RU2814474C2 - Improved loop fermenter - Google Patents

Improved loop fermenter Download PDF

Info

Publication number
RU2814474C2
RU2814474C2 RU2021123683A RU2021123683A RU2814474C2 RU 2814474 C2 RU2814474 C2 RU 2814474C2 RU 2021123683 A RU2021123683 A RU 2021123683A RU 2021123683 A RU2021123683 A RU 2021123683A RU 2814474 C2 RU2814474 C2 RU 2814474C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fermentation
loop
reactor
upper reservoir
gas
Prior art date
Application number
RU2021123683A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2021123683A (en
Inventor
Иб КРИСТЕНСЕН
Original Assignee
Унибио А/С
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 Унибио А/С filed Critical Унибио А/С
Publication of RU2021123683A publication Critical patent/RU2021123683A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2814474C2 publication Critical patent/RU2814474C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: fermentation.
SUBSTANCE: fermentation reactor including a loop part and an upper tank, wherein this loop part includes a downflow part connected to an upflow part through a U-shaped part, wherein the upper tank includes: (i) a first outlet connecting the upper tank having a downflow part of the loop part and allowing the fermentation liquid present in the upper tank to flow from the upper tank to the loop part; (ii) a first inlet connecting the upper tank to the upflow part of the loop part and allowing the fermentation liquid present in the loop part to flow from the loop part to the upper tank; and (iii) a vent pipe to discharge waste gases from the upper tank. The upper tank further includes a visual observation means located at an end of the upper tank providing a view from the first inlet to the first outlet with a substantially horizontal field of view.
EFFECT: invention provides visual monitoring of the development of foaming during fermentation.
7 cl, 1 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеField of technology to which the invention relates

Настоящее изобретение относится к улучшенному ферментационному реактору. В частности, настоящее изобретение относится к улучшенному ферментационному реактору, включающему петлевую часть и верхний резервуар.The present invention relates to an improved fermentation reactor. In particular, the present invention relates to an improved fermentation reactor including a loop portion and an upper tank.

Уровень техникиState of the art

При ферментации на метанотрофных организмах дегазация в верхнем резервуаре имеет предельную важность, поскольку недостаточная дегазация ферментационной жидкости приводит к высвобождению газообразных отходов, подобных СО2, которые в определенных количествах могут накапливаться и становиться токсичными для метанотрофных организмов, осуществляющих ферментацию в ферментационном реакторе. In methanotrophic fermentations, degassing in the overhead tank is of utmost importance because insufficient degassing of the fermentation liquid results in the release of waste gases like CO 2 which, in certain quantities, can accumulate and become toxic to the methanotrophic organisms fermenting in the fermentation reactor.

Во время ферментации при использовании ферментационного реактора, включающего петлевую часть и верхний резервуар и также называемого петлевым реактором, ферментационная жидкость циркулирует, переходя из верхнего резервуара в часть с нисходящим потоком через U-образную часть в часть с восходящим потоком и возвращаясь в верхний резервуар. При поступлении ферментационной жидкости в верхний резервуар вследствие доступности в верхнем резервуаре свободного пространства над уровнем жидкости развивается пенообразование. During fermentation, using a fermentation reactor including a loop portion and an upper reservoir, also called a loop reactor, the fermentation liquid circulates from the upper reservoir to the downflow portion, through the U-shaped portion to the upflow portion, and returns to the upper reservoir. When fermentation liquid enters the upper reservoir, foaming develops due to the availability of free space above the liquid level in the upper reservoir.

Управление развитием пенообразования во время ферментации является важным, поскольку чрезмерно большое пенообразование может создавать риск возникновения процесса ферментации, при котором чрезмерно обширное пенообразование может увеличивать риск возникновения взрывов, поскольку газ в пене в основном может представлять собой метан, а при высвобождении газа концентрация метана может значительно увеличиться и создавать соотношение с кислородом в пределах области взрываемости.Controlling the development of foaming during fermentation is important because excessive foaming can create a risk of a fermentation process in which excessive foaming can increase the risk of explosions because the gas in the foam may primarily be methane, and when the gas is released, the concentration of methane can be significant. increase and create a ratio with oxygen within the explosive range.

В случае образования избыточных количеств пены используют противопенообразователь, следствием чего могут быть приостановление процесса ферментации и появление риска возможного перезапуска процесса ферментации.In case of formation of excessive amounts of foam, an antifoaming agent is used, which may result in the suspension of the fermentation process and the risk of a possible restart of the fermentation process.

