trubice: pro přívod plynu je obvykle vedena centrálním vstupním otvorem uprostřed dna dutého rotoru, případně nástavcem dutého rotoru.The gas distributor consists of a head and a gas supply tube which is seen by a control valve. Tube: for gas supply, it is usually routed through a central inlet opening in the middle of the bottom of the hollow rotor, possibly by a hollow rotor extension.

Hlava distributoru může být např. posuvná ve svislém směru,, přičemž' může· mít i regulační funkce pro vstupující kapalnou fázi do dutého rotoru (víz dále obr. 1).For example, the distributor head may be movable vertically, and may also have a control function for entering the liquid phase into the hollow rotor (see FIG. 1 below).

Tvar hlavy distributoru plynu, která je opatřen® výstupními otvory pro distribuci plynu do kapalné fáze, může být různý, např. tvar dutého věnce, rovné trubice, perforované kruhové desky, sítky tvaru polokoule apod. Rovněž tak tvar dutého tělesa tvořící samotný rotor, tvar jeho dna, pláště, víka, tvar vstupních a výstupních otvorů rotoru, tvar dútiny v rotoru, ve kterém se nachází náplň s pevnou fázi nebo tvar do rotoru vložené vestavby s pevnou fází, není omezen.The shape of the gas distributor head having the outlet openings to distribute the gas into the liquid phase may be varied, e.g., hollow ring shape, straight tube, perforated circular plate, hemispherical sieves etc. Similarly, the shape of the hollow body forming the rotor itself, its bottom, shell, lid, shape of rotor inlet and outlet openings, the shape of the rotor cavity in which the solid-phase charge is located, or the shape of the solid-state embedded rotor assembly, is not limited.

Dalším význakem vynálezu je, že dutý rotor může být opatřen plnicí a vyprazďňovací trubicí pro částice' pevné' fáze. Touto trubicí může být např. dutá osa rotoru, pomocí které lze za pomoci přetlaku nebo vakua plnit nebo vyprazdňovat částice pevné fáze v dutině rotoru. Za tím účelem může být dutá osa rotoru v místech, kam má být uložena náplň pevné fáze, perforovaná nebo opatřena kanálky pro zavedení pevné fáze do tohoto prostoru. Částice pevné fáze lze pomocí trubice dávkovat též při otáčení rotoru, takže zaplnění dutiny rotoru pevnou fází se pak děje působením¹ odstředivé síly a odstředivého tlaku.Another feature of the invention is that the hollow rotor can be provided with a feed and discharge tube for the 'solid' phase particles. For example, the tube may be a hollow rotor axis through which the solid phase particles in the rotor cavity can be filled or emptied by pressure or vacuum. For this purpose, the hollow axis of the rotor may be perforated or provided with channels for introducing the solid phase into this space at the locations where the solid phase charge is to be stored. The solid phase particles can also be dosed by means of a tube while the rotor is rotating, so that the solid cavity of the rotor cavity is then filled by ¹ centrifugal force and centrifugal pressure.

, Na přiloženém výkrese jsou schematicky znázorněny některé příklady zařízení dle vynálezu v nárysu.Some examples of the device according to the invention in front view are schematically shown in the attached drawing.

Na obr. 1 je znázorněno zařízení podle vynálezu, u kterého¹ dutý rotor má tvar komolého kužele. Hlava distributoru plynu má tvar perforované polokoule, je umístěna v prostoru sacího nástavce, resp. ve vstupním- otvoru ve¹ dnu rotoru. Středem dutého· rotoru prochází plnicí a zároveň vyprazdňovací trubice' pro· pevnou fázi, Rotor je zcela ponořen pod hladinu kapalné fáze.FIG. 1 shows a device according to the invention in which ¹ hollow rotor is frustoconical. The gas distributor head has the shape of a perforated hemisphere. in the inlet opening in the ¹ bottom of the rotor. Through the center of the hollow rotor a solid-phase filling and discharge tube passes through the rotor and the rotor is completely submerged below the liquid phase.

