RU202955U1

RU202955U1 - INJECTOR WITH VARIABLE CONFUSER SECTIONAL AREA FOR GAS EMULSION FOR PRODUCING MICROBIAL PROTEIN BASED ON METHANO-OXIDIZING BACTERIA

Info

Publication number: RU202955U1
Application number: RU2020139439U
Authority: RU
Inventors: Евгений Владимирович Уйманов
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью "Био Протеин Инжиниринг"
Priority date: 2020-12-01
Filing date: 2020-12-01
Publication date: 2021-03-16

Abstract

Полезная модель относится к устройствам типа струйных аппаратов, в частности к вихревым и водовоздушным инжекторам. Может быть использована в микробиологической промышленности для создания газовой эмульсии при получении микробной белковой массы штамма метанокисляющих бактерий, являющихся продуцентом микробной белковой массы и используемых в сельском хозяйстве для кормления животных.Технический результат: возможность менять в инжекторе площадь сечения конфузора.Указанный технический результат достигается за счет того, что заявлен инжектор для образования газовой эмульсии при получении микробного белка на основе метанокисляющих бактерий, имеющий приемную камеру, конфузорно-диффузорный переход и ввод для обеспечения подачи газа в конфузор, причем корпус инжектора представляет собой вытянутую трубку с цилиндрической головной частью, где головная цилиндрическая часть изнутри имеет сужение в форме усеченного конуса, отличающийся тем, что вход в приемную камеру инжектора расположен тангенциально оси цилиндрической головной части, а конфузорно-диффузорный переход образован сменными шайбами разных диаметров с внутренним отверстием в форме усеченного конуса.The utility model relates to devices such as jet devices, in particular to vortex and water-air injectors. It can be used in the microbiological industry to create a gas emulsion when obtaining a microbial protein mass of a strain of methane-oxidizing bacteria, which are a producer of microbial protein mass and are used in agriculture for feeding animals. Technical result: the ability to change the cross-sectional area of the confuser in the injector. The specified technical result is achieved due to the fact that the claimed injector for the formation of a gas emulsion when obtaining a microbial protein based on methane-oxidizing bacteria, having a receiving chamber, a converging-diffuser junction and an inlet to provide gas supply to the converging tube, and the injector body is an elongated tube with a cylindrical head, where the head is cylindrical the inner part has a narrowing in the form of a truncated cone, characterized in that the entrance to the injector receiving chamber is located tangentially to the axis of the cylindrical head part, and the converging-diffuser transition is formed by replaceable washers of different diameters with an inner bore in the form of a truncated cone.

Description

Полезная модель относится к устройствам типа струйных аппаратов, в частности к вихревым и водовоздушным инжекторам. Может быть использована в микробиологической промышленности для создания газовой эмульсии при получении микробной белковой массы штамма метанокисляющих бактерий, являющихся продуцентом микробной белковой массы, и используемых в сельском хозяйстве для кормления животных.The utility model relates to devices such as jet devices, in particular to vortex and water-air injectors. It can be used in the microbiological industry to create a gas emulsion when obtaining a microbial protein mass of a strain of methane-oxidizing bacteria that are a producer of a microbial protein mass and are used in agriculture for feeding animals.

На сегодняшний день в России имеется дефицит кормовых продуктов.Today in Russia there is a shortage of feed products.

Основным источником белкового продукта является соевый шрот. Однако природные условия России не благоприятны для выращивания сои в достаточных количествах и оптимальным решением является поиск других способов производства кормового белка.The main source of the protein product is soybean meal. However, the natural conditions in Russia are not favorable for growing soybeans in sufficient quantities and the optimal solution is to search for other ways of producing fodder protein.

Одним из перспективных путей получения полноценного белкового кормового продукта являются метанотрофные бактерии, продуцирующие белок. Метанотрофные бактерии в подходящих условиях активно перерабатывают природный газ, быстро размножаются и наращивают свою биомассу, богатую ценным белком, витаминами и иными биологически активными веществами.One of the promising ways to obtain a complete protein feed product is methanotrophic bacteria that produce protein. Under suitable conditions, methanotrophic bacteria actively process natural gas, multiply rapidly and build up their biomass, which is rich in valuable protein, vitamins and other biologically active substances.

В настоящее время в качестве таких бактерий используют штаммы: Pseudomonas methanica, Methylococcus capsulatus BKM B-2116, Methylocystis parvus BKM B-2129, Methylosinus sporium BKM B-2123, Methylosinus trichospohum BKM B-2117, Methylobacter acidophilus, Methylomonas rubra ВСБ-90, Methylococcus sp. ЧМ-9, Methylococcus capsulatus ВСБ-874, Methylococcus minimus, Methylomonas methanica, Methylomonas agile.At present, the following strains are used as such bacteria: Pseudomonas methanica, Methylococcus capsulatus BKM B-2116, Methylocystis parvus BKM B-2129, Methylosinus sporium BKM B-2123, Methylosinus trichospohum BKM B-2117 acid, MethylobacterB-2117 acid, MethylobacterB-2117 Methylococcus sp. ChM-9, Methylococcus capsulatus VSB-874, Methylococcus minimus, Methylomonas methanica, Methylomonas agile.

К недостаткам указанных штаммов относится невысокая скорость роста и нестабильное содержание белка, которое в большинстве случаев ниже 70%, а также потребность в повышенных количествах биостимулятора, в частности автолизата, которая проявляется при выращивании штамма в асептических лабораторных условиях.The disadvantages of these strains include a low growth rate and an unstable protein content, which in most cases is below 70%, as well as the need for increased amounts of a biostimulant, in particular autolysate, which manifests itself when the strain is grown in aseptic laboratory conditions.

