CZ734488A3

CZ734488A3 - Zařízení na výměnu tepla

Info

Publication number: CZ734488A3
Application number: CS887344A
Authority: CZ
Inventors: Harold Ray Hunt
Original assignee: Phillips Petroleum Company
Priority date: 1987-11-09
Filing date: 1988-11-08
Publication date: 1999-07-14
Also published as: US4871016A; ATE86381T1; NO170602C; JPH01159592A; RU2065555C1; DK170239B1; ES2038271T3; EP0315928A3; NO884997L; SK734488A3; EP0315928B1; DD297871A5; EP0315928A2; DK622388A; CZ287638B6; AU593430B2; CA1290632C; NO170602B; SK280794B6; AU2436488A

Description

Trubky /10/ trubkového svazku /20/ zařízení na výměnu tepla, kterým protéká napříč teplosměnné médium, jsou podepřeny tyčemi /34, 38/, svírajícími ostrý úhel se směrem proudění. Trubkové svazky /20/, podepřené tyčemi /34, 38/, jsou umístěny v promíchávané nádobě, ve které dochází k výměně tepla mezi trubkovými svazky /20/ a tekutinou nacházející se v promíchávané nádobě. Promíchávanou nádobou je zejména fermentor pro kultivaci bakterií nebo kvasinek.

CZ 7344-88 A3

WHW=

01-665-88-Ho

PV 7344-88

Zařízení na výměnu tepla

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení na výměnu tepla, v němž se zejména řeší podepření většího počtu trubek.

Dosavadní stav techniky

Pro četné reakce chemické přeměny je zapotřebí výměny tepla, a to buď k odvádění reakčního tepla nebo k dodávání tepla nezbytného pro chemickou přeměnu. Nejúčinnějším ústrojím, které má velkou teplosměnnou plochu, na kterou působí reakční médium, jsou trubkové svazky, to znamená svazky rovnoběžných trubek. Problémem, který je spojen s trubkovými svazky, je vhodný nosič pro jednotlivé trubky, který by zajišťoval konstrukční celistvost trubkového svazku při silných míchacích a vibračních silách a při tepelném namáhání. Takové síly působí obzvlášť škodlivě na jednotlivé trubky trubkového svazku tehdy, když tekutina proudící přes teplosměnné plochy je vedena kolmo k délce trubek. Existuje proto potřeba vytvořit vhodné ústrojí k podepření jednotlivých trubek trubkového svazku, na který působí při provozu silné namáhání, například v promíchávané nádobě.

Úkolem vynálezu proto je vytvořit zařízení na výměnu tepla s účinnými prostředky pro podepření jednotlivých trubek ve svazku rovnoběžných trubek.

Dalším úkolem vynálezu je vytvořit promíchávanou nádobu opatřenou velmi účinným ústrojím pro výměnu tepla.

• · • · · ···· · · • · · · · · · ·· ··

Podstata vynálezu

Uvedený úkoly splňuje zařízení na výměnu tepla, podle vynálezu, jehož podstatou je, že obsahuje rovnoběžné trubky tvořící trubkový svazek, který má podélnou osu, přičemž trubky jsou uspořádány v rovnoběžných trubkových řadách s pravidelnými přímými průchody, které procházejí trubkovým svazkem napříč ke směru trubkových řad, přičemž první soustava průchodů prochází trubkovým svazkem pod úhlem +Θ1 vzhledem ke směru trubkových řad a druhá soustava průchodů prochází trubkovým svazkem pod úhlem -Θ1 vzhledem ke směru trubkových řad, třetí soustava průchodů prochází trubkovým svazkem pod úhlem +Θ2 vzhledem ke směru trubkových řad a čtvrtá soustava průchodů prochází trubkovým svazkem pod úhlem -Θ2 vzhledem ke směru trubkových řad , kde Θ1 leží v rozmezí 10° až 60°, Θ2 leží v rozmezí 40° až 80° a Θ2 je větší než Θ1, dále první pás obklopující vnější trubky trubkového svazku, dále první soustavu tyčí připevněných k prvnímu pásu a procházejících první soustavou průchodů, kde každá tyč první soustavy má dostatečný průměr pro dotek s trubkami tvořícími hranice každého průchodu první soustavy průchodů a každá trubka trubkového svazku je v doteku nejméně s jednou tyčí první tyčové soustavy, dále druhý pás, uspořádaný axiálně v odstupu od prvního pásu vzhledem k podélné ose trubkového svazku, přičemž druhý pás obklopuje vnější trubky trubkového svazku, a dále druhou soustavu tyčí připevněných k druhému pásu a procházejících druhou soustavou průchodů, kde každá tyč druhé soustavy má dostatečný průměr pro dotek s trubkami tvořícími hranice každého průchodu (30) druhé soustavy průchodů a každá trubka trubkového svazku je v doteku nejméně s jednou tyčí druhé tyčové soustavy.