В целях управления обширным пенообразованием традиционно используют электронные детекторы или датчики пены. Однако, вызов, бросаемый при использовании электронных детекторов/датчиков пены, заключается том, что при их активировании процесс ферментации прекращается, и время от времени процесс ферментации должен быть запущен заново. Другая возможность может заключаться в увеличении противопенообразования для ферментационной жидкости в целях уменьшения развития пенообразования в соответствии с представленным выше описанием изобретения при использовании средств «обработки» в отношении избыточного развития пенообразования. Как это упоминалось прежде, недостатки использования противопенообразователей заключаются в образовании газа, ответственного за нарастание пены, в основном метаном и при его высвобождении концентрация метана в верхнем резервуаре мгновенно и значительно увеличивается. При высоком уровне пены концентрация метана становится еще более увеличенной, и соотношение между метаном и кислородом может оказаться в пределах области взрываемости, чего необходимо избегать. Кроме того еще, при добавлении к ферментационной жидкости пенообразователей дегазация может быть ухудшенной, и добавление метана должно быть прекращено, и клетки периодически могут страдать от голода.Electronic foam detectors or sensors have traditionally been used to control extensive foaming. However, the challenge with using electronic foam detectors/sensors is that when they are activated, the fermentation process stops and from time to time the fermentation process must be restarted. Another possibility may be to increase the anti-foaming of the fermentation liquid in order to reduce the development of foaming in accordance with the above description of the invention, using "treatments" in relation to excessive development of foaming. As mentioned before, the disadvantages of using anti-foam agents are the formation of the gas responsible for foam build-up, mainly methane, and when this is released, the concentration of methane in the upper reservoir instantly and significantly increases. At high foam levels, the concentration of methane becomes even higher and the ratio between methane and oxygen may fall within the explosive range, which must be avoided. In addition, when foaming agents are added to the fermentation liquid, degassing may be impaired, and the addition of methane must be stopped, and the cells may periodically suffer from starvation.

Таким образом, был бы преимущественным улучшенный ферментационный реактор, и, в частности, более эффективный и/или надежный ферментационный реактор, в котором возможно управлять как недостаточным пенообразованием, так и чрезмерно обширным пенообразованием, в котором дегазация может быть улучшена, в котором задержки уменьшаются или исключаются, а затраты могут быть понижены тогда, когда ферментация на метанотрофных организмах была бы преимущественной.Thus, an improved fermentation reactor would be advantageous, and in particular a more efficient and/or reliable fermentation reactor in which it is possible to control both under-foaming and excessive foaming, in which degassing can be improved, in which delays are reduced or are excluded, and costs can be reduced when fermentation on methanotrophic organisms would be preferential.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Таким образом, одна цель настоящего изобретения относится к улучшенному ферментационному реактору.Thus, one object of the present invention relates to an improved fermentation reactor.

В частности, одна цель настоящего изобретения заключается в предложении ферментационного реактора, который разрешает вышеупомянутые проблемы предшествующего уровня техники, связанные с дегазацией, и в то же самое время избегает чрезмерно избыточного пенообразования при уменьшении риска возникновения взрывов, риска возможного прекращения процесса ферментации и время от времени возможного его запуска заново.In particular, one object of the present invention is to provide a fermentation reactor that solves the above-mentioned problems of the prior art associated with degassing, and at the same time avoids excessive excessive foaming while reducing the risk of explosions, the risk of possible termination of the fermentation process and the occasional possible restart.

Таким образом, один аспект изобретения относится к ферментационному реактору, включающему петлевую часть и верхний резервуар, при этом упомянутая петлевая часть включает часть с нисходящим потоком, соединенную с частью с восходящим потоком через U-образную часть, где верхний резервуар включает:Thus, one aspect of the invention relates to a fermentation reactor including a loop portion and an upper reservoir, wherein said loop portion includes a downflow portion connected to an upflow portion through a U-shaped portion, wherein the upper reservoir includes:

(i) первое выпускное отверстие, соединяющее верхний резервуар с частью с нисходящим потоком петлевой части и делающее возможным перетекание ферментационной жидкости, присутствующей в верхнем резервуаре, из верхнего резервуара в петлевую часть;(i) a first outlet connecting the upper reservoir to the downflow portion of the loop portion and allowing the fermentation liquid present in the upper reservoir to flow from the upper reservoir to the loop portion;