Известен патент RU2613365, опубл.: 16.03.2017., в котором описан способ получения микробного белка на основе метанокисляющих бактерий Methylococcus capsulatus ГБС-15 в непрерывном режиме в ферментере эжекционного типа объемом 40 л (рабочий объем - 25 л) с непрерывной подачей питательной среды содержащей следующие компоненты (на 1 л среды):Known patent RU2613365, publ .: 03/16/2017, which describes a method for producing a microbial protein based on methane-oxidizing bacteria Methylococcus capsulatus GBS-15 in continuous mode in an ejection-type fermenter with a volume of 40 liters (working volume - 25 liters) with a continuous supply of nutrient medium containing the following components (per 1 liter of medium):

Фосфорная кислота H₃РО₄ (70%) - 0,35 млPhosphoric acid H ₃ PO ₄ (70%) - 0.35 ml

Хлористый калий KCl - 0,125 гPotassium chloride KCl - 0.125 g

Сульфат магния MgSO₄×7H₂О - 0,105 гMagnesium sulfate MgSO ₄ × 7H ₂ O - 0.105 g

Сульфат железа FeSO₄×7H₂О - 10,75 мгFerrous sulfate FeSO ₄ × 7H ₂ O - 10.75 mg

Сульфат меди CuSO₄×5H₂О - 10 мгCopper sulfate CuSO ₄ × 5H ₂ O - 10 mg

Сульфат марганца MnSO4×5H₂О - 9,5 мгManganese sulfate MnSO4 × 5H ₂ O - 9.5 mg

Борная кислота H₃ВО₃ - 6,25 мгBoric acid H ₃ VO ₃ - 6.25 mg

Сульфат цинка ZnSO₄×7H₂О - 1,5 мгZinc sulfate ZnSO ₄ × 7H ₂ O - 1.5 mg

Сульфат кобальта CoSO₄×7H₂О - 0,25 мгCobalt sulfate CoSO ₄ × 7H ₂ O - 0.25 mg

Натрий молибденовокислый Na₂МоO₄×2H₂О - 0,25 мгSodium molybdenum Na ₂ MoO ₄ × 2H ₂ O - 0.25 mg

Процесс выращивания осуществляли при температуре 42°С и рН среды выращивания 5,6-5,8. Значение рН поддерживали 10%-ным раствором аммиачной воды. Регулирование температуры процесса осуществляли подачей охлаждающей воды в теплообменник аппарата.The cultivation process was carried out at a temperature of 42 ° C and a pH of the cultivation medium of 5.6-5.8. The pH value was maintained with 10% ammonia water solution. The process temperature was controlled by supplying cooling water to the apparatus heat exchanger.

Расход природного газа и воздуха на 1 л культуральной среды составляли 15 и 45 л/час соответственно.The consumption of natural gas and air per 1 l of the culture medium was 15 and 45 l / h, respectively.

Культуру выращивали при атмосферном давлении, температуре 42°С и при перепаде температур от 40° до 45°С, величине рН 5,6 и при коэффициенте скорости протока 0,25 ч-1, концентрация биомассы в ферментере составляла 10-11 г/л.The culture was grown at atmospheric pressure, a temperature of 42 ° C and at a temperature difference from 40 ° to 45 ° C, a pH value of 5.6 and a flow rate coefficient of 0.25 h-1, the biomass concentration in the fermenter was 10-11 g / l ...

Известен способ получения микробного белка на основе метанокисляющих бактерий Methylococcus capsulatus ГБС-15 (патент RU 2720121, опубликовано: 2020.04.24), который предусматривает приготовление питательной среды, состоящей из калия, магния, железа (II), меди, марганца, цинка, кобальта и молибдата натрия заданной концентрации с добавлением фосфорной кислоты, ферментацию бактериальных культур с постоянной подачей культуральной жидкости, раствора аммиака и газовой смеси при температуре 40-45°С в непрерывном протоке 0,2-0,3 объема ферментера в час. Затем осуществляют сепарацию с получением готового продукта. При этом отработанную культуральную жидкость после сепарации возвращают через накопительную емкость на стадию ферментации в объеме от 10 до 95% от общего количества используемой воды, обогащают недостающими минеральными солями до заданных концентраций в культуральной жидкости с последующим продолжением ферментации бактериальной культуры. A known method of obtaining a microbial protein based on methane-oxidizing bacteria Methylococcus capsulatus GBS-15 (patent RU 2720121, published: 2020.04.24), which provides for the preparation of a nutrient medium consisting of potassium, magnesium, iron (II), copper, manganese, zinc, cobalt and sodium molybdate of a given concentration with the addition of phosphoric acid, fermentation of bacterial cultures with a constant supply of culture liquid, ammonia solution and a gas mixture at a temperature of 40-45 ° C in a continuous flow of 0.2-0.3 volumes of the fermenter per hour. Then carry out the separation to obtain the finished product. In this case, the spent culture liquid after separation is returned through the storage tank to the fermentation stage in a volume of 10 to 95% of the total amount of water used, enriched with missing mineral salts to specified concentrations in the culture liquid, followed by the continuation of the fermentation of the bacterial culture.

