Производство белка на водороде - Волова Т.Г.
Скачать (прямая ссылка):
5. Контроль и управление работой установки. Основные управляемые параметры процесса культивирования, способы их измерения и регулирования приведены в табл. 1.
Технические показатели предложенной нами установки для культивирования бактерий следующие:
Рабочий объем суспензии, л.........
Удельный расход газовой смеси, нм3/кг
сух. биомассы, л.................
Коэффициент использования газов, л . .
Производительность ферментера, кг/ч » сепаратора по исходной суспензии, м3/ч
Потери при сепарировании, %
» при сушке, % ............
Производительность установки по сухой биомассе, кг/сут (с учетом потерь)
Влажность биомассы, % ...........
800—1100
4—12 0,8-0,98 0,3-0,5
0,2-0,5 до 25 0,5-20
5-8 3-6
31
Затраты электроэнергии, кВт-ч/кг:
электролиз ....................
культивирование ...............
сепарирование .................
сушка................... . . .
47.5 23,2
9,0
22.5
Для обеспечения безопасности обслуживающего персонала и исключения выхода из строя оборудования в случае взрыва предусмотрены следующие меры.
1. Используемый в качестве ферментера автоклав рассчитан на давление, возникающее при нормальном взрыве.
2. Водород и кислород вводят непосредственно в культуральную жидкость, что исключает их перемешивание в подводящих трубопроводах.
3. Подачу питательной среды и слив культуральной жидкости осуществляют с разрывом струи через разделительные емкости, что исключает проскок газовых пробок по трубам в соседние помещения.
4. Оборудование и помещения соответствуют промышленным нормам организации взрывоопасных процессов.
Опыт эксплуатации установки в течение нескольких лет (1975—1979 гг.) показал, что ее технико-экономические и эксплуатационные показатели соответствуют расчетным. С помощью этой установки получена биомасса в количествах, достаточных для проведения экспериментов по оценке ее кормовой ценности в опытах на сельскохозяйственных животных.
Расчеты и опыт эксплуатации опытной установки показывают, что в настоящее время ее производительность лимитируется мощностью электролизера (СЭУ-4М). При использовании более мощного электролизера (например, СЭУ-20 с производительностью 20 нм8/ч по водороду и 10 нм8/ч по кислороду) производительность ферментера можно повысить в 4—6 раз, т. е. довести ее до 50 кг сухой биомассы в сутки и более. Для этого необходимо соответственно повысить производительность системы сушки биомассы.
Следует отметить, что описываемая опытная установка может служить базой для разработки, совершенствования технологического процесса культивирования бактерий, получения данных для проектирования более мощных установок.
В жизнедеятельности водородных бактерий газовое питание играет исключительную роль, так как основные субстраты своего энергетического и конструктивного обмена—водород,
Глава 4
ГАЗОВОЕ ПИТАНИЕ ВОДОРОДНЫХ БАКТЕРИЙ
32
кислород и углерод — они черпают из газовой фазы, через стадию их растворения в околоклеточной среде. Кислород и особенно водород являются малорастворимыми газами. Содержание их в культуральной жидкости в растворенном виде способно обеспечить развитие популяции водородных бактерий в течение лишь доли секунды. Поэтому культивирование этих микроорганизмов может проходить только в условиях интенсивной искусственной вентиляции, при этом даже кратковременный перерыв в подаче газовой смеси к клеткам наносит повреждения клеточным структурам. Это обусловливает специфику методов культивирования водородных бактерий и управления этим процессом.
Вопросы газового питания можно рассматривать в двух аспектах — концентрационном, или кинетическом, и стехиометрическом. В первом случае ставится вопрос, каким образом некоторые важнейшие параметры роста, например удельная скорость роста или интенсивность дыхания, зависят от концентрации газов или их соотношения в околоклеточной среде. Ответ на эти вопросы требует выяснения степени сродства некоторых первичных ферментов-акцепторов к каждому газу и характера их транспортирования через клеточную оболочку. Во втором случае необходимо определить, с какой эффективностью каждый газ используется клеткой. Она может быть выражена либо так называемой константой урожая у, равной количеству биомассы, синтезированной на единицу потребленного газа, либо обратной ей величиной, т. е. удельным поглощением газа на 1 г синтезированной биомассы Q.
ПОТРЕБЛЕНИЕ УГЛЕКИСЛОТЫ
Углекислый газ — единственный источник углерода для построения клеточного материала. Включение С02 в биомассу можно обобщенно описать:
2Н3 + С02 -> <СН20> + Н20. (1)
Небольшая доза углерода может извлекаться из мочевины, если она служит азотным субстратом.
Большинство изученных грамотрицательных видов водород-окисляющих бактерий в оптимальных для роста условиях выделяет в околоклеточную среду ничтожное количество метаболитов [Brown е. а., 1964; Кеслер и др., 1975], поэтому весь поглощенный углерод можно считать ассимилированным. Это Дает возможность вычислять потребление углекислоты по приросту биомассы, содержание углерода в которой сравнительно стабильно и составляет 49% [Минкевич, Ерошин, 1972].