Podle výhodného provedení vynálezu je v trubkovém svazku třetí soustava průchodů a čtvrtá soustava průchodů prostá trubek.

• · • · ·

Podle dalšího výhodného provedení vynálezu mají trubky vnější průměr D a vzdálenost mezi trubkovými řadami měřená od středu ke středu trubek je nejméně 2D.

Podle dalšího výhodného provedení vynálezu mají sousední trubkové řady mají vzájemnou vzdálenost v rozmezí 2D až 4D, sousední trubky v trubkové řadě mají vzájemnou vzdálenost v rozmezí 1,5D až 2,5D, měřeno od středu ke středu trubky a vzdálenost mezi trubkovými řadami je větší než vzdálenost mezi sousedními trubkami téže trubkové řady.

Trubky jsou s výhodou vzájemně přesazeny do trojúhelníkové rozteče.

Podle dalšího výhodného provedení vynálezu je trubkový svazek obklopen nádobou, jejíž podélná osa je rovnoběžná s podélnou osou trubkového svazku a leží od něj s odstupem, přičemž trubkový svazek je umístěn v nádobě mezi její podélnou osou a vnitřní stěnou.

Podle dalšího výhodného provedení vynálezu má nádoba obecně válcovou vnitřní plochu, trubkové řady jsou umístěny podél tětiv procházejících přes vnitřní plochu nádoby a vnitřní průměr nádoby je nejméně 2,5násobkem délky trubkových řad.

Podle dalšího výhodného provedení vynálezu leží vnitřní průměr nádoby v rozmezí 2,5 až 5násobku délky trubkových řad, přičemž zařízení dále obsahuje soustavu trubkových svazků, umístěných do kruhu u vnitřní stěny nádoby, a míchadlo, umístěné v ose nádoby k vyvolávání příčného proudění kapaliny soustavou trubkových svazků.

Podle dalšího výhodného provedení vynálezu zařízení dále obsahuje první prut, který vyčnívá z trubkového svazku napříč

- 4 » · · · ι · · · • · · * · · • · ·· »· vzhledem k trubkovým řadám a spojuje první pás s válcovou vnitřní plochou nádoby, a druhý prut, vycházející od trubkového svazku napříč vzhledem k trubkovým řadám a spojující druhý pás s válcovou vnitřní plochou nádoby.

První pás je s výhodou spojen s druhým pásem soustavou vzpěr, které jsou uspořádány na rotační dráze kolem části trubkového svazku.

Každá trubková řada je s výhodou spojena se vstupní sběrnou trubkou a s výstupní sběrnou trubkou.

Každý trubkový svazek s výhodou obsahuje tři až deset trubkových řad.

Každý trubkový svazek je vytvořen asi ze dvou až dvaceti trubkových řad, přičemž trubky sousedních řad jsou vzájemně přesazeny tak, že leží ve trubky v každé řadě jsou tyčových mezistěn, z nichž vrcholech trojúhelníku. Jednotlivé radiálně podepřeny pomocí dvojice každá obsahuje dostatečné množství tyčí, aby každá trubka trubkového svazku byla podepřena každou tyčovou mezistěnou na dvou stranách, takže dvojice tyčových mezistěn podpírají všechny čtyři strany každé trubky, čímž je každá trubka trubkového svazku podepřena v radiálním směru. Otevřená soustava tyčí vytváří podpěru pro trubky, aniž by příliš ovlivňovala proudění tekutiny. V důsledku silného příčného proudění, procházejícího trubkovým svazkem, není úbytek tlaku vyvolaný umístěním tyčí do každého průchodu v trubkovém svazku tak velký, jako kdyby proudění bylo v podstatě podélné po rovnoběžných stranách trubek. Přídavné tyče, umístěné v každé mezistěně, zajištují radiální podepření trubek při menším počtu mezistěn, než kdyby každá mezistěna obsahovala značně menší počet tyčí, než jaké lze uložit do svazku v místě mezistěny.