(ii) первое впускное отверстие, соединяющее верхний резервуар с частью с восходящим потоком петлевой части и делающее возможным перетекание ферментационной жидкости, присутствующей в петлевой части, из петлевой части в верхний резервуар; и(ii) a first inlet connecting the upper reservoir to the upflow portion of the loop portion and allowing the fermentation liquid present in the loop portion to flow from the loop portion to the upper reservoir; And

(iii) вентиляционную трубу для выгрузки отходящих газов из верхнего резервуара; (iii) a vent pipe to discharge waste gases from the upper tank;

гдеWhere

верхний резервуар, кроме того, включает средство визуального наблюдения. the upper reservoir further includes a means of visual observation.

Другой аспект настоящего изобретения относится к процессу ферментации на, по меньшей мере, одном метанотрофном организме или совместной ферментации, включающей, по меньшей мере, один метанотрофный организм, где способ включает стадию: Another aspect of the present invention relates to a fermentation process involving at least one methanotrophic organism or co-fermentation involving at least one methanotrophic organism, wherein the method includes the step of:

(а) добавления, по меньшей мере, одного метанотрофного организма; необходимых субстратов, таких как питательные соли, компоненты, регулирующие значение рН, и вода; и, по меньшей мере, одного компонента газообразного субстрата (a) adding at least one methanotrophic organism; necessary substrates such as nutrient salts, pH adjusting components and water; and at least one gaseous substrate component

в ферментационный реактор, включающий петлевую часть и верхний резервуар, при этом упомянутая петлевая часть включает часть с нисходящим потоком, соединенную с частью с восходящим потоком через U-образную часть, где верхний резервуар включает: into a fermentation reactor including a loop portion and an upper reservoir, wherein said loop portion includes a downflow portion connected to an upflow portion through a U-shaped portion, wherein the upper reservoir includes:

(i) первое выпускное отверстие, соединяющее верхний резервуар с частью с нисходящим потоком петлевой части и делающее возможным перетекание ферментационной жидкости, присутствующей в верхнем резервуаре, из верхнего резервуара в петлевую часть;(i) a first outlet connecting the upper reservoir to the downflow portion of the loop portion and allowing the fermentation liquid present in the upper reservoir to flow from the upper reservoir to the loop portion;

(ii) первое впускное отверстие, соединяющее верхний резервуар с частью с восходящим потоком петлевой части и делающее возможным перетекание ферментационной жидкости, присутствующей в петлевой части, из петлевой части в верхний резервуар; и (ii) a first inlet connecting the upper reservoir to the upflow portion of the loop portion and allowing the fermentation liquid present in the loop portion to flow from the loop portion to the upper reservoir; And

(iii) вентиляционную трубу для выгрузки отходящих газов из верхнего резервуара; (iii) a vent pipe to discharge waste gases from the upper tank;

где Where

верхний резервуар, кроме того, включает средство визуального наблюдения. the upper reservoir further includes a means of visual observation.

Еще один другой аспект настоящего изобретения относится к использованию ферментационного реактора, включающего петлевую часть и верхний резервуар, при этом упомянутая петлевая часть включает часть с нисходящим потоком, соединенную с частью с восходящим потоком через U-образную часть, где верхний резервуар включает: Yet another aspect of the present invention relates to the use of a fermentation reactor including a loop portion and an upper reservoir, wherein said loop portion includes a downflow portion connected to an upflow portion through a U-shaped portion, wherein the upper reservoir includes:

(i) первое выпускное отверстие, соединяющее верхний резервуар с частью с нисходящим потоком петлевой части и делающее возможным перетекание ферментационной жидкости, присутствующей в верхнем резервуаре, из верхнего резервуара в петлевую часть; (i) a first outlet connecting the upper reservoir to the downflow portion of the loop portion and allowing the fermentation liquid present in the upper reservoir to flow from the upper reservoir to the loop portion;

(ii) первое впускное отверстие, соединяющее верхний резервуар с частью с восходящим потоком петлевой части и делающее возможным перетекание ферментационной жидкости, присутствующей в петлевой части, из петлевой части в верхний резервуар; и (ii) a first inlet connecting the upper reservoir to the upflow portion of the loop portion and allowing the fermentation liquid present in the loop portion to flow from the loop portion to the upper reservoir; And

(iii) вентиляционную трубу для выгрузки отходящих газов из верхнего резервуара; (iii) a vent pipe to discharge waste gases from the upper tank;

где Where

верхний резервуар, кроме того, включает средство визуального наблюдения;the upper reservoir further includes a visual observation means;

для ферментации на, по меньшей мере, одном метанотрофном организме.for fermentation on at least one methanotrophic organism.

