RU203069U1

RU203069U1 - GAS SEPARATOR FOR OBTAINING MICROBIAL PROTEIN MASS

Info

Publication number: RU203069U1
Application number: RU2020139438U
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: 2021-03-22

Abstract

Полезная модель относится к газоотделителям, которые используются для получения микробной белковой массы штамма метанокисляющих бактерий, являющихся продуцентом микробной белковой массы, и используемых в сельском хозяйстве для кормления животных.Технический результат - упрощение конструкции, облегчение веса.Указанный технический результат достигается за счет того, что заявлен газоотделитель для получения микробной белковой массы, содержащий емкость, снабженную патрубками для ввода суспензии, отвода суспензии, для ввода воздуха или газа, отличающийся тем, что в нижней части емкости газоотделителя выполнен патрубок для подачи воздуха, на котором установлена форсунка и патрубок отвода суспензии, а в верхней части газоотделителя установлен канал отвода газов, входной патрубок для подачи суспензии и входной патрубок для подачи исходных растворов, при этом к емкости закреплено устройство контроля уровня суспензии в газоотделителе, представляющее собой прозрачный шланг уровня, который одним концом закреплен к отводу в верхней части емкости, а другим концом зафиксирован к отводу, установленному в нижней части емкости.The utility model relates to gas separators that are used to obtain a microbial protein mass of a strain of methane-oxidizing bacteria, which are a producer of a microbial protein mass, and used in agriculture for feeding animals. The technical result is a simplification of the design, a lighter weight. The specified technical result is achieved due to the fact that a gas separator is declared for obtaining a microbial protein mass, containing a container equipped with nozzles for injecting a suspension, withdrawing a suspension, for introducing air or gas, characterized in that an air supply nozzle is made in the lower part of the gas separator tank, on which a nozzle and a suspension outlet are installed, and in the upper part of the gas separator there is a gas outlet channel, an inlet pipe for supplying a suspension and an inlet pipe for supplying initial solutions, while a device for monitoring the level of the suspension in the gas separator is fixed to the container, which is a transparent level hose The end is fixed to the outlet in the upper part of the container, and the other end is fixed to the outlet installed in the lower part of the container.

Description

Полезная модель относится к газоотделителям, которые используются для получения микробной белковой массы штамма метанокисляющих бактерий, являющихся продуцентом микробной белковой массы, и используемых в сельском хозяйстве для кормления животных.The utility model relates to gas separators that are used to obtain 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.Currently, 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 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 H₃PO₄ (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 MgSO₄×7H₂O - 0,105 гMagnesium sulfate MgSO ₄ × 7H ₂ O - 0.105 g

Сульфат железа FeSO₄×7H₂O - 10,75 мгFerrous sulfate FeSO ₄ × 7H ₂ O - 10.75 mg

Сульфат меди CuSO₄×5H2O - 10 мгCopper sulfate CuSO ₄ × 5H2O - 10 mg

Сульфат марганца MnSO4×5H2O - 9,5 мгManganese sulfate MnSO4 × 5H2O - 9.5 mg

Борная кислота H_{3 В}О₃ - 6,25 мгBoric acid H _{3 B} O ₃ - 6.25 mg

Сульфат цинка ZnSO₄×7H₂O - 1,5 мгZinc sulfate ZnSO ₄ × 7H ₂ O - 1.5 mg

Сульфат кобальта CoSO₄×7H₂O - 0,25 мгCobalt sulfate CoSO ₄ × 7H ₂ O - 0.25 mg

Натрий молибденовокислый Na₂MoO₄×2H₂O - 0,25 мгSodium molybdate 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 with a temperature difference from 40 (to 45 ° C, pH 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 RU2720121, 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 RU2720121, 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 0.2-0.3 volumes of the fermenter per hour. Then separation is carried out to obtain 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.