• · · · • · ··· ·· · ···· • · · · · · · · · · · • ···«·«· · · · ··· ··· • · · · · · · · · «· · ·· ·· · · · ·

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude vysvětlen v souvislosti s výkresy, kde obr. 1 znázorňuje podélný řez trubkovým svazkem, který má některé znaky vynálezu, obr. 2a 3 příčné řezy zařízením z obr. 1 v pohledu znázorněném směrem šipek, obr. 4 podélný řez částí trubkového svazku, patrný z obr. 1, v pohledu podél znázorněných čar, obr. 5 axonometrický pohled na část zařízení z obr. 1 a obr. 6 reakčni nádobu v částečném podélném řezu a s vynechanými částmi a znázorňuje určité znaky vynálezu podle obzvláště výhodného provedení.

• · ··· ······ ·· • · · · · · · · · ···« ·· · · · · · • V ···· · · · · * ··· ··· « *> · » · « · · * ·· · ·» ·» ·· ··

- 6 Příklady provedení vynálezu

Obr. i znázorňuje soustavu rovnoběžných trubek iQ, které tvoří trubkový svazek zO, jehož podélná osa je rovnoběžná s trubkami iQ. Jak ukazuje obr. z a 3, jsou trubky 10 uspořádány do většího počtu rovnoběžných trubkových řad sz. Trubkovým svazkem zO procházejí napříč k ose trubkových řad zz pravidelné rovné průchody ³4, 26, 28, 30. Trubky iQ jsou uspořádány tak, že mezi nimi vzniká první soustava průchodů z8, které svírají s podélným směrem trubkových řad zz úhel +θι, a druhá o soustava průchodu 30, které svírají s podélným směrem trubkových řad z z úhel -θι. Mimoto prochází mezi trubkami iQ trubkového svazku zO třetí soustava průchodů 2$, které svírají s trubkovými řadami zz úhel +θζ, a čtvrtá soustava průchodů 24, které procházejí trubkovým svazkem zO pod úhlem -θζ vzhledem ke směru trubkových řad zz_. Úhel θι leží v rozmezí asi odi($ do 60°, úhel 9z leží v rozmezí přibližně 4O⁰ až 80°, přičemž úhel θζ je větší než úhel Oi.

Podle jednoho provedení vynálezu jsou trubky 10 trubkového svazku zO podepřeny tyčovými mezistěnami, které jsou tvořeny pásem nebo prstencem a větším počtem tyčí připevněných k tomuto pásu. Podle obr. z obepíná první pás 32 vnější trubky 10 trubkového svazku 20.

K prvnímu pásu 32 je připevněna první soustava tyčí 34, které procházejí první soustavou průchodů 28. Tyče 34

0677^7

7/

- 7 této první soustavy mají tak velký .průměr, aby se dotýkaly trubek 10, které tvoří hranice každého průchodu 28. první soustavy, přičemž každé trubky iQ trubkového svazku 20 se dotýká alespoň jedna tyč 34 první tyčové soustavy. Podle obr. 3 leží druhý pás 36 s mezerou v podélném směru od prvního pásu 32 a obklopuje rovněž vnější trubky iQ trubkového svazku 20, Ke druhému pásu 3é je připevněna druhá soustava tyčí 38, které procházejí druhou soustavou průchodů jO. Každá tyč. 38 druhé tyčové soustavy má rovněž tak velký průměr, aby se dotýkala trubek 1O tvořících hranice každého průchodu 30 druhé soustavy. Každé trubky iQ trubkového svazku 20 se dotýká nejméně jedna tyč 38 druhé tyčové soustavy.

Podle vynálezu je výhodné, aby v trubkovém svazku 30 nebyly v třetí soustavě průchodů 24 ani ve čtvrté soustavě průchodů 26 žádné tyče 34, 38. Tím, že trubkovým svazkem 20 procházejí vzájemně se podporující tyče 34# 38 , jež spolu svírají úhel ležící v blízkosti hodnoty gO°, se konstrukční pevnost trubkového svazku 20 podstatně zlepší. Je proto účelné, aby úhel mezí první soustavou průchodu 28 a druhou soustavou průchodů 30, v nichž jsou tyče 34, 38 uloženy, ležel v rozmezí asi od 60° přibližně do 12Ο⁰

Vzdálenost mezi trubkami iQ lze popsat v souvislosti s vnějším průměrem D trubek íO trubkového svazku 20.

Obecně jsou trubkové řady 22 od sebe oddáleny o vzdálenost nejméně 2D, měřeno od střS.du ke středu trubek íO.

