УСТАНОВКА ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО ПРОИЗВОДСТВА СПИРТА

Установка предназначена для реализации многостадийных процессов выращивания микроорганизмов и биосинтеза активных веществ в условиях асептической защиты каждой производственной стадии и может быть использована в отраслях биотехнологии, медицины и научно - исследовательской практике, а также в организациях выпускающих ферментационное оборудование.
Известна установка для непрерывного производства спиртосодержащей жидкости, патент РФ N78192 U1, публ. 20.11.2008 г. Установка содержит аппараты для сбраживания и дистилляции спирта из парогазовой смеси, дозаторы питательного раствора и чистых маточных дрожжей, а также прибор управления.
Известная установка позволяет реализовать многостадийные процессы с получением на каждой из стадий продуктов высокого качества. Высокая эффективность многостадийных процессов достигается тем, что биологически активные вещества, необходимые для биосинтеза целевых продуктов, производятся в едином производственном цикле с использованием самой высокой ферментной активности продуцентов.
К существенным недостатком известной установки для непрерывного производства спиртосодержащей жидкости можно отнести неспособность обеспечить реализацию непрерывных процессов в условиях асептической защиты от бактериальных загрязнений.
Это объясняется тем, что известная установка для реализации многостадийных процессов, комплектуется из аппаратов целевого назначения, конструкция которых не предусматривает проведение асептической обработки связующих узлов и трубопроводов, обеспечивающих проток рабочих жидкостей по цепи аппаратов, используемых в многостадийных процессах, что приводит к бактериальным загрязнениям целевых продуктов и существенным производственным потерям.
Отсутствие защиты производственных стадий от бактериальных загрязнений и сложность управления многостадийным процессом существенно снижает ферментативную активность промежуточных и целевых продуктов, в результате чего снижается качество целевого продукта и производительность установки.
Технический результат заключается в улучшении асептических условий в установке при проведении многостадийного процесса непрерывного производства за счет, обеспечения порционного проток рабочих жидкостей и газов по стадиям реализуемого процесса в асептических условиях.
Технический результат достигается тем, что установка для непрерывного производства спирта, включающая аппараты многостадийного процесса для сбраживания и для дистилляции спирта из парогазовой смеси, дозатор и устройство управления, содержит распределительный коллектор, состоящий из двух частей и снабженный управляемыми клапанами для подключения к одной части внешних источников пара, газов, жидкостей, а к другой аппаратов многостадийного процесса, а дозатор выполнен в виде шлюзовой камеры фиксированного объема, соединяющей обе части распределительного коллектора и обеспечивающей порционный проток рабочих жидкостей и газов на стадиях реализуемого процесса; а также тем, что распределительный коллектор выполнен в виде трубопровода с управляемыми клапанами; а также тем, что распределительный коллектор снабжен пластинами, закрепленными в полости коллектора для направления потока в зоны управляемых клапанов.
Внешние источники и аппараты многостадийного процесса, через закрытые клапаны подключены к распределительному коллектору, что позволяет коммутировать жидкостной обмен между всеми производственными стадиями реализуемого процесса в условиях асептической защиты, что существенно повышает качество промежуточных и целевых продуктов и производительность установки.
Внешние источники подключены к коллектору до шлюзовой камеры, а аппараты многостадийного процесса после шлюзовой камеры, что позволяет производить адресную загрузку шлюзовой камеры и адресную разгрузку шлюзовой камеры в аппараты многостадийного процесса, существенно сократить число дозирующих устройств и повысить эксплуатационную надежность установки.
Применение направляющих пластин в коллекторе, позволяет эффективно промывать и стерилизовать зоны подключения клапанов воздействием насыщенного водяного пара после каждой процедуры перемещения рабочих жидкостей по коллектору, что повышает асептическую надежность установки в условиях длительной эксплуатации.
Предлагаемая схема построения установки, позволяет систематизировать аппаратурное оформление установки и производственных линий, используемых в многостадийных процессах и существенно повысить ферментативную активность продуцентов, качество управления и производимых продуктов, а также снизить стоимость установки.
На фиг.1 схематично изображена установка для непрерывного производства спирта Установка содержит:
- штуцеры 1-5 для ввода пара, азота, воздуха, питательного раствора, раствора глюкозы, соответственно, от внешних источников питания (на фиг 1 не показаны);
- шлюзовую камеру 6 фиксированного объема;
- аппарат многостадийного процесса 7, для выращивания дрожжей;
- аппарат многостадийного процесса 8, для сбраживания;
- штуцер 9, для отвода отработанных дрожжей из аппарата для сбраживания 8;
- аппарат многостадийного процесса 10, для дистилляции спирта из парогазовой смеси;
- штуцер 11, для отвода спирта;
- штуцер 12, для отвода барды;
- распределительный коллектор 13, состоящий из двух частей, каждая из которых снабжена управляемыми клапанами и штуцерами;
- пластины 14, для направления потока в распределительном коллекторе 13 в зоны управляемых клапанов;
- штуцер 15, для отвода пара;
- управляемые клапаны 16-20, одной части распределительного коллектора 13, для подключения через штуцеры 1-5 внешних источников пара, газов и жидкостей;
- управляемые клапаны 21-26, другой части распределительного коллектора 13, для подключения аппаратов многостадийного процесса 7, 8 и 10;
- управляемые клапаны 27 и 28 для отвода барды и отработанных дрожжей, соответственно;
- устройство 29 управления.
