HU177363B - Process for continuous separation of aquous fermentation solutions from biomass suspensions containing hydrocarbons - Google Patents

Description

A találmány vizes fermentációs levek mikroorganizmusok szénhidrogén fázisból történő tenyésztése útján kapott biomassza-szuszpenziókból történő elválasztására vonatkozik. A találmány különösen olyan eljárásra vonatkozik, amelynél a 5 szénhidrogén fázis nem használódik fel teljesen, és amelynél ha a fermentációs keveréket ülepítő tartályba visszük, tudvalévőén a megtapadó mikroorganizmusokkal egy felülúszó biomassza-szénhidrogén-víz fázis képződik. 10

A találmányt olyan berendezésekben lehet felhasználni, amelyekben folyékony szénhidrogéneket mikroorganizmusok segítségével mikrobiológiailag alakítanak át és választanak le, 15

Mikroorganizmusok szénhidrogén forráson, ismert összetételű vizes tápoldat jelenlétében történő tenyésztésénél a fázis határfelületeken lokalizált mikroorganizmus sejtek stabilitásából eredően stabil emulziók képződnek. 20

A fermentációs keverék első elválasztására ismeretes módon egyszerű, ülepítő, dekantáló vagy fölöző műveleteket alkalmaznak. Az elválasztásra kerülő fermentációs keverék rendszerint még felhasználhatatlan tápanyagokat tartalmaz, melyeket 25 további hasznosításra a biomasszától és a szénhidrogén fázistól elválasztanak.

Ehhez általában a fermentációs keveréket a fermentorból folyamatosan leszívatják, és egy dekantáló edénybe vezetik. 30

Ebben az edényben a biomassza a szénhidrogén fázissal együtt csaknem teljesen szétválik a vizes fázistól, és folyamatosan el lehet vezetni. A fermentációs levet az edény fenekéről szívatják le folyamatosan.

A felülúszó biomassza-szénhidrogén szuszpenzió azonban még nagy mennyiségű vizes fermentációs levet tartalmaz. Az ismert eljárásoknál ezt a szuszpenziót rendszerint tányéros szeparátorok segítségével végrehajtott tobbfokozatú szeparációval egy szénhidrogén, egy víz, valamint egy biomasszában feldúsított vizes fázisra választják szét.

A szeparáció költségeinek csökkentése érdekében kívánatos, hogy már a dekantálás során a vizes fermentációs lé lehető legtökéletesebb elválasztását érjék el. Erre már különböző módokat dolgoztak ki és írtak le. A 75 944 számú Német Demokratikus Köztársaság-belí szabadalmi leírásban az. emulzió megtörésére a hőmérsékletváltozás, a váltófeszültség és az elektromágneses hullámokkal, különösen rövidhullámokkal, infravörös hullámokkal vagy gammasugarakkal történő besugárzás alkalmazását írták te. Az 1 545 252 számú Német Szövetei Köztársaság-beli szabadalmi leírásban egy olyan eljárást ismertetnek a fermentációs keverék fázisokra történő szétválasztására, melynél a vizes tápközeg legnagyobb részét dekantációval választják te, majd legalább lOg/Iiter fémsót, előnyösen egy alkálifémhalogenidet és legalább 0,5 g/liter felületaktív anyagot adagolnak be.

Az emulziót megszüntető hatású anyagok alkalmazása mellett a finom eloszlású levegő bevitelével k iáltott flotációs hatások kihasználása is ismeretes.

Mindezen eljárásoknak azonban az a hátrányuk, hogy ipari alkalmazás esetén járulékos segédanyagráfordítást vagy flotáló berendezéseket igényelnek. A flotálásnál ezenkí/ül még az a veszély is fennáll, hogy a szuszpenzió a finoman eloszlatott levegő folytán hab tulajdonságokat vesz fel, és ezáltal technikailag nehezen kezelhetővé válik.

Azt a célt tűztük ki, hogy a dekantálás keretei között költséges segédanyagok és energia alkalmazása nélkül olyan fázis szétválasztást valósítunk meg, hogy a szeparációs fokozatban az ezt követő elválasztás nagyobb termékáramok mozgatása és további segédanyag hozzáadása nélkül változatlan minőségben történhessen meg.

A fenti célkitűzésből az a technikai feladat adódott, hogy a dekantálás specifikus kialakításával a biomassza többi fázistól való elválasztását megkönnyítsük.