Zpravidla je vzdálenost mezi trubkovými řadami v rozmezí od 2Ό do 4D. Sousední trubky íO v jedné trubkové řadě 22. mají zpravidla vzdálenost v rozmezí asi od i,sD asi do 2,sD, měřeno od středu ke středu trubky íO. Vzdálenost mezi trubkovými řadami 22 je obecně větší než vzdálenost mezi sousedními trubkami íO téže trubkové řady 22.

V trubkovém svazku 20 podle vynálezu je dále účelné, aby trubky 10 byly rozestaveny do trojúhelníků, takže tekutina proudící trubkovým svazkem 20 napříč má snahu téct přes trwbky 10 místo protékat průchody 24, 2Ó,3O, což by mělo za následek málo účinnou výměnu tepla.

Podle obr. 1 je každá trubková řada 22 připojena ke vstupní sběrné trubce 2 a výstupní sběrné trubce 2· Vstupní sběrná trubka 2 wňže být umístěna pod opačným koncem trubkových řad 22 než výstupní sběrná trubka 2 např. s ohledem na větší místo pod trubkovými svazky 20. Napájecí trubka £ prochází boční stěnou . 40 nádoby a přivádí tekutím. do vstupní sběrné trubky 2· Boční stěnou 40 prochází rovněž odváděči trubka n_z kterou se odvádí tekutina z^ýstupní sběrné trubky 2 ^ven z nádoby.

- 9 Vstupní sběrná trubka z 1^e spojena stoupacími trubkami £3 s dělenou rozváděči trubkou na níž je upevněna řada 22 trubek 10. Stoupací trubka 44 spojuje dělenou rozváděči trubku £ s výstupní sběrnou trubkou z·

Jak ukazuje obr. 4, je dělená rozváděči trubka z rozdělena přepážkou 4Ó na vstupní komoru 48 a výstupní komoru 50. Vstupní komora 48 je spojena stoupací trubkou 42 se vstupní sběrnou trubkou 3. Podle výhodného provedení vynálezu sestává každá trubka iQ z bajonetové trubkové sestavy 53, která je připevněna k dělené rozváděči trubce £. Bajonetová trubková sestava 52 je tvořena první vnitřní trubkou 54 a druhou vnější trubkou 56^ která je soustředná s vnitřní trbkou 54.

První konec vnitřní trubky 54 je připevněn k otvoru v přepážce 46 a druhý konec 58 vnitřní trubky 54 leží s mezerou pod čepičkou 60, uzavíraj ící vnější trubku 56. Vnější trubka 56 ústí do otvoru v boční stěně dělené rozváděči truvky takže dráha proudění probíhá od vstupní komory 48 vnitřní trubkou 54 do druhého konce bajonetové trubkové sestavy 52 a odtud prstencovým prostorem 62 mezi vnitřní trubkou 54 a vnější trubkou 56 do výstupní komory 50 dělené rozváděči trubky z· Z výstupní komory 5O proudí tekutina stoupací trubkou 4.4 nahoru do výstupní sběrné trubky z ^aodtud odváděči trubkou 11 ven z nádoby.

Trubkového svazku 20 podle vynálezu se s výhodou používá v procesech, které zahrnují výměnu tepla s kalinou uvnitř promíchávané nádoby. Kapalina v promíchávané nádobě protéká trubkovým svazkem 20 a teče mezi trubkami iQ v rovnoběžných trubkových řadách 22.

Kapalina v nádobě je s výhodou promíchávána míchadlem 64, umístěným v ose nádoby óó (obr. 6). Kolem vnitřní plochy nádoby 66 mezi její podélnou osou a vnitřní stranou je uspořádán větší počet trubkových svazku. 2O. Trubkové řady 22 jsou s výhodou sestaveny podél tětiv, které procházejí obecně válcovou částí nádoby 66.

Každý trubkový svazek 20 tvoří asi až dvacet trubkových řad 22 i rovnoběžných trubek 10, přičemž trubky 10 v sousedních trubkových řadách 22 jsou přesazeny tak, že leží ve vrcholech trojúhelníka. S výhodou sestává každý trubkový svazek 30 ze tří až dvanácti trubkových řad 22_, Jednotlivé trubky 10 jsou radiálně podepřeny dvojicí popsaných tyčových ' mezistěn, z nichž každá obsahuje dostatečný počet tyčí 34/ 38 , aby každá trubka 10 trubkového svazku 20 byla podepřena každou tyčovou mezistěnou ze dvou stran, takže dvojice tyčových mezistěn podpírá každou trubku iQ ze všech čtyř stran a tvoří její spolehlivé radiální podepření.