Технической проблемой известных методов получения микробного белка на основе метанокисляющих бактерий является недостаточно эффективное использование средств для удаления из газовой эмульсии углекислого газа и насыщение ее кислородом, что уменьшает количество выработки культуры на единицу времени.A technical problem of the known methods for obtaining microbial protein based on methane-oxidizing bacteria is the insufficiently effective use of means for removing carbon dioxide from a gas emulsion and saturating it with oxygen, which reduces the amount of culture production per unit time.

Известен способ очистки концентрированных органических стоков и устройство для его осуществления по патенту RU2699118, опубликован: 03.09.2019.There is a known method of purification of concentrated organic wastewater and a device for its implementation under the patent RU2699118, published: 09/03/2019.

В аналоге описано использование поточного гравитационного газоотделителя. Конструкция газоотделителя не описана.The analogue describes the use of an in-line gravity gas separator. The design of the gas separator is not described.

Известен флотационный аппарат для выделения из суспензии микробной белковой массы и ее концентрирования, содержащий вертикально установленный корпус, снабженный патрубком ввода и распыления суспензии, эжекционным аэратором, патрубками отвода пены и осветленной суспензии и пеногаситель, состоящий из эжектора, циклона с патрубком отвода жидкого концентрата и уловителя остатков пены с дренажной трубкой (RU 2077572 С1, 20.04.1997).Known flotation apparatus for the separation of a suspension of microbial protein mass and its concentration, containing a vertically mounted housing, equipped with a branch pipe for inlet and spraying the suspension, an ejection aerator, branch pipes for removing foam and clarified suspension and an antifoam agent consisting of an ejector, a cyclone with a branch pipe for removing liquid concentrate and a catcher foam residues with a drainage tube (RU 2077572 C1, 20.04.1997).

Недостаток известного аппарата заключается в том, что в нем не осуществляется осушка пены, что приводит к необходимости осуществлять процесс флотации многократно для достижения требуемого содержания белка в концентрате.The disadvantage of the known apparatus is that it does not dry the foam, which leads to the need to carry out the flotation process many times to achieve the required protein content in the concentrate.

Известен аппарат для выделения из суспензии микробной белковой массы и ее концентрирования, содержащий горизонтально расположенную емкость, разделенную вертикальными перегородками на ряд сообщающихся камер и снабженную патрубками для ввода флотируемой суспензии, отвода пены и осветленной суспензии, аэратором для ввода воздуха или газа в суспензию, подаваемую в первую камеру емкости, и пеногасителями. (SU 258223, 08.05.1970).There is a known apparatus for isolating a microbial protein mass from a suspension and concentrating it, containing a horizontally located container, divided by vertical partitions into a number of communicating chambers and equipped with pipes for introducing a floating suspension, removing foam and clarified suspension, an aerator for introducing air or gas into the suspension supplied to the first chamber of the container, and defoamers. (SU 258223, 05/08/1970).

Пеногасители аппарата расположены вне емкости. Камеры соединены между собой и аэрирующими устройствами, которые также установлены снаружи емкости.The defoamers of the apparatus are located outside the container. The chambers are connected with each other and with aerating devices, which are also installed outside the container.

Недостатком известного аппарата является недостаточно высокая степень выделения микробиальной белковой массы из различных суспензий, а также степень осушки пены, содержащей белок, и ее очистки от различных примесей.The disadvantage of the known apparatus is the insufficiently high degree of separation of the microbial protein mass from various suspensions, as well as the degree of drying of the foam containing protein, and its purification from various impurities.

