RU1824438C - Method of aeration of culture liquid of microorganisms - Google Patents

Method of aeration of culture liquid of microorganisms

Info

Publication number
RU1824438C
RU1824438C SU914916768A SU4916768A RU1824438C RU 1824438 C RU1824438 C RU 1824438C SU 914916768 A SU914916768 A SU 914916768A SU 4916768 A SU4916768 A SU 4916768A RU 1824438 C RU1824438 C RU 1824438C
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
oxygen
gas
liquid
aeration
vacuum
Prior art date
Application number
SU914916768A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Василий Львович Борисов
Анатолий Макарович Кузнецов
Юрий Петрович Боярчук
Николай Сергеевич Андреев
Original Assignee
Иркутский научно-исследовательский и конструкторский институт химического машиностроения
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Иркутский научно-исследовательский и конструкторский институт химического машиностроения filed Critical Иркутский научно-исследовательский и конструкторский институт химического машиностроения
Priority to SU914916768A priority Critical patent/RU1824438C/en
Application granted granted Critical
Publication of RU1824438C publication Critical patent/RU1824438C/en

Links

Landscapes

  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Abstract

Использование: микробиологическа  промышленность, культивирование микроорганизмов п жидкой среде при аэрации. Сущность изобретени : способ предусматривает непрерывную подачу газа под слой культуральной жидкости в ферментере и отвод отработанного газа, при этом емкость ферментера герметизируют и создают в ней рэзрсм еиие путем откачки отработанного газа вакуум-насосом, а степень разрежени  поддерживают в пределах, соответствующих температуре кипени  культуральной жидкости в оптимальном интервале культи- оировани  микроорганизмов 32 - 38°С, причем в качестве аэрирующего газа подают технический кислород, 1 ил.Usage: microbiological industry, the cultivation of microorganisms in a liquid medium during aeration. The inventive method involves the continuous supply of gas under a layer of culture fluid in the fermenter and the discharge of exhaust gas, while the fermenter tank is sealed and created in it by pumping the exhaust gas with a vacuum pump, and the degree of vacuum is maintained within the limits corresponding to the boiling point of the culture fluid in the optimal cultivation interval of microorganisms 32 - 38 ° C, technical oxygen being supplied as aeration gas, 1 sludge.

Description

Изобретение относитс  к микробиологической промышленности, в частности, к способам аэрации в процессах культивировани  микроорганизмов, утилизирующих метанол, этанол, н-парафины, гидролизаты, сульфитные щелока, отходы сельскохоз йственного производства и т.д.The invention relates to the microbiological industry, in particular, to aeration methods in the cultivation of microorganisms utilizing methanol, ethanol, n-paraffins, hydrolysates, sulphite liquor, agricultural waste, etc.

Цель изобретени  - снижение энергозатрат и увеличение коэффициента исполь; зовани  газообразного субстрата.The purpose of the invention is to reduce energy consumption and increase utilization; providing a gaseous substrate.

Это достигаетс  тем, что способ аэрации при культивировании микроорганизмов , предусматривающий непрерывную аэрацию жидкой фазы с распределенными в ней компонентами субстрата осуществл ют под вакуумом, герметизиру  емкость соответствующим температуре кипени  жидкой фазы, равной оптимальной температуре культивировани . При этом снижаетс  температура начала кипени  воды. Аэрирующий газ. поступа  в слой жидкостиThis is achieved by the fact that the method of aeration during the cultivation of microorganisms, involving continuous aeration of the liquid phase with the components of the substrate distributed in it, is carried out under vacuum, sealing the container with the appropriate boiling point of the liquid phase equal to the optimal cultivation temperature. In this case, the boiling point of water decreases. Aerating gas. entering the fluid layer

