ФЕРМЕНТЕР

Полезная модель относится к микробиологической промышленности и может использоваться для культивирования микроорганизмов, в т.ч. используемых в составе ЭМ-препаратов.
Известен ферментер, выполненный в виде культивационной ванны с плоскими стенками, снабженный циркуляционным насосом, соединенным с культивационной ванной всасывающим и нагнетательным патрубками, при этом в культивационной ванне с зазором относительно ее дна и стенок шарнирно закреплены поперечные жесткие пластины (см. SU №1347911, кл. A01G 31/02, 1985).
Недостаток названного решения невысокий уровень турбулизации суспензии, необходимой для тепломассообмена. Это ухудшает качество культивируемых микроорганизмов.
Известен также ферментер, выполненный в виде культивационной ванны с цилиндрическими стенками, снабженной крышкой и технологическими патрубками, средством перемешивания материала и средством регулирования температуры в полости культивационной ванны, в пределах 35-37°C (см. RU №84668, A01G 31 /00, 2009).
Недостаток названного решения использование механического средства перемешивания материала (лопастной мешалки с электроприводом), что предопределяет невысокий уровень турбулизации суспензии, поскольку, потоки материала формируемые такой мешалкой локализуются в нижней части культивационной ванны, вследствие чего объем жидкости локализованный в верхней ее зоне фактически не перемешивается, кроме того часть биомассы непосредственно контактирующей с лопастями мешалки повреждается ими. При этом, выполнение средства регулирования температуры в полости культивационной ванны в виде водяных рубашек, размещенных на боковых стенках последних, не обеспечивает эффективного использования подводимого тепла, по крайней мере без их тепловой изоляции, с возможностью поддержания в их полости температуры до, необходимой для тепломассообмена. Это снижает производительность ферментера по биомассе.
Задача, на решение которой направлена заявленная полезная модель выражается в повышении производительности ферментера по биомассе.
Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в повышении производительности ферментера по биомассе. Кроме того, обеспечивается высокий уровень турбулизации суспензии, за счет чего обеспечивается высокая равномерность перемешивания суспензии по всему объему ферментера. Кроме того, исключается возможность повреждения части биомассы непосредственно контактирующей со средствами ее перемешивания (в связи с отсутствием механических мешалок).
Поставленная задача решается тем, что ферментер, выполненный в виде культивационной ванны с вертикально ориентированными цилиндрическими стенками, снабженной крышкой и технологическими патрубками, средством перемешивания материала и средством регулирования температуры в полости культивационной ванны, в пределах 35-37°C, отличается тем, что ширина культивационной ванны относится к ее высоте, как минимум, 1:3, кроме того, средство перемешивания материала выполнено в виде насоса перемешивания, всасывающая сторона которого сообщена через цепочку, включающую, первый запорный клапан, фильтр и второй запорный клапан со сливным патрубком культивационной ванны, а нагнетательная сторона посредством подъемного трубопровода снабженного третьим запорным клапаном сообщена с верхней частью культивационной ванны, ниже уровня ее рабочей загрузки, кроме того, средство регулирования температуры выполнено в виде теплоотдающего трубопровода, размещенного в полости культивационной ванны, концы которого сообщены трубопроводами с водяным баком, снабженным электронагревателем с регулятором нагрева, при этом на одном из трубопроводов установлен циркуляционный насос, кроме того, ферментер содержит водомерную трубку, по меньшей мере часть которой выполнена из прозрачного материала, снабженную запорным клапаном, кроме того в верхней части культивационной ванны размещены предохранительный клапан и манометр, кроме того она снабжена контрольным термометром. Кроме того, теплоотдающий трубопровод содержит верхний и нижний трубчатые коллекторы, разнесенные по высоте полости культивационной ванны, сообщенные вертикальным трубчатым регистром. Кроме того, узлы ферментера смонтированы на несущем каркасе, снабженном, как минимум одной рабочей площадкой, с лестничным маршем, при этом его нижняя часть снабжена, опорами регулируемой высоты. Кроме того, подъемный трубопровод снабжен сливным патрубком с четвертым запорным клапаном.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».
Совокупность признаков полезной модели обеспечивают решение заявленной технической задачи, а именно, обеспечивает возможность повышения производительности ферментера по биомассе.
Заявленное устройство иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан вид спереди ферментера, на фиг.2 показан его вид сбоку; на фиг.3 дан его вертикальный разрез; на фиг.4 показана объемная проекция устройства.
На чертежах показаны культивационная ванна 1, ее крышка 2, насос перемешивания 3, первый запорный клапан 4, фильтр 5 и второй запорный клапан 6, сливной патрубок 7, подъемный трубопровод 8, третий запорный клапан 9, верхняя часть 10 культивационной ванны, уровень 11 ее рабочей загрузки, верхний 12 и нижний 13 трубчатые коллекторы, вертикальный трубчатый регистр 14, трубопроводы 15, водяной бак 16, электронагреватель 17 с регулятором нагрева, циркуляционный насос 18, водомерная трубка 19 снабженная запорным клапаном 20, четвертый запорный клапан 21, предохранительный клапан 22, манометр 23, контрольный термометр 24, несущий каркас 25, рабочая площадка 26, лестничный марш 27, опоры 28 регулируемой высоты.