Podle výhodného provedení vynálezu je první pás 32 spojen s vnitřní stěnou nádoby 66 prvním prutem yQ, který vyčnívá napříč od trubkového svazku 20 vzhledem k trubkovým řadám 22 (obr. 2). Druhý prut 72 vyčnívá analogicky od trubkového svazku 20 napříč vzhledem k trubkovým řadám 22 a spojuje druhý pás 36 s vnitřní stranou nádoby 66 (obr. 3).Přídavné pruty 74 a/nebo 75 spojují nejméně jeden z obou pásů 32, 36 s vnitřní stranou nádoby óó. Přídavné pruty 74. 75 vycházejí od trubkového svazku 20 a jsou obecně rovnoběžné se směrem trubkových řad aa. Aby měl trubkový svazek 20 větší tuhost, může být první pás 32 spojen se druhým pásem 36 vzpěrami 78. Podle výhodného provedení leží vzpěry ve stejném směru na dráze, která obklopuje první obvodovou část trubkového svazku 20, takže dodávají trubkovému svazku aO větší pevnost proti krutu.

Když se má trubkového svazku 20 použít ve fermentoru pro výrobu kvasinek nebo bakterií, je žádoucí, aby konstrukce byla dostatečně otevřená a umožňovala důkladné čištěni mezi jednotlivými šaržemi. Je tedy žádoucí, aby mezi jednotlivými trubkami iQ trubkového svazku 20 byly široké mezery. K podepření trubek iQ s širokými mezerami je třeba poměrně rozměrných opěrných tyčí. Rowněž může být žádoucí, aby tyče procházely

- 12 trubkovým svazkem 20 pod malým ostrým úhlem, aby zvětšení průměru tyčí, které je nezbytné v důsledku větší mezery mezi trubkovými řadami 22 , nemuselo být nadměrné. Obecně lze konstatovat, že když vzdálenost mezí sousedními trubkami iQ v jedné trubkové řadě 22 leží v rozmezí od i,5D asi do s,sD, kde D je vnější průměr trubek 10 , je vzdálenost mezi sousedními trubkovými řadami 22 v rozmezí asi od sD do 4Ό a tyče 34# j8. mají průměr v rozmezí od 0,sD asi do iD.

Obr. 6 znázorňuje výhodné provedení vynálezu, vestavěné do fermentoru.

Nádoba íóO podle obr. 6 je opatřena hřídelem 13Ο· který je spojen s pohonem 13Q a nese dvě oběžná kola 156 a 158. Oběžná kola 156, 158 sestávají každé z kotouče 152, 154, na kterěn je .upevněna řada lopatek 151, 153. V závislosti na výšce a průměru fermentoru a na rozměrech teplosměnného ústrojí lze ovšem použít i většího počtu oběžných kol. Jak ukazuje obr. 6, je účelné, abýjnejdolejší oběžné kolo leželo v těsné blízkosti plynového rozdělovače 140, aby se usnadnil přenos kyslíku ve fermentačním médiu. Pod pojmem bezprostřední blízkost se rozumí, že nejspodnější oběžné kolo a plynový rozdělovač mají mezi sebou mezeru rovnou asi 1/3 až 1/1Ο průměru oběžného kola.

Na hřídeli 13Ο může být nasazeno několik dalších

3-3 oběžných kol s různou vzájemnou orientací. Pro usnadnění montáže na hřídeli 13Ο mokou být na něm oběžná kola upevněna ve stejných vzdálenostech, přičemž horní oběžné kolo leží s výhodou ve výši asi ÓO % výšky nádoby, jak je na obr. 6 znázorněno pro oběžné kolo 158.

Celkové _ rozměry nádoby 16Ο jsou s výhodou zvoleny tak, aby poměr výšky k průměru ležel v rozmezí asi od O,i do íOti. S výhodou je poměr výšky k průměru v rozmezí asi 0,3 až 5:1, přičemž nejvýhodnější poměr výšky k průměru spadá . pro fermentační účely do rozmezí asi 1 až 4 ji.

Teplosměnná tekutina se zavádí do rovnoběžných trubek 14Ο vstupem 142 a je rozváděna trubkou 171 do rozváděčích trubek 172 a odtud do rovnoběžných trubek 14Ο Po průchodu trubkou 14Ο je teplosměnná tekutina odváděna z rozváděčích trubek 172 trubkou 173 do výstupu 144,

Ve fermentoru podle vynálezu jsou uspořádány alespoň dvě přepážky, z nichž každá obsahuje první vstup 142, první výstup 144 a rovnoběžné trubky 14Ο. Jak ukazuje obr. 6, sestává každá přepážka ze svazku rovnoběžných trubkových řad. Trubky 14Ο v každé přepážce mají výšku odpovídající typicky asi 25 % až qO % délky rovné Části nádoby 160, nepočítaje v to zaoblený kryt a dno.

