Техника будущего: новые технические решения технологических задач

Шнековый солодоворошитель для ворошения и выгрузки солода из солодорастильного ящика (Пат. № 1763477 РФ, С12 С1/14) применяется для ворошения и выгрузки солода из солодорастильного ящика при производстве солода. Целью настоящего изобретения является повышение производительности.

На рис. 22.18 изображен солодорастильный ящик со шнековым солодоворошителем; на рис. 22.19 – общий вид солодоворошителя для ворошения и выгрузки солода из солодорастильного ящика; на рис. 22.20 – участок шнека солодоворошителя с лопатками; на рис. 22.21 – лопатка в изометрии.

Устройство содержит вертикально смонтированные на каретке шнеки, в нижней части которых установлены плоские скребки, механизм подвода шнеков, механизм блокировки и систему реверсивного перемещения каретки вдоль ящика.

Согласно изобретению каждый шнек снабжен лопатками, установленными по высоте шнека с диаметрально противоположных сторон между его витками Каждая из лопаток состоит из двух пластин, один край которых отогнут в сторону раскрытия соответствующей части лопатки, а противоположные края шарнирно установлены на неподвижно закрепленном на валу шнека держателе, расположенном перпендикулярно оси вала и параллельно скребкам. При этом на держателе установлен фиксатор раскрытия пластин лопатки, служащий также для рассекания потока.

Заявляемое техническое решение позволяет в режиме выгрузки перемещать значительно больший объем солода, чем при известном техническом решении, что отвечает поставленной цели изобретения – повышению производительности.

В исходном положении солодоворошитель находится в пустом солодорастильном ящике 1. Пластины 12 и 13 свободно висят на держателе 9. Края 14 и 15 пластин 12 и 13 лопатки 10 обращены под действием силы тяжести вниз ко дну солодорастильного ящика.

После наполнения солодом солодорастильного ящика 1 осуществляется процесс ворошения. Для этого включается привод 7, который вращает шнеки 3 и одновременно перемещает каретку 2 вдоль солодорастильного ящика 1. Вращение шнеков 3 происходит в массе солода, поэтому набегающий поток оказывает давление на пластины 12 и 13 лопаток 10. Под этим действием пластины 12 и 13 занимают горизонтальное положение и перемещаются в массе солода вместе со шнеками 3, оставаясь в горизонтальном положении. Лопатки 10, таким образом, оказываются сложенными и не воздействуют на солод. Кроме этого, фиксатор 16, который выполнен в виде рассекателя потока, несколько раздвигает слой солода, в котором происходит перемещение лопатки 10, тем самым, предупреждая его травмирование.

Режим выгрузки осуществляется следующим образом. После захода ворошителя в слой определенной длины, подается команда остановки перемещения ворошителя, шнеки 3 продолжают вращаться до тех пор, пока фиксирующий флажок не войдет в паз бесконтактного датчика, после чего выдается команда на останов вращения шнеков 3. В таком положении скребки 6 расположены в одну линию, держатели 9 оказываются расположенными в одной плоскости. Лопатки 10 по-прежнему сложены и пластины 12 и 13 находятся в горизонтальном положении. При этом края 14 и 15 пластин 12 и 13 соответственно всех лопаток 10 обращены в сторону выгрузки.

После команды «Реверс» ворошитель при остановленных шнеках 3 перемещается на каретке 2 вдоль солодорастильного ящика 1 к месту выгрузки.

Набегающий поток солода начинает воздействовать на края 14 и 15 пластин 12 и 13 соответственно. Учитывая то, что края 14 и 15 отогнуты от плоскости пластин 12 и 13, поток солода начинает раздвигать пла­стины 12 и 13 на шарнире 11 до тех пор, пока те не упрутся в фиксатор 16. Таким образом, пластины 12 и 13 занимают вертикальное положение, и лопатка 10 оказывается полностью раскрыта. При этом каждая лопатка 10 оказывается в той же плоскости, что и скребки 6, образуя тем самым поверхность для перемещения массы солода к месту выгрузки.

