RU2768390C1 - Реактор ступенчатый для аэробного биосинтеза и способ работы ступенчатого реактора для аэробного биосинтеза - Google Patents
Реактор ступенчатый для аэробного биосинтеза и способ работы ступенчатого реактора для аэробного биосинтеза Download PDFInfo
- Publication number
- RU2768390C1 RU2768390C1 RU2021107296A RU2021107296A RU2768390C1 RU 2768390 C1 RU2768390 C1 RU 2768390C1 RU 2021107296 A RU2021107296 A RU 2021107296A RU 2021107296 A RU2021107296 A RU 2021107296A RU 2768390 C1 RU2768390 C1 RU 2768390C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- liquid phase
- reactor
- gas
- chamber
- phase
- Prior art date
Links
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title claims abstract description 38
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims abstract description 74
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 65
- 238000005276 aerator Methods 0.000 claims abstract description 32
- 238000005273 aeration Methods 0.000 claims abstract description 28
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims abstract description 27
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 claims abstract description 21
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 17
- 244000005700 microbiome Species 0.000 claims abstract description 14
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims abstract description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 23
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 13
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 13
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 claims description 11
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 claims description 10
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 8
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 8
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 claims description 5
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011707 mineral Substances 0.000 claims description 4
- 235000016709 nutrition Nutrition 0.000 claims description 4
- 230000035764 nutrition Effects 0.000 claims description 4
- 238000004448 titration Methods 0.000 claims description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 3
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 claims description 3
- 238000009738 saturating Methods 0.000 claims description 3
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 claims description 3
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 2
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 claims description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000007872 degassing Methods 0.000 claims description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 2
- 238000009629 microbiological culture Methods 0.000 claims description 2
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 claims description 2
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims 2
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 claims 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims 1
- 238000010926 purge Methods 0.000 claims 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 abstract description 11
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 abstract description 2
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 abstract description 2
- 230000002906 microbiologic effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 abstract 1
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 12
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 description 5
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 description 5
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XKMRRTOUMJRJIA-UHFFFAOYSA-N ammonia nh3 Chemical compound N.N XKMRRTOUMJRJIA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012190 activator Substances 0.000 description 1
- 238000010564 aerobic fermentation Methods 0.000 description 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 1
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 description 1
- 238000011138 biotechnological process Methods 0.000 description 1
- 230000009172 bursting Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000001450 methanotrophic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 235000011007 phosphoric acid Nutrition 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000003134 recirculating effect Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000013517 stratification Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
- C12M1/02—Apparatus for enzymology or microbiology with agitation means; with heat exchange means
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
- C12M1/04—Apparatus for enzymology or microbiology with gas introduction means
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Zoology (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Abstract
Изобретение относится к биохимии, а именно к устройствам для работы с ферментами или микроорганизмами, со средствами для введения газа. Изобретение может быть использовано в пищевой, агропромышленной, медицинской, микробиологической, нефтехимической промышленности для процессов синтеза различных биологических продуктов, развивающихся в жидкой, обогащенной газовыми субстратами и окислителями среде. Реактор ступенчатый для аэробного биосинтеза выполнен в виде вертикального двух камерного корпуса и одной или нескольких групп неделимых зависимых элементов для аэрации жидкой фазы. Каждая группа неделимых зависимых элементов всегда содержит два струйных аэратора, нижний из которых располагают в верхней камере корпуса. Сам реактор выполнен с патрубками для подачи газов и технологических жидкостей, а также для отвода жидкой и газовой фазы. Обогащение жидкой фазы смесью газов осуществляют двухступенчатой аэрацией с использованием струйных гравитационных аэраторов с эжекционным эффектом для увеличения массобменных процессов в большом объеме. Реактор оснащен теплообменниками, побудителями расхода жидкости для рециркуляции жидкой фазы и трубопроводом для подачи жидкой фазы в переливную камеру. В нижней части корпуса установлены штуцеры циркуляции жидкой фазы и штуцеры для отбора жидкой фазы. Увеличение рабочего объема реактора производят расчетным пропорциональным увеличением диаметра двухкамерного корпуса в соответствии с количеством радиально добавляемых групп неделимых зависимых элементов для аэрации жидкой фазы. Изобретение обеспечивает увеличение рабочего объёма при сохранении высокого уровня массообменных процессов в зоне биосинтеза. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к биохимии, а именно к устройствам для работы с ферментами или микроорганизмами, со средствами для введения газа. Изобретение относится к области химических, физических, физико-химических и биотехнологических процессов, реализуемых в аппаратах с формированием жидкой среды высоко насыщенной растворимыми в ней газами. Изобретение может быть использовано в пищевой, агропромышленной, медицинской, микробиологической, нефтехимической промышленности для процессов синтеза различных биологических продуктов, развивающихся в жидкой, обогащенной газовыми субстратами и окислителями среде.
