СПОСОБ И УСТАНОВКА ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО БРОЖЕНИЯ Советский патент 1945 года по МПК C12Q3/00 

Предлагаемое изобретение относится к области непрерывного брожения, например, в ацетоно-бутиловом производстве, осуществляемого в батарее последовательно соединенных между собой ферментаторов с общей газовой магистралью.

Известно, что осуществление непрерывного процесса брожения наталкивается, в основном, на два препятствия.

Первым препятствием является опасность возникновения инфекции.

При периодическом ведении процесса питательная среда находится под угрозой развития инфекции лишь в течение одного цикла брожения. За это время при нормальных условиях ведения процесса инфекция не успевает значительно развиться, по окончании же каждого цикла брожения возможна дезинфекция производственной аппаратуры.

При непрерывном ведении процесса брожения эта возможность исключается. Раз возникши, инфекция, без специальных мер борьбы с ней, может беспрепятственно развиваться, подавляя нормальный процесс брожения, снижая выхода и пр.

Опасность развития инфекции различна в различных производствах. В ряде производств технология процесса предусматривает стерилизацию питательных сред. В этом случае опасность возникновения инфекции сведена к минимуму.

В частности ацетоно-бутиловое производство предусматривает ведение процесса чистой культурой бактерии на стерильных средах.

При герметичной аппаратуре и непрерывном процессе исключается также возможность попадания инфекции из воздуха.

Больше того, непрерывный процесс создает необходимые для ацетоно-бутиловых бактерий анаэробные условия. Таким образом, в условиях ацетоно-бутилового производства угроза развития инфекции сведена к минимуму и не может шиться препятствием к осуществлению непрерывного процесса брожения.

Вторым препятствием к осуществлению непрерывного процесса брожения является трудность осуществления непрерывного управления процессом.

При периодическом ведении процесса брожения контроль и управление им также осуществляется периодически.

В противоположность этому, непрерывный процесс требует непрерывного контроля и регулирования, так как изменение интенсивности притока питательной среды меняет характер процесса: а) увеличение интенсивности притока питательной среды вначале увеличивает недоброд, а затем переводит процесс в начальную фазу (фаза накопления кислот), кроме того, при этом усиленно вымываются из ферментатора бактерии брожения; б) понижение интенсивности притока питательной среды вызывает автолиз бактерий и, как следствие, нарушение процесса.

Таким образом, как увеличение, так и уменьшение интенсивности притока питательной среды ведет к нарушению процесса и производственным потерям.

Принятые на производстве методы контроля при периодическом ведении технологического процесса не могут обеспечить непрерывность контроля и, тем более, они непригодны для регулирования непрерывного технологического процесса.

Это обстоятельство является основной причиной того, что непрерывный процесс брожения не удается осуществить в промышленном масштабе.

Согласно настоящему изобретению предлагается способ непрерывного брожения, например, и ацетоно-бутиловом производстве, осуществляемый в батарее последовательно соединенных между собою ферментаторов с общей газовой магистралью, согласно которому скорость притока сбраживаемой жидкости или длительность пребывания ее в батарее регулируют автоматически по интенсивности газовыделения в системе, т.е. способ брожения, управление процессом коего основано на наличии связи между динамикой брожения и динамикой соответствующего ему газовыделения.

Уравнения брожения устанавливают определенное соотношение между количеством выделившегося в каждый данный момент газа и количеством образовавшегося жидкого продукта (ацетона, бутилового спирта, этилового спирта). Каждой стадии брожения соответствует своя интенсивность газовыделения и соотношение между количеством Н₂ и СО₂.

Вместе с этим, каждому состоянию среды соответствует определенная микробиологическая картина брожения. Поэтому при непрерывном процессе интенсивность газовыделения по ферментаторам будет также характеризовать микробиологическую картину брожения.

Схема установки для осуществления предлагаемого способа непрерывного брожения с автоматическим регулированием процесса изображена на прилагаемом чертеже.

Установка состоит из батареи ферментаторов Ф₁-Ф₇, соединенных последовательно так, что сусло поступает с верхнего уровня предыдущего ферментатора в нижнюю часть последующего.