При обратном заходе ворошителя в массу солода лопатки 10 складываются под действием набегающего потока солода, и пластины 12 и 13 занимают снова горизонтальное положение. При движении ворошителя к месту выгрузки лопатки 10 снова раскрываются и перемещают объем солода на выгрузку.

Такое перемещение ворошителя осуществляется до полной выгрузки солода из солодорастильного ящика. При этом пластины 12 и 13 лопаток 10 в пространстве, не занятом солодом, опускаются вниз, и все устройство приходит в исходное состояние.

Шнековый солодоворошитель для ворошения и выгрузки солода из солодорастильного ящика отличается тем, что с целью повышения производительности каждый шнек снабжен лопатками, установленными по высоте шнека с диаметрально противоположных сторон между его витками. Каждая из лопаток состоит из двух пластин, один край которых отогнут в сторону раскрытия соответствующей части лопатки, а противоположные края шарнирно установлены на неподвижно закрепленном на валу шнека держателе, расположенном перпендикулярно оси вала и параллельно скребкам, при этом на держателе установлен фиксатор раскрытия пластин лопатки, служащий также для рассекания потока.

Аппарат для выращивания микроорганизмов (Пат. № 2078807 РФ, С12 М1/02)  применяется для производства кормовых и ферментных препаратов.

На рис. 22.22 изображен аппарат для выращивания микроорганизмов; на рис. 22.23 – варианты выполнения просечного листа.

Аппарат для выращивания микроорганизмов содержит емкость 1 с патрубками 2 для подвода воздуха, подключенными к коллектору 3, патрубками 4 для отвода отработанного газа и патрубками 5 для подвода и отвода технологических сред. В центре емкости 1 расположена секция 6, в которой установлена аэрационная турбина 7. Емкость 1 разделена радиальными перегородками 8 на секции 9 трапецеидальной формы, в которых установлены аэрационные устройства 10, соединенные с коллектором 3. В секциях 9 и секции 6 размещены теплообменники 11. Каждое аэрационное устройств 10 состоит из труб 12, образующих два замкнутых контура 13 прямоугольной формы, расположенных горизонтально под теплообменниками 11.

Внутри контуров 13 укреплены крестовины 14 из труб. Между контурами противоположно установлены две вертикальные трубы 15. Контуры 13 разделены вертикальными перегородками 16, которые закрывают теплообменники 11. Контуры 13 и вертикальные трубы соединены с общим газоходом 17 и коллектором 3. Трубы 12, контуры 13, крестовины 14 и вертикальные трубы 15 имеют участки, выполненные из просечного листа 18. На трубах 12 и крестовинах 14 участки из просечного листа 18 расположены на нижних и боковых поверхностях труб, а на вертикальных трубах 15 – по их высоте для создания по центру каждой секции вращающегося газожидкостного потока.

Емкость 1 заполняют питательной средой и подают в нее начальную засевную биомассу микроорганизмов. Воздух на аэрацию подается турбовоздуходувками, поступает по коллектору 3, патрубкам 2 и общему газоходу 17 в аэрационные устройства 10, распределяется по замкнутым контурам 13 с крестовинами 14 и вертикальным трубам 15. Диспергирование воздуха осуществляется через участки, выполненные из просечного листа 18, имеющего малое гидравлическое сопротивление. Свободное сечение листа составляет 20…30 % и, благодаря размещению его на нижних и боковых поверхностях труб, поток газа, проходящий через просечки, может иметь различное направление. Выполнение аэрационного устройства в каждой секции 9 из двух замкнутых контуров 13, расположенных горизонтально под теплообменниками 11, позволяет равномерно распределить воздух по объему секции, исключить проскок воздуха по центру теплообменников. Различное направление потока воздуха через просеки на нижней и боковой поверхности труб 12 и на крестовинах 14 создает локальную циркуляцию среды и препятствует оседанию дрожжевой суспензии на дне емкости 1, по периферии секций 9 и у стенок емкости. Дрожжевая суспензия, проходя через теплообменники 11 в восходящем газожидкостном потоке, насыщается кислородом воздуха и одновременно охлаждается, увеличивая при более низкой температуре растворимость кислорода.