Получение микробного белка на основе природного газа представляет ферментативный процесс на минеральной питательной среде. Процесс приготовления питательной среды состоит из нескольких стадий:Obtaining a microbial protein based on natural gas is an enzymatic process on a mineral nutrient medium. The process of preparing a nutrient medium consists of several stages:

приготовление индивидуальных растворов минеральных солей заданной концентрации на подготовленной воде (сульфаты калия, магния, железа (II), меди, марганца, цинка, кобальта, борной кислоты и молибдата натрия);preparation of individual solutions of mineral salts of a given concentration on prepared water (sulfates of potassium, magnesium, iron (II), copper, manganese, zinc, cobalt, boric acid and sodium molybdate);

приготовление концентрированного раствора солей путем дозирования в отдельную емкость расчетного количества готовых индивидуальных растворов минеральных солей, фосфорной кислоты и подготовленной воды;preparation of a concentrated salt solution by dosing into a separate container the calculated amount of ready-made individual solutions of mineral salts, phosphoric acid and prepared water;

подготовку воды осуществляют путем очистки ее от механических примесей, отдельных нежелательных компонентов и микроорганизмов.water preparation is carried out by purifying it from mechanical impurities, individual undesirable components and microorganisms.

Засев ферментера осуществляют штаммом культуры Methylococcus capsulatus ГБС-15 ассоциацией микроорганизмов, которые позволяют утилизировать органические продукты метаболизма основной культуры.The sowing of the fermenter is carried out with a culture strain of Methylococcus capsulatus GBS-15 by an association of microorganisms that make it possible to utilize the organic metabolic products of the main culture.

Процесс ведут в протоке (0,2-0,3 объема ферментера в час) с непрерывной подачей раствора минеральных солей и фосфорной кислоты, раствора аммиака, растворов солей кальция, натрия и газовой смеси при температуре 40-45°С.The process is carried out in a duct (0.2-0.3 volumes of the fermenter per hour) with a continuous supply of a solution of mineral salts and phosphoric acid, an ammonia solution, solutions of calcium, sodium salts and a gas mixture at a temperature of 40-45 ° C.

Образующуюся в процессе ферментации суспензию сепарируют, разделяя биомассу и отработанную культуральную жидкость, состоящую из непотребленных элементов минерального питания, продуктов жизнедеятельности бактерий, таких как пептиды, аминокислоты, растворимые углеводы и др.The suspension formed during fermentation is separated, separating the biomass and the spent culture liquid, consisting of unused elements of mineral nutrition, waste products of bacteria, such as peptides, amino acids, soluble carbohydrates, etc.

В аналоге разработан процесс возврата отработанной культуральной жидкости от 10 до 95% в процесс ферментации вместо воды. При этом контролируется как подача отработанной культуральной жидкости, так и подача концентрированного раствора солей для сбалансированности состава минерального питания. Кроме того, оставшаяся после сепарации живая микрофлора, состоящая как из основной культуры, так и спутников, перерабатывающих метаболиты основной культуры, позволяют повысить продуктивность процесса на 10-30%. Качество получаемого продукта соответствует всем требованиям, предъявляемым к микробному белку на основе углеводородного сырья, производимого с использованием очищенной воды.In the analogue, a process has been developed for returning the spent culture liquid from 10 to 95% to the fermentation process instead of water. At the same time, both the supply of the spent culture liquid and the supply of a concentrated salt solution are controlled to balance the composition of mineral nutrition. In addition, the living microflora remaining after separation, consisting of both the main culture and satellites processing metabolites of the main culture, can increase the productivity of the process by 10-30%. The quality of the resulting product meets all the requirements for microbial protein based on hydrocarbon raw materials, produced using purified water.

Культуру выращивали при атмосферном давлении, при коэффициенте скорости протока 0,25 ч-1, концентрация биомассы в ферментере составляла 10-11 г/л.The culture was grown at atmospheric pressure, with a flow rate coefficient of 0.25 h-1, the biomass concentration in the fermenter was 10-11 g / L.

При использовании такого режима культивирования в течение длительного времени, с использованием природного газа различного состава (с содержанием метана от 85% об. до 99,9% об.) процесс шел стабильно и качество получаемой биомассы соответствовало по составу биомассе, получаемой при культивировании без возврата отработанной культуральной жидкости.When using such a cultivation regime for a long time, using natural gas of various composition (with a methane content from 85% vol. To 99.9% vol.), The process was stable and the quality of the resulting biomass corresponded in composition to the biomass obtained during cultivation without return. spent culture fluid.

Технической проблемой аналога при получении микробного белка на основе метанокисляющих бактерий является невозможность подбора оптимальных условий перемешивания суспензии и газовой фазы в инжекторе, обеспечивающих дробление газовой составляющей с образованием мелкодисперсной газовой эмульсии, что снижает площадь контакта фаз газ-жидкость и как следствие - снижает массообмен (меньше газа может быть поглощено бактериями). Все это уменьшает количество выработки культуры на единицу времени.The technical problem of the analogue in the production of a microbial protein based on methane-oxidizing bacteria is the impossibility of selecting the optimal conditions for mixing the suspension and the gas phase in the injector, ensuring the fragmentation of the gas component with the formation of a finely dispersed gas emulsion, which reduces the contact area of the gas-liquid phases and, as a consequence, reduces mass transfer (less gas can be absorbed by bacteria). All this reduces the amount of culture production per unit of time.

Наиболее близким аналогом является патент RU 2111386, опубликовано: 20.05.1998, в котором описан инжектор, имеющий приемную камеру, конфузор и ввод для обеспечения подачи газа в конфузор, причем корпус инжектора представляет собой вытянутую трубку с цилиндрической головной частью и утолщенным наконечником, где головная цилиндрическая часть изнутри имеет сужение в форме усеченного конуса.The closest analogue is patent RU 2111386, published: 05/20/1998, which describes an injector having a receiving chamber, a confuser and an inlet to provide gas supply to the confuser, and the injector body is an elongated tube with a cylindrical head and a thickened tip, where the head the cylindrical part from the inside has a taper in the form of a frusto-cone.

