Сегментный модуль-ферментер
Предлагается конструкция сегментного модуля-ферментера, преимущественно плоского типа, который может использоваться в крупнотоннажном производстве биопродуктов, например, ферментов, аминокислот и т.д. Ферментер состоит из корпуса, выполненного из отдельных сегментов и, обрамляющего его силового каркаса. Корпус (емкость) модуля-ферментера выполняют составным из некоторого числа отдельных сегментов. По линии сопряжения соседних сегментов, на каждом из них, любым известным способом, например сваркой, закрепляют фланец, выполненный из цельной пластины или из отдельных, сваренных между собой пластин металла. Части фланцев каждого сегмента, образующих при сборке сегментов воедино вертикальные ребра, служат шпангоутами. Шпангоуты, продольные и поперечные ребра верхнего и нижнего днищ, образованные состыкованными между собой фланцами составляют часть силового каркаса - силовой набор корпуса СЕГМЕНТНОГО МОДУЛЯ-ФЕРМЕНТЕРА. В силовой каркас также входят вертикальные колонны, служащие для фиксации корпуса Сегментного Модуля-Ферментера, передачи основной части нагрузки от снаряженного ферментера на фундамент, восприятия массы верхних ферментеров при сборке их в «этажерки», а также в качестве элементов обвязки корпуса. Для разгрузки вертикальных колонн в нескольких местах между ребрами, образованными стыками фланцев на нижнем днище корпуса и фундаментом размещены дополнительные, регулируемые опоры, частично воспринимающие нагрузку от наполненного ферментера и передающие ее на фундамент. При сборке «этажерки» такие же опоры размещают между ребрами на нижнем днище верхнего СЕГМЕНТНОГО МОДУЛЯ-ФЕРМЕНТЕРА и ребрами на верхнем днище нижнего СЕГМЕНТНОГО МОДУЛЯ-ФЕРМЕНТЕРА. Изготовление Сегментного Модуля-Ферментера состоит в следующем. На Заводе-Изготовителе вырезают заготовки (крой) сегментов корпуса модуля-ферментера. Отдельно изготавливают полые колонны - элементы силового каркаса внутренняя поверхность которых обрабатывается до требований микробиологического производства. Далее, либо доставляют крой на площадку Заказчика и там изготавливают сегменты, либо, если габариты сегментов позволяют их транспортировать, изготавливают их на самом Заводе-Изготовителе. Изготовление сегментов, в основном, завершается устройством фланцев на сопрягаемых краях. На фланцах выполняют отверстия для жесткого соединения сегментов между собой и для присоединения вертикальных фрагментов фланцев к колоннам силового каркаса, служащим, как элементами силового каркаса, так и элементами обвязки корпуса. В таком виде сегмент, обрамленный фланцем по замкнутому контуру, через монтажный проем в крыше цеха подается на посадочное место. Затем поочередно вводят остальные сегменты Модуля-Ферментера, соединяя смежные фланцы между собой, например болтами и закрепляя вертикальные фрагменты стыков фланцев на вертикальных колоннах. В расчетных местах на нижнем днище между ребрами, образованными стыками фланцев и фундаментом, размещают регулируемые по высоте опоры. Изнутри стыки краев сегментов либо заделывают подходящим полимерным заполнителем, например эпоксидной композицией, либо заваривают с последующей обработкой до полного соответствия требованиям микробиологии. Применение таких модулей открывает возможность довольно простого создания предприятий с предполагаемым расширением производства, даже если их ферментные цеха оснащаются крупногабаритными ферментерами. Такие СЕГМЕНТНЫЕ МОДУЛИ-ФЕРМЕНТЕРЫ можно укладывать в виде этажерки, один на другой, что существенно снижает капитальные затраты при необходимости расширения производства.
Предлагаемое техническое решение относится к технике и технологии производства биопродуктов, например, ферментов, аминокислот и т.д., использующего процесс обработки питательной среды микроорганизмами. Как правило, в промышленном масштабе, для этих целей используется ферментер, представляющий из себя вертикальную емкость из нержавеющей стали объемом 100, 200 и более кубических метров. При этом, чаще всего, соотношение диаметра к высоте находится между 1:2 и 1:6. Для поддержания теплового режима ферментер содержит термостатирующее оборудование, например, внешнюю водяную рубашку, перемешивающее устройство и, если процесс ферментации требует постоянного восполнения кислорода в питательной жидкости, еще и аэратор.