Наиболее близким аналогом является флотационный аппарат для выделения из суспензии микробной белковой массы и ее концентрирования (патент RU2251568, опубликовано: 10.05.2005), содержащий емкость, разделенную перегородками на ряд сообщающихся камер и снабженную патрубками для ввода флотируемой суспензии, отвода пены и осветленной суспензии, аэратором для ввода воздуха или газа в суспензию, подаваемую в первую камеру емкости, и пеногасителем, отличающийся тем, что перегородки имеют отверстия для перелива суспензии из камеры в камеру и над днищем каждой из них расположены фильтросы для образования мелкодисперсных потоков воздуха или газа, при этом указанный аэратор установлен в первой камере над фильтросами, причем в патрубке осветленной суспензии из последней камеры расположен регулятор уровня жидкости в камерах.The closest analogue is a flotation apparatus for isolating a microbial protein mass from a suspension and its concentration (patent RU2251568, published: 05/10/2005), containing a container divided by partitions into a number of communicating chambers and equipped with nozzles for introducing a floating suspension, removing foam and clarified suspension, an aerator for introducing air or gas into the suspension supplied to the first chamber of the container, and a defoamer, characterized in that the partitions have openings for overflowing the suspension from the chamber into the chamber and filters are located above the bottom of each of them for the formation of finely dispersed streams of air or gas, while the specified aerator is installed in the first chamber above the filters, and a regulator of the liquid level in the chambers is located in the branch pipe of the clarified suspension from the last chamber.

Технической проблемой прототипа является громоздкость конструкции, необходимость разделения колонн перегородками на ряды камер, потребность в фильтросах для образования мелкодисперсных потоков воздуха или газа, которые быстро засоряются.The technical problem of the prototype is the bulkiness of the structure, the need to divide the columns by partitions into rows of chambers, the need for filter rods to form fine air or gas streams that quickly become clogged.

Задачей полезной модели является обеспечить эффективное удаление из газовой эмульсии углекислого газа и насыщение ее кислородом для получения микробного белка на основе метанокисляющих бактерий и устранить недостатки известных технических решений.The task of the utility model is to ensure effective removal of carbon dioxide from the gas emulsion and saturation with oxygen to obtain a microbial protein based on methane-oxidizing bacteria and to eliminate the disadvantages of known technical solutions.

Технический результат - упрощение конструкции, облегчение веса.The technical result is to simplify the design, lighten the weight.

Указанный технический результат достигается за счет того, что заявлен газоотделитель для получения микробной белковой массы, содержащий емкость, снабженную патрубками для ввода суспензии, отвода суспензии, для ввода воздуха или газа, отличающийся тем, что в нижней части емкости газоотделителя выполнен патрубок для подачи воздуха, на котором установлена форсунка и патрубок отвода суспензии, а в верхней части газоотделителя установлен канал отвода газов, входной патрубок для подачи суспензии и входной патрубок для подачи исходных растворов, при этом к емкости закреплено устройство контроля уровня суспензии в газоотделителе, представляющее собой прозрачный шланг уровня, который одним концом закреплен к отводу в верхней части емкости, а другим концом зафиксирован к отводу, установленному в нижней части емкости.The specified technical result is achieved due to the fact that a gas separator is claimed for obtaining a microbial protein mass, containing a container equipped with nozzles for introducing a suspension, withdrawing a suspension, for introducing air or gas, characterized in that an air supply pipe is made in the lower part of the gas separator tank, on which a nozzle and a suspension outlet are installed, and a gas outlet channel, an inlet for suspension supply and an inlet for supplying initial solutions are installed in the upper part of the gas separator, while a device for monitoring the level of the suspension in the gas separator, which is a transparent level hose, is attached to the container, which at one end is fixed to the outlet in the upper part of the container, and at the other end is fixed to the outlet installed in the lower part of the container.

Допустимо, что форсунка подачи воздуха или газа расположенная в нижней части газоотделителя установлена тангенциально к оси газоотделителя и обеспечивает перемешивание суспензии в нижней части газоотделителя.It is possible that the nozzle for supplying air or gas located in the lower part of the gas separator is installed tangentially to the axis of the gas separator and provides mixing of the suspension in the lower part of the gas separator.

Допустимо, что в нижней части газоотделителя установлены две форсунки через которые раздельно подается природный газ и воздух.It is possible that two nozzles are installed in the lower part of the gas separator through which natural gas and air are supplied separately.

Допустимо, что форсунка подачи воздуха или газа расположенная в нижней части газоотделителя снабжена внешним наконечником имеющим конфузорно-диффузорный переход и обеспечивающим более лучшее дробление газовых пузырей и перемешивание их с суспензией.It is possible that the nozzle for supplying air or gas located in the lower part of the gas separator is equipped with an external tip having a converging-diffuser transition and providing better fragmentation of gas bubbles and mixing them with a suspension.