Предшествующий уровень техники
Известен патент РФ на изобретение № 2144952 «Аппарат для выращивания микроорганизмов». Аппарат для выращивания микроорганизмов, оснащенный двумя идентичными по объему емкостями, сообщенными переливными трубопроводами, расположенными выше размещенных у дна газовых распылителей (барботеров), конструкция обеспечивает при аэрации обмен емкостей аэрируемой жидкостью.
К недостаткам аппарата можно отнести неравномерность и низкий уровень аэрации, а также сложность при применении для ферментации облигатных микроорганизмов из-за слабой скорости потока по трубопроводам рециркуляции жидкой фазы. Большая емкость слабо турболизированной среды в совокупности с большим объемом будет способствовать деаэрации микробной суспензии.
Известен патент РФ на изобретение № 2352626 «Аппарат для выращивания микроорганизмов». Аппарат для выращивания микроорганизмов, состоящий из двух закрытых емкостей, соединённых трубопроводами рецикла жидкой фазы с разовыми распылителями (барботерами). Рециркуляция обеспечивается эффектом увлечения жидкой фазы поднимающимися пузырьками газов (аэролифт) с одновременным массообменом.
К недостаткам аппарата можно отнести неравномерность аэрации емкостей, так как аэрирование происходит только в одной из них, что приводит к результирующему низкому уровню аэрации при увеличении размеров используемых емкостей. В емкости, не оснащенной аэраторами, значительно снижается турболизованность среды, что приводит к деаэрации микробной суспензии и как следствие к снижению скорости массобмена.
Известен патент РФ на изобретение № 2727193 «Ферментер и ферментационная установка для непрерывного культивирования микроорганизмов». Ферментер и ферментационная установка для непрерывного культивирования микроорганизмов, представляющий собой замкнутый контур жидкой фазы, состоящий из емкостей с теплообменником, аэраторами и насосом для рециркуляции микробной суспензии.
К недостаткам аппарата можно отнести высокое энергопотребление, связанное с необходимостью обеспечения скорости потока при одновременном деспергировании распылителями слаборастворимых газов в жидкой среде. Увеличение рабочего объема свыше 50м3 приведет к увеличению диаметров элементов рециркуляционного контура, что приведет к расслоению потоков разной плотности из-за невозможности обеспечить равномерность турбулизации потока
При использовании углеводородного субстрата, в частности метана, с применением метанкислящих микроорганизмов, обеспечивающих в присутствии растворенного кислорода синтез высокобелковой биомассы. Струйные аэраторы с эжекцией газовой смеси обеспечивают достаточную турбулизацию ферментационной среды, что позволяет эффективно использовать малорастворимые субстраты и дисперсные среды для процессов ферментации, аэраторы формируют большую поверхность контакта газовой и жидкой фазы, что приводит к увеличению скорости массопередачи питательных компонентов к клеткам и повышению выхода целевого продукта в процессе биосинтеза.
Недостатком известных аппаратов, предназначенных для биосинтеза в водной среде с углеводородным субстратом, является технологическое ограничение рабочего объема аппарата, увеличение которого выше определенного объема приводит к значительному снижению удельной производительности установок из-за невозможности обеспечить равномерность и требуемый уровень массопереноса в теле рабочей жидкости, что приводит к снижению скорости массопередачи питательных компонентов к клеткам и снижению выхода целевого продукта в процессе биосинтеза или приводит к значительному росту энергозатрат на формирование жидкой фазы с требуемыми параметрам, снижая рентабельность производства. При использовании методов аэрации потока жидкости в замкнутом канале, например, в канале тороидальной формы, задача однородной аэрации решается, но до определенного размера сечения канала, после преодоления которого происходит расслоение потоков, общая турбулизация потока снижается и как следствие снижаются массобменные параметры установки, что приводит к необходимости добавления аэраторов и побудителей расхода жидкости, что в совокупности увеличивает сложность конструкции и объем требуемых энергозатрат.