Циркулирующие потоки суспензии, поднимаясь, поступают в центральную часть секций 9, проходя вдоль перегородок 16, опускаются и направляются под теплообменники 11, замыкая контуры циркуляции. В центральной части секций 9 поток воздуха поступает через участки с просечным листом 18, расположенные по высоте вертикальных труб 15, и направляется по касательной к поверхности трубы. Трубы 15 расположены противоположно контурам 13 напротив друг друга у радиальных перегородок 8, благодаря чему образуются встречные газожидкостные потоки, которые вращают среду в центре секций 9. Таким образом организуется вращающийся газожидкостной поток по центру секций, который взаимодействует с контурами циркуляции от теплообменников 11 в перекрестных направлениях, что интенсифицирует процессы массообмена. Потоки воздуха, выходящие через просечной лист на вертикальных трубах 15, эффективно перемешивают и диспергируют дрожжевую суспензию, имеющую высокую вязкость, что препятствует образованию застойных зон в центральной части секций 9. Переток среды из одной секции в другую осуществляется через вырезы в радиальных перегородках 8 в центральной части секций. Отработанный газ отводится из емкости 1 по патрубкам 4.

Аппарат для выращивания микроорганизмов отличается тем, что каждое аэрационное устройство состоит из двух горизонтально расположенных под теплообменниками замкнутых трубчатых контуров прямоугольной формы, внутри которых укреплены крестовины из труб, и противоположно размещенных между контурами двух вертикальных труб. При этом последние и трубы контуров имеют участки, выполненные из просечного листа, причем эти участки в замкнутых контурах расположены на нижних и боковых поверхностях труб, а на вертикальных трубах они расположены по их высоте для создания вращающегося газожидкостного потока по центру каждой секции.

Аппарат для выращивания микроорганизмов или клеток (Пат. № 1773936 РФ, С12 М1/04) применяется для получения биомассы и продуктов биосинтеза микроорганизмов, а также клеток животных и растений.

На рис. 22.24 изображен аппарат для выращивания микроорганизмов или клеток.

Сущность изобретения: аппарат содержит емкость и размещенное в емкости устройство для перемешивания среды, включающее вертикальный шток с приводом, установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения. В верхней части емкости расположены поперечная перегородка с отверстиями, укрепленная на штоке, и размещенные под ней в виде пакета конические перфорированные отражательные элементы, прикрепленные к стенке емкости, при этом одна из пластин, верхняя, расположена между перегородкой и коническими элементами.

Целью изобретения является создание конструкции аппарата для выращивания микроорганизмов или клеток, в котором повышается выход целевых продуктов за счет более полного перемешивания, аэрирования и ликвидации застойных зон.

Новым в предложенной конструкции является замена статического аэратора-барботера на систему динамической аэрации. Это достигается установкой на штоке жесткой перфорированной поперечной перегородки, совершающей возвратно-поступательное движение. Для создания аэрационного эффекта аэрирующая перегородка располагается вблизи поверхности жидкости. Отличительной особенностью аэрирующей перегородки является то, что отверстия в перегородке выполнены в продольном сечении в виде усеченных конусов и расположены по концентрическим окружностям по всей площади перегородки с чередованием обращения больших оснований этих конусов вверх-вниз. Применение конических отверстий позволяет создать дополнительную турбулизацию поверхностного слоя жидкости, усиливающую поверхностную аэрацию. Аэрирующая перегородка одновременно выполняет роль механического пеногасителя.

Вторым элементом новизны является разделение всего объема аппарата на две зоны: зону локальной аэрации и зону культивирования. Это достигается установкой пакета неподвижных конических (сужающейся частью вниз) перфорированных отражательных элементов с отбортовкой вниз между аэрирующей пластиной и гибкими пластинами. Установка отражательных элементов служит для предотвращения транспорта клеток гибкими пластинами в аэрационную зону и формирования циркуляционного потока жидкости, содержащей клетки, который образуется в пристенной зоне и направлен в нижнюю часть аппарата.

