PL89698B1 - - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest urzadzenie do filtrowania mediów gazowych, odnoszace sie zwlaszcza do filtrów bakteryjnych sluzacych do wyjalawiania cieczy znajdujacych zastosowanie w procesach fermentacyjnych.

Stosowanie mediów gazowych w przemysle fermentacyjnym oraz w hodowli drobnoustrojów, jak na przyklad powietrza w fermentacji aerobowej lub róznych gazów, takich jak amoniak lub parafiny gazowe, warun¬ kuje koniecznosc ich sterylizacji dla unikniecia skazenia pozywki hodowlanej obcymi drobnoustrojami.

Podejmowane byly wysilki dla opracowania róznych metod wyjalawiania cieczy lotnych jak procesy wyjalawiania przez ogrzewanie, naswietlanie promieniami ultrafioletowymi lub przez filtrowanie.

Wyjalawianie przez ogrzewanie gazu do wysokiej temperatury, która przykladowo przewyzszac moze 400°C, zapewnia calkowicie zniszczenie niepozadanych drobnoustrojów, pod warunkiem wlasciwego doboru temperatury i czasu trwania tej operacji. Równoczesnie jednak, stosowanie tego procesu na skale przemyslowa jest na ogól bardzo kosztowne, z uwagi na wielkosc stosowanych urzadzen oraz koszt ich eksploatacji i konser¬ wacji.

Wyjalawianie za pomoca naswietlania promieniami ultrafiletowymi wymaga zastosowania instalacji o znacz¬ nych wymiarach; w dodatku niektóre gatunki bakterii i plesni wykazuja duza odpornosc na dzialanie promienio¬ wania pozafiolkowego.

Wyjalawianie w drodze filtrowania, polegajace na usuwaniu z gazów zarówno niepozadanych drobnoustro¬ jów jak i innych zanieczyszczen, w drodze przepuszczania gazu przez jeden lub kilka filtrów wypelnionych wlóknami bawelnianymi, welna szklana lub azbestowa wzglednie materialem granulowanym takim jak czastki weglowe, jest sposobem zdecydowanie mniej kosztownym od poprzednio podanych metod, lecz jednoczesnie wykazuje powazna wade nie zapewniajac calkowitego wyeliminowania niepozadanych drobnoustrojów.

Celem wynalazku jest skonstruowanie urzadzenia filtrujacego, które przy szczególnie prostej budowie wykazywac bedzie bardzo wysoka skutecznosc dzialania oraz jednoczesnie latwosc obslugi.

Wynalazek stanowi urzadzenie do filtrowania gazów lub gazu z rozpylona ciecza, posiadajacych co najmniej jedna warstwe filtrujaca z wypelnieniem z wlókna kwarcowego.. "> 89698 Pod pojeciem „wypelnienie z wlókna kwarcowego" rozumiany jest w obecnym rozwiazaniu, material o strukturze niezageszczónej, posiadajacy wlókna nieregularne, splecione wzglednie tkane, z których przynaj¬ mniej czesc stanowia wlókna krystalicznego lub bezpostaciowego kwarcu* O ile w wypelnieniu wystepuja inne wlókna, moga nimi byc przykladowo wlókna odpadów tekstylnych, szkla, celulozy lub tworzyw sztucznych.

Wypelnienie wykonane moze byc równiez z rozmaicie nakladajacych sie warstw wlóknistych róznego typu, z których jednak co najmniej jedna warstwa zbudowana jest z wlókna kwarcowego.

Jedno z rozwiazan urzadzenia wedlug obecnego wynalazku, przedstawione jest przykladowo na rysunku, przy czym fig. 1 przedstawia przekrój poosiowy filtra; fig. 2 — schemat ukladu filtracyjnego zawierajacego filtr wedlug wynalazku, oraz fig. 3 — schemat aparatury doswiadczalnej.

