ЖИДКОСТЕПРОВОД В СОСТАВНОМ БИОЛОГИЧЕСКОМ РЕАКТОРЕ УСТАНОВКИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА БИОМАССЫ АЭРОБНЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ

Полезная модель относится к области микробиологии и может быть использована в качестве жидкостепровода установки для производства биомассы аэробных микроорганизмов.
Из уровня техники известен жидкостепровод в составном биологическом реакторе установки для производства биомассы аэробных микроорганизмов (Изобретение РФ №2322488, МПК: С12М 1/00, опуб. 20.04.2008 г., Бюл. №11). Известное устройство состоит из первого и второго трубопроводов, соединяющих между собой ферментер и дополнительный ферментер, при этом первый торец первого трубопровода соединен с опускным каналом ферментера, а второй его торец соединен с подъемным каналом дополнительного ферментера, один из торцов второго трубопровода соединен с опускным каналом дополнительного ферментера, а второй торец второго трубопровода соединен с подъемным каналом ферферментера, причем первый трубопровод снабжен побудителем циркуляции культуральной жидкости, позиционированным в нем около первого торца. Помимо этого, в известном устройстве ко второму трубопроводу подключен трубопровод для отвода обогащенной культуральной жидкости из ферментера, оснащенный запорным устройством, а к первому трубопроводу подключен трубопровод для подачи минеральных питательных веществ в ферментер, также оснащенный запорным устройством.
Недостатком данного аналога является отсутствие в его составе средств отслеживания параметров культуральной жидкости, перемещаемой по жидкостепроводу, что не позволяет своевременно отвести обогащенную культуральную жидкость с накопленным биопротеином из составного ферментера, что является причиной снижения производитености.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному устройству является известный жидкостепровод в составном биологическом реакторе установки для производства биомассы аэробных микроорганизмов (Изобретение РФ №2352626, МПК: С12М 1/02, опуб. 20.04.2009 г., Бюл.№11). Данное устройство принимается в качестве устройства-прототипа. Известное устройство-прототип характеризуется конструкцией жидкостепровода, образованного первым и вторым трубопроводами, соединяющими между собой ферментер и дополнительный ферментер, при этом первый торец первого трубопровода жидкостепровода соединен с опускным каналом ферментера, а второй его торец соединен с подъемным каналом дополнительного ферментера, один из торцов второго трубопровода этого жидкостепровода соединен с опускным каналом дополнительного ферментера, а второй торец второго трубопровода соединен с подъемным каналом ферментера, причем первый трубопровод снабжен побудителем циркуляции культуральной жидкости, позиционированным в нем около первого торца. Имеет значение то, что ко второму трубопроводу подключен трубопровод для отвода обогащенной культуральной жидкости из ферментера, оснащенный запорным устройством, а к первому трубопроводу подключен трубопровод для подачи минеральных питательных веществ в ферментер, также оснащенный запорным устройством.
Недостаток устройства-прототипа заключается в отсутствии в его составе средств отслеживания параметров культуральной жидкости, перемещаемой по жидкостепроводу, что не позволяет своевременно отводить обогащенную культуральную жидкость из составного ферментера. Последнее чревато снижением производительности производства биопротеина.
Задача, на решение которой направлено создание предлагаемого в рамках заявленной полезной модели устройства, заключается в повышении уровня эффективности использования ферментеров в части повышения выхода целевого продукта (биопротеина) и экономии используемых для работы энергоносителей и потребляемых материалов, в частности, углеродсодержащего сырья (природного или сжиженного газов).
Технический результат, ожидаемый от использования заявленного устройства, состоит в повышении производительность получения биопротеина.