Допустимо, что форсунка подачи суспензии расположена в нижней части газоотделителя ниже уровня суспензии в газоотделителе.It is assumed that the slurry supply nozzle is located in the lower part of the gas separator below the level of the suspension in the gas separator.

Допустимо, что форсунка подачи суспензии расположенная в нижней части газоотделителя установлена тангенциально к оси газоотделителя и обеспечивает перемешивание суспензии в нижней части газоотделителя.It is possible that the suspension supply nozzle located in the lower part of the gas separator is installed tangentially to the axis of the gas separator and provides mixing of the suspension in the lower part of the gas separator.

Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings

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

На Фиг. 2 - Фиг. 3 показан пример конструктивного исполнения газоотделителя.FIG. 2 to FIG. 3 shows an example of the design of the gas separator.

Осуществление полезной моделиImplementation of the utility model

Газоотделитель может использоваться в установках для получения микробной белковой массы штамма метанокисляющих бактерий, схема которой показана на Фиг. 1.The gas separator can be used in installations for obtaining a microbial protein mass of a strain of methane oxidizing bacteria, the diagram of which is shown in FIG. one.

Исходные растворы, необходимые для жизнедеятельности бактерий дозируются из емкостей 5.1-5.9 перистальтическими насосами 11.1-11.9 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 11.1-11.9 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 tube 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 transferred to the 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 bacteria released into the liquid are 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 11.1-11.9, 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 block includes tanks 5.1-5.10, pumps 11.1-11.9, 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.

Исходные растворы, необходимые для жизнедеятельности бактерий дозируются из емкостей 5.1-5.9 перистальтическими насосами 11.1-11.9 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 H₃PO₄, KCl, MgSO₄×7H₂O, FeSO₄×7H₂O, CuSO₄×5H₂O, MnSO₄×5H₂O, H_{3 В}О₃, ZnSO₄×7H₂O, CoSO₄×7H₂O, Na₂MoO₄×2H₂O.The initial solutions necessary for the vital activity of bacteria are dosed from containers 5.1-5.9 by peristaltic pumps 11.1-11.9 into the intermediate tank 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 O, CuSO ₄ × 5H ₂ O, MnSO ₄ × 5H ₂ O, H _{3 В} О ₃ , ZnSO ₄ × 7H ₂ O, CoSO ₄ × 7H ₂ O, Na ₂ MoO ₄ × 2H ₂ O.

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 CH4) 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 11.1-11.9 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 11.1-11.9 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 11.1-11.9 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 flow of pumps 11.1-11.9, you can get the specified 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.

Повышение производительности микробного белка на основе метанокисляющих бактерий обеспечивается ферментацией в замкнутой системе с использованием трубного ферментера, газоотделителя, теплообменника и инжектора.An increase in the productivity of microbial protein based on methane oxidizing bacteria is provided by fermentation in a closed system using a tube fermenter, a gas separator, a heat exchanger and an injector.

При этом, эффективное удаление из газовой эмульсии углекислого газа и насыщение ее кислородом для получения микробного белка на основе метанокисляющих бактерий, осуществляется за счет заявленной конструкции газоотделителя, которая реализована таким образом, что в нижней части емкости газоотделителя выполнен патрубок для подачи воздуха, на котором установлена форсунка и патрубок отвода суспензии, а в верхней части газоотделителя установлен канал отвода газов, входной патрубок для подачи суспензии через форсунку и входной патрубок для подачи исходных растворов, при этом к емкости закреплено устройство контроля уровня суспензии в газоотделителе, представляющее собой прозрачный шланг уровня, который одним концом закреплен к отводу в верхней части емкости, а другим концом зафиксирован к отводу, установленному в нижней части емкости.At the same time, the effective removal of carbon dioxide from the gas emulsion and its saturation with oxygen to obtain a microbial protein based on methane-oxidizing bacteria is carried out due to the declared design of the gas separator, which is implemented in such a way that an air supply pipe is made in the lower part of the gas separator tank. a nozzle and a suspension outlet, and in the upper part of the gas separator there is a gas outlet, an inlet for supplying a suspension through a nozzle and an inlet for supplying initial solutions, while a device for monitoring the level of the suspension in the gas separator is fixed to the container, which is a transparent level hose, which At one end it is fixed to the outlet in the upper part of the container, and at the other end it is fixed to the outlet installed in the lower part of the container.