Краткое описание фигурBrief description of the figures

Фигура 1 демонстрирует верхний резервуар (1) ферментационного реактора для ферментации на, по меньшей мере, одном метанотрофе, включающего петлевую часть и верхний резервуар (1). При этом петлевая часть (не продемонстрирована на фигуре) включает часть с нисходящим потоком (не продемонстрирована), соединенную с частью с восходящим потоком (не показана) через U-образную часть (не показана), где верхний резервуар (1) включает: (i) первое выпускное отверстие (2), соединяющее верхний резервуар (1) с частью с нисходящим потоком петлевой части и делающее возможным перетекание ферментационной жидкости, присутствующей в верхнем резервуаре (1), из верхнего резервуара (1) в петлевую часть; (ii) первое впускное отверстие (3), соединяющее верхний резервуар (1) с частью с восходящим потоком петлевой части и делающее возможным перетекание ферментационной жидкости, присутствующей в петлевой части, из петлевой части в верхний резервуар (1); и (iii) вентиляционную трубу (5) для выгрузки отходящих газов из верхнего резервуара. На иллюстрации, продемонстрированной на фигуре 1, верхний резервуар (1) оснастили выпускным отверстием для продукта (4), предназначенным для получения биомассы (продукта ферментации). В другом варианте осуществления выпускное отверстие для продукта может быть расположено в петлевой части ферментационного реактора, а предпочтительно в U-образной части петлевой части. Верхний резервуар (1), кроме того, оснащают средством визуального наблюдения (6), в частности, средство визуального наблюдения (6) может быть предусмотрено в виде смотрового отверстия или в виде смотрового стекла (6), необязательно в комбинации со съемочной камерой. В дополнение к средству визуального наблюдения (6) верхний резервуар (1) может быть оснащен, по меньшей мере, одним датчиком пены (8) внутри верхнего резервуара. В случае повышения уровня пены один способ понижения уровня пены может заключаться в добавлении противопенообразователя через впускное отверстие для противопенообразования (9). В целях улучшения визуального наблюдения верхний резервуар (1) может быть оснащен источником света (7). Источник света может быть предусмотрен в виде отдельного элемента или в виде встроенного элемента в смотровое стекло (6). Figure 1 shows the upper reservoir (1) of a fermentation reactor for fermentation on at least one methanotroph, including a loop part and an upper reservoir (1). Here, the loop portion (not shown in the figure) includes a downflow portion (not shown) connected to an upflow portion (not shown) through a U-shaped portion (not shown), where the upper reservoir (1) includes: (i ) a first outlet (2) connecting the upper reservoir (1) with the downflow part of the loop part and allowing the fermentation liquid present in the upper reservoir (1) to flow from the upper reservoir (1) to the loop part; (ii) a first inlet (3) connecting the upper reservoir (1) with the upflow part of the loop part and allowing the fermentation liquid present in the loop part to flow from the loop part to the upper reservoir (1); and (iii) a vent pipe (5) for discharging waste gases from the upper tank. In the illustration shown in Figure 1, the upper tank (1) is equipped with a product outlet (4) intended for obtaining biomass (fermentation product). In another embodiment, the product outlet may be located in a loop portion of the fermentation reactor, preferably in a U-shaped portion of the loop portion. The upper reservoir (1) is also equipped with a visual observation means (6), in particular the visual observation means (6) can be provided in the form of a viewing hole or in the form of a viewing glass (6), optionally in combination with a recording camera. In addition to the visual monitoring means (6), the upper reservoir (1) may be equipped with at least one foam sensor (8) inside the upper reservoir. If the foam level increases, one way to reduce the foam level may be to add an antifoam agent through the antifoam inlet (9). To improve visual observation, the upper tank (1) can be equipped with a light source (7). The light source can be provided as a separate element or as an integrated element in the sight glass (6).

Теперь настоящее изобретение будет описываться более подробно в последующем изложении. The present invention will now be described in more detail in the following.

