Применение инокулятора с мембранным устройством подвода газового питания для повышения асептики спиртовых производств Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 663.1

М. Ф. Шавалиев, С. Г. Мухачев, Р. Т. Валеева,

В. М. Емельянов

ПРИМЕНЕНИЕ ИНОКУЛЯТОРА С МЕМБРАННЫМ УСТРОЙСТВОМ ПОДВОДА ГАЗОВОГО ПИТАНИЯ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ АСЕПТИКИ СПИРТОВЫХ ПРОИЗВОДСТВ

Ключевые слова: асептика спиртовых производств, инокулятор.

С целью обеспечения требований асептики, особенно при выращивании аэробных культур, эффективным решением является применение мембран растворимости в устройствах газового питания. Предложен вариант конструкции инокулятора и его технологической обвязки.

Key words: asepsis alcohol production, inoculator.

In order to support the requirements of aseptw, especially when aerobic cultures grown, an effective solution is to use membranes of solubility in the devices of the gas supply. Suggested a variant design inoculator and technological tying.

Для отделения чистой культуры особую роль играют требования асептики. Традиционное выращивание посевных материалов в спиртовых производствах осуществляется в анаэробных условиях при относительно низких скоростях роста и повышенном удельном расходе субстрата, что не позволяет получить достаточно высокую плотность посевного материала и не обеспечивает высоких технико-экономических показателей процесса брожения. Переход к аэробному культивированию с применением непосредственной аэрации воздухом сопряжен с повышенной опасностью инфицирования аппарата посторонней микрофлорой и, кроме того, требует применения конструктивно более сложных и дорогих аппаратов с интенсивным перемешиванием [1].

С целью обеспечения этих требований, особенно при выращивании аэробных культур, необходимо до минимума свести число аппаратов и операций, связанных с вводом компонентов питания и переливами сред через технологические отверстия (штуцеры, клапаны и др.).

Особая опасность заключается в ненадежной стерилизации воздуха методом фильтрации, поскольку не исключен проскок отдельных спор посторонней микрофлоры через фильтр.

Применение мембран растворимости снимает эту проблему [2].

Однако, низкая удельная интенсивность транспорта кислорода [2, 3] требует максимального увеличения удельной поверхности мембран.

В разработанной конструкции инокулятора величина удельной поверхности мембран составляет 155 м2/м3 [3]. Такое увеличение удельной поверхности мембраны достигнуто благодаря рациональному размещению патрубков трубчатых мембран расположенных вдоль оси аппарата и размещенных на концентрических окружностях в количестве 1, 6, 11 и 16 соответственно.

Для экспериментальной оценки соотношения роста и потребления кислорода дрожжевой культурой была спроектирована и создана макетная установка с инокулятором указанного типа, обвязка которого представлена на рис.1.

Установка включает: инокулятор (Р-1) с измерительной ячейкой (У-1) с

установленными датчиками рН и температуры; узел дозирования жидких сред с емкостями для сахаросодержащей среды (Е-1), раствора компонентов минерального питания (Е-2), титрующего агента (Е-3); узел газоподготовки с кислородным баллоном (Б-1) и ресивером (Б-2); узел разделения газо-жидкостной среды (У-2) [4].

Поддержание температуры в инокуляторе Р-1 обеспечивается за счет подачи термостатированной воды из ультратермостата Т-1 в рубашку инокулятора.

Измерение рН среды обеспечивается рН-метром Мультитест ИПЛ-513. Датчик рН и термометр сопротивления установлены в выносной ячейке У-1, через которую насосом Н4 непрерывно прокачивается культуральная жидкость. Стабилизация рН обеспечивается за счет регулируемой подачи титрующего агента (аммиачной воды с концентрацией 6% мас.) насосом-дозатором Н2. Подача компонентов среды осуществляется перистальтическим насосом Н1 по двум независимым каналам. Управление насосами Н1 и Н2 осуществляется от компьютера.

Культуральная жидкость отбирается из нижней части инокулятора насосом Н3. Насос откачки Н3 управляется автономным регулятором путем его включения по достижению определенного уровня в циклоне У-2.

Подача кислорода в мембранный блок осуществляется автономным регулятором по падению давления в ресивере ниже уставки путем открытия клапана на линии подвода кислорода из баллона Б-1. Вследствие гистерезиса, давление кислорода в ресивере колеблется около среднего значения. Размах колебаний может регулироваться отдельно от величины уставки (нижнего значения давления).

Выходящий газ подается в газоанализатор кислорода ГАММА-100, затем поступает в барабанный счетчик ГСБ-400 и сбрасывается в атмосферу.

Пробы культуральной жидкости (КЖ) отбираются из рециркуляционного контура вручную.

Опыт пробной эксплуатации инокулятора с мембранным устройством газового питания в периодическом и непрерывном режимах выращивания инокулята показал возможность ведения процессов в асептических условиях длительностью до 20 суток. Отдельные случаи проникновения посторонней микрофлоры при длительных процессах были обусловлены исключительно недостаточностью стерилизации подпиточных сред.

Литература

1. Мухачев, С.Г. Биотехнологический комплекс учебной лаборатории энерго- и ресурсосбережения / С.Г. Мухачев, В.М. Емельянов, М.Ф. Шавалиев, Р.Т. Елчуев, Р.Т. Валеева, Р.М. Нуртдинов, А.М. Буйлин // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2009. - №5. - С. 21 -26.

2. Мухачев, С.Г. Аэробное выращивание посевной культуры сахаромицетов в биореакторе с мембранной стерилизацией кислорода / С. Г. Мухачев, В. М. Емельянов, Ю. П. Александровская // Биотехнология. - 2005. - №3. - С. 71-78.

3. Аппаратурное оснащение и совершенствование аэробных технологий получения посевных материалов. Разработка инокулятора вытеснения с мембранным устройством стерилизации кислорода. Этап 1. Разработка и изготовление макетного образца инокулятора лабораторного масштаба: отчет по гос. контракту РН 01200610996 от 03.07.2007 г. / Емельянов В. М. [и др.]; ООО «Биотехпродукция». - Казань, 2007. - 64 с.

4. Шавалиев, М.Ф. Лабораторный реактор вытеснения с мембранным устройством стерилизации кислорода / М. Ф. Шавалиев, С. Г. Мухачев // II Всероссийская студенческая научно - техническая конференция «Интенсификация тепло - массообменных процессов, промышленная безопасность и экология»: докл. - Казань: Бутлеровское наследие, 2007. - С. 45.

© М. Ф. Шавалиев - асп. каф. химической кибернетики КГТУ; С. Г. Мухачев - канд. техн. наук, доц., зав. лаб. «Инженерные проблемы в биотехнологии» каф. химической кибернетики КГТУ;

Р. Т. Валеева - канд. техн. наук, доц., программист каф. химической кибернетики КГТУ; В. М. Емельянов - д-р техн. наук, проф., зав. каф. химической кибернетики КГТУ, [email protected].

І49