через диспергирующее устройство  вл етс  инициатором образовани  паровых каверн. Вскипа  паровые пузырьки сталкиваютс , дроб тс  и перемешиваютс  в слое жидкости . Поверхностный слой границы пар, газ- жидкость активно турбулизуетс  за счет испар ющихс  с этой поверхности молекул воды. При устойчивом режиме кипени , скорость испарени  жидкой фазы на несколько пор дков превосходит требуемую скорость растворени  аэрирующего газа в жидкости и процесс, аэрации будет лимитироватьс  подводом тепла требуемого дл  испарени . Очевидно, что в данном случае скорость массопередачи будут определ тьс  скоростью подвода свежего газа к границе раздела фаз, т.е. количеством подаваемого на аэрацию газа.through a dispersing device, it initiates the formation of steam caverns. In a boiling manner, the vapor bubbles collide, crush, and mix in a layer of liquid. The surface layer of the vapor-gas interface is actively turbulized due to water molecules evaporating from this surface. With a stable boiling mode, the rate of evaporation of the liquid phase is several orders of magnitude higher than the required rate of dissolution of the aerating gas in the liquid and the process, aeration will be limited by the supply of heat required for evaporation. Obviously, in this case, the mass transfer rate will be determined by the rate of supply of fresh gas to the phase boundary, i.e. the amount of gas supplied to aeration.

При культивировании микроорганизмов лимитирование процесса будет находитьс  в области перехода границы жидкость-клет (ЛDuring the cultivation of microorganisms, the limitation of the process will be in the transition region of the liquid-cage boundary (L

СWITH

;оо; oo

юYu

4 4 ;СО OD4 4; CO OD

к , и определ етс  скоростью биосинтеза, но п любом случае скорость переноса кислорода будет выше, чем в традиционных способах аэрации, так как энерги  вводима  и аппарат извне (мешалками, насосами, эжекторами и т.д.) п основном тратитс  на создание поверхности контакта фаз, и на преодоление сопротивлени  поверхностного сло  жидкой фазы на границе раздела газ-жидкость, В предлагаемом способе эта энерги  подводитс  изнутри за счет тепла, выдел емого биохимической реакцией.k, and is determined by the rate of biosynthesis, but in any case, the oxygen transfer rate will be higher than in traditional aeration methods, since energy is introduced and the apparatus from the outside (mixers, pumps, ejectors, etc.) is mainly spent on creating a contact surface phases, and to overcome the resistance of the surface layer of the liquid phase at the gas-liquid interface. In the proposed method, this energy is supplied from the inside by the heat generated by the biochemical reaction.

Процесс массопередачи кислорода переходит из диффузионной области (в которойосновноесопротивление сосредоточено из границе раздела газ-жидкость ) в кинетическую и определ етс  скорость подвода тепла, получаемого в результате биохимической реакции, таким образом процесс становитс  автомодельным . Все тепло в оптимальном дл  ведени  процесса ферментации идет на испарение воды. При этом, посто нно обновл етс  по- перхность раздела фаз и ускор етс  массо- передача аэрирующего газа - основного компонента питани  микроорганизмов. При культив 1ровании микроорганизмов обща  скорость ферментации будет определ тьс  кинематическими характеристиками штаммов культуры микроорганизмов,The process of oxygen mass transfer passes from the diffusion region (in which the main resistance is concentrated from the gas-liquid interface) to the kinetic one and the rate of heat input resulting from the biochemical reaction is determined, thus the process becomes self-similar. All the heat that is optimal for the fermentation process goes to the evaporation of water. At the same time, the phase separation surface is constantly updated and the mass transfer of the aerating gas, the main component of the nutrition of microorganisms, is accelerated. When cultivating microorganisms, the overall fermentation rate will be determined by the kinematic characteristics of the microorganism culture strains,

На чертеже схематично изображена схема предлагаемого способа аэрации при культивировании микроорганизмов.The drawing schematically shows a diagram of the proposed method of aeration during the cultivation of microorganisms.

