УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА БИОМАССЫ АЭРОБНЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ

Полезная модель относится к области микробиологии и, в частности, к установкам для промышленного производства биопротеина из газообразного субстрата, напри-мер, природного газа.
Из уровня техники известна установка для культивирования микроорганизмов (Изобретение РФ № 2021350, МПК С12 М 3/00, опуб. 15.10.1994 г.). Она содержит ка-меру с устройствами для аэрации, стерилизации, слива и долива среды и механизм пе-ремещения камеры. Камера представляет собой зафиксированную на жестком каркасе эластичную емкость, разделенную внешними зажимами на сообщающиеся питатель-ный, ростовой и накопительный отсеки, при этом на нижней внутренней поверхности ростового отсека расположен материал для иммобилизации клеток, накопительный от-сек выполнен с возможностью независимого газообмена, а жесткий каркас выполнен с двумя изломами, размещенными между отсеками, установлен с возможностью измене-ния угла наклона к горизонту от 0 до 45° и снабжен механизмом его перемещения. При этом части каркаса под накопительным и ростовым отсеками снабжены вибрато-рами.
Недостатком этой известной установки является низкая производительность куль-тивирования биомассы микроорганизмов.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявлен-ной установке для производства биомассы аэробных микроорганизмов является аппа-рат для выращивания микроорганизмов (Изобретение РФ № 2 352 626, МПК: С12М 1/02, опуб. 20.04.2009 г. Бюл. № 11). Данный аппарат принимается в качестве устрой-ства - прототипа. Прототип содержит емкость, заполняемую культуральной жидко-стью до определенного уровня. Емкость снабжена патрубками для подвода жидкой минеральной питательной среды, воздуха и отвода накопленной биомассы, барботером для подвода воздуха, соединенным с воздухонагнетательной машиной, обечайку с от- бортовкой, установленную по оси емкости, служащую для разделения наполняемой жидкостью части емкости на подъемный и опускной каналы. Барботер расположен в подъемном канале. При этом установка дополнительно оснащена, как минимум, одной дополнительной емкостью являющаяся абсорбером газообразного субстрата, имеющей обечайку по оси емкости с отбортовкой в верхней части в сторону этой оси, разделяющую наполняемую культуральной жидкостью указанную емкость на подъем-ный и опускной каналы. Обе емкости соединены в нижней части жидкостепроводами таким образом, что опускной канал основной емкости соединен с подъемным каналом дополнительной емкости, а опускной канал дополнительной емкости - с подъемным каналом основной емкости, а в жидкостепроводе между емкостями установлен побу-дитель циркуляции жидкости. Кроме того, в подъемном канале дополнительной емко-сти размещен барботер газообразного субстрата. Следует отметить, что отбортовка в верхней части обечайки дополнительной емкости выполнена в виде воронки, направ-ленной вовнутрь опускного канала, симметричной оси опускного- канала, причем во-ронка выполняет роль жидкостеструйного эжектора гравитационного типа. При этом обечайка, расположенная в основной емкости, имеет отбортовку, наклоненную к оси емкости или к стенке емкости для расширения подъемного канала, а над ней установ-лен отбойник. Побудитель циркуляции жидкости в установке-прототипе может быть выполнен в виде циркуляционного насоса или в виде осевого пропеллера.
Недостаток установки-прототипа заключается в том, что у неё относительно низкая производительность культивирования биомассы аэробных микроорганизмов.
Задачей, на решение которой направлено создание предложенной установки, являет-ся создание индустриальных условий производства белковой массы из метансодер- жащего субстрата высокопроизводительными установками.
Технический результат, ожидаемый от применения заявленного устройства, состоит в повышении производительности культивирования биомассы аэробных микроорга-низмов.
Заявленный технический результат достигается тем, что установка для производ-ства биомассы аэробных микроорганизмов, содержит вертикально ориентированную емкость, и, по меньшей мере, одну вертикально ориентированную ёмкость-саттелит, соединяющих их в зоне нижних частей первого и второго жидкостепроводов, обору-дованных побудителем циркуляции культуральной жидкости, при этом вертикально ориентированная емкость снабжена патрубком для подвода жидкой минеральной пита-тельной среды, патрубком для подвода кислородсодержащего газа, патрубком для от-вода накопленной биомассы аэробных микроорганизмов, а также имеет установленную соосно объема упомянутой вертикально ориентированной емкости обечайку с отбор- товкой, обеспечивающую разделение наполняемой культуральной жидкостью её часть на подъемный и опускной каналы, оснащена барботером кислородсодержащего газа, установленным в подъемном канале, и соединенным с патрубком подвода кислородсо-держащего газа. Причем, по меньшей мере, одна вертикально ориентированная ем- кость-саттелит имеет патрубок подачи газообразного субстрата и оборудована разме-щенной по своей вертикальной оси обечайкой с отбортовкой в верхней части в сто-рону упомянутой оси так, что она обеспечивает разделение наполняемой культураль-ной жидкостью часть, по меньшей мере, одной вертикально ориентированной емкости- саттелита на подъемный, оснащенный барботером газообразного субстрата, и опуск-ной каналы. Опускной канал упомянутой емкости соединен с подъемным каналом, по меньшей мере, одной вертикально ориентированной емкости-саттелита, а подъемный канал той же емкости соединен с опускным каналом, по меньшей мере, одной верти-кально ориентированной емкости-саттелита посредством, соответственно, подъемного и опускного каналов, при этом емкость ниже уровня культуральной жидкости оснаще-на датчиком температуры и датчиком рН, а выше уровня культуральной жидкости ос-нащена датчиком углекислого газа, которые информационно-коммутационно соеди-нены интерфейсом с электронно-вычислительной машиной содержащей средство ви-зуализации информации, на которой инсталлирована программа для ЭВМ «Гаприн»,.
Желательно, чтобы побудитель циркуляции культуральной жидкости был выполнен в виде циркуляционного насоса. Желательно, чтобы над обечайкой емкости был закреплен отбойник.