2
Заявленный технический результат достигается тем, что жидкостепровод в составном биологическом реакторе установки для производства биомассы аэробных микроорганизмов, состоит из первого и второго трубопроводов, выполненных с возможностью соединения между собой ферментера и дополнительного ферментера, где первый торец первого трубопровода выполнен с возможностью соединения с опускным каналом ферментера, а второй его торец выполнен с возможностью соединения с подъемным каналом дополнительного ферментера, один из торцов второго трубопровода выполнен с возможностью соединения с опускным каналом дополнительного ферментера, а второй торец второго трубопровода выполнен с возможностью соединения с подъемным каналом ферментера, причем первый трубопровод снабжен побудителем циркуляции культуральной жидкости, позиционированным в нем у первого торца, а оба трубопровода оснащены датчиками температуры, рН и CO, размещенными в указанных трубопроводах в зонах середины их длин, выполненные с возможностью соединения информационно-коммутационно через интерфейс с IBM совместимым персональным компьютером, на котором инсталлирована программа для ЭВМ «ГАПРИН».
Желательно, чтобы ко второму трубопроводу жидкостепровода был подключен трубопровод для отвода обогащенной культуральной жидкости из ферментера, оснащенный запорным устройством, а к первому трубопроводу жидкостепровода был подключен трубопровод для подачи минеральных питательных веществ в ферментер, также оснащенный запорным устройством.
Предпочтительно, чтобы в качестве запорного устройства был использован вентиль.
Заявленное устройство поясняется рисунком. На Фиг. 1 условно изображено заявленное устройство (вертикальное сечение, вид сбоку).
Перечень позиций.
1. Ферментер.
1.1. Опускной канал ферментера.
1.2. Подъемный канал ферментера.
2. Дополнительный ферментер.
2.1. Опускной канал дополнительного ферментера.
2.2. Подъемный канал дополнительного ферментера.
3. Побудитель циркуляции культуральной жидкости.
4. Датчик температуры.
5. Датчик рН.
2
6. Датчик СО.
7. Информационно-коммутационный канал.
8. Интерфейс.
9. IBM совместимый персональный компьютер.
9.1. Дисплей.
10. Первый трубопровод.
11. Второй трубопровод.
12. Трубопровод для отвода обогащенной культуральной жидкости.
12.1. Запорное устройство трубопровода для отвода обогащенной культуральной жидкости.
13. Трубопровод для подачи минеральных питательных веществ.
13.1. Запорное устройство трубопровода для подачи минеральных питательных веществ.
Побудитель циркуляции культуральной жидкости 3 (Фиг. 1) в предложенном устройстве может быть выполнен на основе циркуляционного насоса модели Wilo - Star-Z Nova  /. Он служит для перемещения по жидкостепроводу культуральной жидкости между ферментером 1(Фиг. 1) и дополнительным ферментером 2(Фиг. 1).
В качестве датчика температуры 4(Фиг. 1) можно применить известное из уровня техники устройство ADT7320 фирмы Analog Devices . Датчик для измерения рН 5(Фиг. 1) может быть выполнен на основе датчика фирмы Menosens модели Orbipas CPE81D , Соответственно, из широкой номенклатуры датчиков определения концентрации углекислого газа может быть применен датчик 5(Фиг. 1) марки METTLEP TOLEDO серии JnPro 5000i (). Упомянутые выше датчики располагают в трубопроводах по существу, в зонах середины их длин.
Выбор интерфейсов, подходящих для использования в предложенном устройстве разнообразен //, но целесообразно исходя из свойств программы для ЭВМ «ГАПРИН» »/Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2015618884 «ГАПРИН», дата государственной регистрации в Реестре программ для ЭВМ 19 августа 2015 г./ использовать интерфейс 8(Фиг. 1) модели RS-232 //.
В качестве IBM совместимого персонального компьютера 9(Фиг. 1) для оснащения заявленного устройства можно использовать компьютер модели Advantice VL 310 , обладающего возможностью применения выносного дисплея 9.1 (Фиг. 1), например модели ViewUPS-X remote LSD display / .