Увеличение высоты рабочих камер однокамерных реакторов с струйными аэраторами приводит к пропорциональному увеличению длины аэратора, что может осуществляться до определённого предела и имеет ограничения при конструировании и монтаже корпуса аппарата. Так же решение ограничено техническими параметрами перекачивающего оборудования и энергозатратами для перемещения жидкой фазы. Максимальный объем биореактора для аэробной ферментации в жидкой среде при получении оптимальных условий диспергирования газовых субстратов составляет 30м3. При соблюдении требуемых пропорций изготовление однокамерного реактора с струйным аэраторам объемом более 64м3 нецелесообразно.
Задачей предлагаемого изобретения является создание реактора ступенчатого для аэробного биосинтеза с технологической возможностью значительного увеличения рабочего объема при сохранении высокого уровня массообменных процессов в зоне биосинтеза, при условии диспергирования труднорастворимых газов в водной среде.
Технический результат предлагаемого реактора ступенчатого для аэробного биосинтеза выражается в возможности создания промышленных эффективных реакторов для аэробного биосинтеза рабочим объемом до 1200м3 при сохранении высоких массообменных характеристик, высоким коэффициентом эффективного использования площади для размещения, повышение степени использования кислорода и метана, в случае применения изобретения для биосинтеза метанотрофных микроорганизмов и уменьшение энергозатрат на процесс аэробного биосинтеза.
Технический результат получен за счет того, что реактор ступенчатый для аэробного биосинтеза выполнен в виде вертикального двух камерного корпуса и одной или нескольких групп неделимых зависимых элементов для аэрации жидкой фазы, причем каждая группа неделимых зависимых элементов всегда содержит два струйных аэратора, нижний из которых располагают в верхней камере корпуса, при этом сам реактор выполнен с патрубками для подачи газов и технологических жидкостей, а также для отвода жидкой и газовой фазы. Обогащение жидкой фазы смесью газов осуществляют двухступенчатой аэрацией с использованием струйных гравитационных аэраторов с эжекционным эффектом для увеличения массобменных процессов в большом объеме. Реактор ступенчатый для аэробного биосинтеза оснащен теплообменниками, побудителями расхода жидкости для рециркуляции жидкой фазы и трубопроводом для подачи жидкой фазы в переливную камеру. В нижней части корпуса установлены штуцеры циркуляции жидкой фазы и штуцеры для отбора жидкой фазы. Увеличение рабочего объема реактора производят расчетным пропорциональным увеличением диаметра двухкамерного корпуса в соответствии с количеством радиально добавляемых групп неделимых зависимых элементов для аэрации жидкой фазы.
Описание
Биосинтез микроорганизмов, утилизирующих газовые углеродсодержащие субстраты, производят на растворимых и дисперсных средах, что предусматривает высокий уровень аэрации жидкой среды труднорастворимыми газами.
Увеличение рабочего объема реактора ступенчатого (Фиг.1) для аэробного биосинтеза производят пропорциональным увеличением диаметра двухкамерного корпуса с радиальным добавлением (Фиг. 3) групп неделимых зависимых групп элементов аэрации жидкой фазы (Фиг. 2). Ограничение количества групп неделимых зависимых элементов обусловлены конструктивными ограничениями при изготовлении, монтаже и обслуживании реактора, трубопроводов контуров рециркуляции жидкой и газовых фаз, а также всех прочих коммуникаций материального обеспечения, энергетики и КИП.
Изобретение поясняется чертежами, на которых:
На фиг. 1 изображен реактор ступенчатый для аэробного биосинтеза в составе нескольких групп неделимых зависимых элементов для аэрации жидкой фазы.
На фиг. 2 изображена группа неделимых зависимых элементов для аэрации жидкой фазы.