Заявленная установка иллюстрируется рядом рисунков:
- на Фиг.1 схематично изображена структура предлагаемой установки, оснащенная одной емкостью и одной ёмкостью-саттелитом;
- на Фиг.2 схематично изображена структура предлагаемой установки, оснащенная одной емкостью и двумя ёмкостями - саттелитами;
- на Фиг.З схематично изображена структура предлагаемой установки, оснащенная одной емкостью и тремя ёмкостями - саттелитами;
- на Фиг.4 схематично изображено вертикальное сечение емкости;
- на Фиг.5 схематично изображено вертикальное сечение емкости-саттелита.
Перечень позиций.
1. Емкость.
1.1. Обечайка в емкости.
1.2. Отбортовка в емкости.
1.3. Опускной канал в емкости.
1.4. Подъемный канал в емкости.
1.5. Барботёр для воздуха.
1.6. Воздушный коллектор.
1.7. Канал сброса газов на утилизацию.
1.8. Уровень культуральной жидкости.
1.9. Наджидкостное пространство.
2. Емкость-саттелит.
2.1. Первая емкость-саттелит.
2.2. Вторая емкость-саттелит.
2.3. Третья емкость-саттелит.
3. Предохранительный клапан.
3.1. Предохранительный клапан в первой емкости-саттелите.
3.2. Предохранительный клапан во второй емкости-саттелите.
3.3. Предохранительный клапан в третьей емкости-саттелите.
4. Продувочный газопровод.
4.1. Продувочный газопровод первой емкости-саттелита.
4.1.1. Запорный орган продувочного газопровода первой емкости-саттелита.
4.2. Продувочный газопровод второй емкости-саттелита.
4.2.1. Запорный орган продувочного газопровода второй емкости-саттелита.
4.3. Продувочный газопровод третьей емкости-саттелита.
4.3.1. Запорный орган продувочного газопровода третьей емкости- саттелита.
5. Жидкостепровод.
5.1. Первый жидкостепровод.
5.2. Второй жидкостепровод.
5.3. Третий ждкостепровод.
5.4. Четвертый жидкостепровод.
5.5. Пятый жидкостепровод.
5.6. Шестой жидкостепровод.
6. Устройство для принудительной циркуляции жидкости.
7. Отбойник.
8. Воздуховод.
9. Обечайка в емкости-саттелите.
9.1. Обечайка в первой емкости-саттелите.
9.2. Обечайка во второй емкости-саттелите.
9.3. Обечайка в третьей емкости-саттелите.
10. Отбортовка в емкости-саттелите.
10.1. Отбортовка в первой емкости-саттелите.
10.2. Отбортовка во второй емкости-саттелите.
10.3. Отбортовка в третьей емкости-саттелите.
11. Подъемный канал в емкости-саттелите.
11.1. Подъемный канал в первой емкости-саттелите.
11.2. Подъемный канал во второй емкости-саттелите.
11.3. Подъемный канал в третьей емкости-саттелите.
12. Опускной канал в емкости-саттелите.
12.1. Опускной канал в первой емкости-саттелите.
12.2. Опускной канал во второй емкости-саттелите.
12.3. Опускной канал в третьей емкости-саттелите.
13. Гравитационный эжектор.
13.1. Первый гравитационный эжектор.
13.2. Второй гравитационный эжектор.
13.3. Третий гравитационный эжектор.
14. Барботер для барботажа углеродсодержащим газом.
14.1. Барботер для барботажа углеродсодержащим газом в первой емкости- саттелите.
14.2. Барботер для барботажа углеродсодержащим газом во второй емкости саттелите.
14.3. Барботер для барботажа углеродсодержащим газом в третьей емкости- саттелите.
15. Газопровод углеродсодержащего газа.
15.1. Распределительный газовый коллектор углеродсодержащего газа.
15.1.1. Запорный орган на газопроводе углеродсодержащего газа.
15.2. Регулятор давления.
15.3. Датчик давления.
16. Теплообменник.
16.1. Трубопроводы подачи-отвода теплоносителя
16.2. Термостат.
17.  Трубопровод для подвода жидкой питательной среды.
17.1. Вентиль на трубопроводе для подвода жидкой питательной среды.
18. Трубопровод для отвода культуральной жидкости.
18.1. Вентиль на трубопроводе для отвода культуральной жидкости.
19. Патрубок для сброса газа из наджидкостного пространства на утилизацию.
20. Аппаратно-программный комплекс.
21. Датчик температуры.
22. Датчик рН.
2
23. Датчик С0
24. Информационно-коммутационные каналы.
25.  Интерфейс.
Емкость 1(Фиг.1-Фиг.4) представляет собой часть составного ферментёра и может быть выполнена из листового инертного конструкционного материала (а по форме, как, например, герме-тизированный вертикально-ориентированный цилиндр), в частности, из пищевой не-ржавеющей стали марки 08X18Н10. Из аналогичного материала может быть выпол-нены обечайка 1.1(Фиг.4) и отбортовка 1.2(Фиг.4), позиционированные в емкости 1(Фиг.1-Фиг.4) симметрично вертикальной оси последней. В качестве барботера 1.5(Фиг. 4) может быть использована кольцевая конструкцию, раскрытая в известном источнике (Заявка на изобретение РФ № 92015695, МПК С25В 9/02, опуб. 20.02.1997 г.). Барботёр 1.5(Фиг.4) предназначен для насыщения культуральной жидкости, на-ходящейся в емкости 1(Фиг.1-Фиг.4) заявленной установки, газом в соответствии с требованиями технологии производства биопротеина (в частности, воздухом). Воз-душный коллектор 1.6(Фиг.4) предназначен для подачи вышеупомянутого газа (возду-ха) в барботёр 1.5(Фиг.4). Его конструкция может быть подобна конструкции, рас-крытой в известном источнике (Изобретение РФ № 2494287, МПК F04D 27/00, опуб. 27.09.2013 г., Бюл.№ 27). Канал сброса газов на утилизацию 1.7(Фиг.4) предназначен для периодического освобождения емкости 1(Фиг.1-Фиг.4) от отработавших в резуль-тате ферментации газообразных отходов производства биопротеина. В простейшем варианте исполнения представляет собой трубопровод, один из торцов которого пози-ционирован в наджидкостном пространстве 1,9(Фиг.4) посредством патрубка 19(Фиг.4), а второй торец которого, по соображениям экологии, помещен в скруббер (не показано).
