CS230411B1 - Způsob vedení kontinuální kultivace aerobních mikroorganišnů - Google Patents

Abstract

Vynález se týká způsobu vedení aerobní kuxu.u,. mentačních procesech. Fermentační procesy jako např. výroba krmných bílkovin a pekařského droždí probíhají ve fermentořech, pracujících obvykle na principu nutristatu. Živné prostředí obsahuje zdroj uhlíku, zdroje dalších nezbytných prvků a pro zabezpečení trvalého přísunu kyslíku je intenzivně provzdušňováno. První fází výroby je vsádková kultivace, během které narůstá koncentra ce biomasy. Vsádková kultivace bývá ukončena po dosažení určité koncentrace, nebo po dosažení limitu kyslíku. Na ni navazuje kontinuální kultivace se zřeďovací rychlostí stanovenou obvykle velmi nízko, aby byla udržena vysoká koncentrace biomasy, což je výhodné pro navazující separaci. Technologické před pisy pro tyto procesy obvykle neuvádí vztahy mezi parametry růstové rychlosti, koncentrací biomasy a výtěžností ze zdroje uhlíku a kyslíku. Vychází se z nesprávného předpokladu, že parametry výtěžnosti jsou v široké oblasti provozních růstových rychlostí na této proměnné nezávislé. Z odborné literatury je známá modelová představa o rozdělení spotřeby uhlíkatého zdroje a kyslíku na část pro růst a na část pro neproduktivní dýchání. Z této teorie potom vyplývá, že při volbě zbytečně nízké růstové rychlosti není plně využíváno aerobní kapacity fer- mentoru, snižuje se výtěžnost uhlíkatého zdroje, roste specifický vývoj kysličníku uhličitého a reakčního tepla, které je nutné odvádět. Uvedené nedostatky řeší způsob vedení kontinuální kultivace aerobních mikroorganismů podle vynálezu, při kterém je získávána biomasa z uhlíkatého substrátu působením mikroorganismů a při kterém je hodnota zřeďovací rychlosti stanovována

Description

Vynález se týká způsobu vedení aerobní kuxu.u,. mentačních procesech.

Fermentační procesy jako např. výroba krmných bílkovin a pekařského droždí probíhají ve fermentořech, pracujících obvykle na principu nutristatu. Živné prostředí obsahuje zdroj uhlíku, zdroje dalších nezbytných prvků a pro zabezpečení trvalého přísunu kyslíku je intenzivně provzdušňováno. První fází výroby je vsádková kultivace, během které narůstá koncentra ce biomasy. Vsádková kultivace bývá ukončena po dosažení určité koncentrace, nebo po dosažení limitu kyslíku. Na ni navazuje kontinuální kultivace se zřeďovací rychlostí stanovenou obvykle velmi nízko, aby byla udržena vysoká koncentrace biomasy, což je výhodné pro navazující separaci. Technologické před pisy pro tyto procesy obvykle neuvádí vztahy mezi parametry růstové rychlosti, koncentrací biomasy a výtěžností ze zdroje uhlíku a kyslíku. Vychází se z nesprávného předpokladu, že parametry výtěžnosti jsou v široké oblasti provozních růstových rychlostí na této proměnné nezávislé. Z odborné literatury je známá modelová představa o rozdělení spotřeby uhlíkatého zdroje a kyslíku na část pro růst a na část pro neproduktivní dýchání. Z této teorie potom vyplývá, že při volbě zbytečně nízké růstové rychlosti není plně využíváno aerobní kapacity fermentoru, snižuje se výtěžnost uhlíkatého zdroje, roste specifický vývoj kysličníku uhličitého a reakčního tepla, které je nutné odvádět.

Uvedené nedostatky řeší způsob vedení kontinuální kultivace aerobních mikroorganismů podle vynálezu, při kterém je získávána biomasa z uhlíkatého substrátu působením mikroorganismů a při kterém je hodnota zřeďovací rychlosti stanovována rovna podílu : 230 411 specifická rychlost přenosu kyslíku x výtěžnost kyslíku_ koncentrace uhlíku ve vstupní větvi x výtěžnost zdroje uhlíku

Vynález se vyznačuje tím, že pro stanovování zřeďovací rychlossti jsou hodnoty obou výtěžností uvažovány proměnné, závislé na růstové rychlosti. V případě, kdy hodnota zřeďovací rychlosti je vyšší než rychlost na mezi ekonomické efektivnosti s ohledem na navazující separaci, je nastavována zřeďovací rychlost rovna rychlosti na mezi efektivnosti navazující separace. Jestli že hodnota zřeďovací rychlosti je vyšší než rychlost na mezi stability procesu s ohledem na úroveň ^sternu měření a regulace a kvalitu obsluhy, je zřeďovací rychlost nastavována rovna rychlosti na mezi stability.