Третьим элементом новизны является применение гибких пластин равномерного или переменного сечения, у которых имеются прорези, сегментирующие их на отдельные элементы. Для достижения требуемого эффекта «мягкого» перемешивания используются пластины из инертного термостойкого материала. Выбор материала обусловлен необходимостью термической стерилизации аппарата.

Аппарат состоит из герметичной емкости 1 и оборудован штуцером 2 и фильтром 3 для подачи и стерилизации воздуха, штуцером 4 и фильтром 5 для удаления и очистки отработанного воздуха, штуцером 6 для загрузки питательной среды и посевного материала, устройством 7 для температурной стабилизации, пробоотборником 8, штуцером 9 для подачи охлаждающей воды, штуцером 10 для выгрузки содержимого аппарата. Внутри аппарата расположен вертикальный шток 11 с пакетом гибких пластин 12, и одна из них расположена в аэрационной зоне. Отвод охлаждающей воды производится через штуцер 13. Аэрационная зона отделена от зоны культивирования пакетом неподвижных перфорированных конических элементов 14, прикрепленных к стенке аппарата. Конические элементы имеют в верхней части отбортовку. Аэрация и пеногашение осуществляются жесткой перфорированной перегородкой 15, имеющей конические отверстия, выполненные в продольном сечении в виде усеченных конусов и расположенные по концентрическим окружностям по всей площади перегородки с чередованием обращения больших оснований этих конусов вверх-вниз. Герметичность соединения штока 11 с емкостью 1 обеспечивается сильфоном 16.

В аппарат после термической стерилизации подается стерильная питательная среда и посевной материал. Объем питательной среды в аппарате выбирается так, чтобы уровень среды обеспечивал погружение аэрирующей перегородки 15 в поверхностный слой жидкости. Через штуцер 2 и фильтр 3 в верхнюю часть аппарата поступает стерильный воздух для газообмена. Отработанный воздух через штуцер 4 выходит из аппарата. Шток 11 соединен с внешним побудителем колебаний и совершает возвратно-поступательное перемещение, вместе с ним перемещаются пакет гибких пластин 12 и аэрирующая перегородка 15.

В аэрационной зоне при возвратно-поступательном перемещении перегородки 15 возникают знакопеременные потоки жидкости, направленные вверх при движении пластины вниз и направленные вниз при движении пластины вверх. При таком движении происходит захват воздуха и транспорт его в аэрационную зону.

Дополнительное дробление газа осуществляет гибкая пластина 12, установленная в аэрационной зоне. С ее помощью часть газовых пузырей попадает под пакет конических перфорированных элементов 14. Газовые пузыри, находящиеся  под коническими элементами, всплывают, попадая в зону, образованную отбортовкой, и удаляются из зоны аэрации.

Пластины 12 располагаются равномерно по высоте аппарата. При вибрационном перемешивании нижняя пластина расположена у днища аппарата и служит для подъема оседающих в циркуляционной зоне клеток. Каждая вышерасположенная пластина выполняет роль транспортирующего элемента, направляя клетки в аэрационную зону, из которой они по пристенной циркуляционной зоне возвращаются в нижнюю часть аппарата.

Аппарат для выращивания микроорганизмов или клеток отличается тем, что с целью повышения выхода целевого продукта за счет более полного перемешивания, аэрирования и ликвидации застойных зон, в верхней части емкости по всему ее сечению расположены поперечная перегородка с отверстиями под ней в виде пакета, конические перфорированные элементы, прикрепленные к стенке емкости, при этом одна из пластин, верхняя, расположена между перегородкой и коническими элементами; диаметр пластин составляет не более 0,5 диаметра емкости; пластины выполнены гибкими; отверстия в перегородке выполнены в продольном сечении в виде усеченных конусов и расположены по концентрическим окружностям по всей площади перегородки с чередованием обращения больших оснований этих конусов вверх-вниз.