Подробное описание изобретенияDetailed Description of the Invention

В соответствии с этим, как это к своему удивлению установил изобретатель настоящего изобретения, управление пенообразованием и турбулентностью в ферментационной жидкости в верхнем резервуаре U-образного петлевого реактора оказывает значительное воздействие на дегазацию с участием отходящих газов. Таким образом, обеспечение достижения достаточного пенообразования, а также достаточной турбулентности в ферментационной жидкости в результате приводило к получению улучшенной производительности для процесса ферментации. Таким образом, представляет интерес получение стабильной степени пенообразования для ферментационной жидкости. Accordingly, as the inventor of the present invention has surprisingly discovered, controlling the foaming and turbulence in the fermentation liquid in the upper tank of a U-loop reactor has a significant impact on off-gas degassing. Thus, ensuring that sufficient foaming is achieved as well as sufficient turbulence in the fermentation liquid results in improved performance for the fermentation process. Thus, it is of interest to obtain a stable foaming rate for the fermentation liquid.

Таким образом, один предпочтительный аспект настоящего изобретения относится к ферментационному реактору, включающему петлевую часть и верхний резервуар, при этом упомянутая петлевая часть включает часть с нисходящим потоком, соединенную с частью с восходящим потоком через U-образную часть, где верхний резервуар включает: Thus, one preferred aspect of the present invention relates to a fermentation reactor including a loop portion and an upper reservoir, wherein said loop portion includes a downflow portion connected to an upflow portion through a U-shaped portion, wherein the upper reservoir includes:

(i) первое выпускное отверстие, соединяющее верхний резервуар с частью с нисходящим потоком петлевой части и делающее возможным перетекание ферментационной жидкости, присутствующей в верхнем резервуаре, из верхнего резервуара в петлевую часть; (i) a first outlet connecting the upper reservoir to the downflow portion of the loop portion and allowing the fermentation liquid present in the upper reservoir to flow from the upper reservoir to the loop portion;

(ii) первое впускное отверстие, соединяющее верхний резервуар с частью с восходящим потоком петлевой части и делающее возможным перетекание ферментационной жидкости, присутствующей в петлевой части, из петлевой части в верхний резервуар; и (ii) a first inlet connecting the upper reservoir to the upflow portion of the loop portion and allowing the fermentation liquid present in the loop portion to flow from the loop portion to the upper reservoir; And

(iii) вентиляционную трубу для выгрузки отходящих газов из верхнего резервуара; (iii) a vent pipe to discharge waste gases from the upper tank;

где Where

верхний резервуар, кроме того, включает средство визуального наблюдения. the upper reservoir further includes a means of visual observation.

U-образная часть петлевого реактора может быть соединяющей нижнюю часть части с нисходящим потоком с нижней частью части с восходящим потоком. Кроме того еще, верхняя часть части с восходящим потоком может быть соединенной с первым впускным отверстием, соединяющим верхний резервуар с верхней частью части с восходящим потоком. Первое выпускное отверстие может быть соединяющим верхний резервуар с верхней частью части с нисходящим потоком. The U-shaped portion of the loop reactor may be connecting the bottom of the downflow portion to the bottom of the upflow portion. Moreover, the upper part of the upflow part may be connected to a first inlet connecting the upper reservoir to the upper part of the upflow part. The first outlet may be connecting the upper reservoir to the top of the downflow portion.

В настоящем контексте термин «ферментационный реактор» относится к реактору, включающему верхний резервуар, соединенный с верхними концами части с нисходящим потоком и части с восходящим потоком. Часть с нисходящим потоком и часть с восходящим потоком соединяются по нижним концам через U-образную часть. As used herein, the term "fermentation reactor" refers to a reactor including an upper reservoir connected to the upper ends of a downflow portion and an upflow portion. The downflow part and the upflow part are connected at the lower ends through a U-shaped part.