Конструкция ёмкости-саттелита, представляющая собой, по меньшей мере, вторую часть составного ферментёра, 2(Фиг.4) и используемые для её изготовления конструкционные материалы могут быть аналогичны конструкции и примененным конструкционным материалам емкости 1(Фиг.1-Фиг.4).
Поскольку ёмкость-саттелит 2(Фиг.1-ФигЗ, Фиг.5) представляет собой рабочую ем-кость, работающую под давлением, она оснащена предохранительным клапаном 3.1(Фиг.5), обеспечивающим защиту емкости-саттелита 2.1(Фиг.5) от разрушения при избыточном для неё давлении в аварийном случае. Конструкции газовых предохрани-тельных клапанов хорошо известны из уровня техники и, в частности, для предложен-ной установки может быть использован известный предохранительный клапан из ис-точника: изобретение РФ № 2307276, МПК F16K 17/04, опуб. 27.09.2007, Бюл. № 27. Продувочный газопровод 4.1 (Фиг. 5) предназначен для периодической продувки (в ос-новном перед началом и после окончания работы по производству биопротеина), рав-но как и при превышении повышенного содержания углекислого газа в емкости- саттелите 2.1(Фиг.5). Он оснащен запорным органом 4.1.1(Фиг.5), который может быть конструктивно воплощен как обыкновенный вентиль, установленный на упомянутом продувочном газопроводе 4.1 (Фиг.5).
Жидкостепроводы 5 (Фиг.1-Фиг.5) предназначены для перемещения между емко-стями заявленной установки культуральной жидкости и представляю собой трубопро-воды, выполненные из материала, подобного по коррозионной стойкости материалу ёмкости 1 (Фиг. 1 -Фиг.4).
Устройство для принудительной циркуляции жидкости 6(Фиг.4) предназначено для перемещения культуральной жидкости между емкостью 1 (Фиг. 1-Фиг.4) и первой ём- костью-саттелитом 2.1 (Фиг.5) /или ёмкостями - саттелитами 2.1, 2.2,2.3 (Фиг.1- Фиг.З)/. В качестве упомянутого устройства может быть использован циркуляционный насос, например, марки Wipo-Star RS (http://www.allb.ru). Отбойник 7(Фиг.4) предназначен для снижения уровня брызгообразования в емкости 1 (Фиг.4) и представляет собой профилированную пластину, закрепленную по периметру внутренней стенки емкости 1 (Фиг.4) над отбортовкой 1.2(Фиг.4) в емкости 1 (Фиг.4). Воздуховод 8(Фиг.4) пред-ставляет собой средство подачи воздуха в воздушный коллектор 1.6 (Фиг.4) и может быть выполнен как трубопровод, подключенный к воздушному компрессору или ком-прессорной станции (не показаны).
Обечайка в емкости-саттелите 9.1 (Фиг.5) предназначена для формирования в ней опускного 12.1(Фиг.5) и может быть выполнена в форме вертикально-ориентированной трубы или короба, отделяющих зону подъемного канала 11.1 (Фиг.5) от зоны опускного канала 12.1(Фиг.5).
Первый гравитационный эжектор 1.3 (Фиг.5) представляет собой воронкообразное соединение обечайки 9.1(Фиг.5) со вторым жидкостепроводом 5.2(Фиг.5), имеющим меньшее проходное сечение, что способствует использованию силы земной гравитации для ускорения перемещения культуральной жидкости во второй жидкостепровод 5.2(Фиг.5) первой ёмкости-саттелита 2.1(Фиг.5).
Конструкция и работа барботера для барботажа культуральной жидкости угле- родсодержащим газом 14.1(Фиг.5) аналогичны барботеру для воздуха и, соответст-венно, конструктивно сходны по воплощению. Исключение состоит в том, что через барботёр 14.1(Фиг.5) в ёмкость-саттелит 2.1(Фиг.5) подают природный газ (углерод- содержащий газ), а не воздух (являющийся источником кислорода). Барботёр для бар-ботажа культуральной жидкости углеродсодержащим газом 14.1(Фиг.5) подключен к газопроводу углеродсодержащего газа 15 (Фиг.5), оснащенному распределительным газовым коллектором 15.1 (Фиг.5), запорным органом 15.1.1 (Фиг.5), а также системой поддержания в емкосте-саттелите 2.1 (Фиг.5) в составе датчика давления 15.3(Фиг.5) и регулятора давления 15.2(Фиг.5), заданного давления углеродсодержащего (природно-го) газа. Системы поддержания в замкнутом объеме заданного давления подаваемого в это замкнутый объем газовой среды посредством работы регулятора давления, полу-чающего информацию от датчика давления, известны (см., например, АС СССР № 1505253, МПК G05D 16/06, опуб. 10.07.2006 г., Бюл. № 19).
Теплообменник 16 (Фиг.4) предназначен для регулирования (в том числе и для под-держания) температуры культуральной жидкости, проходящей через зону опускного канала 1.3(Фиг.4) в емкости 1(Фиг.4). Может быть выполнен как трубчатый теплооб-менник, сообщающийся по трубопроводам подачи-отвода теплоносителя 16.1 (Фиг.4) с термостатом 16.2(Фиг.4), на котором задают определенную (для конкретного вида ис-пользуемых аэробных микроорганизмов) температуру).
Функциональное предназначение в структуре заявленной установки трубопровода для подвода жидкой питательной среды 17(Фиг.5) и трубопровода для отвода культу-ральной жидкости 18(Фиг.4) вытекает из названий этих элементов конструкции уста-новки и, очевидно, не требует дополнительных пояснений. Эти трубопроводы снабже-ны соответствующими вентилями (запорной арматурой) 17.1(Фиг.1) и 18.1 (Фиг. 1).
Патрубок 19 (Фиг.4) служит для сброса отработанных газов, скапливающегося в наджидкостном пространстве 1.9(Фиг.4) емкости 1 (Фиг.4) на утилизацию по соответ-ствующему каналу 1.7(Фиг.4), как упоминалось ранее, представляющему собой трубо-провод.