Meglepő módon azt találtuk, hogy a szuszpenzió stabilitásának intenzív befolyásolását érhetjük el, ha együtt használjuk ki a szuszpenzió szerkezeti sajátságait és a falhatásokat, különösen a víz és a szénhidrogének· közötti, csaknem az összes szokásos szerkezeti anyaggal szemben megnyilvánuló eltérő nedvesítő viselkedést. Ha ezt célzottan kihasználjuk, akkor a vizes fermentációs lé szuszpenzióból történő kiválásának jelentős javulását érjük el. Ezek a szuszpenziók mikroszkopikusan egy csaknem folyamatos víz fázisból állnak, amelyben különböző nagyságú szénhidrogén cseppecskék és levegő buborékok vannak finoman eloszlatva.

A találmány tárgya tehát eljárás vizes fermentációs le folyamatos elválasztására szénhidrogén-tartalmú biomassza-szuszpenziókból dekantálás útján. Az eljárásra jellemző, hogy a dekantálást fémből vagy szintetikus szerkezeti anyagokból álló lemezek, sziták, nye^reg idomok, Raschig-gyűrűk vagy esztergaforgács alakjában jelenlevő kontakt felületeken, legfeljebb 10 cm³ szuszpenzió/cm² kontaktfelület · óra felületi terhelés mellett és a szuszpenziót 0,5-10 cm/perc sebességgel áramoltatva hajtjuk végre.

Claims (4)

1. A dekantálás fokozására alkalmazott alaktestek szerkezeti anyaga az eljárás szempontjából kőzömDÖs. Az alaktestek készülhetnek például fémből vagy műanyagból.

   A mikroorganizmusok, például az élesztősejtek, túlnyomó részt a szénhidrogén cseppecskékre tapadnak. Gyakran megfigyelhetők olajcseppecskékből és mikroorganizmus sejtekből álló pehelyszerű tömörülések is. Emellett ismét 'óz zárványok láthatók. A szuszpenzió mikroszerkezete ennek következtében nagyon inhomogén, különösen az a sűrűségviszonyok tekintetében. A pelyheknek nagy szénhidrogén tartalmuk folytán kisebb sűrűségük van, mint az őket körülvevő vizesfázisnak.

   Ha például egy olyan fermentációs keveréket, amelyet 20% 220—380 °C forráspont tartományú kőolajdesztillátumon és vizes kultúrfolyadékon

   Candida Guilliermondii alkalmazásával fermentáltunk, nyereg idomokkal töltött főzőpohárba öntünk, akkor a keverék mintegy 5 percen belül mintegy 50 térfogatszázalék vizes fázisra és mintegy 50 térfogatszázalék biomassza szuszpenzióra válik szét. További 10 perc alatt nem változnak a térfogat viszonyok, azaz nem következik be további jelentős vízkiválás. Megfigyelhetünk azonban lapos, lassan növekvő vízzárványokat a szuszpenzión belül, amelyek azonban a szuszpenzióból nem távoznak lefelé. Ha most az edény fenekén levő csövön át lassan vizet engedünk az edénybe úgy, hogy a biomassza szuszpenzió felfelé vándoroljon, akkoi megfigyelhetjük, hogy az áramlás alatt a lapos v · ok a nyereg idomok vagy az edény falával c -be kerülve lassan golyó alakot vesznek fel ts ,. úllyednek.

   Ha ugyanezt a Kísérletet nyereg idomok nélkül megismételjük, akkor láthatjuk, hogy a lapos vízzárványokat a szuszpenzió nagy részt felfelé magával viszi. További szisztematikus munkával azt találtuk, hogy a fermentációs lé elválasztási fokát döntően a falfelület és a dekantáló cd én, térfogata arányával és a szuszpenzió térfog-?tá^rí' óv;<' befő lyásolhatjuk.

   Akkor értük el a legnagyobb eivátasz.ási fokot, amikor az edényben lemezek, sziták, nyereg idomok, Raschig-gyűrűk vagy esztergaforgács alkalmazásával járulékos kontaktfelületeket hoztunk létre.

   A határfelületín lejátszódó folyamatok nyilvánvalóan komplex természetűek, és bizonyára a monomolekuláris rétegtKbm adsznrbefdódott szénhidrogéneknek vagy a mikrobák anyagcseretermékei nek is szerepük van. Mindezek azonban együttesen a fermentációs lé elválásának mintegy a kétszeresére történő megnövekedései,en nyilvánulnak meg ugyanolyan körülmények kozott, miként ezt a következő kiviteli példákban még szemléltetni fogjuk.

   Az elválást fox megnövekedése mellett azt is megfigyeltük, hogy <. járulékos kontaktfelületekkel ellátott dekantáló edányen történő átfolyás után a szuszpenzióban lényegesen megnőtt a nagy szénhidrogén cseppek részaránya, ami bizonyára szintén •kedvezően befolyásolja a víz kiválását a szuszpenzióból.