На фиг. 3 изображена схема увеличения рабочего объема реактора ступенчатого для аэробного биосинтеза (радиальное размещение неделимых групп аэрации).
Реактор ступенчатый для аэробного биосинтеза состоит из: герметичного вертикального корпуса с верхней и нижней камерами рабочих зон (см. фиг. 1) и одной или нескольких, групп неделимых зависимых элементов (см. фиг 2.) для аэрации жидкой фазы.
Реактор ступенчатый[1] для аэробного биосинтеза содержит групп неделимых зависимых элементов[3] для аэрации жидкой фазы n+1.
Увеличение рабочего объема реактора производят расчетным пропорциональным увеличением диаметра двухкамерного корпуса в соответствии с количеством радиально (см. фиг. 3) добавляемых групп неделимыми зависимых элементов аэрации жидкой фазы. Реактор ступенчатый для аэробного биосинтеза состоит из: корпуса [2]; группы неделимых зависимых элементов аэрации жидкой фазы[3]; группы добавляемых неделимых зависимых элементов аэрации жидкой фазы [4]; верхней камеры корпуса [5]; нижней камеры корпуса [6]; внутреннего трубопровода циркуляции газовой фазы [7]; брызгоотбойника [8]; струйного аэратора верхней камеры [9]; переливной камеры струйного аэратора верхней камеры [10]; струйного аэратора нижней камеры [11]; стабилизирующего экрана [12]; трубопровода контура циркуляции жидкой фазы [13]; теплообменника [14]; штуцера отвода теплоносителя из теплообменника [15]; штуцера ввода теплоносителя в теплообменник [16]; побудителя расхода жидкости [17]; электропривода побудителя расхода жидкости [18]; штуцера датчика температуры [19]; датчика температуры жидкой фазы нижней камеры [20]; стерилизуемого порта отбора образцов микробной суспензии [21]; штуцера слива жидкой фазы [22]; штуцера датчика растворенного кислорода [23]; датчик растворенного кислорода [24]; штуцера отбора микробной суспензии [25]; штуцера датчика температуры [26]; датчика температуры жидкой фазы до теплообменника [27]; штуцера датчика давления [28]; датчика давления жидкой фазы до теплообменника [29]; конусовидного отбойника [30]; трубчатого отвода газовой фазы с внутреннего объема конусовидного отбойника [31]; штуцера датчика температуры [32]; датчика температуры жидкой фазы после теплообменника [33]; штуцера датчика температуры [34]; датчика температуры жидкой фазы верхней камеры [35]; штуцера датчика фосфора [36]; датчика фосфора [37]; штуцера датчика аммонийного азота [38]; датчика аммонийного азота [39]; разрывной аварийной мембраны [40]; датчика давления [41]; штуцера ввода засевной биомассы [42]; штуцера подачи питательных сред [43]; штуцера подачи титрантов [44]; штуцера аварийной подачи азота [45]; датчика азота [46]; датчика метана [47]; датчик кислорода [48]; датчик углекислого газа [49]; штуцер подачи газового субстрата (метана) [50]; штуцер подачи газового окислителя (кислород или воздушная смесь) [51]; трубопровод контура циркуляции газовой фазы [52]; предохранительный (аварийный) клапан [53]; штуцер отвода газовой фазы [54].
Реактор ступенчатый для аэробного биосинтеза работает следующим образом:
1. В чистый простерилизованный реактор подают воду в количестве от 70 до 80% номинального объема, после чего подают раствор ортофосфорной кислоты до достижения требуемой концентрации фосфора, затем концентрацию азота доводят до требуемого значения аммиачной водой.
2. Запускают побудитель расхода жидкости для циркуляции жидкой фазы, после чего, управляя температурой теплоносителя, добиваются стабильной температуры жидкой фазы в диапазоне 42-44°С, затем, по показаниям датчиков температуры контролируют температуру жидкой фазы, термостатирование жидкой фазы производят непрерывно в автоматическом режиме в теплообменнике.
