Установка для культивирования микроорганизмов Советский патент 1992 года по МПК C12M1/10 

Изобретение относится к микробиологической промышленности,а именно к установкам для культивирования микроорганизмов с целью получения кормового белка.

Известна установи для кульдиви- рования микроорганизмов, включающая несколько вертикальных емкостей, верхняя часть каждой предыдущей по ходу газожидкостной суспензии, емкости сообщена трубопроводом через барботер с нижней частью последующей, а последняя емкость снабжена системой рециркуляции газожидкостной эмульсии, подключенной к барботеру первой емкости.

В известной установке за счет многократного взаимодействия газа и жидкости повышается степень использования кислорода, снижаются удельные энергозатраты по сравнению с применяемыми в промышленности колонными аппаратами. Однако аэрирующий газ, проходя первую колонну, отдает часть кисло-- рода, получая взамен десорбированный из жидкой фазы углекислый газ. При 3foM снижается движущая сила процесса массопередачи кислорода и, соответственно, удельная производительность второй и последующей колонн. Дополнительная аэрация увеличивает энергозатраты и возникает опасность ингиби- рования процесса растворенной углекислотой ,

Известна обеспечивающая повышение эффективности процесса массопередачи установка для культивирования микроорганизмов, которая предусматривает использование для аэрации технического кислорода и очистку от растворенных метаболитов (в частности, от С0г) как газовой, так и жидкой фаз в дополнительном, аппарате - декарбонизаторе. Кислород для аэрации вырабатывается в станции разделения воздуха, а очи(Л

с

vj

оо

оо

00 4 СП

щенный газ по замкнутому контуру циркулирует в системе аэрации с помощью побудителя расхода.

Преимуществами данной установки являются экологическая безопасность, высокая эффективность и производительность (пропорциональная начальной концентрации кислорода в аэрирующем гаTpv6onpoBOflaMH 6, 8 и 10 с блоком 11 i разделения и ферментатором 1 (подоб- ное устройство и принцип работы блока 11 разделения не рассматриваются).

Установка- работает следующим образом.

Ферментатор 1 заполняют питатель- ной средой, разбраживают,добавляя позе), а недостатком - громоздкость тех- JQ севную биомассу. Накопив заданную нологической схемы. Ее реализация тре- концентрацию микроорганизмов, выводят бует обязательного использования в в режим непрерывного выращивания. Для качестве аэрирующего газа технического кислорода. В замкнутом контуре газоснабжения популяции кислородом через аэрирующее устройство 2 непрерывно

обеспечения нерационально иметь инерт- |с вводят кислородсодержащий газ (пред- ный газ азот и, как приложение, стан- почтительно технический .кислород), поступающий из блока 11 раз- деления по трубопроводу 1. Побудитель

ции очистки от СО, декарбонизаторы, скрубберы,вспомогательное оборудование - емкости, насосы, десорберы, тепрасхода газа входит в состав блока.

лообменники, компрессорное оборудова- 20 Отработанный газ из ферментатора 1 по

трубопроводу 8 поступает в рекуператор 9.

ние.

Целью изобретения является сижение удельных энергозатрат.

Для достижения цели в установке для культивирования микроорганизмов, содержащей ферментатор, размещенную вне ферментатора систему циркуляции кислородсодержащего газа с блоком разделения и сжижения воздуха и устройстTpv6onpoBOflaMH 6, 8 и 10 с блоком 11 i разделения и ферментатором 1 (подоб- ное устройство и принцип работы блока 11 разделения не рассматриваются).

Установка- работает следующим образом.

Ферментатор 1 заполняют питатель- ной средой, разбраживают,добавляя посевную биомассу. Накопив заданную концентрацию микроорганизмов, выводят в режим непрерывного выращивания. Для

севную биомассу. Накопив заданную концентрацию микроорганизмов, выводят в режим непрерывного выращивания. Для

снабжения популяции кислородом через аэрирующее устройство 2 непрерывно

расхода газа входит в состав блока.

Отработанный газ из ферментатора 1 по

трубопроводу 8 поступает в рекуператор 9.

В объеме рекуператора отработанный аэрирующий газ7 отдавая, тепло испаря- ющемуся холодильному агенту, циркулирующему в корпусе 7 охлаждается по мере своего движения от входного пат- рубка к выходному до температуры ниже . При-этом последовательно проис

Использование: относится к микробиологической промышленности, к получению биомассы микроорганизмов как источника кормового белка. Сущность изобретения: установка включает ферментатор, систему рециркуляции газовой фазы и холодильник-рекуператор для разделения кислорода и углекислого газа с последующим возвратом кислорода в цикл культивирования и выгрузкой твердой углекислоты из сборника шнеком. 1 ил.

во для отделения углекислого газа от ходит вымораживание сначала влаги, а

кислородсодержащего гэза, последнее содержит холодильник-рекуператор, подключенный трубопроводами к блоку сжижения воздуха и ферментатору, при этом холодильник-рекуператор снабжен сборником вымороженной углекислоты с установленным в его корпусе шнеком , для выгрузки сухого льда, причем сборник соединен трубопроводом для отвода газообразного кислорода с блоком разделения и сжижения воздуха.

На чертеже схематично изображена установка, продольный разрез.

Установка для культивирования микроорганизм 6 включает ферментатор 1,

затем углекислоты в виде снегообразной массы. Намороженную смесь удаляют с помощью шнека в сборнике 12 тве р- дой углекислоты и далее направляют в линию приготовления сухого льда.

35 Аэрирующий газ, очищенный таким образом от углекислоты, подают на вход в блок 11 разделения, разбавляют воздухом через регулятор 15 соотношений, отделяют от азота и вновь подают на

0 аэрацию в ферментатор 1. В установке устанавливается стационарный режим циркуляции аэрирующего газа.