Технической проблемой прототипа является невозможность менять площадь сечения конфузора, что не позволяет использовать его для получения мелкодисперсной газовой эмульсии при изменяемом потоке суспензии при получении микробного белка на основе метанокисляющих бактерий.The technical problem of the prototype is the impossibility of changing the cross-sectional area of the confuser, which does not allow using it to obtain a finely dispersed gas emulsion with a variable flow of a suspension when obtaining a microbial protein based on methane-oxidizing bacteria.

При подборе оптимальных условий культивирования метанокисляющих бактерий, в зависимости от получаемого белка, от исходных растворов, от используемых штаммов метанокисляющих бактерий необходимо регулировать скорость потока внутри инжектора при установленных расходах жидкостного и газового потоков, для обеспечения образования устойчивой мелкодисперсной газовой эмульсии. В прототипе данная задача невыполнима.When selecting the optimal conditions for the cultivation of methane-oxidizing bacteria, depending on the obtained protein, on the initial solutions, on the strains of methane-oxidizing bacteria used, it is necessary to regulate the flow rate inside the injector at the established flow rates of liquid and gas flows to ensure the formation of a stable finely dispersed gas emulsion. In the prototype, this task is not feasible.

Задача полезной модели - обеспечить за счет использования инжектора устойчивое образование мелкодисперсной газовой эмульсии при получении микробного белка на основе метанокисляющих бактерий; создание инжектора, применимого при получении микробного белка на основе метанокисляющих бактерий.The task of the utility model is to ensure, through the use of an injector, the stable formation of a finely dispersed gas emulsion in the production of a microbial protein based on methane-oxidizing bacteria; creation of an injector applicable for the production of a microbial protein based on methane-oxidizing bacteria.

Технический результат: возможность менять в инжекторе площадь сечения конфузора.EFFECT: ability to change the cross-sectional area of the confuser in the injector.

Указанный технический результат достигается за счет того, что заявлен инжектор для образование газовой эмульсии при получении микробного белка на основе метанокисляющих бактерий, имеющий приемную камеру, конфузорно-диффузорный переход и ввод для обеспечения подачи газа в конфузор, причем корпус инжектора представляет собой вытянутую трубку с цилиндрической головной частью, где головная цилиндрическая часть изнутри имеет сужение в форме усеченного конуса, отличающийся тем, что вход в приемную камеру инжектора расположен тангенциально оси цилиндрической головной части, а конфузорно-диффузорный переход образован сменными шайбами разных диаметров с внутренним отверстием в форме усеченного конуса.The specified technical result is achieved due to the fact that the claimed injector for the formation of a gas emulsion when obtaining a microbial protein based on methane-oxidizing bacteria, having a receiving chamber, a confuser-diffuser junction and an inlet to provide gas supply to the confuser, and the injector body is an elongated tube with a cylindrical the head part, where the cylindrical head part from the inside has a narrowing in the form of a truncated cone, characterized in that the entrance to the injector chamber is located tangentially to the axis of the cylindrical head part, and the converging-diffuser transition is formed by replaceable washers of different diameters with an internal hole in the form of a truncated cone.

Допустимо, что форма наконечника ввода выполнена гидродинамической.It is possible that the shape of the bushing tip is made hydrodynamic.

Допустимо, что вход в приемную камеру инжектора расположен радиально относительно оси цилиндрической головной части.It is possible that the entrance to the injector receiving chamber is located radially relative to the axis of the cylindrical head part.

Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings

На фиг. 1 показан схема установки для получения микробной белковой массы, в которой используется заявленный инжектор.FIG. 1 shows a diagram of an installation for obtaining a microbial protein mass, which uses the claimed injector.

На фиг. 2 показан пример конструктивного исполнения инжектора.FIG. 2 shows an example of the injector design.

Осуществление полезной моделиImplementation of the utility model

Полезная модель заявленного устройства инжектора может быть использована на примере системы, схема которой показана на фиг. 1.The utility model of the claimed injector device can be used as an example of the system, the diagram of which is shown in FIG. one.

Исходные растворы, необходимые для жизнедеятельности бактерий, дозируются из емкостей 5.1-5.9 перистальтическими насосами 11.1-11.8 в промежуточную емкость 5.10, откуда насосом 8 подаются в блок ферментера.The initial solutions necessary for the vital activity of bacteria are dosed from containers 5.1-5.9 by peristaltic pumps 11.1-11.8 into the intermediate container 5.10, from where they are fed by pump 8 to the fermenter unit.

Блок ферментера состоит из трубного ферментера 1, газоотделителя 2, инжектора 3, теплообменника 4 и циркуляционного насоса 7. В блок ферментера подводятся: питательные растворы, природный газ и воздух, необходимые для жизнедеятельности бактерий.The fermenter unit consists of a tube fermenter 1, a gas separator 2, an injector 3, a heat exchanger 4 and a circulation pump 7. The fermenter unit is supplied with: nutrient solutions, natural gas and air necessary for the vital activity of bacteria.

Перед началом работы стенд засевается рабочим штаммом бактерий.Before starting work, the stand is inoculated with a working strain of bacteria.

В процессе работы стенда циркуляционный насос 7 забирает суспензию из газоотделителя 2 и подает ее на теплообменник 4 и инжектор 3. Инжектор 3 предназначен для насыщения суспензии природным газом и образования газовой эмульсии с сильно развитой поверхностью раздела фаз, способствующей увеличению массообмена газ-жидкость. Из инжектора 3 газовая эмульсия подается в длинную трубу - трубный ферментер 1.During the operation of the stand, the circulation pump 7 picks up the suspension from the gas separator 2 and feeds it to the heat exchanger 4 and injector 3. Injector 3 is designed to saturate the suspension with natural gas and form a gas emulsion with a highly developed phase interface, which contributes to an increase in gas-liquid mass transfer. From injector 3, the gas emulsion is fed into a long pipe - pipe fermenter 1.