Используемой в установке аппаратно-программный комплекс 20(Фиг.4) основан на IBM совместимом компьютере, оснащенным средством визуализации (дисплеем) с инсталлированной на нем программой "ГАПРИН" (Свидетельство о государственной регистрации № 20156188884 от 19.08.2015 г.). Он подключен к закрепленным внутри емкости 1 (Фиг.4) датчику температуры 21 (Фиг.4) / например, фирмы DANFOSS, мо-дель МВТ 5260, http://www.danfoss.com/, датчику рН 22(Фиг.4) / например, фирмы Апа- CONT LE, http://www.rusavtomatic.ru/ и датчику СО2, 23 (Фиг.4) /например, фирмы WEXON, модель VAISALA GMT220, http://www.wexon.ru/ посредством соответствующих информационно-коммутационных каналов (например, в виде проводных линий связи) 24(Фиг.4) через интерфейс 25(Фиг.4). Работа заявленного устройство поясняется при-мерами.
Пример № 1.
3
3
В настоящем примере использована установка в конфигурации, представленной на Фиг.1, а именно, состоящей из емкости 1(Фиг.1) объемом в 50 м и первой ёмкости-саттелита 2.1 (Фиг.1) объемом в 20 м , соединенных между собой первым 5.1 (Фиг.1) и вторым 5.2(Фиг.1) жидкостепроводами, причем первый 5.1 (Фиг.1) жидкостепровод ос-нащен трубопроводом для отвода культуральной жидкости 18(Фиг.1), на котором смонтирован вентиль 18.1 (Фиг.1), а второй 5.2(Фиг.1) жидкостепровод оснащен трубо-проводом для подвода жидкой питательной среды 17(Фиг.1), также содержит запор-ную арматуру в виде вентиля 17.1 (Фиг. 1).
3
Для подготовки заявленной установки к работе через нее при открытых вентилях 17.1 (Фиг.1) и 18.1 (Фиг.1) прокачивают воду (подача воды осуществляется через вен-тиль 18.1 (Фиг.1) по трубопроводу для отвода культуральной жидкости 18(Фиг.1), а отводы воды, соответственно, по трубопроводу для подвода жидкой питательной сре-ды 17(Фиг.1)) в объеме 210 м подогретой до 49 °С воды (ГОСТ Р 51232-98). В ходе этой прокачки воды температуру теплообменника 16(Фиг.4) посредством термостата 16.2(Фиг.4) и трубопроводам подачи-отвода жидкого теплоносителя 16.1 (Фиг.4) зада-ют также на уровне 49 °С. После завершения прокачки воды её сливают из установки и, закрыв вентиль 18.1 (Фиг.1), по трубопроводу подачи жидкой питательной среды 17(Фиг.1) при открытом вентиле 17.1 (Фиг.1) в установку закачивают жидкую мине-ральную питательную среду, заполняя примерно на 75% как емкость 1 (Фиг.1), так и первую емкость-саттелит 2.1(Фиг.1). Затем по этому же трубопроводу в установку по-дают культуральную жидкость, содержащую штамм бактерии Methylococcus capsula-rs ВСБ-874 в количестве 0,5 % вес на 1 литр жидкой питательной среды. После за-полнения емкости 1 (Фиг.1) до 80% (т.е. до уровня 1.8(Фиг.4 и Фиг.5), вентиль 17.1 (Фиг.1 и Фиг.4) закрывают. Запускают в работу устройство для принудительной циркуляции жидкости 6(Фиг.4). Благодаря воздействию последнего культуральная жидкость по первому жидкостепроводу 5.1 (Фиг.4) поступает в подъемный канал 11.1 (Фиг.5) первой емкости-саттелита 2.1 (Фиг.5). Из него, огибая отбортовку в первой ёмкости-саттелите 10.1 (Фиг.5), культуральная жидкость устремляется в обечайку в первой емкости-саттелите 9.1 (Фиг.5), откуда из-за воздействия сил гравитации и, ко-нечно, работе первого гравитационного эжектора 13.1 (Фиг.5), попадает во второй жидкостепровод 5.2(Фиг.5), перемещаясь затем из него в подъемный канал 1.4(Фиг.4) в емкости 1(Фиг.4), заполняя последнюю до уровня 1.8(Фиг.4). При этом отбойник 7(Фиг.4) препятствует интенсивному брызгообразованию, направляя поток культу-ральной жидкости в опускной канал в емкости 1.3(Фиг.4), где культуральная жидкость снова вступает в контакт с теплообменником 16(Фиг.4). Таким образом происходит стабилизация температуры культуральной жидкости до значения 49°С. Работа уста-новки для принудительной циркуляции культуральной жидкости 6(Фиг.4) и действие силы тяжести снова заставляет культуральную жидкость двигаться из опускного кана-ла в емкости 1.3(Фиг.4) в первую емкость-саттелит 2.1(Фиг.1) и далее по маршруту, уже описанному выше. Непрерывная подача воздуха по воздуховоду 8(Фиг.4) (избы-точное давление составляет значение 1,3 атм.) приводит к наполнению воздухом пер-вого воздушного коллектора 1.6(Фиг.4) и перемещению воздуха в первый барботёр 1.5(Фиг.4) вследствие чего происходит насыщение культуральной жидкости кислоро-дом. Не растворившийся в культуральной жидкости воздух попадает в наджидкостной пространство 1.9(Фиг.4) и далее выводится через патрубок 19(Фиг.4) по трубопрово-ду 1.7(Фиг.4) на утилизацию. В первой ёмкости-саттелите 2.1 (Фиг.5) поступающий по газопроводу углеродсодержащего газа 15(Фиг.5) природный газ редуцируется до дав-ления 1,3 атм. посредством совместной работы регулятора давления 15.2(Фиг.5) и дат-чика давления 15.3(Фиг.5) и через открытый запорный орган на газопроводе 15.1.1(Фиг.5) заполняет в распределительный газовый коллектор 15.1(Фиг.5), а из не-го инжектируется в культуральную жидкость посредством барботера для барботажа углеродсодержащим газом в первой емкости-саттелите 14.1(Фиг.5). Не растворивший-ся в культуральной жидкости природный газ вместе с продуктами метаболизма скап-ливается в наджидкостном пространстве 1.9(Фиг.5) и периодически (примерно 1 раз в час) через запорный орган продувочного газопровода первой емкости-саттелита 4.1.1 (Фиг.5) выводится оператором по продувочному газопроводу первой емкости- саттелита 4.1 (Фиг.5) также на утилизацию. В случае возникновения аварийного режи-ма работы установки (например, вследствие выхода из строя регулятора давления 15.2(Фиг.5) и появления избыточного давления природного газа, превышающего уста-новленное аварийное значение 1,8 атм.) в наджидкостном пространстве 1.9(Фиг.5), происходит срабатывание предохранительного клапана в первой емкости-саттелите 3.1 (Фиг.5), стравливающего избыточное давление из первой емкости-саттелита 2.1(Фиг.5). Благодаря датчикам 21-23(Фиг.4), информация о параметрах процесса фер-ментации поступает по информационно-коммутационным каналам 24(Фиг.4) через ин-терфейс 25(Фиг.4) аппаратно-программного комплекса 20(Фиг.4) и отображается на дисплее (не показано) после обработки программой для ЭВМ «Гаприн». Могут быть визуализированы как мгновенные значения снимаемых датчиками 21-23(Фиг.4) пара-метров, так и данные, подвергнутые аналитической обработке (в частности, тренды изменения параметров, их модули и т.п.), что дает возможность оператору, контроли-рующему работу заявленной установки, оперативно (в частности, при отклонении по-казателя более чем на 0,5%) реагировать на эти события, корректирую режим фермен-тации.