Обыкновенные ферментеры представляют собой перемешиваемые резервуары, которые могут быть предусмотрены при наличии или при отсутствии систем рециркуляции или каналов пробоотбора. У данных типов ферментеров или реакторов смешивание газов с ферментационной жидкостью осуществляют при использовании лопастей перемешивающего устройства, расположенных по центру в ферментере, и в перемешиваемый резервуар добавляют газообразные субстраты. Лопасти перемешивающего устройства создают турбулентность в жидкости, что означает рассеивание газа, обычно нагнетаемого в нижней области реактора, в жидкости в форме маленьких мелкодисперсных газовых пузырьков. Газообразные субстраты добавляются в нижней области перемешиваемого резервуара и должны быть сжаты для преодоления гидравлического давления в резервуаре, в который их закачивают. Данное сжатие газов требует использования значительных количеств энергии. Conventional fermenters are stirred tanks that may or may not have recirculation systems or sampling channels. With these types of fermenters or reactors, mixing of gases with the fermentation liquid is accomplished by using agitator blades located centrally in the fermenter, and gaseous substrates are added to the agitated reservoir. The stirrer blades create turbulence in the liquid, which means the gas, usually injected in the lower region of the reactor, is dispersed into the liquid in the form of small, fine gas bubbles. Gaseous substrates are added in the lower region of the agitated tank and must be compressed to overcome the hydraulic pressure in the tank into which they are pumped. This compression of gases requires the use of significant amounts of energy.

Данный тип реактора обеспечивает достижение относительно гомогенного смешивания, то есть, будут обнаруживаться приблизительно одни и те же концентрации газов и субстратов при их измерении будь то в верхней или в нижней областях реактора. Но интенсивное смешивание в целях создания маленьких газовых пузырьков и обеспечения достижения оптимального смешивания в резервуаре также требует использования избыточной энергии и, кроме того, предполагает значительное нагревание ферментационной жидкости. Избыточное использование энергии делает данный тип реактора неэкономичным, в особенности для дешевых продуктов, таких как микробные клетки, которые в настоящее время продаются в качестве корма для животных или корма для рыб. This type of reactor ensures that relatively homogeneous mixing is achieved, that is, approximately the same concentrations of gases and substrates will be detected when measured either in the upper or lower regions of the reactor. But intensive mixing to create small gas bubbles and achieve optimal mixing in the tank also requires the use of excess energy and, in addition, involves significant heating of the fermentation liquid. Excessive energy use makes this type of reactor uneconomical, especially for low-cost products such as microbial cells, which are currently sold as animal feed or fish feed.

С намерением уменьшения потребления энергии для смешивания, но все еще обеспечения достижения достаточного массопереноса газов в жидкую фазу также были разработаны и другие типы ферментеров. Данные ферментеры зачастую называются эрлифтными ферментерами, петлевыми ферментерами со струйным перемешиванием или U-образными петлевыми ферментерами. With the intention of reducing energy consumption for mixing, but still ensuring sufficient mass transfer of gases into the liquid phase, other types of fermenters have also been developed. These fermenters are often called airlift fermenters, jet loop fermenters, or U-loop fermenters.

В целях избегания механического перемешивания были разработаны различные типы эрлифтных реакторов. Большинство данных реакторов представляет собой так называемые петлевые реакторы, имеющие две секции: часть с восходящим потоком и часть с нисходящим потоком, которые взаимно связываются по обоим концам. Газы подаются в виде маленьких пузырьков в нижней области реактора в части с восходящим потоком обычно в компоновке сопел. Пузырьки смешиваются с жидкостью, в результате чего совокупная плотность уменьшается, и газо-жидкостная смесь поднимается при одновременном вытеснении под воздействием новой жидкости, выходящей из части с нисходящим потоком. Газожидкостная смесь перемещается вверх через часть с восходящим потоком реактора и высвобождает газовые пузырьки в верхней области. После этого жидкость опускается вниз через часть с нисходящим потоком. В целях получения продолжительного времени пребывания газовых пузырьков в жидкости. Эрлифтные реакторы обыкновенно являются очень высокими вытянутыми по длине реакторами, и газ должен быть подан под высоким давлением для преодоления гидростатического давления в нижней области реактора. Для случая газа в виде воздуха это подразумевает использование компрессоров. Сжатие воздуха обычно требует использования значительных количеств энергии. In order to avoid mechanical mixing, various types of airlift reactors have been developed. Most of these reactors are so-called loop reactors, having two sections: an upflow part and a downflow part, which are mutually coupled at both ends. Gases are introduced as small bubbles in the lower region of the reactor in the upflow portion, usually in a nozzle arrangement. The bubbles mix with the liquid, causing the overall density to decrease and the gas-liquid mixture to rise while being displaced by new liquid emerging from the downflow portion. The gas-liquid mixture moves upward through the upflow portion of the reactor and releases gas bubbles in the upper region. The liquid then flows down through the downflow section. In order to obtain a long residence time of gas bubbles in the liquid. Airlift reactors are typically very tall elongated reactors and the gas must be supplied at high pressure to overcome the hydrostatic pressure in the lower region of the reactor. For gas in the form of air, this involves the use of compressors. Compressing air usually requires the use of significant amounts of energy.