Недостатком такой конструкции ферментера является его высокая энергоемкость. Для традиционного ферментера существует эмпирическая зависимость, из которой следует, что на каждый м3 воздуха, прокачанного через ферментер с такими параметрами, необходима электрическая мощность 7-8 кВт. Таким образом, для ферментера с активным объемом 60 м3 необходим компрессор, установленной мощностью около 500 кВт. На перемешивание 15-ти метрового столба питательной жидкости традиционными мешалками, например турбинными, требуется еще от 100 до 150 кВт установленной мощности электроэнергии. Известно техническое решение Модуль-Ферментер, Заявка на ПМ 2010146610 от 16.11.20120 г., суть которого заключается в том, что ферментер выполнен в виде емкости, вертикальный размер которой существенно меньше горизонтальных, а сама емкость заключена в силовой поддерживающий каркас. Малая высота ферментера позволяет существенно снизить энергозатраты на аэрацию и перемешивание. Кроме того, размещение на элементах каркаса причальных и стыковочных узлов позволяет собирать из модулей-ферментеров вертикальные сборки, что в свою очередь позволяет расширять производство биопродуктов без существенных затрат на капитальное строительство. При строительстве завода высоту сооружения выбирают из расчета на конечный, напередзаданный объем производства, а Модули-ферментеры размещают «в один слой». На крыше сооружения размещают один или несколько монтажных проема, через которые, при необходимости расширения производства, краном заносят дополнительные Модуль-Ферментеры. Стыковочные узлы вводимого Модуля-Ферментера входят в причальные узлы нижнего Модуля-Ферментера так, что образуется вертикальная сборка - «этажерка». По сравнению с традиционными, вертикальными ферментерами, плоские ферментеры позволяют при одной и той же высоте сооружения, в разы увеличить производство биопродуктов. Причем увеличивать производство можно дискретно, по мере необходимости, добавляя нужное число ферментеров.
Недостатком такого Модуля-Ферментера являются его габариты. Конечно есть мощные краны, которые могут поднять ферментер, практически любых разумных размеров на высоту и 20 и 30 и 40 метров. Одноко встает вопрос доставки. Очень трудно доставить негабаритный груз на строительную площадку от удаленного производителя емкостного оборудования.
Известны технические решения, например, «Способ возведения емкостей из рулонных заготовок» Патент 
2250330 кл Е04 7/06 или «Способ сооружения емкостей из рулонированных материалов, Патент 2175372 кл. Е04 7/06, заключающиеся в доставке к месту монтажа ферментера либо кроя металла с последующей сваркой обечайки и обечаек между собой, либо в доставке свернутых особым образом фрагментов ферментера, с последующим их разворачиванием на месте установки.
За прототип предлагаемого технического решения взят Модуль-Ферментер по Заявке на ПМ 2010146610 от 16.11.2010 г.
Суть предложения состоит в следующем.
Корпус (емкость) модуля-ферментера мысленно рассекают вертикальными а, при слишком большом размере корпуса, еще и горизонтальными плоскостями. На Фиг.1 показано расчленение только вертикальными плоскостями. По линии сопряжения соседних сегментов, на каждом из них, любым известным способом, например сваркой, закрепляют фланец как показано на Фиг.1, выполненный из цельной пластины или из отдельных, сваренных между собой пластин металла. Части фланцев каждого сегмента, образующие при сборке сегментов воедино вертикальные ребра, служат шпангоутами. Шпангоуты, продольные и поперечные ребра верхнего и нижнего днищ, образованные состыкованными между собой фланцами составляют часть силового каркаса - силовой набор корпуса СЕГМЕНТНОГО МОДУЛЯ-ФЕРМЕНТЕРА.