По истечении 10 часов ферментации, открывают вентиль на трубопроводе для отво-да культуральной жидкости 18.1 (Фиг.5) и обогащенную биопротеином культуральную жидкость по трубопроводу для отвода культуральной жидкости 18(Фиг.5) перемещают на дальнейшую обработку, в частности, на сепарацию.
Одновременно с этим, изъятое количество (по объему изъятия) обогащенной куль-туральной жидкости возмещают таким же количеством (по объему) жидкой минераль-ной питательной среды, содержащей штамм бактерии Methylococcus capsulatus ВСБ- 874 в количестве 0, 5% вес на 1 литр жидкой минеральной питательной среды, путем открытия вентиля на трубопроводе для подвода жидкой питательной среды 17.1(Фиг.5) и, соответственно, подачей упомянутой выше жидкой питательной среды во второй жидкостепровод 5.3(Фиг.5) заявленной установки.
Таких десятичасовых циклов ферментации в рамках исполнения настоящего приме-ра было произведено 5. Сопоставительные с устройством-прототипом данные по про-изводительности биопротеина обеими установками (предложенной и прототипом) приведены в Таблице № 1.
Конструкция и исходные конструктивные параметры устройства-прототипа были полностью идентичны заявленному устройству, включая наличие аппаратно- программного-комплекса 20(Фиг.4) и датчиков 21-23 (Фиг.4) к нему, однако оператор при использовании её в режиме устройства-прототипа не реагировал на показания, отображаемые на дисплее аппаратно-программного комплекса 20(Фиг.4) и, соответст-венно, не производил корректировку режима ферментации в течение всех 50 часов эксплуатации устройства-прототипа.
Таблица № 1
Наименова-ние объекта
Время ферментации, час
Количество биопротеина (содержание сырого про-теина 76%), кг
Колебания температуры в культуральной жидкости, °С
Колебания рН в куль-туральной жидкости
КолебанияС0<sub>2 </sub>газовой фазе в наджидко-стном про-странстве, % об.
Устройство- прототип
50
8 232
42-49
4,5-5,5
11-50
Заявленное устройство
50
10 815
43,5-44,5
4,8-5,1
11-14
Как следует из Таблицы № 1, заявленное устройство обеспечивает получение большего количества биопротеина, что свидетельствует о достижении заявленного технического результата в виде повышении производительности культивирования биомассы аэробных микроорганизмов.
Пример № 2.
3
3
3
3
В настоящем примере использована установка в конфигурации, представленной на Фиг.2, а именно, состоящей из емкости 1(Фиг.2) объемом в 50 м , а также первой емкости-саттелита 2.1 (Фиг.2) объемом в 15 м и второй емкости-саттелита 2.2(Фиг.2) объемом в 15 м, соединенных между собой первым 5.1 (Фиг.2), вторым 5.2(Фиг.2), третьим 5.3(Фиг.2) т четвертым 5.4(Фиг.2) жидкостепроводами, причем первый 5.1 (Фиг.2) жидкостепровод оснащен трубопроводом для отвода культуральной жидко-сти 18(Фиг.2), на котором смонтирован вентиль 18.1 (Фиг.2), а второй 5.2(Фиг.2) жид-костепровод оснащен трубопроводом для подвода жидкой питательной среды 17(Фиг.2), и также содержит запорную арматуру в виде вентиля 17.1(Фиг.2). Для под-готовки установки к работе через нее при открытых вентилях 17.1 (Фиг.2) и 18.1 (Фиг.2) прокачивают (подача воды осуществляется через вентиль 18.1 (Фиг.2) по тру-бопроводу для отвода культуральной жидкости 18(Фиг.2), а отводы воды, соответственно, по трубопроводу для подвода жидкой питательной среды 17(Фиг.З)) 230 м по-догретой до 49 °С воды (ГОСТ Р 51232-98). В ходе этой прокачки воды температуру теплообменника 16(Фиг.4) посредством термостата 16.2(Фиг.4) и трубопроводам пода-чи-отвода жидкого теплоносителя 16.1(Фиг.4) задают также на уровне 49 °С. После за-вершения прокачки воды её сливают из установки и, закрыв вентиль 18.1 (Фиг.2), по трубопроводу подачи жидкой питательной среды 17(Фиг.2) при открытом вентиле 17.1 (Фиг.2) в установку закачивают жидкую питательную среду, заполняя примерно на 75% как емкость 1(Фиг.2), так первую емкость-саттелит 2.1(Фиг.2) и вторую емкость- саттелит 2.2(Фиг.2). Затем по этому же трубопроводу в установку подают культураль- ную жидкость, содержащую штамм бактерии Methylococcus capsulatus ВСБ-874 в ко-личестве 0, 5% вес на 1 литр жидкой питательной среды. После заполнения емкости 1(Фиг.2) до 80% (т.е. до уровня 1.8(Фиг.4 и Фиг.5), вентиль 17.1(Фиг.2 и Фиг.4) за-крывают. Запускают в работу устройство для принудительной циркуляции жидкости 6(Фиг.4). Благодаря воздействию последнего культуральная жидкость по первому жидкостепроводу 5.1(Фиг.4) поступает в подъемный канал 11.1(Фиг.5) первой емко-сти-саттелита 2.1 (Фиг.5) /и, соответственно, в такой же канал второй емкости- саттелита 2.2(Фиг.2). Из него, огибая отбортовку в первой емкости-саттелите 10.1 (Фиг.5) /и, соответственно, во второй емкости-саттелите 2.2(Фиг.2) /, культураль-ная жидкость устремляется в обечайку в первой емкости-саттелита 9.1 (Фиг.5) /и, соот-ветственно, во второй емкости-саттелите 2.2(Фиг.2)/, откуда из-за воздействия сил гра-витации и работе первого гравитационного эжектора 13.1 (Фиг.5) / и, соответственно, второго гравитационного эжектора 13.2 (не показано) во второй емкости-саттелите 2.2(Фиг.2)/ попадает во второй жидкостепровод 