Na obr. 2 je zobrazeno zařízení, a kterého' dutý rotor má tvar válcové trubice: Horní část rotoru vyčnívá nad hladinu kapalné fáze, takže cirkulující kapalina j'e neustále rozstřikována ve tvaru kapiček do vzduchového prostoru nad hladinou-. Distributor plynu tvaru perforovaného: věnce se samostatnou osou otáčení, je uložen v prostoru mezi dnem rotoru· a dolním perforovaným víkem·, nad kterým je v· dutině rotoru uložena pevná fáze. Náplň pev-né fáze má tvar prstence.FIG. 2 shows a device in which the hollow rotor has the shape of a cylindrical tube: the upper part of the rotor protrudes above the surface of the liquid phase so that the circulating liquid is constantly sprayed in droplet form into the air space above the surface. Perforated gas distributor: a ring with a separate pivot axis, is located in the space between the bottom of the rotor · and the bottom perforated lid · over which a solid phase is deposited in the rotor cavity. The solid phase charge is ring-shaped.

Obr. 3 znázorňuje alternativu zařízení, u kterého hlava distributoru plynu má tvar perforované trubice, která přechází na obon koncích do tvaru duté lopatky s otvory pro výstup plynné feze a která je· otočně uložena v prostoru náplně pevné fáze.Giant. 3 shows an alternative of a device in which the gas distributor head is in the form of a perforated tube that passes at the ends of the tube into the shape of a hollow vane with gaseous outlet openings and which is rotatably supported in the solid phase filling space.

Na obr. 4 je znázorněna další alternativa zařízení zejména pro aerobní a anaerobní fermentace a biokonverze, dle vynálezu, rovněž s rotorem ve tvaru válce, do kterého je vložena vyměnitelná vestavba v podobě kazety s kanálky pro cirkulující kapalnou fázi.FIG. 4 shows a further alternative of the apparatus, in particular for aerobic and anaerobic fermentations and bioconversions, according to the invention, also with a cylindrical rotor in which a removable insert in the form of a cassette with circulating liquid phase channels is inserted.

Dutý rotor, spojený s vestavbou, i distributor plynu jsou opatřeny samostatnou osou otáčení, takže se mohou (stejně jako u zařízení na obr. 2 a 3) otáčet nezávisle na sobě.The hollow rotor coupled to the installation and the gas distributor are provided with a separate axis of rotation, so that, as in the apparatus of FIGS. 2 and 3, they can rotate independently of one another.

Na obr. 1 je schematicky znázorněno zařízení dle vynálezu v nárysu, které sestává z reakční nádoby 1 se zarážkami 2, která je naplněna kapalnou fází 15 a ve které, potopený pod hladinou kapalné fáze 13, je otočně uložen dutý rotor 3, jehož vnější plášť 5 i vnitřní plášť 7 mají tvar komolého kužele. Nádoba 1 je opatřena víkem 21, ve kterém je upevněno ložisko 20 pro uložení osy 1» otáčení, která j:e dutá a tvoří současně plnicí ai vyprazdňovací trubici 11.FIG. 1 schematically shows a device according to the invention in a front view consisting of a reaction vessel 1 with stops 2 which is filled with a liquid phase 15 and in which, sunk below the liquid phase 13, a hollow rotor 3 is rotatably supported 5 and the inner sheath 7 are frustoconical. The container 1 is provided with a lid 21 in which a bearing 20 is mounted for receiving a rotation axis 1, which is hollow and simultaneously forms a filling and a discharge tube 11.

Dutý rotor 3, uzavřený perforovaným víkem 8 s otvory 17, je opatřen dnem 4, v jehož středu je centrální kruhový vstupní otvor 16 se spodním: kónickým nástavcem 25. Osa 10 otáčení spojuje rotor 3 s· elektromotorem 13, jehož otáčky lze regulovat. Prostor mezi oběma plášti 5 a 7 tvoří náplň pevné fáze 14 a je dole uzavřen perforovaným víčkem 18, kterým kapalná fáze 15 vstupuje do tohoto prostoru.The hollow rotor 3, closed by a perforated lid 8 with openings 17, is provided with a bottom 4 in the center of which is a central circular inlet opening 16 with a bottom conical extension 25. The axis of rotation 10 connects the rotor 3 with an electric motor 13 whose speed can be controlled. The space between the two skins 5 and 7 forms the filling of the solid phase 14 and is closed at the bottom by a perforated lid 18 through which the liquid phase 15 enters this space.

