Производство белка на водороде - Волова Т.Г.
Скачать (прямая ссылка):
поднялись также во ВНИИБиотехнике [Семенов и др., 1972, 1976а, б], в Днепропетровском химико-технологическом институте им. Ф. Э. Дзержинского [Ксенжек и др., 1975].
Если обеспечение культуры водородных бактерий биогенными элементами, поддержание на оптимальных уровнях тем-
Рис. 5. Общий вид лабораторной установки для непрерывного культивирования водородных бактерий.
18
Рис. 6. Принципиальная схема установки для непрерывного культивирования водородных бактерий.
1 — насос; 2 — оптический датчик; з — дозатор; 4 — бак с питательной средой; 5 — емкость для слива культуры; 6 — водомерное стекло; 7, 15, 21 — компрессоры; 8 — ресивер; 9, 20 — ротаметры; ю — холодилыпщ-влагоотделитель; 11 — газоанализатор на Н2— ТП-1120; 12 — газоанализатор на С02 — ОА-2209; 13 — газоанализатор на 02 — МТК-14; 14 — газгольдер с азотом; 16 — газоанализатор водорода в азоте; 17—19, 22 — баллоны с Н2> 02, С02 и N2; 23 — щит КИПа; 24 — соляноидный клапан; 25 — газовый газгольдер; 26 ¦— термометр сопротивления ТСП-753; 27 — перемешивающее устройство; 28 — ферментер; а, — d, q, f — входы и выходы сигналов с датчиков на регистрирующие и исполнительные устройства.
пературы, pH среды — относительно несложная задача, то осуществление роста бактерий, не лимитированного компонентами газовой смеси, представляет весьма сложную проблему. Это обусловлено слабой растворимостью кислорода и особенно водорода в культуральной среде. Например, по нашим данным, для получения удельной скорости роста ^ == 0,25 ч-1 при плотности культуры 10 г/л по сухому веществу необходимо обеспечить скорости растворения Н2 12 л/л-ч и кислорода—
4,4 л/л-ч.
Для изучения биосинтеза и определения важнейших фи-зиолого-биохимических характеристик водородных бактерий Разработаны и созданы лабораторные установки-культиваторы, Позволяющие вести управляемое культивирование этих бактерий. Учитывая, что в ферментере с культурой водородных бактерий используется взрывоопасная газовая смесь (гремучий газ), общим требованием при создании установок для кУльтивирования водородных бактерий является обеспечение взрывобезопасности работ. Действующими правилами опре-
2*
19
Рис. 7. Ферментер.
1 — электродвигатель А 09-11-4 (мощность 0,6 кВт); г — вал (нержавеющая сталь 1Х18Н9Т); з— сальник; 4, и, 17 — штуцеры; 5, 16 — штуцеры для подвода и отвода воды охлаждающего контура; в — пластины-ребра, 7 — стенки ферментера; 8—10 — крышка; 12 — барботер; 13 — термометр; ц — дно, 15 — крыльчатка.
деляются требования к помещениям, электрооборудованию и системе вентиляции.
Наглядная схема культиваторов для выращивания водородных бактерий, в которых газовая смесь подается из газгольдера, показана на рис. 4. На рис. 5 показан общий вид, а на рис. 6 — принципиальная схема одной из лабораторных установок, созданных в Институте физики им. Л. В. Киренского [Пономарев и др., 1974]. Установка герметична, имеет два замкнутых контура: Газовый и жидкостный, содержащий ферментер цилиндрической формы (рис. 7), перемешивающее устройство, газгольдер, компрессоры, дозатор, системы газового питания, газоанализаторы, датчики оптической плотности, температуры, pH и др. Рабочий объем ферментера 20—30 л, показания газоанализаторов, термометров и манометров записываются вторичными приборами,установленными в щите КИПа. Корпуса газоанализаторов (ОА-2209, МГК-14, ТП-1120) герметизированы и продуваются азотом. Кислород и водород могут подаваться от баллонов или от электролизеров. Углекислота поступает из баллонов. Газожидкостные фазы в ферментере перемешиваются с помощью барботажа газовой «гремучей смесью», циркулируемой по замкнутому газовому контуру, и механической мешалки. Производительность установки-культиватора до 800—900 г сухой биомассы в сутки при удельной скорости роста 0,20—0,25 ч-1.
В установке УКМ-1 [Нестеров и др., 1969, 1975] (рис. 8) два эжекционных смесителя (газ — жидкость) и перемешивающее устройство турбинного типа. Установка имеет ферментер объемом 25 л, оснащена перемешивающими, аэрирующими, сепарирующими и термостабилизирующими устройствами, замкнутыми контурами циркуляции суспензии и газовой среды.
20
Рис. 8. Блок-схема лабораторной автоматической установки для управляемого культивирования водородных бактерий У КМ-1.
Одно из главных условий для интенсификации процесса биосинтеза водородных бактерий и повышения их продуктивности — необходимость растворения больших объемов водорода и кислорода, обладающих слабой растворимостью в воде. С учетом лимитирующего влияния диффузного сопротивления жидкой фазы при абсорбции труднорастворимых водорода и кислорода, проблем обеспечения взрывобезопасности работ и интенсификации биосинтеза во ВНИИБиотехнике сконструированы и созданы установки для культивирования водородных бактерий [Семенов и др., 1972, 1976а, б; Семенов, Петрова, 1978].
В установке (рис. 9, 10) использован метод полного смешения со струйным диспергированием газов с системой замкнутой рециркуляции газовой и жидкой фаз. В установке обеспечиваются: а) автоматическая подача газовых компонентов, коррекция их соотношения; б) измерение, регистрация, автоматическая стабилизация концентрации водородных ионов (pH), окислительно-восстановительного потенциала (еН) и темпера-ртРы; в) регистрация растворенного в суспензии кислорода 'Р*Л); г) заданная скорость протока (D).