5.2(Фиг.5), перемещаясь затем из него в подъемный канал 1.4(Фиг.4) в емкости 1 (Фиг.4), заполняя последнюю до уровня 1.8(Фиг.4). При этом отбойник 7(Фиг.4) препятствует интенсивному каплеобразова- нию, направляя поток культуральной жидкости в опускной канал в емкости 1.3(Фиг.4), где культуральная жидкость снова вступает в контакт с теплообменником 16(Фиг.4). Таким образом происходит стабилизация температуры культуральной жид-кости до значения 49 °С. Работа установки для принудительной циркуляции культу-ральной жидкости 6(Фиг.4) и действие силы тяжести снова заставляет культуральную жидкость двигаться из опускного канала в емкости 1.3(Фиг.4) в первую 2.1 и вторую 2.2 емкости-сатгелиты (Фиг.2) и далее по маршруту, уже описанному выше. Непре-рывная подача воздуха по воздуховоду 8(Фиг.4) (избыточное давление составляет зна-чение 1,3 атм.) приводит к наполнению воздухом первого воздушного коллектора 1.6(Фиг.4) и перемещению воздуха в первый барботер 1.5 (Фиг.4) вследствие чего про-исходит насыщение культуральной жидкости кислородом. Не растворившийся в куль-туральной жидкости воздух попадает в наджидкостной пространство 1.9(Фиг.4) и да-лее выводится через патрубок 19(Фиг.4) по трубопроводу 1.7(Фиг.4) на утилизацию. В первой 2.1 и второй 2.2 емкостях-саттелитах (Фиг.2) поступающий по газопроводу углеродсодержащего газа 15 (Фиг.5) природный газ редуцируется до давления 1,3 атм. посредством совместной работы регулятора давления 15.2(Фиг.5) и датчика давления 15.3(Фиг.5) (также имеющихся в конструкции и второй емкости-саттелите 2.2(Фиг.2) и через открытый запорный орган на газопроводе 15.1.1 (Фиг.5) заполняет в распредели-тельный газовый коллектор 15.1(Фиг.5), а из него инжектируется в культуральную жидкость посредством барботера для барботажа углеродсодержащим газом в первой емкости-саттелите 14.1(Фиг.5) /и, соответственно, во второй емкости-саттелите 14.2 (не показано)/. Не растворившийся в культуральной жидкости природный газ скапли-вается в наджидкостном пространстве 1.9 (Фиг.5) первой и второй емкостях-саттелитах 2.1 и 2.2(Фиг.2) и периодически (примерно 1 раз в час) через запорный орган проду-вочного газопровода первой емкости-саттелита 4.1.1 (Фиг.5) (и 4.2.1 во второй емко-сти-саттелите 2.2(Фиг.2)) выводится оператором по продувочному газопроводу первой емкости-саттелита 4.1(Фиг.5) /и по продувочному газопроводу второй емкости- саттелита 4.2(не показано)/ также на утилизацию. В случае возникновения аварийного режима работы установки (например, вследствие выхода из строя регулятора давления 15.2(Фиг.5) и появления избыточного давления природного газа), превышающего ус-тановленное аварийное значение 1,8 атм.) в наджидкостном пространстве 1.9(Фиг.5) любой емкости-саттелите 2.1-2.2(Фиг.2), происходит срабатывание предохранительно-го клапана, сбрасывающего стравливающего избыточное давление из аварийной емко-сти-саттелите (Фиг.2).
Благодаря датчикам 21-23 (Фиг.4), информация о параметрах процесса ферментации поступает по информационно-коммутационным каналам 24(Фиг.4) через интерфейс 25(Фиг.4) аппаратно-программного комплекса 20(Фиг.4) и отображается на дисплее (не показан) после обработки программой для ЭВМ «Гаприн». Могут быть визуализи-рованы как мгновенные значения снимаемых датчиками 21-23 (Фиг.4) параметров, так и данные, подвергнутые аналитической обработке (в частности, тренды изменения па-раметров, их модули и т.п.), что дает возможность оператору, контролирующему рабо-ту заявленной установки, оперативно (в частности, при отклонении показателя более чем на 0,5% ) реагировать на эти события, корректирую режим ферментации. По исте-чении 10 часов ферментации, открывают вентиль на трубопроводе для отвода культу-ральной жидкости 18.1(Фиг.2) и обогащенную биопротеином культуральную жидкость по трубопроводу для отвода культуральной жидкости 18(Фиг.2) перемещают на даль-нейшую обработку, в частности, на сепарацию. Одновременно с этим, изъятое количе-ство (по объему изъятия) обогащенной культуральной жидкости возмещают таким же количеством (по объему) жидкой питательной среды путем открытия вентиля на тру-бопроводе для подвода жидкой питательной среды 17.1 (Фиг.2) и, соответственно, по-дачей упомянутой выше жидкой питательной среды во второй жидкостепровод 5.3(Фиг.2) заявленной установки. Таких десятичасовых циклов ферментации в рамках исполнения настоящего примера было произведено 5. Сопоставительные с устройст- вом-прототипом данные по производительности биопротеина обеими установками (предложенной и прототипом) приведены в Таблице № 2. Конструкция и исходные конструктивные параметры устройства-прототипа были полностью идентичны заяв-ленному устройству, включая наличие аппаратно-программного-комплекса 20(Фиг.4) и датчиков 21-23 (Фиг.4) к нему, однако оператор при использовании её в режиме уст- ройства-прототипа не реагировал на показания, отображаемые на дисплее аппаратно- программного комплекса 20(Фиг.4) и, соответственно, не производил корректировку режима ферментации в течение всех 50 часов эксплуатации устройства-прототипа.