Lze použít nej různějšího počtu trubkových svazků, což závisí na rozměru svazků.na počtu trubek ve svazku atd.

Nádoba může obsahovat až 30 trubkových svazků, přičemž se dává přednost množství čtyř až dvacetičtyř trubkových přepážek.

Alternativně mohou být trubkové svazky ..uspořádány na sobě, přičemž každý svazek je kratší než celková délka trubkových svazků, uspořádaných ve fermentoru.

Když jsou trubkové svazky uspořádány jako na sobě uložené soustavy krátkých segmentů, jejichž celková délka odpovídá 25 % až pO % celkové výšky rovné části nádoby, lze použít kratších trubek, které jsou odolnější proti vibracím a tepelnému namáhání během procesu chemické přeměny probíhající v nádobě. Aby měla nádoba požadovanou výhřevnou a chladicí kapacitu, lze použít až 1O soustav trubkových svazků, které jako celek zabírají 25 % až ¢0 % délky rovné části fermentoru a jsou umístěny nad sebou.

Lopatky 151 mohou být upevněny na kotouči 152 nej různějším způsobem, takže mokou být např.kolmé k rovině kotouče 152 a vyčnívat radiálně od jeho svislé osy, nebo mohou vyčnívat z kotouče 152 pod jistým úhlem k vzhledem k jeho ose. Alternativně lze použít jiné konstrukce oběžného kola než jaká je znázorněna na výkrese, např. axiálního oběžného kola, míchadla na způsob lodního šroubu a pod.

Horní hranice průměru oběžného kola je dána vnitřním průměrem trubkových svazků 20, které tvoří ve íermentoru teplosměnné ústrojí. Maximální míchací výkon na jedno oběžné kolo má oběžné kolo, jehož průměr se blíží této horní hranici. Je účelné, aby průměr oběžného kola nebyl menší než asi íO % celkového vnitřního průměru nádoby, a přitom obecně nepřesahuje asi 50 % celkového vnitřního průměru nádoby. Účelně je průměr oběžného kola asi 20 % až 35 % celkového vnitřního průměru nádoby.

Jak ukazuje obr. 6, je fermentor rovněž opatřen prvním přívodem 14Ó, druhým přívodem 147 a plynovým přívodem 145♦ Třebaže jé nádoba 16O znázorněna se dvěma přívody 14$, 147, veškeré fermentační médium lze přivádět do íermentoru pouze jedním přívodem nebo naopak větším počtem přívodů, mají-li se jednotlivé složky zavádět odděleně. V řadě fermentačních pochodů je žádoucí zavádět živná prostředí, uhlík a zdroj energie v oddělených proudech, takže nádoba : 16Ο podle obr. 6 je podle výhodného provedení opatřnna dvěma oddělenými vstupy 146, 147. Třebaže vstupy 14Č, 147 jsou znázorněny s jediným výstupním otvorem, lze médium zavádět vstupy, které mají několik výstupních otvorů. Výstupní otvory mohou být mimoto umístěny v různých polohách kolem íermentoru, což bývá často diktováno požadavky na jednoduchost a účinnost.

Plynový přívod 145 slouží k zavádění kyslíku a případně zdroje dusíku do íermentoru. Plyn přiváděný

- 1Ó plynovým přívodem 145 vstupuje do fermentoru plynovým rozdělovačem 149, který je umístěn ve fermentoru souměrně vzhledem k jeho podélné ose a je opatřen velkým počtem otvoru. Průměr plynového rozdělovače 149 není s výhodou větší než průměr nej spodnějšího oběžného kola, pod kterým je děrovaná strana plynového rozdělovače 14Q umístěna s výhodou co nejblíže.

Způsob zavádění plynu, umístění oběžného kola 156 v těsné blízkosti plynového rozdělovače 149 i poloha trubkových svazků sO přispívajíyvelice vysokému stupni přenosu kyslíku, kterého je fermentační nádoba schopná. Fermentační nádoba podle vynálezu může přenášet kyslík v množství nejméně asi 3OO milimolů kyslíku na litr za hodinu (mmol O /l/hod.). Krojnš toho je schopnost odvádění tepla z fermentační nádoby dostatečná k tomu, aby se odvádělo velké množství tepla vznikající při fermentaci, přičemž velké množství tepla je generováno v důsledku značného množství kyslíku, který je k dispozici pro fermentační médium. Fermentor s konstrukcí podle vynálezu umožňuje odvod tepla řádu nejméně 36 Kcal/l/hod.