Distributor 12 plynu tvaru perforované polokoule je kluzně uložen ve spodním nástavci 25 v ucpávce 9. Je opatřen přívodní trubicí la plynu s regulačním ventilem 8·, kterou se přivádí plyn do· hlavy distributoru 12 plynu.The perforated hemisphere gas distributor 12 is slidably mounted in the bottom extension 25 in the seal 9. It is provided with a gas supply tube 1a with a regulating valve 8 through which gas is supplied to the head of the gas distributor 12.

Dutý rotor 3 je zcela ponořen pod’ hladinou kapalné fáze 15 a jeho otáčením vznikne v rotoru 3 kapalinové vřeteno·, které nasává otvorem» 18 okolní kapalnou fázi 15 do dutého rotoru 3.· V kuželovitém nástavci 25, ve kterém je uložen kluzně a< posuvně distributor 12 plynu, se kapalná fáze 13 spojuje s plynnou fází a obě fáze jsou pak nasávány spodním perforovaným víkem 18 do prostoru náplně pevné fáze 14. Posouváním hlavy distributoru 12 směrem dolů nebo nahoru lze regulovat průtok kapaliny dutým rotorem 3.The hollow rotor 3 is completely submerged below the level of the liquid phase 15 and rotates it to form a liquid spindle in the rotor 3 which sucks through the opening 18 the surrounding liquid phase 15 into the hollow rotor 3. In a tapered extension 25 in which it is slidably mounted. by sliding the gas distributor 12, the liquid phase 13 connects to the gas phase, and both phases are then sucked through the bottom perforated lid 18 into the solid phase filling space 14. By moving the distributor head 12 down or up, the fluid flow through the hollow rotor 3 can be controlled.

Přiváděný· plyn se v kapalné fázi 13 částečně rozpouští a současně proniká do částic pevné fáze 14. Tím jsou vytvořeny potřebné podmínky pro daný¹ proces, např. pro' biofeonverzi nebo biokaifalýzu. Obě fáze, tj. kapalina i plyn, poté cirkulují vzhůru pevnou fází 14 a horním perforovaným· víkem 6 dutého' rotoru 3 se vrací zpět do kapalné fáze 15' v nádobě 1.· The feed gas in the liquid phase is partially dissolved and 13 simultaneously penetrates into the particle solid phase 14. This provides the necessary conditions for the process ^1, e.g. for 'biofeonverzi or biokaifalýzu. The two phases, i.e. the liquid and the gas, then circulate upwards through the solid phase 14 and return through the top perforated lid 6 of the hollow rotor 3 to the liquid phase 15 'in the vessel 1.

Cirkulace kapalné fáze 15 a plynné fáze přiváděné distributorem 12 plynu skrze pev259735Circulation of the liquid phase 15 and the gas phase supplied by the gas distributor 12 through the station 259735

Ί nou fázi 14, jejíž částice jsou většího průměru než otvory 17 ve víku 18 a víku 6, probíhá nepřetržitě až do skončení reakce.The phase 14, the particles of which are larger in diameter than the holes 17 in the lid 18 and lid 6, runs continuously until the reaction is complete.

Na obr. 2 je znázorněn válcovitý dutý rotor 3, poháněný elektromotorem 13 s vodorovným dnem 4, ve kterém je centrální vstupní otvor 16, přičemž rotor 3 je opatřen spodním nástavcem 25.FIG. 2 shows a cylindrical hollow rotor 3, driven by an electric motor 13 having a horizontal bottom 4, in which there is a central inlet opening 16, the rotor 3 having a bottom extension 25.

Dutý rotor 3, svojí horní částí vyčnívající nad hladinu kapalné fáze 15, je otočně uložen v ložisku 20 ve víku 21 fermentační nádoby 1.The hollow rotor 3, with its upper part protruding above the surface of the liquid phase 15, is rotatably mounted in a bearing 20 in the lid 21 of the fermentation vessel 1.