Таблица № 2
Наименова-ние объекта
Время ферментации, час
Количество биопротеина (содержание сырого про-теина 76%), кг
Колебания температуры в культуральной жидкости, °С
Колебания рН в куль-туральной жидкости
Колебания С0<sub>2</sub>газовой фазе в наджидко- стном про-странстве, % об.
Устройство- прототип
50
8 238
42-49
4,5-5,5
11-50
Заявленное устройство
50
10 815
43,5-44,5
4,8-5,1
11-14
Как следует из Таблицы № 2, заявленное устройство обеспечивает получение большего количества биопротеина, что свидетельствует о достижении заявленного технического результата в виде повышении производительности культивирования биомассы аэробных микроорганизмов.
Пример № 3.
3
3
3
В третьем примере использована установка в конфигурации, представленной на Фиг.З, а именно, состоящей из емкости 1(Фиг.З) объемом в 50 м , а также первой 2.1, второй 2.2 и третьей 2.3 ёмкостей-саттелитов (Фиг.З) объемом по 10 м каждая, со-единенных между собой первым 5.1(Фиг.З), вторым 5.2(Фиг.З), третьим 5.3(Фиг,3), четвертым 5.4(Фиг.З), пятым 5.5(Фиг.З) и шестым 5.6(Фиг.З) жидкостепроводами, причем первый 5.1(Фиг.З), третий 5.3(фиг.3) и пятый 5.5(Фиг.З) жидкостепроводы запараллелены между собой и оснащены трубопроводом для отвода культуральной жидкости 18(Фиг.З), на котором смонтирован вентиль 18.1 (Фиг.З), а второй 5.2(Фиг.З), четвертый 5.4(Фиг.З) и шестой 5.6(Фиг.З) жидкостепроводы также запараллелены ме-жду сабой и оснащены трубопроводом для подвода жидкой питательной среды 17(Фиг.З), содержащем запорную арматуру в виде вентиля 17.1(Фиг.З). Для подготов-ки установки к работе через нее при открытых вентилях 17.1 (Фиг.З) и 18.1 (Фиг.З) прокачивают воду объемом (подача воды осуществляется через вентиль 18.1(Фиг.З) по трубопроводу для отвода культуральной жидкости 18(Фиг.З), а отводы воды, соответственно, по трубопроводу для подвода жидкой питательной среды 17(Фиг.З)) 230 м подогретой до 49 °С воды (ГОСТ Р 51232-98). В ходе этой прокачки воды температуру теплообменника 16(Фиг.4) посредством термостата 16.2(Фиг.4) и трубопроводам пода-чи-отвода жидкого теплоносителя 16.1(Фиг.4) задают также на уровне 49 °С. После завершения прокачки воды её сливают из установки и, закрыв вентиль 18.1 (Фиг.З), по трубопроводу подачи жидкой питательной среды 17(Фиг.З) при открытом вентиле 17.1(Фиг.З) в установку закачивают жидкую питательную среду, заполняя примерно на 75% как емкость 1 (Фиг.З), так же как и все три емкости-саттелиты 2.1, 2.2, 2.3 (Фиг.З). Затем по этому же трубопроводу в установку подают культуральную жидкость, содер-жащую штамм бактерии Methylococcus capsulatus ВСБ-874 в количестве 0,5% вес на 1 литр жидкой питательной среды. После заполнения емкости 1 (Фиг.З) до 80% (т.е. до уровня 1.8(Фиг.4), вентиль 17.1 (Фиг.З и Фиг.4) закрывают. Запускают в работу устрой-ство для принудительной циркуляции жидкости 6(Фиг.4). Благодаря воздействию по-следнего культуральная жидкость по первому жидкостепроводу 5.1 (Фиг.4) поступает в подъемный канал 11.1 (Фиг.5) первой емкости-саттелита 2.1 (Фиг.5) /и, соответствен-но, в такой же канал второй и третьей емкостей-саттелитов 2.2 и 2.3 (Фиг.З)/. Из него, огибая отбортовку в первой емкости-саттелите 10.1(Фиг.5) /и, соответственно, во вто-рой и третьей емкостях-саттелитах 2.2 и 2.3 (Фиг.З) /, культуральная жидкость уст-ремляется в обечайку в первой емкости-саттелита 9.1(Фиг.5) /и, соответственно, во обечайки второй и третьей емкостей-саттелитов 2.2 и 2.3 (Фиг.З)/, откуда под воздей-ствием сил гравитации и благодаря работе первого гравитационного эжектора 13.1(Фиг.5) / и, соответственно, второго и третьего гравитационных эжекторов 13.2 и 13.3 (не показаны) во второй и третьей емкостях-саттелитах 2.2 и 2.3 (Фиг.З) /попадает во второй жидкостепровод 5.2(Фиг.5), перемещаясь затем из него в подъемный канал 1.4(Фиг.4) в емкости 1 (Фиг.4), заполняя последнюю до уровня 1.8(Фиг.4). При этом отбойник 7(Фиг.4) препятствует интенсивному каплеобразованию, направляя поток культуральной жидкости в опускной канал в емкости 1.3(Фиг.4), где культуральная жидкость снова вступает в контакт с теплообменником 16(Фиг.4). Таким образом про-исходит стабилизация температуры культуральной жидкости до значения 49 °С. Рабо-та установки для принудительной циркуляции культуральной жидкости 6(Фиг.4) и действие силы тяжести снова заставляет культуральную жидкость двигаться из опуск-ного канала в емкости 1.3(Фиг.4) в первую 2.1, вторую 2.2 и третью емкости-саттелиты (Фиг.З) и далее по маршруту, уже описанному выше. Непрерывная подача воздуха по воздуховоду 8(Фиг.4) (избыточное давление составляет значение 1,3 атм.) приводит к наполнению воздухом первого воздушного коллектора 1.6(Фиг.4) и перемещению воз-духа в первый барботер 1.5(Фиг.4) вследствие чего происходит насыщение культу-ральной жидкости кислородом. Не растворившийся в культуральной жидкости воздух попадает в наджидкостной пространство 1.9(Фиг.4) и далее выводится через патру-бок 19(Фиг.4) по трубопроводу 1.7(Фиг.4) на утилизацию. В первой 2.1, второй 2.2 и третьей 2.3 ёмкостях-саттелитах (Фиг.