Ферментатор представл ет собой емкость 1 с установленным в ней газораспре- делтелем 2 кислорода, штуцеры 3 подачи кислорода, штуцером 4 выхода отработанной парогазовой смеси и 5 дл  отбора дрож- жеоой суспензии, и встроенного каплеотделител  0. Отработанна  газова  смесь отсасываетс  вакуум-насосом 7 и поступает в заводскую систему очистки или на рециркул цию дл  отбора оставшегос  кислорода и его возвращени  на аэрацию.The fermenter is a container 1 with an oxygen distributor 2 installed in it, oxygen supply nozzles 3, an outlet 4 for exhausting the vapor-gas mixture and 5 for selecting the yeast suspension, and an integrated droplet separator 0. The exhaust gas mixture is sucked off by the vacuum pump 7 and enters a factory purification system or recirculation to collect the remaining oxygen and return it to aeration.

Преимуществом предлагаемого способа аэрации лвл етс  автомодельность процесса выращивани  микроорганизмов. Чем больше тепла будет выдел тьс  при ферментации , тем интенсивнее процесс испарени  и, соответственно скорость массопередачи кислорода. В аппарате реализующем предлагаемый способ исчезнет необходимость использовани  теплообменников , перемешивающих устройств, диффузоров и вообще любых внутренних устройств за исключением аэраторов.The advantage of the proposed aeration method is the self-similarity of the process of growing microorganisms. The more heat will be generated during fermentation, the more intensive the evaporation process and, accordingly, the mass transfer rate of oxygen. In the apparatus implementing the proposed method, the need to use heat exchangers, mixing devices, diffusers, and generally any internal devices with the exception of aerators will disappear.

Пример1.В аппарате рабочим объемом 1 м культивируют дрожжи, ассимилирующие и-злканы.Example 1. In an apparatus with a working volume of 1 m, yeast assimilating i-zlkans is cultivated.

00

55

00

55

00

Основным газообразным компонентом питани   вл етс  кислород (подавать воздух невыгодно, так как сдувка образующегос  диоксида углерода происходит паром, образующимс  при кипении.The main gaseous component of the feed is oxygen (it is disadvantageous to supply air, since the resulting carbon dioxide is blown off by steam generated during boiling).

В аппарат подают растворы минеральных солей, воду, субстрат, засевные дрожжи , включают подачу технического кислорода и начинают откачивать парогазовую смесь вакуум-насосом.Mineral salt solutions, water, substrate, sowing yeast are supplied to the apparatus, the supply of technical oxygen is turned on, and the gas-vapor mixture is pumped out with a vacuum pump.

Процесс культивировани  осуществл ют при ...34°C.The cultivation process is carried out at ... 34 ° C.

Необходимо достичь величины абсолютного давлени  0,05 кгс/см, чтобы вода закипела. Удельна  скорость роста микроорганизмов составл ет 3 кг/м3-час . При этом выдел етс  180 ккал тепла.An absolute pressure value of 0.05 kgf / cm must be achieved for the water to boil. The specific growth rate of microorganisms is 3 kg / m3-hour. This produces 180 kcal of heat.

При удельной теплоте паробразовани  примерно 600 ккал/кг будет испар тьс  около 30 кг воды, что даст 750 м3/час пара. Необходимое количество кислорода составит 6 кг 02/час или 8,5 м3 02/час.At a specific heat of vaporization of about 600 kcal / kg, about 30 kg of water will evaporate, resulting in 750 m3 / hour of steam. The required amount of oxygen will be 6 kg 02 / hour or 8.5 m3 02 / hour.

Учитыва , что степень использовани  в лучших на сегодн шний день аппаратах редко превышает 25...30%.принимаем расход кислорода 30 м /час. При этом выделитс  немного более 4 кг углекислого газа, или 8 кг С02/час.Taking into account that the degree of use in the best apparatuses today rarely exceeds 25 ... 30%. We take an oxygen consumption of 30 m / h. A little more than 4 kg of carbon dioxide, or 8 kg of CO2 / hour, is released.