Výstupní otvory 17 ve víku 6 dutého rotoru 3 jsou uspořádány v řadách nad sebou v horní části vnějšího pláště 5 rotoru 3, těsně pod víkem 6.The outlet openings 17 in the cover 6 of the hollow rotor 3 are arranged in rows one above the other in the upper part of the outer casing 5 of the rotor 3, just below the cover 6.

Hlava distributoru 12 plynu ve tvaru věnce s výstupními otvory pro plyn je umístěna v prostoru mezi dnem 4 rotoru 3 a spodním perforovaným víkem 18. Mezi vnějším pláštěm 5 a vnitřním pláštěm 7 dutého rotoru 3 je uložena náplň pevné fáze 14.The head of the gas distributor 12 in the form of a ring with gas outlet openings is located in the space between the bottom 4 of the rotor 3 and the bottom perforated lid 18. A solid phase charge 14 is disposed between the outer casing 5 and the inner casing 7 of the hollow rotor.

Distributor plynu 12 má samostatnou hnanou osu 19 otáčení, (právě tak jako rotor 3), která prochází ucpávkou 9 ve dnu fermentaění nádoby 1. Osa 19 spojuje distributor 12 s elektromotorem 13, umístěným pod nádobou 1. Náplň pevné fáze 14 (částice) mezi vnějším a vnitřním pláštěm 5 a 7 má tvar prstence a je nahoře uzavřena víkem rotoru 3 a dole víkem 18, které je na svém obvodu perforované ve tvaru mezikruží.The gas distributor 12 has a separate driven axis of rotation 19 (as well as the rotor 3) that passes through the seal 9 in the bottom of fermentation of the container 1. The axis 19 connects the distributor 12 to an electric motor 13 located below the container. the outer and inner skins 5 and 7 are ring-shaped and are closed at the top by a rotor cover 3 and at the bottom by a cover 18, which is perforated on its periphery in the form of an annulus.

Vzhledem k otáčejícímu se rotoru 3 se distributor 12 plynu otáčí opačným směrem. Mezi dnem 4 rotoru 3 a spodním víkem 18 se vytváří specifické vírové pole, obsahující bublinky vstupujícího plynu, které je nasáváno nepřetržitě se tvořícím kapalinovým vřetenem uvnitř náplně pevné fáze 14.With respect to the rotating rotor 3, the gas distributor 12 rotates in the opposite direction. Between the bottom 4 of the rotor 3 and the lower lid 18, a specific vortex field is formed, containing the bubbles of the incoming gas, which is sucked in by the continuously forming liquid spindle inside the solid phase charge 14.

Na obr. 3 je zobrazeno další možné zařízení dle vynálezu, u kterého distributor 12 plynu (O2) je otočně uložen v prostoru náplně pevné fáze 14 a má tvar duté trubice rozšířené na obou koncích do tvaru lopatky, která je opatřena výstupními otvory pro přiváděný plyn do prostoru, ve kterém je náplň pevné fáze 14.Fig. 3 shows another possible device according to the invention, in which the gas distributor (O2) is rotatably mounted in the solid-phase filling space 14 and has the shape of a hollow tube extended at both ends to a vane shape having gas outlet ports into the space in which the solid phase is 14.

Rotor 3, který se otáčí pod hladinou kapalné fáze 15, je opatřen odnímatelným víkem 6 s výstupními otvory 17, které jsou posunuty ke středu víka 6. Uvnitř rotoru 3 je dutina se spodním perforovaným víkem 18, vyplněná volně loženými částicemi pevné fáze 14 tak, aby tyto při otáčení rotoru 3 mohly vířit v prostoru této dutiny v podobě suspenze.The rotor 3, which rotates below the surface of the liquid phase 15, is provided with a removable lid 6 with outlet openings 17 that are displaced towards the center of the lid 6. Inside the rotor 3 is a cavity with a lower perforated lid 18 filled with bulk solids 14 particles. so that they can whirl in the space of this cavity in the form of a suspension when the rotor 3 is rotated.