Такая конфигурация конструкции обеспечивает удаление из газовой эмульсии углекислого газа и насыщение ее кислородом без потребности в наличии нескольких колонн, разделенных на ряды камер, потребность в фильтросах для образования мелкодисперсных потоков воздуха или газа, которые быстро засоряются, потребность в регуляторе уровня жидкости. Таким образом, заявленная полезная модель имеет упрощенную в сравнении с прототипом конструкцию и меньший вес.This design configuration provides removal of carbon dioxide from the gas emulsion and saturating it with oxygen without the need for several columns divided into rows of chambers, the need for filters to form fine air or gas flows that quickly clog, the need for a liquid level regulator. Thus, the claimed utility model has a simplified design in comparison with the prototype and less weight.

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

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

Форсунка газоотделителя может быть выполнена с одним соплом зауженного сечения и внутренними завихрителями потока.The gas separator nozzle can be made with one nozzle with a narrowed section and internal flow swirlers.

Газоотделитель может быть реализован, например, в следующем конструктивном исполнении (см. Фиг. 2 - Фиг. 3).The gas separator can be implemented, for example, in the following design (see Fig. 2 - Fig. 3).

Емкость 17 газоотделителя может быть выполнена цилиндрической и создает барьерное ограничение процесса распыления суспензии, создание буферного объема суспензии исключающего подсасывание газовой фазы в насос, опора верхней крышки и навесного оборудования. Газоотделитель может содержать опору 18, функцией которой является подъем нижней крышки над полом для возможности монтажа трубопроводов. На корпусе емкости 17 может быть установлена крышка 19 для крепления смотрового стекла и форсунки обдува сжатым воздухом, крышки 22 и 24 для ограничения объема газоотделителя, размещение оборудования, подключение трубопроводов.The capacity 17 of the gas separator can be cylindrical and creates a barrier limitation of the suspension spraying process, the creation of a buffer volume of the suspension, excluding the suction of the gas phase into the pump, the support of the upper cover and attachments. The gas separator may include a support 18, the function of which is to raise the bottom cover above the floor to enable piping installation. On the tank body 17, a cover 19 can be installed for attaching a sight glass and a blowing nozzle with compressed air, covers 22 and 24 for limiting the volume of the gas separator, equipment placement, connection of pipelines.

Фланец 23 служит для крепления стекла подсветки 41.Flange 23 is used to fix the backlight glass 41.

Наконечник 25 обеспечивает создание струи воздуха в объеме суспензии, а наконечник 27 - создание жидкостной струи для перемешивания суспензии находящейся в нижней части газоотделителя (задел на возможное изменение схемы стенда и обеспечения нижнего подвода суспензии в газоотделитель).Tip 25 provides for the creation of an air stream in the volume of the suspension, and tip 27 for the creation of a liquid jet for mixing the suspension located in the lower part of the gas separator (reserve for a possible change in the stand layout and ensuring the lower supply of the suspension to the gas separator).

Форсунка газоотделителя образована сужающимся соплом отводного канала и трубкой 26, которая обеспечивает создание воздушно-жидкостной смеси, дробление пузырей воздуха.The gas separator nozzle is formed by a converging nozzle of the branch channel and a tube 26, which creates an air-liquid mixture and breaks up air bubbles.

Для герметизации объема газоотделителя предусмотрены прокладки 28, 29, 30.To seal the volume of the gas separator, gaskets 28, 29, 30 are provided.