Общее количество отбираемого пара, необходимое дл  поддержани  оптималь-. ной температуры кипени  (до 35°С) составит 800 м3/ч. Удельные затраты энергии состав т около 4,0 кВт/м3. Исследовани ми установлено , что при культивировании дрожжей 5 на н-алканах при удельной мощности перемешивани  4,0 кВт/м3 степень использовани  кислорода составл ет, %:The total amount of steam withdrawn necessary to maintain optimum. boiling temperature (up to 35 ° С) will be 800 m3 / h. The specific energy consumption is about 4.0 kW / m3. Studies have found that when culturing yeast 5 on n-alkanes with a specific mixing power of 4.0 kW / m3, the degree of oxygen utilization is,%:

дл  аппаратов с механическим перемешиванием 20% 0 дл  аппаратов колонного типа 15%.for apparatuses with mechanical stirring 20% 0; for apparatuses of column type 15%.

Дл  предлагаемого способа степень использовани  кислорода составит 25...28%.For the proposed method, the degree of utilization of oxygen will be 25 ... 28%.

Пример 2. В аппарате, рабочим объемом 10,0 м культивируют гидролизные 5 дрожжи.Example 2. In the apparatus, with a working volume of 10.0 m, 5 yeast hydrolysis is cultivated.

Потребность в кислороде, при удельной производительности 1,5 кг/м3.ч, составит 10,0 м3. Требуемый расход технического кислорода около 40,0 м3/час. 0 При этом, выделитс  8,0 м3/чЗс диоксида углерода. В аппарате создают подушку из растворов солей и микроэлементов, воды , заливают засевные дрожжи, гключают подачу аэрирующего газа-кислорода. 5 При достижении определенным технологическим регламентом концентрации биомассы включают две вакуум-установки общей производительностью 1100 м3/час.The oxygen demand, with a specific productivity of 1.5 kg / m3 / h, will be 10.0 m3. The required consumption of technical oxygen is about 40.0 m3 / hour. 0 In this case, 8.0 m3 / hZs of carbon dioxide will be released. A pillow is created in the apparatus from solutions of salts and trace elements, water, seed yeast is poured, the flow of aerating gas-oxygen is turned off. 5 When the biomass concentration reaches a certain technological regulation, two vacuum units with a total capacity of 1100 m3 / h are included.

Установленна  мощность - 19 кВт. Количество парогазовой смеси, отбираемое изInstalled power - 19 kW. The amount of gas-vapor mixture taken from

аппарата с целью поддержани  режима кипени  (37...38°С, Р - 0,05 кгс/см7) определ етс  как сумма испар емой воды и аэрирующего газа и составл ет 11250, О м3/час, при этом общее количество парогазовой смеси составит 11,5 тыс.м /час; удельна  мощность перемешивани  2 кВт/м3; степень использовани  кислорода не менее 20...25%. тогда как в существующих системах ферментации не более 5...10%.apparatus to maintain the boiling mode (37 ... 38 ° C, P - 0.05 kgf / cm7) is defined as the sum of the evaporated water and aerating gas and is 11250, О m3 / h, while the total amount of gas-vapor mixture will amount to 11.5 thousand m / h; specific stirring power 2 kW / m3; degree of utilization of oxygen not less than 20 ... 25%. whereas in existing fermentation systems no more than 5 ... 10%.