Filtr przedstawiony na fig. 1 posiada komore cylindryczna 6a, w której pomiedzy dwoma sitami 9, umiesz¬ czona jest warstwa filtracyjna 8, zbudowana z wlókna kwarcowego/Wlókno kwarcowe, glównie o srednicy pomiedzy 5 i 15 /imljnikrometrów) jest rozmieszczone w pozadanym ukladzie, w którym material wlóknisty tworzy tzw. „welne kwarcowa"; jednakze, jako wypelnienie uzyte moze byc równiez wlókno kwarcowe tkane.

Fig. 2 przedstawia uklad filtracyjny, który posiada rure wlotowa 1 doprowadzajaca ciecz do zbiornika lub kadzi fermentacyjnej 2. Wzdluz rury 1 od wlotu w kierunku ruchu cieczy sa umieszczone kolejno; pierwszy filtr 3 przykladowo wypelniony welna szklana w celu usuwania zanieczyszczen takich jak kurz i inne czastki stale, sprezarka 4, grzejnik 5, filtr 6 wypelniony wlóknem kwarcowym oraz chlodnica 7.

Zatrzymywanie drobnoustrojów znajdujacych sie w cieczy lotnej jest, jak stwierdzono, wyjatkowo wysokie przy przepuszczaniu jej przez przenikliwy material zbudowany z wlókna kwarcowego, zas skutecznosc filtrowa¬ nia cieczy przez ten material jest znacznie wyzsza w porównaniu do innych, stosowanych tradycyjnie materia¬ lów, takich jak welna szklana lub wlókno bawelniane, w odniesieniu do tych samych drobnoustrojów oraz w jednakowych warunkach filtrowania: temperaturze i szybkosci przeplywu cieczy.

W szczególnosci, bardzo trudne lub wrecz niemozliwe do osiagniecia jest calkowite wyjalowienie gazu w temperaturze otoczenia, to jest temperaturze zblizonej do 25°C przy zastosowaniu tradycyjnych materialów filtracyjnych, co zostalo bez trudu osiagniete przy uzyciu welny kwarcowej do filtrowania.

Skutecznosc wyjalawiania gazu przez wlókna kwarcowe zdecydowanie przewyzszajaca skutecznosc uzyski¬ wana przy zastosowaniu materialów tradycyjnych w temperaturze otoczenia, jest wieksza równoczesnie przy wyzszych temperaturach filtrowania.

Szczególnie zadowalajace wyniki otrzymuje sie przy zastosowaniu urzadzenia wedlug wynalazku do wyja¬ lawiania gazu lub gazów doprowadzanych do kadzi fermentacyjnej za posrednictwem filtru z wlóknem kwarco¬ wym. Sprezony gaz, przykladowo powietrze przy fermentacji w warunkach aerobowych, amoniak lub parafiny gazowe, jak metan zostaje przepuszczony przed wprowadzeniem do kadzi fermentacyjnej poprzez przynajmniej jedna warstwe filtracyjna wypelniona wlóknem kwarcowym. W zaleznosci od gatunku niepozadanych drobno¬ ustrojów znajdujacych sie w gazie, moze poddany on byc w sposób dowolny ogrzaniu do wlasciwej temperatury.

Temperatura nagrzania gazu bedzie tu na ogól znacznie nizsza od temperatury gwarantujacej uzyskanie analogicz¬ nej skutecznosci wyjalowienia w przypadku zastosowania tradycyjnych materialów filtracyjnych, przy czym uzyskiwana moze byc w drodze zwyklego adiabatycznego sprezania wyjalawianego gazu.

