УСТАНОВКА ДЛЯ ОБОГАЩЕНИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ МИКРОБНЫМ БЕЛКОМ
PLANT FOR ENRICHMENT VEGETAL RAW MATERIAL WITH MICROBIAL PROTEIN

Изобретение относится к промышленной биотехнологии получения кормовых добавок на основе растительного сырья (солома, древесные опилки, лузга, початки кукурузы, отруби и др.) и более конкретно для получения кормовой добавки на основе обогащения дробленой соломы белком метан окисляющих бактерий и может быть использовано 8 аграрном секторе, в пищевой и медицинской промышленности.
Кроме указанного применения, установка может использоваться для получения инокулята, применяемого в твердофазных процессах производства биологически активных веществ, метана, утилизации отходов, плодовых тел высших грибов и др.
Компоненты (солома + белок) активно участвуют в метаболизме животных.
Солома позволяет структурировать и разбавлять энергию корма, содержит целлюлозу, которая расщепляется в рубце животных под действием ферментов, делая ее удобоваримой и имеющей то же значение энергии, что и крахмал.
Белок метан окисляющих бактерий (гаприн) отвечает за жизненно важные процессы животных - размножение, рост, развитие, продуктивность, входит в состав ферментов, гормонов и иммунных тел.
Известны «Технологические основы выделения и концентрирования продуктов микробного синтеза», StudFiles. net>preview/2481880/page: 4/, а также «Устройства для выделения биомассы из бактериальных суспензий», https://yandex.ru/search/?lr=2178text. Выделение (концентрирование) продуктов микробного синтеза в известных устройствах может осуществляться непосредственно в ферментере или вне ферментера, из сливаемой суспензии.
Наиболее близкими аналогами являются устройства, выделение биомассы в которых осуществляется фильтрацией микробной суспензии через расширенную поверхность фильтрующего материала, нетканого полотна или полых волокон.
Существенным недостатком известных устройств является неизбежность применения ручного труда, заключающегося в периодическом съеме осажденной биомассы с поверхностей фильтрующего материала, промывке и стерилизации фильтрующего материала для повторного использования или замене фильтрующего материала при нарушении его фильтрующей способности, что не позволяет автоматизировать процесс фильтрации суспензий, снижает производительность и повышает себестоимость реализуемых процедур.
Известен Пресс-экструдер (Патент РФ №2353522) для получения кормов, состоящих из нескольких питательных компонентов.
Пресс-экструдер содержит цилиндрический корпус с загрузочным бункером, шнек с лопастями и выходную матрицу с фильерой.
Пресс-экструдер работает следующим образом: исходное сырье из загрузочного бункера, посредством вращения лопастей шнека, перемешивается и заполняет всю полость цилиндрического корпуса до матрицы с фильерой, разделяется на отдельные потоки, а затем выдавливается наружу через выходную матрицу с фильерой.
В результате повышается эффективность процесса экструзии за счет исключения операции предварительного смешивания компонентов корма, улучшаются гомогенизация и качество продукта.
Целевое назначение пресс-экструдера - это формирование пластичного сырья в высокотемпературном режиме с последующим продавливанием полученной массы через профильную фильеру, что позволяет решить только часть поставленной задачи, так как пресс-экструдер не наделен функциями смачивания сырья, использования сырья в качестве фильтра и отвода отжатой жидкости.
За прототип заявляемого изобретения выбран «Шнековый пресс для извлечения сока» (Патент РФ №1521611), целевое назначение и конструктивное исполнение которого наиболее близко к решению поставленной задачи.
Шнековый пресс содержит: цилиндрический перфорированный корпус, загрузочный бункер, транспортирующий и прессующий шнеки, патрубок для отвода мезги и сборник сока.
При работе шнекового пресса сырье подается в загрузочный бункер, захватывается витками транспортирующего шнека и медленно продвигается им в цилиндр к прессующему шнеку. На этом участке отбирается сок с наименьшим содержанием взвесей. Прессующий шнек транспортирует мезгу в камеру, где отбирается оставшийся в мезге сок, отжатая мезга выводится через выходной патрубок пресса, а очищенный сок стекает и собирается в сборнике сока.