Компрессор блока 1t разделения создает небольшое избыточное давление,

снабженный перемешивающим и аэрирующим 5 достаточное для того, чтобы компенсиустройством 2, патрубок 3 для выхода отработанного аэрирующего газа; теплообменник 4; систему 5 грубой очистки воздуха; трубопровод 6 для подачи ,. холодильного агента (сжиженного азота), подключенный к холодильнику-рекуператору 9, блок tl разделения, трубопровод 8 для отводящего аэрирующего газа, сообщенный с рекуператором 9

ровать его потери в тракте газоснабжения и в рекуператоре. В связи с этим в ферментаторе 1 поддерживается небольшое избыточное давление, кото- 50 рое обеспечивает стабильность циркуляции газа в системе газоснабжение.

В предлагаемой установке исчезает необходимость системы газоочистки от 5е СО. Установка упрощается по сравнению трубопровод 13 для отвода газообразно- с известкой, и значительно снижаются го кислорода. Рекуператор 9 содержит удельные энергозатраты. Причем энер- корпус 7 сборник 12 вымороженной гия (холод) для вымораживания потреб- углекислоты со шнеком 13 и сообщен ляется за счет работы блока разделеходит вымораживание сначала влаги, а

затем углекислоты в виде снегообразной массы. Намороженную смесь удаляют с помощью шнека в сборнике 12 тве р- дой углекислоты и далее направляют в линию приготовления сухого льда.

Аэрирующий газ, очищенный таким образом от углекислоты, подают на вход в блок 11 разделения, разбавляют воздухом через регулятор 15 соотношений, отделяют от азота и вновь подают на

аэрацию в ферментатор 1. В установке устанавливается стационарный режим циркуляции аэрирующего газа.

Компрессор блока 1t разделения создает небольшое избыточное давление,

достаточное для того, чтобы компенсировать его потери в тракте газоснабжения и в рекуператоре. В связи с этим в ферментаторе 1 поддерживается небольшое избыточное давление, кото- рое обеспечивает стабильность циркуляции газа в системе газоснабжение.

ния и ее достаточно, кроме основного назначения, и для циркуляции аэрирующего газа и вымораживания углекислоты. Более Того, аа смет повышения начальной концентрации кислорода на входе в блок разделения общее количество разделяемого газа снижается и, следовательно, удельные затраты энергии ниже чем в известной установке.

В предлагаемой установке достигается снижение удельных энергозатрат на производство биомассы на 25-40$ за счет снижения энергозатрат на производство кислорода.

Пример. Культивирование мик- роорганизмов Candida maltosa ведется в ферментаторе с мешалквй Vp 20 M J Nv Я кВт/м3; Vy « 23,65 . ч; D « 0,2 х 5 кг/м3.ч; yj 0,95; Vrtp 4 м5/ч; fli 2 кг/кг АСВ.

Скорость растворения кислорода

х-0/о Ю кг/м ч.

и Общий расход кислорода

V0«e M0z Mp«t40 м /ч

(р0- 1,43 кг/м5).

За счет десорбции углекислого газа

vco2 Т7Г .

Выходные концентрации компонентов газа

Ог

0,71}

со

0,23.

Общее количество отработанного га- за Vr « 435 м /ч, в том числе V0 -310 мэ/ч; V 100 м3/ч.

Для того, чтобы восстановить баланс по кислороду, в кислородную станцию необходимо подать

140Ъ

v о тгбГэТ а 70°н /ч воздуха

Общее количество газа на входе в блок разделения составит

V - 1135 , y°z- 0,43.

ft

Тогда как при прямом процессе разделения с уЩ 0,21 для получения

V0 А 50 м3/ч требуется л/ 2401Гм /ч Таким образом, экономия по электроэнергии составит почти 50 %. Для вымораживания 100 м /ч углекислоты или 200 кг/ч (1,976 кг/м3) требуется охладить отработанный газ (435 мэ/ч) до температуры ниже соответствующей выпадению кристаллов СО. Количество тепла, необходимое для отвода газа при десублимации, составит

Q - 200-130,8 - 26200 ккал/ч.

Общая холодопроизводительность станции разделения составляет более

q 2400-49 t,43 168200 ккал/ч.

i Из этого количества около половины

используется для перевода газа в жидкое состояние и разделения, а остальная часть для охлаждения газа в предлагаемом рекуператоре с целью выделе- ния углекислоты. Там же выделяется влага, содержащаяся в отработанном газе.

30

5

5

0

Формула изобретения

Установка для культивирования мик- роорганизмов, содержащая ферментатор, размещенную вне ферментатора систему циркуляции кис лоролсолержащего газа, включающую блок разделения и сжижения воздуха, сообщенный с ферментатором, и устройство для отделения yrj лекислого газа от кислородсодержащего газа, отличающаяся тем, что, с целью сокращения энергозатрат за счет более полного использования сжиженного азота, устройство для отделения углекислого газа от кислородсодержащего газа содержит холодильник- рекуператор, подключенный трубопроводом к блоку сжижения воздуха и к ферментатору посредством трубопроводов, при этом холодильник-рекуператор снабжен сборником вымороженной углекислоты с размещенным в его корпусе шнеком для выгрузки твердой углекислоты, причем рборник соединен трубопроводом для отвода газообразного кислорода с блоком разделения и сжижения воздуха.

ЦJT

оо

И

Редактор В. Jlerpaiu

Составитель В. Борисов

Техред м.Моргентал - Корректор С. Шекмар

Заказ 1977

Тираж

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

с

р

тт

оэ

7

W

NV

ф

J

Подписное