Питательная среда подается непрерывно в первый и второй ферментаторы по трубе а с отводами, снабженными поплавковыми регуляторами уровня b₁-b₂, для предохранения ферментаторов от переполнения.

На штуцерах, соединяющих ферментаторы с общим газовым коллектором h, установлены дроссельные шайбы (диафрагмы) d₁-d₇, создающие (последовательно убывающий перепад давления в ферментаторах.

Благодаря установке диафрагм исключается необходимость поддержания в ферментаторах перепада уровней, необходимого для естественного перетекания сусла через всю батарею: в данном случае, перепад уровней заменен перепадом давления.

Автоматическое регулирование осуществляется следующим образом. Заранее определяют интенсивность сбраживании сусла по ферментаторам и, соответственно этому, интенсивность газового потока. Это определение осуществляют, сопоставляя график газовыделения с балансом газовыделения и количеством ферментаторов в батарее.

При, установившемся процессе интенсивность газовыделения в каждом ферментаторе постоянна. Увеличение в последних ферментаторах интенсивности газовыделения свидетельствует, что в них содержится еще много несброженного сахара (крахмала). Наоборот, увеличенная интенсивность газовыделения в первых ферментаторах показывает на недостаточный приток питательной среды. В обоих случаях требуется вмешательство для восстановления нормального течения процесса, для чего служат вентили C₁ и С₂ с диференциальным мембранным приводом.

В соответствии с интенсивностью газовыделения подбирают диафрагмы, и по величине выбранного перепада давления регулируют натяжение пружин диференциальных мембранных вентилей.

Перемещение клапанов вентилей осуществляется за счет изменения разности давления в ферментаторе и общем газовом коллекторе.

Установка вентиля C₁ на трубопроводе приточного сусла осуществляется таким образом, что с увеличением перепада давления газов во втором ферментаторе увеличивается открытие вентиля, т.е. с увеличением интенсивности брожения увеличивается приток сусла.

Вентиль С₂ на передаточной коммуникации из ферментатора Ф₅ в ферментатор Ф₆ регулирует величину сбраживания в последних ферментаторах. Вентиль С₂ установлен таким образом, что с увеличением интенсивности газовыделения в последних ферментаторах он перекрывает коммуникацию на ферментаторе Ф₆. Вследствие этого, сусло дольше задерживается в установке и глубже выбраживает. Поплавковые регуляторы уровня b₁-b₂ и в этом случае предотвращают переполнение батареи, ограничивая приток сусла.

Для борьбы с пеной в сусло добавляется некоторое количество пеногасителя (например бензол, касторовое масло) так, что брожение по всем ферментаторам протекает под слоем пеногасителя m. Сбраживаемая жидкость для передачи по ферментаторам отбирается с уровня, лежащего под слоем пеногасителя.

Оптимальная температура в ферментаторах поддерживается постоянной с помощью нормальных терморегуляторов, воздействующих на систему охлаждения (нагрева).

Оседающие на конические днища мертвые бактерии удаляются из батареи системой штуцеров i₁-i₇.

В предлагаемой установке инокуляторы не предусмотрены, так как разведение бактерий осуществляется непрерывно в самой бродильной батарее.

Необходимая стадийность развития бактерий по фазам процесса обеспечивается разным состоянием питательной среды в ферментаторах.

1. Способ непрерывного брожения, например в ацетонобутиловом производстве, в батарее последовательно соединенных между собою ферментаторов, отличающийся тем, что скорость притока сбраживаемой жидкости или длительность пребывания ее в батарее регулируют по интенсивности газовыделения в системе.

2. Установка для выполнения способа по п. 1 с применением батареи последовательно связанных между собою ферментаторов и общего для последних газового коллектора, отличающаяся тем, что трубы для подвода сбраживаемой жидкости в головную часть батареи и перепуска ее в предпоследний ферментатор снабжены вентилями с диференциальным мембранным приводом, присоединенным к дроссельным шайбам патрубков, связывающих второй и предпоследний ферментаторы с газовым коллектором.

3. Форма выполнения установки по п. 2, отличающаяся тем, что все патрубки, соединяющие отдельные ферментаторы с газовым коллектором, снабжены дроссельными шайбами, предназначенными для создания перепада давления, необходимого для перетока сбраживаемой жидкости из одного ферментатора в другой.