3. Реактор продувают инертным газом, возможно применение азота, для снижения концентрации кислорода до не более 5% объема, при этом концентрацию кислорода контролируют в отходящей из реактора газовой смеси, одновременно побудителем расхода жидкости забирают жидкую фазу нижней камеры реактора и подают ее через теплообменник в переливную камеру верхнего аэратора, при этом, применяя эффект эжекции, подают в аэратор газовую фазу из верхней части рабочей зоны верхней камеры аэратора, обеспечивая подачу газовой фазы из верхней части нижней камеры по внутреннему трубопроводу газовой фазы в верхнюю камеру реактора, затем через аэратор верхней группы направляют жидкую фазу в слой жидкости в рабочей зоне верхней камеры тем самым насыщенная ее газами, затем жидкую фазу направляют через аэратор нижней группы в нижнюю камеру, насыщая ее газовой фазой.
4. Жидкую фазу направляют через аэратор нижней группы в нижнюю камеру, насыщая ее газовой фазой, одновременно осуществляют контроль концентрации растворенного кислорода в жидкой фазе датчиками растворенного кислорода, погруженными в рабочую среду верхней и нижней камеры.
5. Одновременно с контролем концентрации растворенного кислорода водные растворы минерального питания подают внутрь верхней камеры до достижения требуемых концентраций, при этом вводом титрующих растворов в верхнюю камеру добиваются требуемого параметра кислотности среды рН = 5.7, при избытке азота титрование осуществляют раствором гидроксида натрия.
6. Состав газовой смеси газовой фазы корректируют, добавляя метан и воздух в необходимых пропорциях и давлении,
7. Засевную биомассу подают внутрь корпуса при условии достижения требуемых параметров среды из расчета создания требуемой концентрации, после чего доводят уровень жидкой фазы до 100% рабочего объема при этом обеспечивают кислородом микробную культуру, синтезируемой в реакторе, что определяют по остаточной рабочей концентрации растворенного кислорода, которую регулирует путем увеличения парциального давления в системе культивирования, повышением рабочего давления в реакторе или увеличивают расход воздуха.
8. Подачу питательной среды осуществляют непрерывно по потребности микроорганизмов в источниках минерального питания из расчета остаточных концентраций, которые определяют по концентрации азота и фосфора, по результату измерений при необходимости корректируют их концентрацию в растворах.
9. Изменение рабочего давления среды биосинтеза осуществляют регуляторами расхода газа на вводных трубопроводах в реактор и, при этом контролируют состав газовой смеси в условиях изменения давления, контроль и регулирование газовой смеси производят непрерывною, одновременно регулируют скорость протока подачей воды и питательных растворов.
10. Из реактора непрерывно отбирают определенное количество бактериальной суспензии при непрерывной подаче всех компонентов питательной среды, природного газа и воздуха.
11. При отборе микробной суспензии из реактора предусматривают ее отстаивание для дегазации растворенных газов.
Предложенное решение позволяет создавать промышленные аппараты большого объема для аэробного биосинтеза с высоким уровнем массобменных характеристик.
Все вышесказанное подтверждает промышленную применимость предлагаемого реактора ступенчатого для аэробного биосинтеза и способа работы аэробного биосинтеза в ступенчатом реакторе.
Перечень позиций:
1. Реактор ступенчатый для аэробного биосинтеза;
2. корпус;
3. группа неделимых зависимых элементов аэрации жидкой фазы;
4. группа добавляемых неделимых зависимых элементов аэрации жидкой фазы;
5. верхняя камера корпуса;
6. нижняя камера корпуса;
7. внутренний трубопровод циркуляции газовой фазы;
8. брызгоотбойник;
9. струйный аэратор верхней камеры;
10. переливная камера струйного аэратора верхней камеры;
11. струйный аэратор нижней камеры;
12. стабилизирующий экран;
13. трубопровод контура циркуляции жидкой фазы;
14. теплообменник;
15. штуцер отвода теплоносителя из теплообменника;
16. штуцер ввода теплоносителя в теплообменник;
17. побудитель расхода жидкости;
18. электропривод побудителя расхода жидкости;
19. штуцер датчика температуры;
20. датчик температуры жидкой фазы нижней камеры;
21. стерилизуемый порт отбора образцов микробной суспензии;
22. штуцер слива жидкой фазы;
23. штуцер датчика растворенного кислорода;
24. датчик растворенного кислорода;
25. штуцер отбора микробной суспензии;
26. штуцер датчика температуры;
27. датчик температуры жидкой фазы до теплообменника;
28. штуцер датчика давления;
29. датчик давления жидкой фазы до теплообменника;
30. конусовидный отбойник;
31. трубчатый отвод газовой фазы с внутреннего объема конусовидного отбойника;
32. штуцер датчика температуры;
33. датчик температуры жидкой фазы после теплообменника;
34. штуцер датчика температуры;
35. датчик температуры жидкой фазы верхней камеры;
36. штуцер датчика фосфора;
37. датчик фосфора;
38. штуцер датчика аммонийного азота;
39. датчик аммонийного азота.