В трубном ферментере 1 природный газ из газовых пузырьков переходит в жидкую фазу, а углекислый газ, образовавшийся в процессе жизнедеятельности бактерий, из жидкой фазы в газовую. Бактериальная суспензия из трубного ферментера 1 распыляется форсункой газоотделителя 2.In a pipe fermenter 1, natural gas from gas bubbles passes into the liquid phase, and carbon dioxide, formed during the life of bacteria, from the liquid phase into the gas phase. The bacterial suspension from the tube fermenter 1 is sprayed with the nozzle of the gas separator 2.

Природный газ переходит в жидкую фазу за счет разности концентраций природного газа в газовой фазе и жидкости, поскольку в жидкости он постоянно поглощается бактериями. Углекислый газ так же переходит из жидкой фазы в газовую из-за разности концентраций, так как в жидкость выделяется бактериями, удаляется из газовой фазы вместе с абгазами в газоотделителе.Natural gas is transformed into a liquid phase due to the difference in the concentration of natural gas in the gas phase and the liquid, since it is constantly absorbed by bacteria in the liquid. Carbon dioxide also passes from the liquid phase to the gas phase due to the difference in concentration, since it is released into the liquid by bacteria, and is removed from the gas phase together with off-gases in the gas separator.

В газоотделителе 2 уровень жидкости поддерживается на минимальном значении, достаточном для устойчивой работы циркуляционного насоса 7.In the gas separator 2, the liquid level is maintained at a minimum value sufficient for the stable operation of the circulation pump 7.

В блок ферментора подаются питательный раствор (насосом 8), воздух компрессором 6 и природный газ через инжектор 3. Газовая фаза из блока ферментора выводится через газоотделитель 2. Жидкая фаза (бактериальная суспензия) выводится насосом 10. Регулировка уровня жидкости осуществляется регулированием подачи насосом 8 и отвода насосом 10.Nutrient solution (pump 8), air by compressor 6 and natural gas through injector 3 are supplied to the fermentor block. The gas phase from the fermentor block is discharged through gas separator 2. The liquid phase (bacterial suspension) is removed by pump 10. The liquid level is adjusted by adjusting the supply by pump 8 and discharge by pump 10.

В нижнюю часть газоотделителя 2 подводится воздух.Air is supplied to the lower part of the gas separator 2.

В газоотделителе 2 при распылении суспензии образуются струи и капли обеспечивающие большую поверхность массообмена. Струи образуются за счет центробежных сил, возникающих при закручивании потока жидкости в форсунке. А при выходе из форсунки на большой скорости центробежные силы разрывают сплошной поток и образуются капли.In the gas separator 2, when the suspension is sprayed, jets and drops are formed, providing a large mass transfer surface. The jets are formed due to centrifugal forces arising from the swirling of the liquid flow in the nozzle. And when leaving the nozzle at high speed, centrifugal forces break the continuous flow and droplets are formed.

Суспензия насыщается кислородом, а накопившийся углекислый газ удаляется. Кратность циркуляции суспензии в блоке ферментора может быть установлена от 50 до 250 в час. Готовая бактериальная суспензия отводится из блока ферментера насосом 10.The suspension is saturated with oxygen and the accumulated carbon dioxide is removed. The frequency of circulation of the suspension in the fermentor block can be set from 50 to 250 per hour. The finished bacterial suspension is removed from the fermenter block by pump 10.

Функциональная роль газоотделителя - удаление из газовой эмульсии углекислого газа и насыщение ее кислородом.The functional role of the gas separator is to remove carbon dioxide from the gas emulsion and saturate it with oxygen.

Функциональная роль блока приготовления питательных растворов - создание ионного раствора необходимого для жизнедеятельности (питания) бактерий и подача его в блок ферментора. В блок входят емкости 5.1-5.10, насосы 11.1-11.8, насос 8, система трубопроводов 16 вплоть до крана 15.The functional role of the nutrient solution preparation unit is the creation of an ionic solution necessary for the vital activity (nutrition) of bacteria and its supply to the fermentor unit. The unit includes tanks 5.1-5.10, pumps 11.1-11.8, pump 8, piping system 16 up to the valve 15.

Функциональная роль блока теплообмена - поднятие температуры системы в начале до температуры максимальной активности бактерий (40-45°С), а затем отвод избыточного тепла, выделяемого бактериями при жизнедеятельности, с поддержанием оптимальной температуры (40-45°С). Блок теплообмена состоит из теплообменника 4, калорифера-охладителя 12, нагревателя 13, буферной емкости 14 и циркуляционного насоса 9, соединительные трубопроводы (на чертеже отрисованы, но не обозначены). В блоке теплообмена 4 циркулирует вода, поддерживая заданную температуру бактериальной суспензии.The functional role of the heat exchange unit is to raise the temperature of the system at the beginning to the temperature of the maximum activity of bacteria (40-45 ° C), and then remove the excess heat released by bacteria during their vital activity, while maintaining the optimal temperature (40-45 ° C). The heat exchange unit consists of a heat exchanger 4, a heater-cooler 12, a heater 13, a buffer tank 14 and a circulation pump 9, connecting pipelines (drawn in the drawing, but not indicated). In the heat exchange block 4, water circulates, maintaining the set temperature of the bacterial suspension.