З) поступающий по газопроводу углеродсодер-жащего газа 15 (Фиг.5) природный газ редуцируется до давления 1,3 атм. посредством совместной работы регулятора давления 15.2(Фиг.5) и датчика давления 15.3(Фиг.5) (также имеющихся в конструкции второй 2.2 и третьей 2.3 ёмкостях-саттелитах (Фиг.З) и через открытый запорный орган на газопроводе 15.1.1(Фиг.5) заполняет в распределительный газовый коллектор 15.1(Фиг.5), а из него инжектируется в культу- ральную жидкость посредством барботера для барботажа углеродсодержащим газом в первой емкости-саттелите 14.1(Фиг.5) /и, соответственно, во второй 2.2 и третьей 2.3 емкостях-саттелитах 14.2 и 14.3 (не показано)/. Не растворившийся в культуральной жидкости природный газ скапливается в наджидкостном пространстве 1.9 (Фиг.5) пер-вой 2.1, второй 2.2 и третьей 2.3 емкостях-саттелитах (Фиг.З) и периодически (при-мерно 1 раз в час) через запорный орган продувочного газопровода первой емкости- саттелита 4.1.1 (Фиг.5) /4.2.1 во второй емкости-саттелите 2.2 (Фиг.З) и 4.3.1 третьей 2.3 емкости-саттелите (Фиг.З)/ выводится оператором по продувочному газопроводу первой емкости-саттелита 4.1 (Фиг.5) /и по продувочным газопроводам второй 2.2 и третьей 2.3 емкостей-саттелитов 4.2 и 4.3 (не показаны)/ также на утилизацию. В слу-чае возникновения аварийного режима работы установки (например, вследствие выхо-да из строя регулятора давления 15.2(Фиг.5) и появления в емкости-саттелите 2.1(Фиг.5) избыточного давления природного газа, превышающего значение 1,8 атм.) в наджидкостном пространстве 1.9(Фиг.5) любой емкости-саттелите 2.1-2.3(Фиг.З), происходит срабатывание предохранительного клапана, стравливающего избыточное давление из аварийной емкости-саттелита (Фиг.З).
Благодаря датчикам 21-23 (Фиг.4), информация о параметрах процесса ферментации поступает по информационно-коммутационным каналам 24(Фиг.4) через интерфейс 25(Фиг.4) аппаратно-программного комплекса 20(Фиг.4) и отображается на дисплее (не показан) после обработки программой для ЭВМ «Гаприн». Могут быть визуализи-рованы как мгновенные значения снимаемых датчиками 21-23 (Фиг.4) параметров, так и данные, подвергнутые аналитической обработке (в частности, тренды изменения па-раметров, их максимальные или минимальные модули и т.п.), что дает возможность оператору, контролирующему работу заявленной установки, оперативно (в частности, при отклонении показателя более чем на 0,5%) реагировать на эти события, корректи-рую режим ферментации.
По истечении 10 часов ферментации, открывают вентиль на трубопроводе для отво-да культуральной жидкости 18.1 (Фиг.З) и обогащенную биопротеином культуральную жидкость по трубопроводу для отвода культуральной жидкости 18(Фиг.З) перемещают на дальнейшую обработку, в частности, на сепарацию. Одновременно с этим, изъятое количество (по объему изъятия) обогащенной культуральной жидкости возмещают та-ким же количеством (по объему) жидкой питательной среды путем открытия вентиля на трубопроводе для подвода жидкой питательной среды 17.1(Фиг.З) и, соответствен-но, подачей упомянутой выше жидкой питательной среды во второй жидкостепровод 5.3(Фиг.З) заявленной установки. Таких десятичасовых циклов ферментации в рамках исполнения настоящего примера было произведено 5. Сопоставительные с устройст-вом-прототипом данные по производительности биопротеина обеими установками (предложенной установкой и устройством-прототипом) приведены в Таблице № 3. Конструкция и исходные конструктивные параметры устройства-прототипа в ходе со-поставительных испытаний были полностью идентичны заявленному устройству, включая наличие аппаратно-программного-комплекса 20(Фиг.4) и датчиков 21- 23 (Фиг.4) к нему, однако оператор при использовании её в режиме устройства- прототипа не реагировал на показания, отображаемые на дисплее аппаратно- программного комплекса 20(Фиг.4) и, соответственно, не производил корректировку режима ферментации в течение всех 50 часов эксплуатации устройства-прототипа.
Таблица № 3
Наименова-ние объекта
Время ферментации, час
Количество биопротеина (содержание сырого про-теина 76%), кг
Колебания температуры в культуральной жидкости, °С
Колебания рН в куль-туральной жидкости
КолебанияС0<sub>2 </sub>газовой фазе в наджидко-стном про-странстве, % об.
Устройство- прототип
50
8 229
42-49
4,5-5,5
11-50
Заявленное устройство
50
11 2513
43,5-44,5
4,8-5,1
11-14
Как следует из Таблицы № 3, заявленное устройство обеспечивает получение боль-шего количества биопротеина, что свидетельствует о достижении заявленного техни-ческого результата в виде повышении производительности культивирования биомассы аэробных микроорганизмов.
Для создания предложенной установки могут быть использованы известные из уровня техники материалы, узлы и механизмы, что позволяет сделать вывод о соответ-ствии предложения критерию охраноспособности полезной модели «промышленная применимость».