40. разрывная аварийная мембрана;
41. датчик давления;
42. штуцер ввода засевной биомассы;
43. штуцер подачи питательных сред;
44. штуцер подачи титрантов;
45. штуцер аварийной подачи азота;
46. датчик азота;
47. датчик метана;
48. датчик кислорода;
49. датчик углекислого газа;
50. штуцер подачи газового субстрата (метана);
51. штуцер подачи газового окислителя (кислород или воздушная смесь);
52. трубопровод контура циркуляции газовой фазы;
53. предохранительный (аварийный) клапан;
54. штуцер отвода газовой фазы.
Claims (4)
1. Реактор ступенчатый для аэробного биосинтеза, состоящий из: герметичного вертикального корпуса с верхней и нижней камерами рабочих зон и одной или нескольких групп неделимых зависимых элементов для аэрации жидкой фазы, при этом в состав корпуса входят: штуцеры отвода газовой фазы, штуцеры трубопроводов подачи питательных и титрующих растворов, штуцеры для размещения датчиков температуры и газов, в газовой и жидкой фазе, внутренний трубопровод циркуляции газовой фазы, соединяющий верхнюю и нижнюю камеру с брызго отбойником, штуцеры трубопровода циркуляции жидкой фазы, штуцеры трубопроводов газовой фазы, штуцеров трубопроводов ввода и стерилизуемый порт отбора микробной суспензии, а в состав группы неделимых зависимых элементов входят: переливная камера верхнего аэратора, верхний струйный гравитационный аэратор с эжекцией газовой фазы с вводом струи в верхнюю камеру реактора, нижний струйный гравитационный аэратор с эжекцией газовой фазы, оснащенный стабилизирующим экраном и размещаемый внутри верхней камеры реактора с вводом струи в нижнюю камеру реактора, побудителя расхода жидкости, трубопровода циркуляции жидкой фазы, привода побудителя жидкой фазы, теплообменника, штуцеров слива жидкой фазы, штуцера отбора микробной суспензии, штуцер с датчиком температуры жидкой фазы до теплообменника, штуцер с датчиком давления до теплообменника, штуцеров ввода и вывода теплоносителя теплообменника, штуцера с датчиком температуры жидкой фазы после теплоносителя, штуцера подачи газового субстрата, штуцер подачи газового окислителя.
2. Реактор ступенчатый для аэробного биосинтеза по п. 1, отличающийся тем, что групп неделимых зависимых элементов для аэрации жидкой фазы содержит n+1.
3. Реактор ступенчатый для аэробного биосинтеза по п. 1, отличающийся тем, что увеличение рабочего объема реактора производят расчетным пропорциональным увеличением диаметра двухкамерного корпуса в соответствии с количеством радиально добавляемых групп неделимых зависимых элементов для аэрации жидкой фазы.