   A vizsgálatok során általában az ilyen folyamatokra jellemző mintegy 0,2-10 ci 1/perc nagyságú szusznenzió áramlási sebességekkel dolgoztunk a dekantáló edénv· en. Nagyobb áramlási sebességek alapvetően negatív irányban befolyásolják a folyamatot, mo'e? ; >..r a cseppek esési sebességét a szuszpenzióban túlléphetjük.

   Kisebb sebességek alkalmazásának az a következménye, hogy az edénynek aránytalanul nagynak kell lennie. Be kell azonban látnunk, hogy ilyen kis áramlási sebességeknél alig lép fel a tejszínszerű szuszpenzió belső szerkezetének zavarása.

   Ha viszont keveréssel kíséreljük meg a zavarást előidézni, akkor sem érünk el kedvező hatást, mivel a keveréssel a víz-agglomerátumokat ismét szétoszlatjuk.

   Kiviteli példák

   A következő táblázatban egy 1,1 m³-es, különböző belső töltettel ellátott dekantáló cella folyamatos üzemére adunk meg kiviteli példákat. A találmány szerinti megoldás effektusának megvilágítására a táblázat első oszlopában egy töltet nélkül elvégzett kontrollkísérlet adatait tüntetjük fel. A többi kísérletban a töltet változásától eltekintve ugyanolyan technológiai paraméterek mellett dolgoztunk.

   A dekantáló cella egy 1 m élhosszú kocka alakú edény volt, melynek feneke egy piramis alakú csúcsban végződik. Ezen keresztül távolítottuk el a kivált fermentációs lét. A termék hozzávezetése a fenékperem felett mintegy 0,3 m magasan elhelyezett három, lyukakkal ellátott elosztó gyűrűn át történt. Az edény felszínén egy végnélküli lánccal meghajtott leszedő berendezés helyezkedik el, amely a víztelenített szuszpenziót egy tartályba továbbítja. Ezeket a dekantáló cellákat egy folyamatosan üzemelő fermentáló berendezésből jövő, mintegy 20% 220—360 °C forráspont tartomány ú kőolajdesztillátumból, 8,1% élesztősejtből (ez mintegy 2,0% szaraz élesztőnek felel meg) és kereken 82% mechanikusan leválasztható vizes fermentációs léből (víz) álló fermentációs keverékkel tápláljuk folyamatosan. A bevezetett mennyiség kereken 2 t/óra. Egy kísérlet kereken 120 óráig tart. A kísérlet alatt a határréteget mintegy az edény fele magasságára állítjuk be konstans módon. Az elválasztási fok meghatározására a víztelenített szuszpenziót kétóránként meganalizáljuk élesztő szárazanyagtartalomra. A következő példákat vizsgáljuk:

   1. példa: kontroll kísérlet töltet nélkül.
2. 2. példa: 0,1 m távolságban belógatott lemezek.
3. 3. példa: egy 0,4 m magasságban levő közti lemeztől felfelé 10 cm átmérőjű kerámiából készült desztillációs nyereg idomok egészen a felső peremig.
4. 4. példa: egy 0,4 m magasságban levő közíi lemeztől felfelé teflon esztergaforgács (0,5 min forgács vastagságú, 5 cm vastag teflon rúdból eszter- ⁵ gált).

   Az 1-4. példákban megadott dekantáló ·-illákkal a következő eredményeket kaptuk:

   10 A példa száma: 1. n 3. 4. Élesztő 15 szárazanyag koncentrátum % 3,01 3,52 4,02 5,51 Vízleválasztás % 41,6 53.0 61,0 77 5 20 % élesztő szárazanyag- 25 artak az elválasztott fermentációs lében 0,016 0,015 0,015 0.014 A táblázatból látható a vízleválasztási foknak a

   kontaktfelület nagyságával való növekedése.

   Szabadalmi igénypont:

   Eljárás vizes fermentációs lé folyamatos elválasztására szénhidrogén-tartalmú biomassza-sznszpenziokból dekantálás útján, azzal jellemezve, hogy a dekantálás során a szuszpen .iót 0,5-10 cin/perc sebességgel fémből vagy szintetikus szerkezeti anyagokból álló lemezek, sziták, nyereg-idomok, Raschig-gyűrűk vagy esztergaforgács alakjában jelen levő kontakt felületeken áramoltatjuk, legfeljebb ⁴⁰ 10 cm³ szuszpenzió/cm² kontaktfelület · ο.. ^ΓΛΙϋleti terhelés mellett áramoltatva.

   A kiadásért felel: a Közgazdasági és Jogi Könyvkiadó igazgatója 824401 - Zrínyi Nyomda, Budapest