Крепление нижней крышки 24 к опоре 18 осуществляется болтами 33, шайбами 38 и гайками 36, а крепление фланца 23 к крышке 22 осуществляется болтами 34 и шайбами 39.The lower cover 24 is fastened to the support 18 by bolts 33, washers 38 and nuts 36, and the flange 23 is fastened to the cover 22 by bolts 34 and washers 39.

Стекло 41 обеспечивает подсветку внутреннего объема газоотделителя.Glass 41 provides illumination of the internal volume of the gas separator.

С помощью хомута 43 осуществляют крепление шланга уровня 92.With the help of the clamp 43, the hose of the level 92 is fastened.

С помощью шпильки 47, шайбы 53 и гайки 50 осуществляют крепление крышки 19 к корпусу емкости 17, а с помощью шпильки 48, шайбы 54 и гайки 51 осуществляют крепление крышек 22 и 24 к корпусу емкости 17.Using a pin 47, a washer 53 and a nut 50, the lid 19 is attached to the body of the container 17, and with the help of the pin 48, the washer 54 and the nut 51, the lids 22 and 24 are fastened to the body of the container 17.

На Фиг. 3 в сечении И-И показанный патрубок подачи сжатого воздуха для очистки стекла используется только для очистки смотрового окна от попавших на него капель (форсунка направлена на стекло). Сжатый воздух в аппарат подводится через форсунку и трубку Вентури, показанную на разрезе М-М (Фиг. 3).FIG. 3 in section II, the shown branch pipe for supplying compressed air for cleaning glass is used only for cleaning the viewing window from drops that have fallen on it (the nozzle is directed at the glass). Compressed air is supplied to the apparatus through a nozzle and a Venturi tube, shown in section MM (Fig. 3).

Ниппелем 56 обеспечивают подвод воздуха к газоотделителю, ниппелем 57 - присоединение трубопроводов подпитки и уровня, а ниппелем 58 - присоединение трубопровода отвода отходящих газов и нижнего подвода суспензии в газоотделитель (задел на возможное изменение схемы).The nipple 56 provides air supply to the gas separator, the nipple 57 connects the make-up and level pipelines, and the nipple 58 connects the exhaust gas outlet and lower suspension supply to the gas separator (reserve for a possible change in the circuit).

Для присоединения сбросного газохода отходящих газов предусмотрена футорка 60, а для присоединение манометра для замера давления перед форсункой - футорка 61.For the connection of the waste gas duct of the flue gases, a 60 is provided, and for the connection of a pressure gauge for measuring the pressure in front of the nozzle - a 61.

С помощью переходника 63 осуществляют присоединение предохранительного клапана и ручного клапана для аварийного сброса давления в газоотделителе.The adapter 63 is used to connect a safety valve and a manual valve for emergency relief of pressure in the gas separator.

Бочата 65 обеспечивает нижний подвод суспензии в газоотделитель (задел на возможное изменение схемы), бочата 66 - подвод суспензии в газоотделитель, а бочата 67 - отвод суспензии из газоотделителя.Bochata 65 provides the bottom supply of the suspension to the gas separator (reserve for a possible change in the scheme), the barrel 66 - the supply of the suspension to the gas separator, and the barrel 67 - the removal of the suspension from the gas separator.

Крепление шланга уровня 92 осуществляют ниппелем 69.The fastening of the level hose 92 is carried out with a nipple 69.

С помощью отвода 71 производят подключение шланга подачи кислорода в газоотделитель, а с помощью отвода 72 обеспечивают нижний подвод суспензии в газоотделитель (задел на возможное изменение схемы).With the help of the outlet 71, the oxygen supply hose is connected to the gas separator, and with the help of the outlet 72, the lower supply of the suspension to the gas separator is provided (reserve for a possible change in the circuit).

Вывод суспензии из газоотделителя обеспечивается через отвод 73, а подвод подвод кислорода в газоотделитель - через отвод 75.The suspension is removed from the gas separator through the outlet 73, and the oxygen supply to the gas separator is provided through the outlet 75.

Полноконусная форсунка 77 обеспечивает распыление суспензии в газоотделителе для образования высокой площади контакта фаз газ-жидкость для ускорения массообмена.The full cone nozzle 77 atomizes the slurry in the gas separator to form a high gas-liquid contact area to accelerate mass transfer.