4. Способ работы реактора ступенчатого для аэробного биосинтеза по любому из пп. 1-3, заключающийся в том, что в чистый простерилизованный реактор подают воду в количестве от 70 до 80% номинального объема, после чего подают раствор ортофосфорной кислоты до достижения требуемой концентрации фосфора, затем концентрацию азота доводят до требуемого значения аммиачной водой, запускают побудитель расхода жидкости для циркуляции жидкой фазы, после чего, управляя температурой теплоносителя, добиваются стабильной температуры жидкой фазы в диапазоне 42-44°С, затем по показаниям датчиков температуры контролируют температуру жидкой фазы, термостатирование жидкой фазы производят непрерывно в автоматическом режиме в теплообменнике, после чего реактор продувают инертным газом для снижения концентрации кислорода до не более 5% объема, при этом концентрацию кислорода контролируют в отходящей из реактора газовой смеси, одновременно побудителем расхода жидкости забирают жидкую фазу нижней камеры реактора и подают ее через теплообменник в переливную камеру верхнего аэратора, при этом, применяя эффект эжекции, подают в аэратор газовую фазу из верхней части рабочей зоны верхней камеры аэратора, обеспечивая подачу газовой фазы из верхней части нижней камеры по внутреннему трубопроводу газовой фазы в верхнюю камеру реактора, затем через аэратор верхней группы направляют жидкую фазу в слой жидкости в рабочей зоне верхней камеры, тем самым насыщенная ее газами, затем жидкую фазу направляют через аэратор нижней группы в нижнюю камеру, насыщая ее газовой фазой, одновременно с этим, осуществляют контроль концентрации растворенного кислорода в жидкой фазе датчиками растворенного кислорода, погруженными в рабочую среду верхней и нижней камеры, в то же время водные растворы минерального питания подают внутрь верхней камеры до достижения требуемых концентраций, при этом вводом титрующих растворов в верхнюю камеру добиваются требуемого параметра кислотности среды рН = 5.7, далее при избытке азота титрование осуществляют раствором гидроксида натрия, при этом обеспечивают состав газовой смеси газовой фазы, добавляя метан и воздух в необходимых пропорциях и давлении, при условии достижения требуемых параметров среды внутрь корпуса подают засевную биомассу из расчета создания требуемой концентрации, после чего доводят уровень жидкой фазы до 100% рабочего объема, при этом обеспечивают кислородом микробную культуру, синтезируемой в реакторе, что определяют по остаточной рабочей концентрации растворенного кислорода, которую регулирует путем увеличения парциального давления в системе культивирования, повышением рабочего давления в реакторе или увеличивают расход воздуха, при этом подачу питательной среды осуществляют непрерывно по потребности микроорганизмов в источниках минерального питания из расчета остаточных концентраций, которые определяют по концентрации азота и фосфора, при необходимости корректируют их концентрацию в растворах, изменение рабочего давления среды биосинтеза осуществляют регуляторами расхода газа на вводных трубопроводах в реактор и, при этом контролируют состав газовой смеси в условиях изменения давления, контроль и регулирование газовой смеси производят непрерывною, одновременно регулируют скорость протока подачей воды и питательных растворов, при этом из реактора непрерывно отбирают определенное количество бактериальной суспензии при непрерывной подаче всех компонентов питательной среды, природного газа и воздуха, при отборе микробной суспензии из реактора предусматривают ее отстаивание для дегазации растворенных газов.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021107296A RU2768390C1 (ru) | 2021-03-19 | 2021-03-19 | Реактор ступенчатый для аэробного биосинтеза и способ работы ступенчатого реактора для аэробного биосинтеза |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021107296A RU2768390C1 (ru) | 2021-03-19 | 2021-03-19 | Реактор ступенчатый для аэробного биосинтеза и способ работы ступенчатого реактора для аэробного биосинтеза |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2768390C1 true RU2768390C1 (ru) | 2022-03-24 |
Family
ID=80847153
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021107296A RU2768390C1 (ru) | 2021-03-19 | 2021-03-19 | Реактор ступенчатый для аэробного биосинтеза и способ работы ступенчатого реактора для аэробного биосинтеза |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2768390C1 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6492135B1 (en) * | 1999-05-18 | 2002-12-10 | Ebbe Busch Larsen | U-shape and/or nozzle u-loop fermentor and method of carrying out a fermentation process |