Движуща  сила массопередачи кислорода в данном процессе пропорциональна его парциальному давлению в газовой фазе и в целом, по сравнению с аэрацией в нормальных услови х, будет ниже. Из основного уравнени  массопередачи следует, что в предлагаемом способе при уменьшении движущей силы кислорода пропорционально снижению парциального давлени  кислорода возрастет объемный коэффициент массопередачи, во-первых, за счет существенного увеличени  поверхности контакта фаз, т.к. нар ду с обычной аэрацией будетThe driving force for the mass transfer of oxygen in this process is proportional to its partial pressure in the gas phase and, in general, will be lower compared to aeration under normal conditions. From the main mass transfer equation it follows that in the proposed method, when the driving force of oxygen is reduced in proportion to the decrease in the partial pressure of oxygen, the volumetric mass transfer coefficient will increase, firstly, due to a significant increase in the phase contact surface, since along with ordinary aeration will

1010

15fifteen

20twenty

точено основное сопротивление массопере- носу (80-90) от общего времени массопередачи ). Следовательно, скорость сорбции кислорода останетс  неизменной при сохранении посто нной удельной мощности перемешивани .sharpened the main resistance to mass transfer (80-90) of the total mass transfer time). Consequently, the oxygen sorption rate will remain unchanged while maintaining a constant specific mixing power.

При этом степень использовани  кислорода возрастет в 2 и более раза, что позволит снизить удельные энергозатраты на аэрацию.At the same time, the degree of oxygen utilization will increase by a factor of 2 or more, which will reduce the specific energy consumption for aeration.

Claims (1)

Формула изобретени  Способ аэрации культуральной жидкости микроорганизмов, предусматривающий непрерывную подачу газа под слой жидкости в емкость ферментера и последующий отвод отработанного газа, отличающийс  тем, что, с целью снижени  энергозатрат и увеличени  коэффициента использовани  газообразного субстрата, емкость ферментера герметизируют и создают в ней разрежение путем откачки отработанного газа вакуум-насосом, при этом степень разрежени  поддерживают в преVl/Ow I 14 Aiy Ч W/Of т Jr I r j ..-..--(.- p-. « . ,SUMMARY OF THE INVENTION A method for aerating a culture liquid of microorganisms, which provides for continuous supply of gas under a liquid layer into a fermenter vessel and subsequent exhaust gas discharge, characterized in that, in order to reduce energy consumption and increase the utilization rate of the gaseous substrate, the fermenter vessel is sealed and creates a vacuum therein by pumping the exhaust gas by a vacuum pump, while the degree of vacuum is maintained in the preVl / Ow I 14 Aiy × W / Of t Jr I rj ..-..-- (.- p-. “., иметь место обьемное кипение жидкой фа- 25 делах, соответствующих температуре кипеэы . а во-вторых, за счет уменьшени  сопротивлени  диффузии кислорода через пограничный слой газ-жидкость. При кипении жидкости именно в этом слое сосредо 6Lthere is a voluminous boiling of liquid liquids corresponding to the temperature of the vapor. and secondly, by reducing the resistance to oxygen diffusion through the gas-liquid boundary layer. When boiling liquid, it is in this layer that concentrates 6L II ПОBY ни  культуральной жидкости в оптимальном интервале культивировани  микроорганизмов 32 - 38°С, причем в качестве аэрирующего газа подают технический кислород.no culture fluid in the optimal range of microorganism cultivation of 32-38 ° C, and technical oxygen is supplied as the aeration gas. 00 55 00 точено основное сопротивление массопере- носу (80-90) от общего времени массопередачи ). Следовательно, скорость сорбции кислорода останетс  неизменной при сохранении посто нной удельной мощности перемешивани .sharpened the main resistance to mass transfer (80-90) of the total mass transfer time). Consequently, the oxygen sorption rate will remain unchanged while maintaining a constant specific mixing power. При этом степень использовани  кислорода возрастет в 2 и более раза, что позволит снизить удельные энергозатраты на аэрацию.At the same time, the degree of oxygen utilization will increase by a factor of 2 or more, which will reduce the specific energy consumption for aeration. Формула изобретени  Способ аэрации культуральной жидкости микроорганизмов, предусматривающий непрерывную подачу газа под слой жидкости в емкость ферментера и последующий отвод отработанного газа, отличающийс  тем, что, с целью снижени  энергозатрат и увеличени  коэффициента использовани  газообразного субстрата, емкость ферментера герметизируют и создают в ней разрежение путем откачки отработанного газа вакуум-насосом, при этом степень разрежени  поддерживают в ..-..--(.- p-. « . ,SUMMARY OF THE INVENTION A method for aerating a culture liquid of microorganisms, which provides for continuous supply of gas under a liquid layer into a fermenter vessel and subsequent exhaust gas discharge, characterized in that, in order to reduce energy consumption and increase the utilization rate of the gaseous substrate, the fermenter vessel is sealed and creates a vacuum therein by pumping exhaust gas by a vacuum pump, while the degree of vacuum is maintained in ..-..-- (.- p-. "., 5 делах, соответствующих температуре кипеделах , соответствующих температуре кипе5 cases corresponding to the temperature of the kipedels, corresponding to the temperature of the bale ни  культуральной жидкости в оптимальном интервале культивировани  микроорганизмов 32 - 38°С, причем в качестве аэрирующего газа подают технический кислород.no culture fluid in the optimal range of microorganism cultivation of 32-38 ° C, and technical oxygen is supplied as the aeration gas. Ошрайомамые газь/ NO ovucsnxy о узел рециркул цииOshrayomamye gaz / NO ovucsnxy about the recirculation node
SU914916768A 1991-03-05 1991-03-05 Method of aeration of culture liquid of microorganisms RU1824438C (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU914916768A RU1824438C (en) 1991-03-05 1991-03-05 Method of aeration of culture liquid of microorganisms