Fermentační nádoba 16Ο je rovněž vybavena odváděči trubkou 148 pro odvádění fermentačního média. Když se fermentace provádí spojitě_}lze ferment odebírat spojitě nebo intermitentně odváděči trubkou 148 a

- í7 čerstvá prostředí se přivádějí přívody 146, 147, a 145·

Fermentační nádoba ičO je dále s výhodou opatřena nejméně jedním odpěňovacím ústroj ím^např.rozbiječem pěny popsaným v americkém pat.spise č. 4 373 024, nebo soustavou elementu 1Ó3, 164 a 166 podle obr. 6.

Na hřídeli 164, který je uváděn do rotačního pohybu pohonem 166, jsou upevněny kužele 1Ó2. Náraz zpěněného fermentu na rotující kužel 162 způsobuje rozrušení pěny a návrat kapaliny do hlavní části fermentační nádoby 16Ο, zatímco plyn uvolněný z pěny opouští fermentor odplyhovací trubkou 168. Třebaže ve fermentační nádobě 16Ο podle vynálezu je uspořádán nejméně jeden rozbíječ pěny, lze zajistit dostatečnou kapacitu odpěňování ke zpracování veškeré pěny, vznikající při fermentačním procesu, vhodným počtem rozbíječů pěny umístěných v horní části f ermentoru.

Vodný a_~erobní fermentační proces potřebuje molekulární kyslík, který je dodáván plynem obsahujícím molekulární kyslík jako je vzduch, vzduch obohacený kyslíkem nebo přímo čistý molekálární kyslík, tak aby se ve fermentu udržel parciální tlak kyslíku, který podporu j.e růst m kroorganismů nebo biochemickou přeměnu substrátu. Použitím okyslíčeného uhlovodíkového substrátu lze celkovou potřebu kyslíku pro růst nebo přeměnu substrátu :P~ »» ···· ·· · · • · · · · · ·

- 18 mikroorganismem odečíst od potřeby, použije-li se parafinu.

Tlak používaný pro mikrobiologickou fermentaci se muže lišit v širokých mezích. Typické tlaky leží v rozmezí asi od O do 1,035 MPa, s výhodou asi od O do 0,414 MPa, nej výhodněj i°'až 0,276 MPa,což je dáno rovnováhou mezi náklady na zařízení a provoz a rozpustností kyslíku.

Tlaky vyšší než atmosférické jsou výhodné tím, že zvyšují koncentraci rozpuštěného kyslíku ve vodném fermentačním prostředí, což zase muže pomáhat ke zvýšení rychlosti růstu buněk. Proti tomu ovšem působí skutečnost, že vysoké tlaky zvyšují náklady na zařízení a náklady provozní.

Vynález není omezen na popsané provedení a v jeho rámci lze provádět nej různěj ší obměny.

• · · ······ · ·· • · · · · · ···· _ η q _ ···· ··· · · · · · ······· · · · ······

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims

1. Zařízení na výměnu tepla, vyznačující se tím, že obsahuje rovnoběžné trubky (10) tvořící trubkový svazek (20), který má podélnou osu, přičemž trubky (10) jsou uspořádány v rovnoběžných trubkových řadách (22) s pravidelnými přímými průchody (24, 26, 28, 30), které procházejí trubkovým svazkem (20) napříč ke směru trubkových řad (22), přičemž první soustava průchodů (28) prochází trubkovým svazkem (20) pod úhlem +Θ1 vzhledem ke směru trubkových řad (22) a druhá soustava průchodů (30) prochází trubkovým svazkem (20) pod úhlem -Θ1 vzhledem ke směru trubkových řad (22), třetí soustava průchodů (26) prochází trubkovým svazkem (20) pod úhlem +Θ2 vzhledem ke směru trubkových řad (22) a čtvrtá soustava průchodů (24) prochází trubkovým svazkem (20) pod úhlem -Θ2 vzhledem ke směru trubkových řad (22), kde Θ1 leží v rozmezí 10° až 60°, Θ2 leží v rozmezí 40° až 80° a Θ2 je větší než Θ1, dále první pás (32) obklopující vnější trubky (10) trubkového svazku (20), dále první soustavu tyčí (34) připevněných k prvnímu pásu (32) a procházejících první soustavou průchodů (28), kde každá tyč (34) první soustavy má dostatečný průměr pro dotek s trubkami (10) tvořícími hranice každého průchodu (28) první soustavy průchodů (28) a každá trubka (10) trubkového svazku (20) je v doteku nejméně s jednou tyčí (34) první tyčové soustavy, dále druhý pás (36), uspořádaný axiálně v odstupu od prvního pásu (32) vzhledem k podélné ose trubkového svazku (20), přičemž druhý pás (36) obklopuje vnější trubky (10) trubkového svazku (20), a dále druhou soustavu tyčí (38) připevněných k druhému pásu (36) a procházejících druhou soustavou průchodů (30), kde každá tyč (38) druhé soustavy má dostatečný průměr pro dotek s trubkami (10) tvořícími hranice každého průchodu (30) druhé soustavy průchodů (30) a každá trubka (10) trubkového svazku (20) je v doteku nejméně s jednou tyčí (38) druhé tyčové soustavy.