| RU2607782C1 (ru) * | 2016-04-04 | 2017-01-10 | Винаров Александр Юрьевич | Биореактор для выращивания метанутилизирующих микроорганизмов |
| RU2679356C1 (ru) * | 2017-12-28 | 2019-02-07 | Общество с ограниченной ответственностью "Концепт инжиниринг" | Аппарат для выращивания микроорганизмов |
| RU2738849C1 (ru) * | 2020-08-05 | 2020-12-17 | Федеральное государственное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Фундаментальные основы биотехнологии" Российской академии наук" (ФИЦ Биотехнологии РАН) | Аппарат для выращивания микроорганизмов |
| RU2739069C1 (ru) * | 2020-06-16 | 2020-12-21 | Общество с ограниченной ответственностью «Сфера Телеком» | Устройство для организации перегонной связи и способ организации перегонной связи (варианты) |
-
2021
- 2021-03-19 RU RU2021107296A patent/RU2768390C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6492135B1 (en) * | 1999-05-18 | 2002-12-10 | Ebbe Busch Larsen | U-shape and/or nozzle u-loop fermentor and method of carrying out a fermentation process |
| RU2607782C1 (ru) * | 2016-04-04 | 2017-01-10 | Винаров Александр Юрьевич | Биореактор для выращивания метанутилизирующих микроорганизмов |
| RU2679356C1 (ru) * | 2017-12-28 | 2019-02-07 | Общество с ограниченной ответственностью "Концепт инжиниринг" | Аппарат для выращивания микроорганизмов |
| RU2739069C1 (ru) * | 2020-06-16 | 2020-12-21 | Общество с ограниченной ответственностью «Сфера Телеком» | Устройство для организации перегонной связи и способ организации перегонной связи (варианты) |
| RU2738849C1 (ru) * | 2020-08-05 | 2020-12-17 | Федеральное государственное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Фундаментальные основы биотехнологии" Российской академии наук" (ФИЦ Биотехнологии РАН) | Аппарат для выращивания микроорганизмов |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2580646C1 (ru) | Ферментационная установка для метанассимилирующих микроорганизмов | |
| RU2607782C1 (ru) | Биореактор для выращивания метанутилизирующих микроорганизмов | |
| US20060275858A1 (en) | Optimization of Process Variables in Oxygen Enriched Fermentors Through Process Controls | |
| JP2022536668A (ja) | 発酵方法を制御するための方法 | |
| González-Cortés et al. | Anoxic biogas biodesulfurization promoting elemental sulfur production in a Continuous Stirred Tank Bioreactor | |
| JP2022534726A (ja) | 微生物成長用バイオリアクタ | |
| RU2728193C1 (ru) | Ферментер и ферментационная установка для непрерывного культивирования микроорганизмов | |
| RU2644344C1 (ru) | Биологический реактор для превращения газообразных углеводородов в биологически активные соединения | |
| EP2727886A1 (en) | Methods for treating liquid waste with high purity oxygen | |
| RU2236451C1 (ru) | Аппарат для аэробной жидкофазной ферментации | |
| RU2768390C1 (ru) | Реактор ступенчатый для аэробного биосинтеза и способ работы ступенчатого реактора для аэробного биосинтеза | |
| RU2596396C1 (ru) | Биореактор с мембранным устройством газового питания микроорганизмов | |
| RU2743581C1 (ru) | Ферментационная установка для культивирования метанокисляющих бактерий Methylococcus capsulatus | |
| RU2741346C1 (ru) | Устройство для выращивания микроорганизмов | |
| RU2585666C1 (ru) | Аппарат для культивирования метанокисляющих микроорганизмов | |
| EP3592835B1 (en) | Aerobic fermentation systems and methods | |
| RU2769129C1 (ru) | Ферментационная установка для культивирования метанокисляющих бактерий Methylococcus capsulatus | |
| RU2766708C1 (ru) | Реактор для аэробного биосинтеза и способ получения микробной биомассы метанокисляющих микроорганизмов в этом реакторе | |
| CN222043220U (zh) | 一种污水厂污泥全程硝化菌富集培养装置 | |
| Märkl | Modeling of biogas reactors | |
| RU2824554C1 (ru) | Реактор для ферментации и процесс ферментации | |
| RU2763054C1 (ru) | Аппарат для выращивания микроорганизмов | |
| US9550702B2 (en) | Tubular digester | |
| Muroyama et al. | Analysis of reactions for biodegradation of volatile acid components in an anaerobic sludge granular bed treating beer brewery wastewater | |
| SU1346671A1 (ru) | Способ аэрации культуральной жидкости в процессе глубинного культивировани клеток животных или микроорганизмов |