Шнековый пресс, также как и пресс-экструдер, обеспечивает частичное решение поставленной задачи, добавляя возможность отвода жидкой фракции из мезги через перфорированную поверхность цилиндрического корпуса в сборник сока.
Каждый приведенный аналог содержит разобщенные признаки, применение которых в составе заявляемой установки требует дополнительных решений, заключающихся в обеспечении асептического слива микробной суспензии из ферментера, концентрирования биомассы в объеме растительного сырья и автоматизации процессов, объединяющих культивирование микроорганизмов с получением кормовой добавки.
Цель изобретения.
Повышение производительности установки и питательной ценности кормовой добавки, при снижении затрат производственного процесса.
Поставленная цель достигается тем, что установка, содержащая «шнековый пресс» с загрузочным бункером растительного сырья, перфорированным корпусом цилиндрической формы, транспортирующим шнеком, сборником жидкости, патрубком для отвода отжатой растительной массы и прибором управления, дополнительно содержит:
- жидкостный коллектор, размещенный над цилиндрическим корпусом;
- питатели для распределенного ввода микробной суспензии по поверхности дробленой соломы, сообщенные с жидкостным коллектором и полостью цилиндрического корпуса;
- шлюзовую камеру со змеевиком для конденсации пара, подключенным через управляемый клапан к сети холодной водопроводной воды;
- сеть трубопроводов с управляемыми клапанами, соединяющими шлюзовую камеру с источником микробной суспензии (ферментером), источником водяного пара, атмосферой, жидкостным коллектором и сливной канализацией;
- обводной трубопровод с насосом, фильтром механической очистки жидкости и управляемым клапаном, соединяющим сборник жидкости с жидкостным коллектором.
При этом:
- цилиндрический корпус перфорирован отверстиями только в донной части;
- сборник жидкости выполнен в виде поддона и размещен под перфорированными отверстиями донной части цилиндрического корпуса;
- патрубок для отвода отжатой растительной массы выполнен в виде матрицы с профильной фильерой, а прибор управления выполнен в виде микропроцессорного контроллера.
На представленном рисунке показана схема установки.
Установка содержит: шлюзовую камеру 1; змеевик 2; цилиндрический перфорированный корпус 3 с загрузочным бункером 4, транспортирующим шнеком 5, профильной фильерой 6, перфорированным дном 7 и поддоном 8; коллектор 9 с питателями 10, выполненными из отрезков труб, концы которых соединены с коллектором и введены в полость цилиндрического корпуса под углом 30°-45°; фильтр 11 жидкости; насос 12 жидкости; клапаны 13-20; обводной трубопровод 21; прибор управления 22.
В исходном положении шлюзовую камеру 1 через управляемый клапан 13 сообщают с атмосферой, через клапан 14 подключают к источнику водяного пара, через клапан 15 - к ферментеру с микробной суспензией, через клапан 16 - к сети холодной воды, через клапаны 19, 20 - к сливной канализации. В загрузочный бункер 4 вносят сухую дробленую или чесаную солому.
С прибора 22 управления, в который заложена автоматизированная программа работы исполнительных устройств, включают вращение транспортирующего шнека 5, и цилиндрический корпус 3 заполняют дробленой соломой до профильной фильеры 6.
На приборе 22 задают:
Время продувки шлюзовой камеры 1 водяным паром.
Время охлаждения шлюзовой камеры 1.
Время загрузки шлюзовой камеры 1 микробной суспензией из ферментера.
Время разгрузки микробной суспензии из шлюзовой камеры 1.
Время фильтрации микробной суспензии.
Число оборотов транспортирующего шнека 5, обеспечивающего перезагрузку цилиндрического корпуса 3.
Применяют режим «Пуск».
С применением режима «Пуск» откроются клапаны 14, 19.
Через открытый клапан 14 в шлюзовую камеру 1, в течение заданного времени, будет поступать острый пар, промывая, пропаривая и вытесняя из камеры 1 воздух и образующийся конденсат пара через открытый клапан 19 в сливную канализацию.
По истечении продувки паром камеры 1 клапаны 14, 19 закроются.
Откроется клапан 16, через который холодная вода будет протекать через змеевик 2, обеспечивая конденсацию и падение давления пара в камере 1.