Přírodní trubice 19 plynu s regulačním ventilem 8, otáčející se pomocí elektromotoru 13, je vedena ucpávkou 9 skrze dno nádoby 1 a ložiskem 20 skrze perforované víčko 18. Osa 10 otáčení má zároveň funkci plnicí případně vyprazdňovací trubice 11 pro pevnou fázi 14, a to pomocí přetlaku případně vakua z vnější strany nebo pomoci odstředivé síly.The natural gas tube 19 with the control valve 8 rotating by the electric motor 13 is guided through the seal 9 through the bottom of the container 1 and through the bearing 20 through the perforated cap 18. The rotation axis 10 also functions as a filling or discharge tube 11 for the solid phase 14. overpressure or vacuum from outside or by centrifugal force.

Otáčí-li se dutý rotor 3, cirkulující kapalná fáze 15 se nasává do nitra rotoru 3, kde se nachází náplň s pevnou fází 14 a to centrálním otvorem 16 ve dnu 4 rotoru 3 a je vedena dále vzhůru skrze perforovaný obvod spodního víka 18. Zde vstupuje do dutiny rotoru 3, ve které jsou volně loženy částice pevné fáze 14.When the hollow rotor 3 is rotating, the circulating liquid phase 15 is sucked into the interior of the rotor 3, where the solid phase cartridge 14 is located through the central opening 16 in the bottom 4 of the rotor 3 and fed upward through the perforated periphery of the lower cover 18. enters the cavity of the rotor 3 in which the solid phase particles 14 are loosely loaded.

Lopatky distributoru 12 se buď neotáčejí vůbec, otáčejí se opačným směrem než rotor 3 nebo libovolným směrem, ale odlišnou rychlostí než rotor 3.The blades of the distributor 12 either do not rotate at all, rotate in the opposite direction to the rotor 3 or in any direction, but at a different speed than the rotor 3.

Distributor 12 plynu zajišťuje jednak přívod plynu a jednak působí zde jeho mechanické vzduchové míchadlo kombinované s lopatkovým, které vytváří specifický homogenizační režim uvnitř rotoru a uvnitř náplně pevné fáze, vhodný pro styk všech tří fází, kapalné, pevné i plynné.The gas distributor 12 provides both a gas supply and a mechanical air mixer combined with a vane, which provides a specific homogenization mode inside the rotor and inside the solid phase charge, suitable for contacting all three phases, liquid, solid and gaseous.

Rovněž vzhledem k umístění výstupních otvorů 17 ve víku 6 rotoru 3,' které tvoří mezikruží, ale posunuté směrem ke středu otáčení, vytváří se pod víkem 6 tlaková kapsa, takže styk všech tří fází v tomto prostoru se děje za zvýšeného hydraulického tlaku.Also, due to the location of the outlet openings 17 in the rotor cover 6, which form an annulus but moved towards the center of rotation, a pressure pocket is formed under the cover 6 so that the contact of all three phases in this space takes place under increased hydraulic pressure.

Hlava distributoru 12 plynu působí tedy současně jako mechanické míchadlo, které je duté a přivádí se jim potřebný plyn. Jeho tvar může být libovolný.Thus, the gas distributor head 12 acts simultaneously as a mechanical stirrer which is hollow and is supplied with the necessary gas. Its shape can be any.

Na obr. 4 je znázorněno schematicky zařízení dle vynálezu rovněž v nárysu, u kterého jak válcový dutý rotor 3 s vloženou vyměnitelnou vestavbou 22, tak distributor 12 plynu tvaru perforované kruhové desky jsou opatřeny samostatnou osou 10 otáčení, každá s vlastním regulovatelným pohonem pomocí elektromotoru 13. Osa 10 otáčení, kterou tvoří trubice s distribučními otvory 27, má zároveň funkci plnicí, případně vyprazdňovací trubice 11 pro částice pevné fáze 14.FIG. 4 shows schematically the device according to the invention also in front view, in which both the cylindrical hollow rotor 3 with the interchangeable insert 22 and the gas distributor 12 in the form of a perforated circular plate are provided with a separate pivot axis 10 each with its own adjustable drive by an electric motor 13 The axis of rotation 10, which consists of a tube with distribution openings 27, also functions as a filling or discharge tube 11 for solid phase particles 14.