·· · ·· ···· ·· ·· ··· «· · ···· _ on „ ···· ··· ···· · ······· · ·« ······ ·*· 9 9 9 9 · ·

9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9

2. Zařízení podle nároku 1,vyznačující se t í m, že v trubkovém svazku (20) je třetí soustava průchodů (26) a čtvrtá soustava průchodů (24) prostá trubek.

3. Zařízení podle nároku 2,vyznačující se tím, že trubky (10) mají vnější průměr D a vzdálenost mezi trubkovými řadami (22) měřená od středu ke středu trubek (10) je nejméně 2D.

4. Zařízení podle nároku 3,vyznačující se tím, že sousední trubkové řady (22) mají vzájemnou vzdálenost v rozmezí 2D až 4D, sousední trubky (10) v trubkové řadě (22) mají vzájemnou vzdálenost v rozmezí 1,5D až 2,5D, měřeno od středu ke středu trubky (10) a vzdálenost mezi trubkovými řadami (22) je větší než vzdálenost mezi sousedními trubkami (10) téže trubkové řady (22).

5. Zařízení podle nároku 4,vyznačující se tím, že trubky (10) jsou vzájemně přesazeny do trojúhelníkové rozteče.

6. Zařízení podle nároku 5,vyznačující se tím, že trubkový svazek (20) je obklopen nádobou (66), jejíž podélná osa je rovnoběžná s podélnou osou trubkového svazku (20) a leží od něj s odstupem, přičemž trubkový svazek (20) je

umístěn stěnou. v nádobě (66) mezí její podélnou osou a vnitřní 7. Zařízení podle nároku 6, v yznačuj íc í se tím, že nádoba (66) má < □becně válcovou vnitřní plochu,

trubkové řady (22) jsou umístěny podél tětiv procházejících přes vnitřní plochu nádoby (66) a vnitřní průměr nádoby (66) je nejméně 2,5násobkem délky trubkových řad (22).

8. Zařízení podle nároku 7, vyznačuj ící

tím, že vnitřní průměr nádoby (66) leží v rozmezí 2,5 až Snásobku délky trubkových řad (22), přičemž zařízení dále obsahuje soustavu trubkových svazků (20), umístěných do kruhu u vnitřní stěny nádoby (66), a míchadlo, umístěné v ose nádoby k vyvolávání příčného proudění kapaliny soustavou trubkových svazků (20).

9. Zařízení podle nároku 8,vyznačující se tím, že dále obsahuje první prut (70), který vyčnívá z trubkového svazku (20) napříč vzhledem k trubkovým řadám (22) a spojuje první pás (32) s válcovou vnitřní plochou nádoby (66), a druhý prut (72), vycházející od trubkového svazku (20) napříč vzhledem k trubkovým řadám (22) a spojující druhý pás (36) s válcovou vnitřní plochou nádoby (66).

10. Zařízení podle nároku 9,vyznačující se tím, že první pás (32) je spojen s druhým pásem (36) soustavou vzpěr (78), které jsou uspořádány na rotační dráze kolem části trubkového svazku (20).

11. Zařízení podle nároku 10,vyznačující se tím, že každá trubková řada (22) je spojena se vstupní sběrnou trubkou (5) as výstupní sběrnou trubkou (7).

12. Zařízení podle nároku 11,vyznačující se tím, že každý trubkový svazek (20) obsahuje tři až deset trubkových řad (22).

7 77 < »

7/

⁴<

-?

ί ί

^7' ³*<λ