3
Культивационная ванна 1 выполнена из пищевой нержавеющей стали марки 08Х18Н10, в виде обечайки с вертикально ориентированными цилиндрическими стенками, рабочей емкостью несколько больше 1 м. Ширина культивационной ванны (ее диаметр) относится к ее высоте, как минимум, как 1:3. Ее верхний торец, снабжен герметичной крышкой 2, откидывающейся на шарнире (на чертежах не показан). Она снабжена теплозащитной оболочкой, выполненной известным образом из известных материалов, например полиэтилена вспененного, фольгированного (на чертежах не показана).
Насос перемешивания 3 и циркуляционный насос 18 конструктивно одинаковы и не отличаются от известных агрегатов сходного назначения. Для названных объемов культивационной ванны 1 их производительность одинакова и составляет 170 л/мин.
Первый запорный клапан 4, второй запорный клапан 6, третий запорный клапан 9, запорный клапан 20 и четвертый запорный клапан 21 не отличаются по конструкции от известных устройств сходного назначения, предназначенных для размещения в трубопроводах соответствующего диаметра. Водомерная трубка 19, предохранительный клапан 22, манометр 23 и контрольный термометр 24 соответствуют сходным по назначению приборам, предназначенным для решения аналогичных задач. Водомерная трубка 19 выполнена известным образом предпочтительно полностью из стекла или прозрачного пластика. В противном случае, часть ее (в районах предельных уровней - уровня 11 ее рабочей загрузки и нижнего допустимого уровня) должна быть выполнена из прозрачного материала.
Водяной бак 16 ферментера имеет емкость равную 70 л и выполнен из нержавеющей стали известным образом. Он снабжен теплозащитной и электроизоляционной оболочками, выполненными известным образом из известных материалов (на чертежах не показаны). Уровень теплоносителя в баке 16 должен быть ниже верхнего 12 трубчатого коллектора, но выше нижнего 13 трубчатого коллектора. В качестве электронагревателя 17 использован нагреватель известной конструкции мощностью порядка 4 квт, рассчитанный на питание от сети 220 в. В связи с этим ферментер должен обязательно иметь надежное заземление (на чертежах не показано). В качестве регулятора нагрева электронагревателя 17 использован терморегулятор известной конструкции, рассчитанный на поддержание номинальной температуры 35±1°C, обеспечивающий аварийное отключение питания электронагревателя 17 при 40°C в культивационной ванне 1 (на контрольном термометре 24). Кроме того, контролируется температура нагрева теплоносителя в водяном баке 16 и при достижении ею 60°C также обеспечивается аварийное отключение питания электронагревателя 17. Кроме терморегулятора, в состав контрольно-измерительной аппаратуры входят таймеры (на чертежах не показаны) насосов перемешивания 3 и циркуляционного 18. Названные приборы реализованы на базе микропроцессорных приборов 2ТРМ.1 и УТ-24. Эти приборы программируются на весь интервал температуры и времени и обеспечивают включение насоса перемешивания 1 раз в час, на 15 минут.
Средство регулирования температуры выполнено в виде теплоотдающего трубопровода, размещенного в полости культивационной ванны 1, концы которого сообщены трубопроводами 15 с водяным баком 16. Теплоотдающий трубопровод содержит верхний 12 и нижний 13 трубчатые коллекторы, разнесенные по высоте полости культивационной ванны 1, сообщенные вертикальным трубчатым регистром 14.
Узлы ферментера смонтированы на несущем каркасе 25, выполненном из металлического профиля снабженном, как минимум одной рабочей площадкой 26, с лестничным маршем 27 обеспечивающим доступ на нее с опорной поверхности на которую несущий каркас 25, опирается опорами 28, закрепленными на нижней части каркаса. Опоры 28 выполнены с возможностью регулирования высоты, например в виде снабженных опорной резьбой стержней установленных в снабженных такой же резьбой полостях втулок, жестко закрепленных на каркасе 27.
Заявленное устройство работает следующим образом. Суспензию для выращивания культуры микроорганизмов готовят известным образом, для этого используют патоку тростниковую или карамельную (по ТУ 9111-001-56565926-02); Сахар (ГОСТ 21-94); отруби пшеничные (ГОСТ 7169-66); воду питьевую (по СанПин 2.1.4.1074-01).
Перед загрузкой культивационной ванны 1 ее известным образом очищают от остатков материала, оставшегося после выгрузки предшествующей партии и известным образом дезинфицируют, например, облучая ультрафиолетом полость зачищенной культивационной ванны 1.