Функциональная роль блока ферментора - поддержание установленного объема бактериальной массы, обеспечение равномерного снабжения этой массы питательным раствором, природным газом, кислородом, отвод образовавшегося в процессе жизнедеятельности бактерий углекислого газа. В данный блок входит все не вошедшее в блоки приготовления питательных растворов и теплообмена.The functional role of the fermentor unit is to maintain the established volume of the bacterial mass, ensure a uniform supply of this mass with a nutrient solution, natural gas, oxygen, and remove carbon dioxide formed during the life of bacteria. This block includes everything that is not included in the blocks for the preparation of nutrient solutions and heat exchange.

Принцип использования заявленного инжектора в работе системы по производству микробного белка на основе метанокисляющих бактерий состоит в следующем. The principle of using the claimed injector in the operation of a system for the production of microbial protein based on methane-oxidizing bacteria is as follows.

Исходные растворы, необходимые для жизнедеятельности бактерий дозируются из емкостей 5.1-5.9 перистальтическими насосами 11.1-11.8 в промежуточную емкость 5.10, откуда насосом 8 подаются в блок ферментера. В качестве растворов могут использоваться NaOH, CaCl, (NH₄)₂SO₄, Na₂SO₄, H₂SO₄, NH₄OH, минеральное питание (раствор солей H₃РО₄, KCl, MgSO₄×7H₂О, FeSO₄×7H₂О, СuSО₄×5H₂О, MnSO₄×5H₂О, H₃ВО₃, ZnSO₄×7H₂О, CoSO₄×7H₂О, Na₂MoO₄×2H₂О.The initial solutions necessary for the vital activity of bacteria are dosed from containers 5.1-5.9 by peristaltic pumps 11.1-11.8 into the intermediate container 5.10, from where they are fed by pump 8 to the fermenter unit. NaOH, CaCl, (NH ₄ ) ₂ SO ₄ , Na ₂ SO ₄ , H ₂ SO ₄ , NH ₄ OH, mineral nutrition (solution of salts H ₃ PO ₄ , KCl, MgSO ₄ × 7H ₂ O, FeSO ₄ × 7H ₂ О, СuSО ₄ × 5H ₂ О, MnSO ₄ × 5H ₂ О, H ₃ VO ₃ , ZnSO ₄ × 7H ₂ О, CoSO ₄ × 7H ₂ О, Na ₂ MoO ₄ × 2H ₂ О.

В блок ферментера подводятся: питательные растворы природный газ (метан CH₄) и воздух, необходимые для жизнедеятельности бактерий.The fermenter unit is supplied with: nutrient solutions natural gas (methane CH ₄ ) and air necessary for the vital activity of bacteria.

Компоненты питательных растворов, необходимые для жизнедеятельности бактерий дозируются из емкостей 5.1-5.9 перистальтическими насосами 11.1-11.8 в промежуточную емкость 5.10, откуда насосом 8 подаются в блок ферментера.The components of nutrient solutions necessary for the vital activity of bacteria are dosed from containers 5.1-5.9 by peristaltic pumps 11.1-11.8 into an intermediate container 5.10, from where they are fed by pump 8 to the fermenter unit.

Попадая в промежуточную емкость 5.10 растворы смешиваются. В зависимости от подачи насосов 11.1-11.8 можно получить заданную концентрацию итогового питательного раствора по необходимым компонентам. Готовый питательный раствор из промежуточной емкости 5.10 насосом 8 подается в блок ферментера.Once in the intermediate tank 5.10, the solutions are mixed. Depending on the delivery of pumps 11.1-11.8, it is possible to obtain a given concentration of the final nutrient solution for the required components. The finished nutrient solution from the intermediate tank 5.10 is fed by pump 8 to the fermenter unit.

Перед началом работы стенд засевается рабочим штаммом бактерий, например, штаммом метанокисляющих бактерий Methylococcus capsulatus ГБС-15 или любым другим штаммом метанотрофных (потребляющих метан как основной источник питания) бактерий.Before starting work, the stand is inoculated with a working strain of bacteria, for example, a strain of methane-oxidizing bacteria Methylococcus capsulatus GBS-15 or any other strain of methanotrophic (consuming methane as the main food source) bacteria.

Суспензия насыщается кислородом, а накопившийся углекислый газ удаляется за счет разности концентраций кислорода и углекислого газа в распыляемой суспензии и газовой фазе. Происходит абсорбция кислорода и десорбция углекислого газа.The suspension is saturated with oxygen, and the accumulated carbon dioxide is removed due to the difference in the concentration of oxygen and carbon dioxide in the sprayed suspension and in the gas phase. Oxygen is absorbed and carbon dioxide desorbed.

Кратность циркуляции суспензии в блоке ферментора опытным путем проверялась при работе системы в диапазонах от 50 до 250 в час, но может быть скорректирована.The frequency of circulation of the suspension in the fermentor block was empirically tested when the system was operating in the ranges from 50 to 250 per hour, but can be adjusted.

Сепарацию образующейся в процессе ферментации суспензии углекислого газа осуществляют через газоотделитель 2, в нижнюю часть которого подводят воздух, а через верхнюю насосом подают бактериальную суспензию из ферментора 1.The separation of the carbon dioxide suspension formed during fermentation is carried out through a gas separator 2, in the lower part of which air is supplied, and through the upper part, a bacterial suspension from the fermentor 1 is supplied by a pump.

Суспензию подают в газоотделитель 2 из трубного ферментора 1, затем из газоотделителя с помощью циркуляционного насоса через теплообменник направляют на инжектор 3.The suspension is fed to the gas separator 2 from the pipe fermentor 1, then from the gas separator using a circulation pump through the heat exchanger it is directed to the injector 3.