Первый трубопровод 10 (Фиг. 1) может быть выполнен из коррозионно-стойкого (по отношению к культуральной жидкости) материала, в частности, нержавеющей стали марки AISI 304 . Аналогичный материал также может быть применен и для изготовления второго 11 (Фиг. 1) используемого в конструкции предложенного устройства трубопровода.
Трубопровод для отвода обогащенной культуральной жидкости из ферментера 12 (Фиг. 1), равно как и трубопровод для подачи минеральных питательных веществ в ферментер 13 (Фиг. 1) должны быть также коррозионно-стойкими (по отношению к культуральной жидкости). Отсюда возникает необходимость использования для их изготовления материала, аналогичного материалу для изготовления первого 10 (Фиг. 1) и/или второго 11 (Фиг. 1) трубопроводов. В самом простом случае в качестве запорного устройства 12.1 (Фиг. 1) трубопровода для отвода обогащенной культуральной жидкости из ферментера 12 (Фиг. 1) и запорного устройства 13.1 (Фиг. 1) трубопровода для подачи минеральных питательных веществ в ферментер 13 (Фиг. 1) могут быть использованы вентили нержавеющие модели ду. 80... 100 //.
Работа заявленного устройства в динамике поясняется примером.
Пример.
3
3
3
2
2
2
В настоящем примере был использован ферментер 1 (Фиг. 1), выполненный в виде вертикально-ориентированной трубы с закрытыми торцами объемом 12 м. Дополнительный ферментер 2(Фиг. 1) имел подобную основному ферментеру 1 (Фиг. 1) форму, при этом его объем был равен 6 м. Для производства аэробных микроорганизмов использовали исходную культуральную жидкость в которой первоначальное содержание штамма бактерии Methylococcus capsulatus ВСБ-874 /Авторское свидетельство СССР №770200, от 13 июня 1980 г.)/ составляло 0, 5% вес на 1 литр жидкой питательной среды. Исходная культуральная жидкость на основе вышеупомянутого штамма бактерии Methylococcus capsulatus ВСБ-874 с температурой 49°С была закачена в используемую установку для производства биомассы аэробных микроорганизмов по трубопроводу для подачи минеральных питательных веществ в ферментер 13 (Фиг. 1) при открытом запорном устройстве (вентиле) 13.1 (Фиг. 1). Одновременно с началом закачки исходной культуральной жидкости в используемую установку для производства биомассы аэробных микроорганизмов запускали в работу побудитель циркуляции культуральной жидкости 3 (Фиг. 1). Закачав таким образом примерно 144 м культуральной жидкости (что соответствовало заполнению ферментера 1 (Фиг. 1) и дополнительного ферментера 2 (Фиг. 1) на 80% каждого из их объемов), запорное устройство (вентиль) 13.1 (Фиг. 1) закрывают. Поступившая в ферментер 1 (Фиг. 1) по подъемному каналу 1.2 (Фиг. 1) культуральная жидкость насыщается кислородом из подаваемого в него воздуха посредством барботера (не показан) и попадает в опускной канал 1.1 (Фиг. 1). Под воздействием побудителя циркуляции культуральной жидкости 3 (Фиг. 1) и силы тяжести, культуральная жидкость перемещается на вход первого трубопровода 10 (Фиг. 1), являющегося одним из двух конструктивных элементов заявленного устройства. Проходя по первому трубопроводу 10 (Фиг. 1) культуральная жидкость омывает установленные в нем, по существу, в зоне середины его длины, датчики температуры, рН и СО, каждый из которых считывает соответствующий его предназначению параметр культуральной жидкости и по информационно-коммутационному каналу 7 (Фиг. 1) через интерфейс 8 (Фиг. 1) передает на обработку программой для ЭВМ «ГАПРИН на вход IBM совместимого персонального компьютера 9 (Фиг. 1). Полученные результаты отображаются (по усмотрению оператора установки), в абсолютном и/или аналитическом видах на дисплее 9.1 (Фиг. 1). С выхода первого трубопровода 10 (Фиг. 1) обогащенная кислородом культуральная жидкость поступает в подъемный канал дополнительного