Vestavba 22 s náplní pevné fáze má tvar válcovité kazety, s průlinčitými nebo perforovanými víky 24, která dosedá na kruhovou vložku 26, umístěnou na dnu 4 rotoruThe solid-phase cartridge 22 is in the form of a cylindrical cassette with punctured or perforated lids 24 that abuts a circular insert 26 located on the rotor bottom 4

3.3.

Vestavba 22 je uvnitř rozdělena příčnými přepážkami 23 tvaru mezikruží na vodorovné kanálky, kterými je vedena od zdola nahoru kapalná fáze 15 spolu s bublinkami plynné fáze.The installation 22 is divided internally by transverse baffles 23 in the form of an annular ring into horizontal channels through which the liquid phase 15 together with the gas phase bubbles is led from bottom to top.

Rotor 3 je ponořen pod hladinou kapalné fáze 15 a výstupní otvory 17 pro cirkulující kapalinu jsou provedeny ve víku 6 rotoru 3.The rotor 3 is submerged below the surface of the liquid phase 15 and the outlet openings 17 for the circulating liquid are provided in the cover 6 of the rotor 3.

Systém vytváří další možný režim pro zintenzivnění styku všech tří fází, kapalné, pevné a plynné.The system creates another possible mode for intensifying the contact of all three phases, liquid, solid and gaseous.

Obr. 1 až 4 sice znázorňují zařízení, ve kterém dochází ke styku všech tří fází, obdobně však bude pracovat i zařízení dle vynálezu, u kterého dutý rotor nebude obsahovat částice pevné fáze ve formě náplně nebo vestavby (pro styk jen kapalné a plynné fáze).Giant. 1 to 4 illustrate a device in which all three phases are in contact, the device according to the invention will work similarly, in which the hollow rotor will not contain solid phase particles in the form of a pack or a built-in (for liquid-gas contact only).

259259

Zařízení dle vynálezu je obecně použitelné pro různé procesy, kde se vyžaduje intenzívní distribuce plynu do kapalné, případně pevné fáze, zejména pro katalytické procesy, při kterých se zúčastní i aktivova3 5 íí né nosiče s částicemi pevné fáze. Zařízení je výhodné zvlášť pro aerobní a anaerobní fermentační procesy, biokatalýzu a biokonverzi, např. pomocí immobilizovaných enzymů a buněk.The device according to the invention is generally applicable to various processes where intensive gas distribution into the liquid or solid phase is required, particularly for catalytic processes in which activated solid phase particulate carriers are also involved. The device is particularly useful for aerobic and anaerobic fermentation processes, biocatalysis and bioconversion, eg by means of immobilized enzymes and cells.

pRedmStpRedmSt

1. Zařízení zejména pro aerobní a anaerobní fermentace a biokonverze, obsahující reakční nádobu s přívodem plynu a dutý rotor s hnanou hřídelí, který je umístěn uvnitř reakční nádoby a který je tvořený pláštěm a dnem, případně opatřený nástavcem, přičemž v středu dna je alespoň jeden vstupní otvor pro vstup kapalné fáze do rotoru, přičemž dutý rotor je nahoře otevřený nebo opatřený víkem, vyznačený tím, že uvnitř dutého rotoru (3), ve vstupním otvoru (16) nebo v nástavci (25) dutého rotoru (3) je umístěn distributor (12J Plynu. jA device, in particular for aerobic and anaerobic fermentations and bioconversions, comprising a gas supply reaction vessel and a hollow shaft with a driven shaft, which is located inside the reaction vessel and is formed by a jacket and a bottom, optionally provided with an adapter, an inlet opening for entering the liquid phase into the rotor, wherein the hollow rotor is open at the top or provided with a lid, characterized in that a distributor is located inside the hollow rotor (3), in the inlet (16) or in the extension (25) of the hollow rotor (3) (12J Gas. J

Claims

YNALEZU

Device according to claim 1, characterized in that the gas distributor (12) is placed in a solid-phase charge or in a built-in (22) with solid-state perforated or perforated caps which is housed inside the hollow rotor (3).

Device according to Claims 1, 2 and 3, characterized in that the gas distributor (12) is provided with a separate pivot axis (10).

Device according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the hollow rotor (3) is provided with a feed and discharge tube (11) for solid phase particles.

4 sheets of drawings

Fig.1

Giant. 2.

Oif.3