В силовой каркас также входят вертикальные колонны, служащие для фиксации корпуса Сегментного Модуля-Ферментера, передачи основной части нагрузки от снаряженного ферментера на фундамент, восприятия массы верхних ферментеров при сборке их в «этажерки», а также в качестве элементов обвязки корпуса, как показано на Фиг.2. Другими словами, вертикальные колонны наделяются теми же функциями, что и в Прототипе.
Для разгрузки вертикальных колонн предлагаем в нескольких местах между ребрами, образованными стыками фланцев на нижнем днище корпуса и фундаментом разместить дополнительные, регулируемые по высоте опоры, частично воспринимающие нагрузку от наполненного ферментера и передающие ее на фундамент. При сборке «этажерки» такие же опоры размещают между ребрами на нижнем днище верхнего СЕГМЕНТНОГО МОДУЛЯ-ФЕРМЕНТЕРА и ребрами на верхнем днище нижнего СЕГМЕНТНОГО МОДУЛЯ-ФЕРМЕНТЕРА, как показано на Фиг.2.
Изготовление Сегментного Модуля-Ферментера состоит в следующем. На Заводе-Изготовителе вырезают заготовки (крой) сегментов корпуса модуля-ферментера. Отдельно изготавливают полые колонны - элементы силового каркаса, внутренняя поверхность которых обрабатывается до требований микробиологического производства. Далее, либо доставляют крой на площадку Заказчика и там изготавливают сегменты, либо, если габариты сегментов позволяют их транспортировать, изготавливают их на самом Заводе-Изготовителе. Изготовление сегментов, в основном, завершается устройством фланцев на сопрягаемых краях. На фланцах выполняют отверстия для жесткого соединения сегментов между собой и для присоединения вертикальных фрагментов фланцев к вертикальным колоннам, служащим как элементами силового каркаса, так и элементами обвязки Модуля-Ферментера. В таком виде сегмент, обрамленный фланцем по замкнутому контуру, через монтажный проем в крыше цеха подается на посадочное место. Затем поочередно вводят остальные сегменты Модуля-Ферментера, соединяя смежные фланцы между собой, например болтами и закрепляя вертикальные фрагменты стыков фланцев на вертикальных колоннах. В расчетных местах на нижнем днище между ребрами, образованными стыками фланцев и фундаментом, размещают дополнительные, регулируемые по высоте опоры. Изменяя высоту дополнительных опор, добиваются расчетной разгрузки опорных колонн.
Изнутри стыки краев сегментов либо заделывают подходящим полимерным заполнителем, например эпоксидной композицией, либо заваривают с последующей обработкой до полного соответствия требованиям микробиологии.
Применение таких модулей открывает возможность довольно простого создания предприятий с предполагаемым расширением производства, даже если их ферментные цехи оснащаются крупногабаритными ферментерами. Такие СЕГМЕНТНЫЕ МОДУЛИ-ФЕРМЕНТЕРЫ можно также укладывать в виде этажерки, один на другой, как и в Модуле-Ферментере - прототипе по Заявке на ПМ 2010146610 от 16.11.2010 г.
Модуль-ферментер, состоящий из размещенного в силовом каркасе корпуса, имеющего верхнее и нижнее днища, причем силовой каркас включает вертикальные опорные колонны, вертикальные и горизонтальные силовые элементы, системы термостатирования, перемешивающего устройства, аэратора, контрольно-измерительной и запорной арматуры, впускных и выпускных патрубков, отличающийся тем, что корпус, имеющий верхнее и нижнее днища, выполнен из отдельных сегментов, каждый из которых имеет фланец или части фланцев для соединения сегментов между собой с образованием при сборке вертикальных ребер-шпангоутов, причем часть силового каркаса образована из ребер-шпангоутов, продольных и поперечных ребер верхнего и нижнего днищ с возможностью присоединения к ним других элементов силового каркаса, например вертикальных опорных колон, при этом корпус снабжен дополнительными регулируемыми по высоте опорами для разгрузки вертикальных опорных колон с возможностью их установки в расчетных местах на нижнем днище корпуса между ребрами, образованными стыками фланцев и опорной поверхностью, и выполнен таким образом, что изнутри все зазоры в стыках краев соседних сегментов заполнены эпоксидной композицией или расплавом металла и механически обработаны.