Tento způsob vedení kultivace se vztahuje na substráty s regulovatelným i neregulovatelným obsahem zdroje uhlíku ve vstupním proudu. Pro substráty s neregulovatelným obsahem uhlíkatého zdroje lze stanovit optimální zřeďovací rychlost z podílu rychlosti přenosu kyslíku, specifické spotřeby zdroje uhlíku a koncentrace zdroje uhlíku ve vstupním proudu a specifické potřeby kyslíku. Bude-lifermentor provozován při zřeďovací rychlosti nižší než takto stanovené, nebude plně využíváno jeho aerační kapacity, ^ři volbě vyšší zřeďovací rychlosti poklesne výtěžnost uhlíkatého zdroje. Pro substráty s regulovatelnou koncentrací zdroje uhlíku ve vstupnán proudu roste tato optimálv ní zřeďovací rychlost až na hodnotu teoretické maximální růstové rychlosti. Praktická hodnota bude shora omezena efektivností navazující separace, stabilitou procesu..a může být omezena dalšími, zejména technologickými vlivy. Za mezní hodnotu je považována taková rychlost, kdy její další zvýšení přinese zvýšení nákladů na separaci, případně výpadků ve výrobě v důsled- . ku dané úrovně systémů měření a regulace a obsluhy, než činí přínos ze zvýšené produkce.

Navržený postup byl experimentálně ověřen na provozním fermentoru o objemu nádoby 2G0m , který je využíván pro výrobu krmných bílkovin z etanolu. Závislosti výtěžností biomasy

230 411 z kyslíku a z etanolu na růstové rychlosti byly předem stanoveny z výsledků zkoušek na modelových fermentořech. Podle výv _ j še uvedeného vztahu byla stanovena zředovaci rychlost 0,2 h Za normálního provozu bylo na tomto fermentoru dosahováno střední růstové rychlosti 0,1 - 0,12h~\ Při zkušebním provozu byla udržována zřeďovací rychlost přibližně rovna růstové rychlosti 0,2h”\ Z porovnání obou režimů vyplývá, že při stejné aerační kapacitě aparátu došlo ke zvýšení produkce o 25», zvýše-r ní výtěžnosti z etanolu asi o 8% a k poklesu specifické spotřeby energie na míchání asi o 25%.

Účelem navrhovaného způsobu vedení technologického procesu je dosáhnout maximálního využití aerační kapacity aparátu a tím i zvýšení jeho produktivity a relativní snížení energie na přenos kyslíku do kapaliny, dále zvýšení využití uhlíkatého zdroje, snížení spotřeby chladící vody a snížení množství exhalovaného kysličníku uhličitého.

Navrhovaný způsob vedení aerobní kultivace je možno použít všude tam, kde dochází k aerobním procesům.

Claims (3)

1. Způsob vedení kontinuální kultivace aerobních mikroorganismů, při kterém je získávána biomasa z uhlíkatého substrátu působením mikroorganismů a při kterém je hodnota zřeďovací rychlosti stanovována rovna podílu :

specifická rychlost přenosu kyslíku x výtěžnost kyslíku_ koncentrace uhlíku ve vstupní větvi x výtěžnost zdroje uhlíku vyznačený tím , že pro stanovování zřeďovací rychlosti jsou hodnoty obou výtěžností uvažovány proměnnné, závislé na růstové rychlosti

2. Způsob vedení kultivace podle bodu 1, vyznačený tím, že v případě, kdy hodnota zřeďovací rychlosti je vyšší než rychlost na mezi ekonomické efektivnosti s ohledem na navazující separaci, je nastavována zřeďovací rychlost rovná rychlosti na mezi efektivnosti navazující separace.

3. Způsob vedení kultivace podle bodu 1, vyznačený tím, že v případě, kdy hodnota zřeďovací rychlosti je vyšší než ryv chlost na mezi stability procesu s ohledem na úroveň systému měření a regulace a kvalitu obsluhy, je zřeďovací rychlost nastavována rovná rychlosti na mezi stability.