Реализовано это может быть за счет того, что к нижней части газоотделителя подключен патрубок подачи воздуха и выходные патрубки для отвода готовой бактериальной суспензии, а к верхней части газоотделителя подключены: канал отвода абгазов, выходной канал ферментора и выходной канал промежуточной емкости с исходными растворами, входной канал которой является общим выходным каналом емкостей с исходными растворами, необходимых для жизнедеятельности бактерий.This can be realized due to the fact that an air supply pipe and outlet pipes for removing the finished bacterial suspension are connected to the lower part of the gas separator, and the following are connected to the upper part of the gas separator: the channel of which is the common outlet channel of the containers with the initial solutions necessary for the vital activity of bacteria.

Выходной патрубок газоотделителя подключен через циркуляционный насос ко входу теплообменника и через дополнительный насос к выпускному каналу.The outlet of the gas separator is connected through a circulation pump to the inlet of the heat exchanger and through an additional pump to the outlet channel.

Выход теплообменника подключен ко входу инжектора, а выход инжектора подключен ко входу в трубный ферментер.The outlet of the heat exchanger is connected to the inlet of the injector, and the outlet of the injector is connected to the inlet of the tube fermenter.

Из инжектора газовая эмульсия подается в трубный ферментер, после которого бактериальную суспензию распыляют форсункой газоотделителя и отводят из блока ферментера насосом, а абгазы из ферментора выводится через газоотделитель.From the injector, the gas emulsion is fed into the pipe fermenter, after which the bacterial suspension is sprayed with a gas separator nozzle and removed from the fermenter unit by a pump, and off-gases from the fermentor are discharged through the gas separator.

Инжектор 3 для насыщения бактериальной суспензии природным газом и/или кислородом и/или воздухом может быть выполнен, например, следующим образом.The injector 3 for saturating the bacterial suspension with natural gas and / or oxygen and / or air can be performed, for example, as follows.

Корпус инжектора 3 представляет собой вытянутую трубку с цилиндрической головной частью 24. Головная цилиндрическая часть 24 изнутри имеет сужение 28 в форме усеченного конуса. Вход в приемную камеру 17 инжектора расположен тангенциально оси цилиндрической головной части 24, что обеспечивает тангенциальный вход потока суспензии и, как следствие, закручивание потока жидкости в инжекторе и более равномерное распределение газовых пузырьков в суспензии.The injector body 3 is an elongated tube with a cylindrical head 24. The cylindrical head 24 has a narrowing 28 in the form of a frusto-cone from the inside. The inlet to the receiving chamber 17 of the injector is located tangentially to the axis of the cylindrical head part 24, which provides a tangential inlet of the slurry flow and, as a consequence, swirling the liquid flow in the injector and a more uniform distribution of gas bubbles in the slurry.

В средней части корпуса инжектора 3 выполнен конфузорно-диффузорный переход 19 в виде сужения потока до горловины 30 с последующим плавным расширением. Начало сужения 29 потока конфузора 19 по диаметру соответствует диаметру малого основания усеченного конуса сужения 28 головной цилиндрической части 24. При их совмещении возникает плавное сужение от головной цилиндрической части до горловины.In the middle part of the injector body 3, a converging-diffuser transition 19 is made in the form of a narrowing of the flow to the throat 30, followed by a smooth expansion. The beginning of the narrowing 29 of the flow of the confuser 19 in diameter corresponds to the diameter of the small base of the truncated cone of the narrowing 28 of the head cylindrical part 24. When they are combined, a smooth narrowing occurs from the head cylindrical part to the neck.

Сужение и расширение в конфузорно-диффузорном переходе 19 образовано шайбами 19.1-19.13 разных диаметров с внутренним отверстием в форме усеченного конуса, подбор которых можно регулировать и менять скорость и давление в месте сужения в зависимости от изменяемых в разных экспериментов объемных и массовых потоков жидкости и газа.The narrowing and expansion in the converging-diffuser transition 19 is formed by washers 19.1-19.13 of different diameters with an inner hole in the form of a truncated cone, the selection of which can be adjusted and the speed and pressure at the point of narrowing can be adjusted depending on the volume and mass flows of liquid and gas varying in different experiments ...

Конфузор 19 инжектора 3 нужен для перемешивания потоков жидкости и газа. При прохождении через сужение и последующий диффузор происходит дробление крупных пузырей газа на мелкие с образованием газовой эмульсии с высокой площадью контакта фаз.The confuser 19 of the injector 3 is needed to mix the flows of liquid and gas. When passing through the constriction and the subsequent diffuser, large gas bubbles are crushed into small ones with the formation of a gas emulsion with a high phase contact area.

Благодаря наличию сменных шайб 19.1-19.13 площадь сужения конфузорно-диффузорного перехода 19 можно установить меньше основного проходного сечения инжектора в х2, х4, х8, х16, х32, х64 раза и соответственно увеличить на тоже самое значение скорость. Due to the presence of replaceable washers 19.1-19.13, the area of narrowing of the converging-diffuser transition 19 can be set less than the main flow section of the injector by x2, x4, x8, x16, x32, x64 times and, accordingly, increase the speed by the same value.

Через ввод 18 осуществляется подача газа в конфузор инжектора 3.Through inlet 18, gas is supplied to the confuser of injector 3.

Наконечник 21 является съемным и обеспечивает возможность смены шайб 19.1-19.13 в инжекторе и подключения инжектора к технологическим трубопроводам.The tip 21 is removable and provides the ability to change washers 19.1-19.13 in the injector and connect the injector to the process pipelines.

