CC BY
120
Нарцисс Л. Технология солода. М.: Пищ. пром-сть, 1980. 504 с.
Сотников В.А., Марченко В.В., Гамаюрова В.С. // Катализ в промышленности. 2003. №6. С.46-50.
Сотников В.А., Колдин Э.Н., Гамаюрова В.С. // Деп. в ВИНИТИ №3540-В99, 1999. 10с.
Сотников В.А., Федоров А.Д., Гамаюрова В.С. и др // Производство спирта и ликероводочных изделий. 2002. №1. С.20-22.
Инструкция по технохимическому и микробиологическому контролю спиртового производства. М.: Агропромиздат. 1986, 400с.
? В. А. Сотников - канд. техн. наук, доц. каф. промышленной биотехнологии КГТУ; В. В. Марченко - соискатель той же кафедры; В. С. Гамаюрова - д-р хим. наук, проф., зав. каф. промышленной биотехнологии КГТУ.
УДК 579.26; 579.6.663
А. Н. Николаев, Н. А. Войнов, В. М. Емельянов Экологически чистые процессы выращивания микроорганизмов
Представлены экологически чистые процессы выращивания микроорганизмов на гидролизате древесины, заключающиеся в полном исключении сброса отработанного воздуха в окружающую среду.
Одной их проблем, стоящих перед нашей страной, является удовлетворение потребности в продукции животноводства отечественного производства. Решение этой проблемы в значительной степени сдерживается из-за отсутствия сбалансированной кормовой базы животноводчества, вызванного недостатком белка в рационе питания. Как правило, в качестве белковых добавок в животноводчестве используются соя и рыбная мука. Однако в России общий объем производства белковых добавок позволяет в настоящее время покрыть не более 5% их потребностей.
В связи с этим представляется перспективным получение белковых концентратов на базе гидролиза древесины с использованием гидролизата для промышленного получения кормового белка. Такой процесс не требует посевных площадей, не зависит от климатических условий и может быть осуществлен в непрерывном режиме. Добавка только десятых долей процента лизина увеличивает кормовую ценность проса в 8 раз, пшеницы в 2,5-3 раза, овса в 1,5 раза. В производстве комбикормов 1 тонна лизина заменяет 16 тонн рыбной муки. В полученной промышленным способом микробной массе содержится до 50 % сырого протеина. Использование кормового белка, получаемого на гидролизате древесины, позволяет в несколько раз сократить затраты на производство продукции животноводства.
По имеющимся оценкам годовая потребность в кормовых дрожжах составляет 3-4 миллиона тонн. Фактическое производство ниже на порядок.
Однако увеличение отечественного производства продуктов микробного синтеза сдерживается несовершенством технологического оборудования, используемого для этих целей.
В предшествующее десятилетие широкое распространение в производстве продуктов микробного синтеза получили барботажные реакторы, обладающие низкой
эффективностью и в силу этого высоким расходом воздуха, достигающим 50 м3 на 1 кг целевого продукта [1]. При суточной производительности барботажного реактора 15 т общий расход воздуха составляет 750 тыс. м3. Такой расход воздуха в барботажных реакторах значительно усложняет его биологическую очистку. По имеющимся оценкам, затраты на биологическую очистку газа, выходящего из реактора, будут значительно превосходить затраты на сам процесс синтеза. Поэтому воздух, выходящий из реактора и содержащий мелкие капельки субстрата живой культуры, как правило, сбрасывается непосредственно в атмосферу, что вызывает острые респираторные заболевания у обслуживающего персонала и населения, проживающего в непосредственной близости от предприятия.
В связи с этим представляется перспективным использование в процессах микробиологического синтеза пленочных реакторов, в которых скорость транспорта кислорода и двуокиси углерода в жидкой фазе на порядок выше, чем в барботажных реакторах [2]. Это позволяет сократить расход воздуха на получение 1 кг целевого продукта до 3-5 м3 [1] и организовать замкнутый цикл производства без выброса
загрязненного воздуха в атмосферу.