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU914916768A RU1824438C (en) 1991-03-05 1991-03-05 Method of aeration of culture liquid of microorganisms

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU1824438C true RU1824438C (en) 1993-06-30

Family

ID=21563641

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU914916768A RU1824438C (en) 1991-03-05 1991-03-05 Method of aeration of culture liquid of microorganisms

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU1824438C (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Виестур У.Э. и др. Системы ферментации. Рига: ЗИНАТНЕ, 1986. с.52,53. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2580646C1 (en) Fermentation apparatus for methane-assimilating microorganisms
US4426450A (en) Fermentation process and apparatus
US3968035A (en) Super-oxygenation method
RU2607782C1 (en) Bioreactor for growing methane-recycling microorganisms
JPS60132698A (en) Step type anaerobic reaction tank
CN101563138A (en) Recovery of volatile products from fermentation broth
US4036699A (en) Fermentation apparatus and method
CN103917652B (en) Start the method being used for being prepared the deep trouth anaerobic fermentation reactor of oxygen-containing organic compound by carbon monoxide and hydrogen
Finney et al. Anaerobic digestion: the rate-limiting process and the nature of inhibition
EP1458845A2 (en) Process and apparatus for performing a gas-sparged reaction
JPH0687784B2 (en) Method and apparatus for performing microbiological or enzymatic treatment
US3969190A (en) Apparatus and method for microbial fermentation in a zero gravity environment
RU2236451C1 (en) Aerobic liquid phase fermentation apparatus
US6551805B2 (en) Fermentation method for producing high concentration carbon dioxide product
RU2762273C2 (en) Installation for producing biomass of aerobic microorganisms
RU1824438C (en) Method of aeration of culture liquid of microorganisms
EP3592835B1 (en) Aerobic fermentation systems and methods
RU2743581C1 (en) Fermentation plant for cultivation of methane-oxidizing bacteria methylococcus capsulatus
RU2585666C1 (en) Device for cultivation of methane-oxidising microorganisms
Thalasso et al. Design and performance of a bioreactor equipped with a venturi injector for high gas transfer rates
Onken et al. An airlift fermenter for continuous cultures at elevated pressures
RU2769129C1 (en) Fermentation plant for cultivation of methylococcus capsulatus methane-oxidizing bacteria
JP3375171B2 (en) Biological treatment of wine cellar wastewater.
RU2324730C2 (en) Bioreactor for carrying out aerobic microbiological processes
JP6828064B2 (en) Solid fermentation reactor with active support material