С помощью пробки 79 производят закрытие нижнего отвода 72 на подвод суспензии в газоотделитель (задел на возможное изменение схемы).With the help of the plug 79, the lower outlet 72 is closed for supplying the suspension to the gas separator (reserve for a possible change in the circuit).

Пробка 80 может использоваться для временного перекрытия отвода 73 при необходимости.The plug 80 can be used to temporarily close off the outlet 73 if necessary.

Тройник 84 используется для подключения манометра с целью измерения давления в газоотделителе, тройник 85 - для присоединения предохранительного клапана и ручного клапана для аварийного сброса давления в газоотделителе, а тройник 86 - для присоединения манометра для замера давления перед форсункой.T-piece 84 is used to connect a pressure gauge to measure the pressure in the gas separator, T-piece 85 is used to connect a safety valve and a manual valve for emergency relief of pressure in the gas separator, and a T-piece 86 is used to connect a pressure gauge to measure the pressure in front of the nozzle.

Отводом 88 присоединяют шланг уровня 92 и трубопровода подпитки.The outlet 88 connects the hose of the level 92 and the make-up pipeline.

Отводом 89 присоединяют трубопровода отвода отходящих газов.The outlet 89 connects the exhaust gas discharge pipe.

Шланг уровня 92 выполнен прозрачным и служит для контроля уровня суспензии в газоотделителе. Шланг уровня 92 является важным и необходимым элементом в работе газоотделителя (поскольку в газоотделителе отсутствует регулятор уровня жидкости), без наличия которого контроль уровня суспензии обеспечить невозможно.The hose of the level 92 is made transparent and serves to control the level of the suspension in the gas separator. The level hose 92 is an important and necessary element in the operation of the gas separator (since there is no liquid level regulator in the gas separator), without which it is impossible to control the slurry level.

Согласно вышеописанным принципу работы и описанию функциональных особенностей элементов газоотделителя следует, что он обеспечивает решение задачи по эффективному удалению из газовой эмульсии углекислого газа и насыщение ее кислородом для получения микробного белка на основе метанокисляющих бактерий.According to the above-described principle of operation and the description of the functional features of the gas separator elements, it follows that it provides a solution to the problem of efficiently removing carbon dioxide from the gas emulsion and saturating it with oxygen to obtain a microbial protein based on methane-oxidizing bacteria.

Claims

1. A gas separator for obtaining a microbial protein mass, containing a container equipped with nozzles for entering a suspension, removing a suspension, for introducing air or gas, characterized in that in the lower part of the gas separator tank there is an air supply pipe, on which a nozzle and a suspension withdrawal pipe are installed , and in the upper part of the gas separator there is a gas outlet channel, an inlet pipe for supplying a suspension and an inlet pipe for supplying initial solutions, while a device for monitoring the level of the suspension in the gas separator is fixed to the container, which is a transparent level hose, which is fixed at one end to the outlet in the upper part of the container, and the other end is fixed to the outlet installed in the lower part of the container.

2. The gas separator according to claim 1, characterized in that an air or gas supply nozzle located in the lower part of the gas separator is installed tangentially to the axis of the gas separator and provides mixing of the suspension in the lower part of the gas separator.

3. Gas separator according to claim 1 and 2, characterized in that two nozzles are installed in the lower part of the gas separator, through which natural gas and air are supplied separately.

4. Gas separator according to claims 1 to 3, characterized in that the nozzle for supplying air or gas, located in the lower part of the gas separator, is equipped with an external tip having a converging-diffuser transition and providing better fragmentation of gas bubbles and mixing them with the suspension.

5. Gas separator according to claims 1-4, characterized in that the slurry supply nozzle is located in the lower part of the gas separator below the level of the slurry in the gas separator.

6. The gas separator according to claim 5, characterized in that the slurry supply nozzle located in the lower part of the gas separator is installed tangentially to the axis of the gas separator and provides mixing of the suspension in the lower part of the gas separator.