По истечении заданного времени клапан 16 закроется.
При достижении заданной концентрации клеток в микробной суспензии, культивируемой в ферментере, откроется клапан 15 и, в течение заданного времени, в созданных асептических условиях, шлюзовая камера 1 заполнится микробной суспензией из ферментера. Шлюзовая камера при этом выполняет функцию дозатора заданного объема микробной суспензии, сливаемой из ферментера.
По истечении заданного времени клапан 15 закроется.
Откроются клапаны 13, 17 и включится насос 12.
При работе насоса 12 микробная суспензия из камеры 1 будет вытесняться по обводному трубопроводу 21 через коллектор 9 и питатели 10, в течение заданного времени, в цилиндрический корпус 3, заполненный сухой дробленой соломой.
По истечении заданного времени разгрузки камеры 1 клапаны 13, 17 закроются, и повторится процедура пропаривания и охлаждения шлюзовой камеры 1, по завершении которой камера 1 будет находиться в режиме ожидания следующего заполнения из ферментера.
Сливные отверстия питателей 10 направлены в сторону действия шнека 5 и равномерно распределены по поверхности дробленой соломы, что предотвращает засорение соломой сливных отверстий питателей 10 и обеспечивает равномерное смачивание соломы. Микробная суспензия, вытекающая из питателей 10, просачивается через объем дробленой соломы с разделением на фракцию биомассы, осажденную на множественных поверхностях дробленой соломы, и на жидкую фракцию (фильтрат), стекающую через перфорированное дно 7 в поддон 8. С закрытием клапанов 13, 17 откроется клапан 18.
Фильтрат из поддона 8, по образованному замкнутому контуру: поддон 8 → клапан 18 → фильтр 11 → насос 12 → коллектор 9 → питатели 10 → фильтр из дробленой соломы в корпусе 3 → поддон 8 будет протекать в течение заданного времени, обеспечивая более полное обогащение дробленой соломы биомассой метан окисляющих бактерий. По истечении времени фильтрации микробной суспензии насос 12 выключится, и клапан 11 закроется.
Включится привод шнека 5, под действием которого, в течение выполнения заданного числа оборотов шнека 5, солома, обогащенная микробной биомассой, перемешивается и отжимается от свободной жидкости при выдавливании через профильную фильеру 6, образуя сырой продукт - дробленую солому, обогащенную биомассой метан окисляющих бактерий, и одновременно замещается сухой дробленой соломой из бункера 4.
По истечении выполнения шнеком 5 заданного числа оборотов откроется клапан 20, и остаточная жидкость из поддона 8, в течение заданного времени, будет слита в канализацию, а клапан 20 закроется.
Указанные процедуры повторятся после очередной загрузки шлюзовой камеры 1 микробной суспензией, сливаемой из ферментера.
В результате осуществления настоящего изобретения в заявленной установке достигается технический результат изобретения - повышение производительности установки и питательной ценности кормовой добавки, при снижении затрат производственного процесса, что конкретно детализировано следующими положительными эффектами:
- Совмещение процесса культивирования микроорганизмов с процессом производства кормовой добавки и автоматизация совмещенного процесса обеспечивают существенное повышение производительности, качества, и снижение себестоимости кормовой добавки.
- Высокая производительность установки достигается автоматизацией совмещенного процесса.
- Высокое качество кормовой добавки достигается за счет использования микробной суспензии из ферментера, обладающей высокой ферментативной активностью.
- Снижение себестоимости, достигается исключением ручного труда и производственных потерь микробного белка за счет автоматизации совмещенных процессов.
- Асептические условия работы ферментера поддерживаются периодической промывкой и пропариванием шлюзовой камеры.
- Эффективность фильтрации микробной суспензии через объем сухой дробленой соломы достигается за счет распределенного ввода суспензии в сухую, уплотненную солому через питатели и за счет многократной рециркуляции фильтрата.
- Требуемые структура и влажность кормовой добавки достигаются подбором профильной фильеры.
- Многократная рециркуляция фильтрата через объем дробленой соломы обеспечивает очистку стоков в соответствии с требованиями санитарного надзора.