W celu zbadania skutecznosci filtrowania przy zastosowaniu filtru wedlug wynalazku, zastosowano aparatu¬ re doswiadczalna przedstawiona na fig. 3. Urzadzenie posiada rure doprowadzajaca ciecz 10, polaczona z rurami odgaleznyrni 11 i 12, wzdluz których umieszczone sa kolejno w kierunku przeplywu cieczy zawory przeplywo¬ we i regulacji cisnienia 13 i 14, oraz filtry 15 i 16 wypelnione welna szklana. Odgalezna rura 11 jest polaczona zdolna czescia zbiornika 17, zas rura odgalezna 12, zaopatrzona w przeplywomierz 18 typu rotametrycznego, jest polaczona z górna czescia zbiornika 17 za posrednictwem komory zozpylania 19 zawierajacej zawiesine drobnoustrojów. Przeplywajace rurami odgaleznyrni 11 i 12 strumienie gazu, to jest strumien przemieszczajacy sie rura 11 i posiadajacy wyzsza predkosc przeplywu oraz strumien przemieszczajacy sie rura 12 i skazony drobnoustrojami znajdujacymi sie w komorze 19, ulegaja zmieszaniu sie w zbiorniku 17, po czym przedostaja sie przez rure 20 i zawór 21 do grzejnika 22, na dnie którego umieszczony jest zawór 23, sluzacy do pobierania próbek skazonego gazu. Grzejnik 22 polaczony jest z filtrem 24, którego skutecznosc filtracyjna stanowi przed¬ miot badania. Dolna czesc filtra 24 polaczona jest z chlodnica 25. Rura wylotowa 26 chlodnicy 15, zaopatrzona w zawór regulacyjny 27, jest polaczona z przeplywomierzem 28, oraz posiada rure odgalezna 29, wyposazona w zawór 30 sluzacy do pobierania próbek oczyszczonego gazu. Filtr 24 posiada ksztalt cylindryczny oraz srednice i dlugosc odpowiednio 108 i 161 mm.

Po wypelnieniu filtru 24 warstwa welny kwarcowej o przecietnej srednicy wlókna od 7 do 10/^(mikro¬ metrów), w ilosci 55 g (producent: Deutsche Gold- und Silberscheideanstalt, Hanau), czesc aparatury obejmujaca filtr 24 grzejnik 27, chlodnice 25 oraz urzadzenia do pobierania próbek, jest poddawana wyjalawianiu za89698 3 pomoca strumienia pary o temperaturze 130-140°C w czasie 30 min. W dalszym ciagu poprzez rury 10, 11, 20 i 26 jest przepuszczane powietrze w celu wysuszenia poszczególnych elementów aparatury oraz dla wyrównania rozkladu temperatur.

Po wprowadzeniu do komory rozpylania 19 zawiesiny wodnej zawierajacej przetrwalniki Bacillus stearo- thermophilus, otworzony zostal zawór 14 w celu wprowadzenia powietrza do rury 12 i komory 19. Cisnienie w zbiorniku 17 oraz ogólne natezenie przeplywu powietrza jest regulowane za posrednictwem zaworów 27 i 13.

W róznych odstepach czasu pobierane sa próbki w punktach 23 (powietrze skazone) oraz 29 (powietrze oczysz¬ czone).

Zawiesina z przetrwalnikami, uzyta do skazenia strumienia gazowego w okreslonym stezeniu, które wyraza¬ ne jest liczba przetrwalników zawartych w litrze gazu, jest kontrolowana poprzez ustalanie liczby przetrwalników znajdujacych sie w seriach próbek o wielkosci 0,1 ml, pobieranych i umieszczonych na plytkach z wyjalowiona pozywka agarowa, które najpierw poddawane sa 48 godzinnemu okresowi wylegania w temperaturze 56°C a na¬ stepnie operacji przeliczania przetrwalników. Obliczenie liczby przetrwalników sluzy okresleniu stopnia stezenia zawiesiny skazonej, wyrazanego liczba przetrwalników w litrze gazu.

Próbki powietrza pobrane w punktach 23 i 29 przepuszczane sa nastepnie przez okreslony okres czasu poprzez wyjalowione filtry z blona mikroporowata. Przeliczenie przetrwalników zatrzymanych przez filtry od¬ bywa sie na zasadach analogicznych jak przy opisanych wyzej próbkach zawiesiny wodnej.

Próby przeprowadzone zostaly w róznych temperaturach oraz przy zmiennym czasie filtrowania, to znaczy próbki oczyszczonego powietrza byly pobierane w róznych odstepach czasu oraz przy zmiennym czasokresie stosowania filtra. Wyniki tych badan zestawione sa w tabeli I.

Parametry uwidocznione w tabeli oznaczaja: Czasokres 1 — Czasokres stosowania filtru kwarcowego przy stalym natezeniu przeplywu skazonego po¬ wietrza (95 1/godz.) przed pobraniem próbki.