Основной принцип замкнутого экологически чистого процесса выращивания микроорганизмов заключается в многократном использовании газовой фазы. В этом случае воздух после его использования в реакторе поступает в абсорбер, а выделившаяся в десорбере двуокись углерода компрессируется и может быть использована в различных отраслях промышленности. Такой способ позволяет исключить выброс отработанного в реакторе воздуха содержащего мельчайшие капельки субстрата, в атмосферу и достичь полного использования кислорода.
Схема установки выращивания микроорганизмов с применением физической сорбции двуокиси углерода раствором моноэтаноламина и получением углекислого газа представлена на рис.1.
Рис. 1 ? Принципиальная технологическая схема установки получения кормовых
дрожжей на гидролизате древесины с применением физической абсорбции двуокиси углерода: Р - реактор; К-1 - колонна абсорбции СО2; К-2 - колонна десорбции СО2; Е - сборные емкости; Т - теплообменники; Н - насосы; Х - охлаждающие теплообменники; Ф - фильтр; С - сепараторы; М - мерное устройство
Другой вариант экологически чистого процесса микробиологического синтеза заключается в использовании химической сорбции углекислого газа из газовоздушной среды аммиачной водой, в результате чего образуется кристаллический бикарбонат аммония, который после его отделения из маточного раствора и обезвоживания может быть использован в промышленных целях (рис.2). Очистка газа, поступающего в реактор, от паров аммиака осуществляется в сепараторе.
Рис. 2 ? Технологическая схема установки получения кормовых дрожжей из гидролизата древесины с применением химической сорбции углекислого газа: Е -емкости; Р - реактор; К - скруббер; С - сепараторы; М- компрессор
Схема установки для выращивания микроорганизмов, работающая по замкнутому циклу, то есть без сброса газа в атмосферу (рис.3), предполагает предварительное извлечение кислорода из воздуха. В этом случае атмосферный воздух, поступающий в абсорбер, контактирует с жидкостью, обладающей большой поглотительной способностью по кислороду. Затем насыщенная кислородом жидкость поступает в дегазатор, где происходит выделение кислорода, который поступает в биореактор, смешиваясь с ожиженным от двуокиси углерода газом. В остальном работа установки аналогична работе установок, представленных на рис.1 и рис.2.
Рис. 3 ? Технологическая схема установки получения кормовых дрожжей из гидролизата древесины с использованием предварительного блока выделения кислорода из воздуха: Р - реактор; С - сепаратор; Е - емкость; М - мерные устройства; Н - насосы; Х - холодильники; К-1 - абсорбер поглощения кислорода; К-2 - десорбер; К-3 - абсорбер поглощения СО2
Практический интерес представляет также способ совмещенного культивирования микроорганизмов, например таких, как Candida scotii и хлореллы [4]. В первом реакторе происходит потребление кислорода и выделение двуокиси углерода, а во втором - потребление двуокиси углерода и выделение кислорода. Реализация такого процесса возможна благодаря тому, что коэффициент дыхания у обеих сред практически одинаков. Такой способ позволяет организовать замкнутое экологически чистое и безотходное производство продуктов микробиологического синтеза.
Литература
Войнов Н.А., Гаврилов А.В., Николаев Н.А. Технико-экономический анализ показателей работы газо-жидкостных реакторов, применяемых в процессе микробиологического синтеза // Химическая промышленность. № 3. 1994. С. 46-49. Николаев А.Н., Войнов Н.А., Емельянов В.М. Интенсификация процессов микробного синтеза в пленочных аппаратах //Биотехнология. 2000. № 6. С.75-80.
Николаев А.Н., Войнов Н.А., Емельянов В.М. Экологически чистое производство продуктов микробиологического синтеза в пленочных аппаратах //Химическая промышленность. 2000. № 4. С. 39-40.
Николаев Н. А., Войнов Н.А., Марков В.А., Гаврилов А.В. Экологически чистая технология промышленного производства продуктов микробного синтеза // Биотехнология. 1993. №3. С.23-24.
? А. Н. Николаев - ассист. каф. оборудования пищевых производств КГТУ, Н. А. Войнов - д-р техн. наук, Красноярск; В. М. Емельянов - д-р техн. наук, проф., зав. каф. химической кибернетики КГТУ.