ферментера 2.2(Фиг. 1) где происходит ее насыщение метаносодержащим газом (использовали природный газ) посредством соответствующего барботера (не показан). После насыщения в подъемном канале дополнительного ферментера 2.2(Фиг. 1) культуральной жидкости источником углерода, начинается экспоненциальная фаза наращивания биомассы аэробных микроорганизмов, которая сопровождается повышением температуры культуральной жидкости, а также повышением содержания в ней СО и изменением значения рН (как результат поступления продуктов метаболизма в культуральную жидкость). В таком состоянии культуральная жидкость поступает в опускной канал дополнительного ферментера 2 (Фиг. 1), а из него перемещается на вход второго трубопровода 11 (Фиг. 1) заявленного жидкостепровода. Как и в случае с прохождением культуральной жидкостью первого трубопровода 10 (Фиг. 1), культуральная жидкость, перемещаемая по второму трубопроводу 11 (Фиг. 1) жидкостепровода, омывает датчики температуры, рН и СО. Аналогично вышеописанному, полученные от этих датчиков сведения отображаются, по усмотрению оператора установки, в абсолютном и/или аналитическом видах на дисплее 9.1 (Фиг. 1).
2
Пройдя выход второго трубопровода 11 (Фиг. 1), культуральная жидкость вновь поступает в подъемный канал 1.2 (Фиг. 1) ферментера и процесс производства биомассы аэробных микроорганизмов повторяется. Поскольку в ферментере 1 (Фиг. 1) и дополнительном ферментере 2 (Фиг. 1) производят раздельное насыщение культуральной жидкости, соответственно, кислородом и метаном (поступающими из нагнетаемого в барботер ферментера 1 (Фиг. 1) воздуха и нагнетаемого в барботер дополнительного ферментера природного газа), характеристики культуральной жидкости в части температуры, рН и СО на стадии экспоненциального роста биомассы, снимаемые с соответствующих датчиков, размещенных в первом 10 (Фиг. 1) и втором 11 (Фиг. 1) трубопроводах жидкостепровода, по существу в зонах середины их длин, будут различаться. И наоборот, нивелирование показаний вышеупомянутых датчиков, размещенных как в первом 10 (Фиг. 1), так и во втором 11 (Фиг. 1) трубопроводах заявленного жидкостепровода означает завершение стадии экспоненциального роста биомассы и появления необходимости (ввиду падения скорости сгущения культуральной жидкости биомассой) отвода сгущенной культуральной жидкости из установки для последующего выделения из нее биопротеина. Зафиксировав завершение процесса экспоненциального роста биомассы по достижению минимального значения разницы показаний обоих групп датчиков, производят открытие запорного устройства трубопровода для отвода обогащенной культуральной жидкости 12.1 (Фиг. 1) и, последнюю сливают, например, в центробежный сепаратор (или на иное устройство, предусматривающее отделение сырого биопротеина от жидкости). Ввиду того, что исходно используемый как источник кислорода воздух, а также исходно используемый как источник метана природный газ имеют хотя и незначительные (каждый до 5-6%) вариации своих характеристик (например, относительной влажности, по воздуху), время завершения стадии экспоненциального роста биомассы может колебаться на уровне до 10%. В Таблице представлены сопоставительные данные по производительности биомассы в составном биологическом реакторе (ферментере) при использовании в качестве жидкостепровода предложенного устройства и устройства-прототипа.
Как следует из данных, отраженных в Таблице, предложенное устройство обеспечивает достижение заявленного технического результата.
Для изготовления заявленного устройства могут быть использованы известные устройства и механизмы, материалы, узлы и комплектующие, что является свидетельством соответствия предложенной полезной модели критерию патентоспособности «промышленная применимость»