Шлюзовая камера 6 фиксированного объема соединяет обе части распределительного коллектора 13 и служит дозатором, обеспечивающим порционный проток рабочих жидкостей и газов на различных стадиях реализуемого процесса. Устройство управления соединено со всеми исполнительными элементами и обеспечивает управление многостадийным процессом. К одной части распределительного коллектора 13 через штуцеры 1-5 и управляемые клапаны 16-20 подключены внешние источники (на фиг.1 не показаны) питания, соответственно, водяного пара, азота, воздуха, питательного раствора, глюкозы. К другой части распределительного коллектора 13 через соответствующие штуцеры и управляемые клапаны подключены аппараты многостадийного процесса: 7 - для выращивания дрожжей - через клапаны 21 и 22; 8 - для сбраживания - через клапаны 23 и 24; 10 - для дистилляции спирта из парогазовой смеси - через клапан 25.
Штуцеры 9, 11, 12 и 15 подсоединены, соответственно, к емкостям: для сбора отработанных дрожжей (на фиг.1 не показана), для сбора спирта (на фиг.1 не показана), для сбора барды (на фиг.1 не показана) и к канализационному стоку.
Установка работает следующим образом.
Перед началом работы установку, питательные растворы и газы стерилизуют известными методами. В полость аппарата 7 вносят посевные дрожжи. Работа установки осуществляется посредством программы «Проток» устройства управления при реализации процедур в следующей последовательности: «Продувка» → «Загрузка питательного раствора» → «Продувка» → Загрузка глюкозы» → «Продувка» → «Разгрузка дрожжей» → «Продувка» → «Разгрузка бражки» → «Продувка» → «Дистилляция».
Процедура «Продувка» обеспечивает паровую промывку и стерилизацию распределительного коллектора 13. Перед применением указанной процедуры, на устройстве управления 29 задают температуру насыщенного водяного пара и время исполнения процедуры.
Процедура «Загрузка питательного раствора» обеспечивает дозированный ввод питательного раствора в аппарат 7 с соблюдением асептических условий. Перед применением указанной процедуры, на устройстве 29 задают число циклов разгрузки шлюзовой камеры 6 в аппарат 7.
Процедура «Загрузка глюкозы» обеспечивает дозированный ввод глюкозы в аппарат 8 с соблюдением асептических условий. Перед применением указанной процедуры, на устройстве 29 задают число циклов разгрузки шлюзовой камеры 6 в аппарат 8.
Процедура «Разгрузка дрожжей» обеспечивает дозированный ввод дрожжей из аппарата 7 в аппарат 8 с соблюдением асептических условий. Перед применением указанной процедуры, на устройстве 29 задают число циклов разгрузки шлюзовой камеры 6 в аппарат 8.
Процедура «Разгрузка бражки» обеспечивает дозированный ввод бражки из аппарата 8 в аппарат 10 с соблюдением асептических условий. Перед применением указанной процедуры, на устройстве 29 задают число циклов разгрузки шлюзовой камеры 6 в аппарат 10.
Процедура «Дистилляция» обеспечивает непрерывную отгонку спирта из бражки.
Ниже описываются алгоритмы реализации процедур.
Процедура «Продувка» реализуется следующим образом.
Клапаны 16 и 26 открываются и насыщенный водяной пар, протекая заданное время через штуцер 1, клапан 16, коллектор 13, камеру 6, клапан 26 и штуцер 15 отводится в канализацию. При протоке по коллектору 13, пар огибает пластины 14, обеспечивая вытеснение воздуха, промывку и стерилизацию коллектора 13, камеры 6 и полостей подключения клапанов к коллектору 13. Завершается процедура «Продувка» закрытием клапанов 26 и 16, при этом камера 6 герметизируется и охлаждается воздействием окружающей среды. При охлаждении камеры 6, насыщенный водяной пар конденсируется, атмосферное давление внутри камеры 6 падает, что позволяет производить загрузку камеры 6 рабочими растворами в полном объеме.