Czasokres 2 — Czas podczas którego próbka pobierana jest w punkcie 29 przy natezeniu przeplywu 10 1/godz., oraz przy zachowaniu niezmienionego natezenia przeplywu powietrza przez filtr kwarcowy wynoszacej 95 1/godz.

Ilosc przetrwalników przed filtrowaniem — Liczba przetrwalników okreslona w drodze przeliczenia ich w skazonych próbkach powietrza pobranego w punkcie 23 w czasokresie 1.

Ilosc przetrwalników po filtrowaniu — Liczba przetrwalników okreslona w drodze ich przeliczenia w próbce pobranej w punkcie 29.

Temperatura 1. — Temperatura powietrza przy wylocie z grzejnika22. • ' Temperatura 2 — Temperatura powietrza przy wylocie z chlodnicy 25. ¦'' ..1 • ;.;¦ ¦.¦..¦'.. NO-N Skutecznosc —tt-— X 100, gdzie No oznacza liczbe przetrwalników zawartych w powietrzu przed filtro¬ waniem; N oznacza ilosc przetrwalników zawartych w tej samej objetosci powietrza po filtrowaniu.

Tabela I Czasokres w minutach 1 0 : 60 60 0 60 60 60 0 0 2 , Ilosc przetrwalników przed filtrowaniem 51400 .18241 9741 37200 109600 120200 127500 127500 91800 po filtrowaniu 1 0 0 0 2 0 0 0 0 Temperatura °C 1 150 150 150 150 150 150 2 . 38 41 37 38 39 38 Wspólczynnik % 99,998 100 100 100 99,998 100 100 100 100 Próby przeprowadzone w warunkach analogicznych przy zastosowaniu filtru o tym samym ksztalcie i wy¬ pelnionego welna szklana w ilosci 100 g, wykazaly ze skutecznosc wyjalawiania tego filtru znajduje sie pomie¬ dzy 97,6 i 99,7% dla temperatury filtrowania zblizonej do 25°C oraz osiaga 100% dopiero w temperaturze zblizonej do 250°C.

Wyniki te uwidaczniaja wyjatkowa skutecznosc wyjalawiania filtru z wypelnieniem z welny kwarcowej, siegajaca w wielu wypadkach 100% i to niezaleznie od temperatury, w zakresie temperatur zastosowanych przy próbkach.4 89 698 Przyklad. Pomiarom skutecznosci filtrowania opisanego powyzej poddany zostal filtr cylindryczny, którego srednica i dlugosc wynosza odpowiednio 108 i 161 mm. Filtr wypelniony zostal welna kwarcowa produkcji firmy Elektrotermic, Lucens, Switzerland.

Otrzymane wyniki uwidocznione sa w nizej podanej tabeli II, w której poszczególne parametry odpowiada¬ ja parametrom okreslonym dla tabeli 1.

Tabela II Czasokres w minutach I 1 oooooooo 2 Ilosc przetrwalników przed filtrowaniem 212500 13500 29200 47700 48500 85850 170000 10625 po filtrowaniu 36 . 1 9 1 2 8 0 Temperatura °C 1 150 150 150 170 2 36 36 36 144 Wspólczynnik % 99,983 99,992 99,982 99,981 99,998 99,997 99,995 100 1 Wyniki powyzsze wykazuja wieksza skutecznosc filtrowania w porównaniu z opisanym w przykladzie I filtrem wypelnionym welna szklana.

Claims (3)

Zastrzezenia patentowe

1. Urzadzenie do filtrowania mediów gazowych, znamienne tym, ze posiada co najmniej jedna warstwe filtracyjna wypelniona wlóknem kwarcowym.

2. Urzadzenie wedlug zastrz. 1,znamienne tym, ze wypelnienie stanowi welna kwarcowa.

3. Urzadzenie wedlug zastrz. 1 lub 2, z n a m i e n n e t y m, ze wlókna kwarcowe posiadaja srednice od 5 do 15 /im(mikrometrów). Prac. Poligraf. UP PRL naklad 1204-18 Cena 10 zl