УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОМЕЖУТОЧНОГО ФИЛЬТРОВАНИЯ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ РАБОЧЕЙ СРЕДЫ

Установка предназначена для применения в биотехнологии, в частности, для биотехнологического получения бутилового спирта сбраживанием сахаров, а именно для отделения фильтрованием через слой отхода производства - лигнина из битехнологических сред, в частности содержащих сахара, растительных остатков, грибков, продуцирующих целлюлолитические ферменты и т.д., являющихся посторонними веществами в продуктах, предназначенных для дальнейшей переработки в последующих производственных стадиях.
Известна установка для получения органических растворителей по патенту РФ №2405826, опубл. 10.12.2010, содержащая устройство для грубого помола углеводсодержащего сырья, экстрактор для отделения смолы, устройство для тонкого помола сырья, смеситель для смешивания измельченного сырья с водой, устройство для ферментолиза полученной суспензии, ферментер для сбраживания раствора сахаров, вакуум-насос, концентратор, дображиватель и устройство для разделения целевых продуктов. Установка по данному патенту является наиболее близким техническим решением и принята за прототип.
Недостатком известной установки является очистка раствора сахаров, полученного ферментативным гидролизом, только от лигнина, и не предусмотрена очистка данного раствора сахаров от остатков древесных частиц, клеток гриба, содержащих гидролитические ферменты, случайных посторонних частиц. Недостаточная очистка полученного раствора сахаров ограничивает область его применения.
Технической задачей настоящей полезной модели является создание установки для промежуточного фильтрования биотехнологической рабочей среды, лишенной недостатков вышеописанной установки и обеспечивающей доочистку раствора сахаров, после выведения лигнина, от остатков древесных частиц, клеток гриба, содержащих гидролитические ферменты, случайных посторонних частиц, за счет введения в установку блока фильтров с лигнином.
Поставленная задача решается тем, что установка для промежуточного фильтрования биотехнологической рабочей среды, включающая последовательно соединенные устройство для измельчения сырья, экстрактор для удаления смол, устройство для ферментативного гидролиза древесины, устройство для выделения лигнина из раствора сахаров, устройство для концентрирования раствора сахаров, ферментер и устройство для разделения смеси органических растворителей на фракции с выделением бутанола, согласно полезной модели, снабжена блоком фильтров с лигнином, размещенным между устройством для выделения лигнина из раствора сахаров и устройством для концентрирования раствора сахаров.
Введение в установку блока фильтров с лигнином позволяет очистить раствор сахаров после ферментативного гидролиза целлюлозы, содержащейся в древесном сырье, который обусловлен действием ферментов - метаболитов жизнедеятельности специальных видов грибов. В результате процесса ферментативного гидролиза образуется среда, в которой наряду с растворенным сахаром присутствуют частицы лигнина - негидролизуемой части древесины, остатки древесных частиц, клетки гриба содержащие гидролитические ферменты, случайные посторонние частицы. Эти частицы отделяются от раствора сахаров блоком фильтров с лигнином в дополнение к отделению лигнина в устройстве выделения лигнина из раствора сахаров.
Заявляемая установка, обеспечивающая биотехнологическое получение из богатого целлюлозой растительного сырья технических сахаров, предназначенных для дальнейшей микробиологической трансформации в различные продукты микробиологической промышленности поясняется схемой, состоящей из последовательно соединенных устройства 1 для измельчения сырья, экстрактора 2 для удаления смол, устройства 3 для ферментативного гидролиза древесины, устройства 4 для выделения лигнина из раствора сахаров, блока 5 фильтров с лигнином, устройства 6 для концентрирования раствора сахаров, ферментера 7, устройства 8 для разделения смеси органических растворителей на фракции с выделением бутанола. Блок 5 фильтров с лигнином размещен между устройством 4 для выделения лигнина из раствора сахаров и устройством 6 для концентрирования раствора сахаров.
Работа установки поясняется следующим. Древесина состоит в основном из целлюлозы (представляющей собой полимер глюкозы и некоторых других сахаров) и лигнина. Содержатся в древесине также смолы и камеди, обладающие антибактериальными свойствами. Для трансформации древесной целлюлозы в сахара с помощью ферментов, разрушающих целлюлозу, необходимо увеличить доступность целлюлозы молекулам ферментов. Для этого используют устройство для измельчения сырья (древесины), например, специальные мельницы, после чего, из древесины удаляют смолы с помощью экстрактора для удаления смол, которые могут мешать ферментативной трансформации целлюлозы в сахара. Измельченная обессмоленная древесина поступает в устройство для ферментативного гидролиза древесины, куда вводят также раствор ферментов, разрушающих целлюлозу, например бактерии Clostridia acetobutylicum. После завершения процесса ферментативного гидролиза, от образовавшегося раствора сахара с концентрацией ~4%, отделяют лигнин в устройстве 4. Затем раствор сахаров поступает в блок фильтров с лигнином для доочистки раствора сахаров от остатков древесных частиц, клеток гриба, содержащих гидролитические ферменты, случайные посторонние частицы. Фильтрование раствора производится через слой осажденного лигнина - известного своими сорбционными свойствами. Полученный в процессе ферментативного гидролиза сахара, побочный продукт - порошкообразный лигнин промывают водой, намывают слой лигнина в корпусе стандартного сетчатого фильтра, и пропускают сквозь него культуральную среду, в результате чего, взвешенные в культуральной среде частицы остаются в слое лигнина. После использования в качестве фильтрующего материала, лигнин может быть отправлен, например, в производство пелет. Затем раствор сахара концентрируют до 40-60% в устройстве 6 для концентрирования раствора сахаров, чтобы предотвратить его порчу микроорганизмами, присутствующими в воздухе, в воде и древесном сырье. Полученный сахар подают в ферментер 5 для микробиологического биосинтеза органических растворителей - бутанола, этанола и ацетона, где сахар утилизируют (поедают) микроорганизмы - клостридии, выделяющие в качестве отходов свей жизнедеятельности этанол, бутанол, ацетон, а также углекислый газ и водород. Все эти вещества имеют своего потребителя.
В то же время, в устройстве 7, ацетон и этанол удаляются из образовавшейся смеси органических растворителей одним из известных методов, дистилляцией, например, либо по отдельности или в смеси и могут применяться, в частности, для экстракции смол из растительного сырья (устройство 2) или для других технологических целей.
Реализация заявляемой полезной модели позволяет повысить степень очистки, а следовательно качество технического сахара, полученного ферментативным гидролизом древесного сырья.