Производство белка на водороде - Волова Т.Г.
Скачать (прямая ссылка):
Для изучения возможности выращивания водородных бактерии в ферментере, служащем одновременно и электролизером
21
Рис. 9. Схема установки со струйным диспергированием газа.
1 — регулятор давления I ступени; г — вентиль регулировочный; з — регулятор давления II ступени; 4—в — клапан дозирующий; 7, 8, 12 — клапан титрующий; 9 — счетчик дозирующий; 10, 19 — счетчик регистрирующий; 11 — емкость NH4OH; 13-—емкость пита-'гез\ъллъд-&. с.о14 — клапан «слива — полива»'. 15 —мембранный дозатор; 16 —емкость суспензии; 17 — иеноотстойник; IS — НЗ.СОС
Рис. 10. Схема ферментера со струйным диспергированием
газа.
1 — цилиндрическая емкость; 2 — охлаждающая рубашка; з — насос; 4 — эжектор; 5 — сопловое отверстие эжектора; 6 — кольцевая газовая полость.
(генератором водорода п кислорода),В. В. Котелевым и др. (1975) разработан аппарат-культиватор со встроенными электродами (внутренний электролиз) [Котелев и др., 1969, 1975] (рис. И).
Несколько установок с внутренним электролизом создано
О. С. Ксенжеком и др. (1975, 1978) (рис. 12). В этих установках процессы электролиза и биосинтеза совмещаются («биоэлектро-химический» реактор). Установки более компактны, взрывобезопасны, могут работать в условиях невесомости. Совмещенная система позволяет вести процесс биосинтеза водородных бактерий без образования газовых пузырьков в культуральной среде, т. е. работать только с растворенными газами. Однако КПД использования электроэнергии при электролизе в этих установках намного ниже, чем в установках с внешним электролизом.
Обширный экспериментальный материал по культивированию водородокисляющих бактерий, полученный в последние
23
1 — ферментер; 2 ¦— импеллерное перемешивающее устройство; з — пористый фильтр; 4,5 — платиновые электроды; 6 — добавочный платиновый электрод, находящийся вне ферментера; 7 — мелкопористая мембрана, отделяющая ферментер от дополнительной кислородной камеры; 8 — емкость с минеральной питательной средой; 9 — фильтр для отделения клеток от культуральной жидкости, поступающей из ферментера; 10 — отработанная культуральная среда; и — камера для отвода кислорода.
годы, позволил поставить вопрос о создании опытного произ-водства биомассы Alcaligenes eutrophus Z-1, необходимой для оценки ее кормовой ценности.
Так, в Институте физики пм. Л. В. Киренского в 1975 г. пущена в эксплуатацию опытная установка для получения
биомассы водородных бактерий
производительностью до 8— 10 кг сухой биомассы в сутки [Ватутин и др.. 1976; Терсков и др., 1977]. Ода создана на базе отечественного оборудования с учетом специфики культивирования водородных бактерий и соблюдения мер, обеспечивающих безопасность работ (рис. 13, 14).
Рис. 12. Схема установки с внутренним электролизом.
А — культуральный объем; Б — вспомогательное пространство; 1 — перемешивающее устройство; 2 — электродный блок; 3 — гидрозатвор; 4 — вспомогательный электрод; 5 — теплообменник.
24
Рис. 13. Схема опытной полупромышленной установки для производства биомассы водородных бактерий.
1 — емкости для исходных растворов; 2 — емкости для питательной среды; з —¦ емкости для бактериальной суспензии, поступающей из ферментера; 4 — насосы; 5 — ротаметр; 6 — ферментер; 7 — холодильные агрегаты; 8 — сепаратор; 9 — емкости для культуральной суспензии из сепаратора; ю — сушилка.
В качестве источника водорода и кислорода принят малогабаритный промышленный электролизер СЭУ-4М с производительностью 4 нм3/ч по водороду и 2 нм3/ч по кислороду. При концентрациях клеток в культуре 4—5 г/л и удельной скорости роста 0,2 ч-1 необходимый рабочий объем реактора-ферментера составляет около 600 л. Из существующих аппаратов с высокоэффективными перемешивающими устройствами наиболее удобен разработанный и созданный НИИхиммашем автоклав АМГ-П-2/16, имеющий гидравлическую емкость 2 м3 и снабженный четырьмя самовсасывающими турбинными мешалками. Максимальный коэффициент массопередачи обеспечивается при высоте налива 0,68 м. Минимальная высота налива по конструктивным соображениям 0,32—0,35 м, что соответствует объему жидкой фазы около 800 л. При этом коэффициент массопередачи по кислороду, вычисленный по удельной мощности, затраченной на перемешивание, и скорости газа в жидкости составляет около 2,5 кг-моль/ч-м3-атм. Несмотря на относительно высокий минимальный объем жидкости в ферментере, производительность установки можно повысить за счет интенсификации электролиза (электролизер СЭУ-4М в форсированном режиме может иметь производительность по водороду Ь нм3/ч). Сухая биомасса получается при помощи сепарации,
25
@ (§> @
©_______0 0© ©
термообработки и последующей сушки бактериальной суспензии. Сепаратор выбран с учетом соответствия фактора разделения суспензии. Необходимый фактор разделения в данном случае составляет величину порядка 1011—1012 см3/с2. Для комплектации установки использован сепаратор базовой модели АСЭ-3 типа АИС, предназначенный для осветления инсулинового экстракта. Его производительность достигает 1,5 м3/ч, что в несколько раз превышает производительность установки с заданной концентрацией биомассы (4—5 г/л). В связи с этим предусмотрен накопитель бактериальной суспензии объемом 1 м3.