Подготовку воды осуществляют следующим образом - в бак-накопитель (на чертежах не показан) заливается водопроводная вода, где она отстаивается не менее 24 часов для высвобождения хлора или не менее 10 часов - при введении в нее порошка ЭМ-керамики. Отстоявшуюся воду в необходимом количестве заливают в полость культивационной ванны 1 и подогревают до температуры 30-37°C.
Подготовку питательной среды осуществляют следующим образом - патоку и сахар загружают в небольшую емкость, кипятят 10-15 минут и оставляют остывать до температуры 35-37°C. Отруби заливают кипятком, настаивают в течение 15-20 минут, процеживают и полученный гидролизат отрубей остужают до температуры 35-37°C. Полученную остывшую смесь загружают в культивационную ванну 1 и тщательно перемешивают с водой (включив в работу на 3-5 минут насос перемешивания 3).
После охлаждения готовой суспензии до 35-37°C, через крышку 2 в полость культивационной ванны 1 подают базовый раствор «Восток ЭМ-1» - ТУ 9291-001-65451587-05), который представляет собой синергетическую комбинацию регенеративных анаэробных и аэробных микроорганизмов (в основном анаэробных). Его основу составляют группы фотосинтезирующих и молочнокислых бактерий, а также дрожжей.
Таким образом, содержание ингредиентов в объеме загрузки составляет: базовый раствор «Восток ЭМ-1» - 1%; Питательная среда - 2% (в т.ч.: патока тростниковая/карамельная - 1%, сахар - 0,5%), отруби (гидролизат) - 0,5%; вода - 97%.
Включают в работу на 15 минут насос перемешивания 3, обеспечивающий равномерное распределение посевного материала по объему культивационной ванны 1, что позволяет повысить скорость наращивания биомассы. Далее насос перемешивания 3 включают периодически 1 раз в час, на 15 минут. При этом материал отбирается насосом перемешивания 3 через сливной патрубок 7 и передается по подъемному трубопроводу 8 в верхнюю часть культивационной ванны 1, причем в ее объеме масса перемещается сверху вниз достаточно широким потоком сечение которого близко к сечению культивационной ванны 1.
Процесс культивирования биомассы ведут в течение 7 суток, при температуре 30-37°C (нижний предел обусловлен инерционностью контрольно-измерительной аппаратуры). Охлаждению материала в процессе культивирования биомассы препятствует ее подогрев, прокачкой теплоносителя - горячей воды через теплоотдающий трубопровод из бака 16.
Готовность препарата контролируют измеряя pH проб, которые отбирают через открытый четвертый запорный клапан 21 при насосе перемешивания 3, включенном на прокачку (с перекрытым третьим запорным клапаном).
Через 7 суток культивационную ванну 1 освобождают, перемещая материал из ее полости через отбирают через открытый четвертый запорный клапан 21 при насосе перемешивания 3, включенном на прокачку в бункер-накопитель (на чертежах не показан) откуда он поступает к средству розлива и укупорки готового продукта (на чертежах не показано). При этом, выгрузку ведут при открытом предохранительном клапане 22, что исключает «схлопывание» культивационной ванны 1 из за создания в ней разряжения.
По завершении названного процесса биопрепарат готов к работе. При этом биопрепарат представляет из себя комплекс из молочнокислых бактерий, дрожжей и грибков в совокупности с продуктами их жизнедеятельности.
По своим рабочим характеристикам получаемый биопрепарат представляет собой экологически безопасный продукт, включающий в свой состав комплекс уникальных полезных микроорганизмов, способных как к оздоровлению животных и птиц, так и переработке отходов. В настоящее время в животноводческих и птицеводческих хозяйствах отсутствуют безопасные для организма животного способы борьбы с заболеваемостью животных и птиц. Для лечения животных и птиц используются различные антибиотики, внедрение которых в организм животных и птиц приводит к подавлению болезнетворной микрофлоры и излечиванию от заболевания. Однако после применения антибиотиков отмирает и естественная микрофлора организма животных, которая очень важна для переваривания корма животных и птиц. Самовосстановление естественной микрофлоры желудка животных и птиц занимает длительно время от 3 до 7 месяцев, в течение этого времени животные испытывают дискомфорт и болезненные ощущения, которые в конечном итоге снижают качество получаемой продукции. Использование получаемого микробиологического препарата позволит оздоровить животных и птиц без использования антибиотиков и приумножить количество естественных микроорганизмов в желудочно-кишечном тракте. Наличие микробного сообщества данного препарата в организме животных и птиц приведет к повышению иммунитета животных и птиц, что отразится на их меньшей заболеваемости. Немаловажным является и улучшение зоогигиенических условий содержания животных и птиц при применении получаемого микробиологического препарата, а также его многофункциональность. Применяемые в настоящее время гормональные препараты, кормовые антибиотики, а также витаминные препараты обладают аккумулирующим действием, и накапливаются в мышцах, значительно снижая потребительские свойства мяса животных и птиц.