Ввод 18 имеет наконечник 23 для обеспечения подачи газа в конфузор 19 инжектора при большой начальной скорости, снижающей вероятность образования крупных пузырей. Форма наконечника 23, предпочтительно, выполнена гидродинамической для снижения сопротивления потоку жидкости и исключения образования «карманов» завихрения потока или накопления газа.The inlet 18 has a tip 23 to provide gas supply to the injector converger 19 at a high initial velocity, which reduces the likelihood of large bubbles. The shape of the tip 23 is preferably hydrodynamic to reduce resistance to fluid flow and avoid the formation of "pockets" of flow swirl or gas accumulation.

Ввод 18 фиксируется на корпусе инжектора в его головной части 24 с помощью крышки 22, которая фиксируется к головной части 24 винтами 20. К самой крышке 22 ввод фиксируется с помощью винтов 25. Для герметичности фиксации крышки 22 к головной части 24 предпочтительно использовать уплотнительное резиновое кольцо 27, установленное на крышке 22 в кольцевой канавке.The inlet 18 is fixed on the injector body in its head part 24 by means of a cover 22, which is fixed to the head part 24 with screws 20. The inlet is fixed to the cover 22 itself by means of screws 25. To seal the cover 22 to the head part 24, it is preferable to use a sealing rubber ring 27 mounted on cover 22 in an annular groove.

Два резиновых кольца уплотнения 26 расположены вокруг ввода и обеспечивают герметичность при возможности смещения ввода 18 в осевом направлении для подбора лучших условий смешения.Two rubber rings of the seal 26 are located around the bushing and ensure tightness when the bushing 18 can be displaced in the axial direction to select the best mixing conditions.

Принцип работы инжектора 3 заключается в следующем.The principle of operation of injector 3 is as follows.

Циркуляционный насос подает суспензию в приемную камеру 17 инжектора тангенциально, благодаря чему происходит завихрение потока суспензии. Завихрение потока сохраняется и на выходе из инжектора, что обеспечивает перемешивание суспензии и более равномерное распределение пузырьков газа. Через ввод 18 в конфузор 19 инжектора подается газ. Газовые пузыри увлекаются потоком суспензии в конфузоре 19, дробятся при прохождении сужения и диффузора на маленькие пузыри обеспечивающие большую площадь контакта фаз газ-жидкость.The circulation pump delivers the slurry tangentially into the injector chamber 17, thereby causing the slurry flow to swirl. The vortex of the flow is maintained at the outlet of the injector, which ensures mixing of the suspension and a more even distribution of gas bubbles. Gas is supplied to the injector converger 19 through inlet 18. Gas bubbles are carried away by the flow of the suspension in the confuser 19, and are crushed during the passage of the restriction and diffuser into small bubbles providing a large area of contact between the gas-liquid phases.

Инжектор 3 обеспечивает смешение газа с жидкостью таким образом, чтобы площадь контакта фаз газ-жидкость была максимальной. Чем больше площадь контакта фаз, тем быстрее идет массообмен, больше газа растворяется в жидкости в единицу времени и может быть поглощено бактериями.Injector 3 provides mixing of gas with liquid in such a way that the contact area of the gas-liquid phases is maximal. The larger the contact area of the phases, the faster the mass transfer proceeds, the more gas dissolves in the liquid per unit of time and can be absorbed by bacteria.

Инжектор может быть также применим для насыщения суспензии воздухом и образования газовой эмульсии с сильно развитой поверхностью раздела фаз, способствующей увеличению массообмена газ-жидкость.The injector can also be used to saturate the suspension with air and form a gas emulsion with a highly developed phase interface, which contributes to an increase in gas-liquid mass transfer.

Заявленный инжектор обеспечивает эффективное образование газовой эмульсии и более равномерное распределение пузырьков газа при получении микробного белка на основе метанокисляющих бактерий, что увеличивает площадь контакта фаз газ-жидкость и как следствие - повышает массообмен (больше газа может быть поглощено бактериями). Все это увеличивает количество выработки культуры на единицу времени.The claimed injector provides effective formation of a gas emulsion and a more uniform distribution of gas bubbles in the production of microbial protein based on methane-oxidizing bacteria, which increases the contact area of the gas-liquid phases and, as a consequence, increases mass transfer (more gas can be absorbed by bacteria). All this increases the amount of culture production per unit of time.

Claims

1. Инжектор для образования газовой эмульсии при получении микробного белка на основе метанокисляющих бактерий, имеющий приемную камеру, конфузорно-диффузорный переход и ввод для обеспечения подачи газа в конфузор, причем корпус инжектора представляет собой вытянутую трубку с цилиндрической головной частью, где головная цилиндрическая часть изнутри имеет сужение в форме усеченного конуса, отличающийся тем, что вход в приемную камеру инжектора расположен тангенциально оси цилиндрической головной части, а конфузорно-диффузорный переход образован сменными шайбами разных диаметров с внутренним отверстием в форме усеченного конуса.1. An injector for the formation of a gas emulsion in the production of a microbial protein based on methane-oxidizing bacteria, having a receiving chamber, a converging-diffuser junction and an inlet to provide gas supply to the converging tube, and the injector body is an elongated tube with a cylindrical head, where the cylindrical head is from the inside has a constriction in the form of a truncated cone, characterized in that the entrance to the injector receiving chamber is located tangentially to the axis of the cylindrical head part, and the converging-diffuser transition is formed by replaceable washers of different diameters with an inner hole in the form of a truncated cone.

2. Инжектор по п.1, отличающийся тем, что форма наконечника ввода выполнена гидродинамической.2. An injector according to claim 1, characterized in that the shape of the input tip is made hydrodynamic.

3. Инжектор по п.1, отличающийся тем, что вход в приемную камеру инжектора расположен радиально относительно оси цилиндрической головной части.3. An injector according to claim 1, characterized in that the entrance to the injector receiving chamber is located radially relative to the axis of the cylindrical head part.