При проведении процедуры «Загрузка питательного раствора» открывается клапан 19 и питательный раствор, через штуцер 4 и коллектор 13 заполняет камеру 6, после чего клапан 19 закрывается, и открываются клапаны 18 и 21. При этом, через штуцер 3 и клапан 18 в коллектор 13 поступает сжатый воздух, под давлением которого питательный раствор из камеры 6 через клапан 21 вытесняется в аппарат 7. Затем клапаны 21 и 18 закрываются, и включается процедура «Продувка», после выполнения которой, коллектор 13 и камера 6, будут промыты от следов питательного раствора и подготовлены для проведения очередной процедуры.
Процедура «Загрузка глюкозы» реализуется следующим образом. Открывается клапан 20 и раствор глюкозы, через штуцер 5 и коллектор 13 полностью заполняет камеру 6, после чего клапан 20 закрывается, и открываются клапаны 17 и 23. При этом, через штуцер 2 и клапан 17 в коллектор 13 поступает азот, под давлением которого раствор глюкозы, находящийся в камере 6, через клапан 23 вытесняется в аппарат 8. Затем клапаны 17 и 23 закрываются, и повторяется процедура «Продувка». После выполнения процедуры «Продувка» коллектор 13 и камера 6 будут промыты от следов глюкозы и подготовлены для проведения очередной процедуры.
При выполнении процедуры «Разгрузка дрожжей» открывается клапан 22 и суспензия дрожжей, через клапан 22 и коллектор 13 полностью заполнит камеру 6, после чего клапан 22 закрывается, и открываются клапаны 17 и 23. При этом, через штуцер 2 и клапан 17 в коллектор 13 будет поступать азот, под давлением которого суспензия дрожжей, находящаяся в камере 6, через клапан 23 будет вытеснена в аппарат 8, после чего клапаны 17 и 23 закроются, и повторится процедура «Продувка», после которой, коллектор 13 и камера 6 будут промыты от следов биомассы дрожжей и подготовлены для проведения очередной процедуры.
Процедура «Разгрузка бражки» проводится следующим образом. Открывается клапан 24 и бражка, через клапан 24 и коллектор 13 полностью заполняет камеру 6, после чего клапан 24 закрывается, и открываются клапаны 18 и 25. Через штуцер 3 и клапан 18 в коллектор 13 поступает сжатый воздух, под действием которого бражка, находящаяся в камере 6, через клапан 25 будет вытеснена в аппарат 10, после чего клапаны 18 и 25 закроются, и повторится процедура «Продувка». После выполнения процедуры «Продувка» коллектор 13 и камера 6 будут промыты от следов бражки и подготовлены для проведения очередной процедуры.
Процедура «Дистилляция» реализуется в проточном режиме в результате испарения бражки с последующей конденсацией спиртосодержащего пара.
Непрерывный процесс, включающий стадию выращивания дрожжей в аппарате 7, стадию сбраживания глюкозы дрожжами в аппарате 8 и стадию дистилляции бражки в аппарате 10 проводят по программе «Проток». Сначала отрабатывается процедура «Продувка», затем процедура «Загрузка питательного раствора» и «Загрузка глюкозы» и выдерживается временная пауза, позволяющая обеспечить прирост биомассы дрожжей в аппарате 7. После временной паузы, открывается клапан 22 и камера 6 заполняется суспензией дрожжей поступающей из аппарата 7, через клапан 22 и коллектор 13 в камеру 6. После полного заполнения камеры 6, клапан 22 закрывается, и открываются клапаны 17 и 23. Через штуцер 2 и клапан 17 в коллектор 13 поступает азот, под давлением которого суспензия дрожжей, находящаяся в камере 6, вытесняется по коллектору 13 через открытый клапан 23 в аппарат 8 на сбраживание, а в аппарат 7 снова будет введена очередная порция питательного раствора. После временной паузы, открывается клапан 24 и камера 6 заполняется верховой бражкой поступающей из аппарата 8, через клапан 24 и коллектор 13 в камеру 6. После полного заполнения камеры 6, клапан 24 закрывается, и откроются клапаны 18 и 25.
Через штуцер 3 и клапан 18 в коллектор 13 поступает сжатый воздух, под действием которого бражка, находящаяся в камере 6, вытесняется по коллектору 13 через открытый клапан 25 в аппарат 10 на испарение и конденсацию паров спирта, а в аппарат 8 снова будет введена очередная порция глюкозы. После конденсации, раствор спирта из аппарата 10, через штуцер 11 отводится в приемную емкость.
Каждая процедура разгрузки шлюзовой камеры завершается процедурой «Продувка», что позволяет качественно промывать коллектор 13, камеру 6 и зоны подключения клапанов к коллектору 13 от производственных и бактериальных загрязнений воздействием насыщенного водяного пара. При выполнении программы «Проток» через заданные промежутки времени открываются и закрываются клапаны 28 и 27, при этом из аппарата 8, через штуцер 9 производится слив неактивной осажденной биомассы дрожжей, а из аппарата 10 через штуцер 12 слив барды.