Эрлифтные реакторы демонстрируют относительно неудовлетворительное использование нагнетаемого газа. В типичном случае используют только 20-40% газообразного кислорода. Зачастую затруднительными являются получение хорошего и быстрого высвобождения газовых пузырьков из ферментационной жидкости в верхней области реактора и отделение таким образом произведенной газовой фазы (что скорее может представлять собой пенообразование) от жидкой фазы до перетекания жидкости в часть с нисходящим потоком реактора. Таким образом, газовая фаза, в том числе значительные количества газообразных отходов от ферментации, например, СО2, захватывается в бульоне, после этого повторно диспергируется в бульоне, что может привести к пониженной солюбилизации газов подложки, добавленных в ферментер. Airlift reactors demonstrate relatively poor utilization of the injected gas. Typically, only 20-40% oxygen gas is used. It is often difficult to obtain good and rapid release of gas bubbles from the fermentation liquid in the upper region of the reactor and to separate the gas phase thus produced (which may rather represent foaming) from the liquid phase before the liquid flows into the downflow portion of the reactor. Thus, the gas phase, including significant amounts of fermentation waste gases such as CO 2 , is trapped in the broth and is then redispersed in the broth, which can result in reduced solubilization of the support gases added to the fermenter.

U-образный петлевой реактор в соответствии с описанием настоящего изобретения обладает простой структурой и конструируется с учетом обеспечения нагнетания несжатого или почти что несжатого газового субстрата в U-образную часть в комбинации с продолжительным временем пребывания газов по всей U-образной части и, таким образом, высокой степенью использования нагнетаемых газов. Верхняя область реактора включает верхний резервуар, который разработан для достижения хорошего разделения газа и жидкости. The U-loop reactor according to the description of the present invention has a simple structure and is designed to ensure the injection of uncompressed or nearly uncompressed gaseous substrate into the U-shaped portion in combination with a long residence time of the gases throughout the U-shaped portion and thus high degree of utilization of injected gases. The upper region of the reactor includes an upper reservoir, which is designed to achieve good gas-liquid separation.

В настоящем контексте термин «петлевой реактор» относится к одному конкретному примеру ферментационного реактора. Петлевой реактор, соответствующий настоящему изобретению, включает верхний резервуар и петлевую часть. Предпочтительно петлевой реактор, соответствующий настоящему изобретению, может быть U-образным петлевым реактором. As used herein, the term "loop reactor" refers to one specific example of a fermentation reactor. The loop reactor according to the present invention includes an upper reservoir and a loop portion. Preferably, the loop reactor according to the present invention may be a U-shaped loop reactor.

Термин «петлевой реактор», соответствующий настоящему изобретению, предпочтительно может быть определен наличием длины петлевой части, которая может быть большей, чем длина и/или высота верхнего резервуара. Предпочтительно петлевой реактор или ферментационный реактор, соответствующие настоящему изобретению, могут включать петлевую часть, имеющую длину, которая является большей, предпочтительно существенно большей, чем длина и/или высота верхнего резервуара. The term "loop reactor" according to the present invention may preferably be defined by having a length of the loop portion, which may be greater than the length and/or height of the upper reservoir. Preferably, the loop reactor or fermentation reactor according to the present invention may include a loop portion having a length that is greater, preferably substantially greater, than the length and/or height of the upper tank.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения ферментационный реактор, соответствующий настоящему изобретению, может включать петлевую часть, имеющую длину, которая является большей, предпочтительно существенно большей, чем длина и/или высота верхнего резервуара. In one embodiment of the present invention, the fermentation reactor according to the present invention may include a loop portion having a length that is greater, preferably substantially greater, than the length and/or height of the upper tank.

В одном дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения длина петлевой части является, по меньшей мере, на 125% (об./об.) большей, чем длина и/или высота верхнего резервуара; таким образом, как, по меньшей мере, на 150% (об./об.); например, по меньшей мере, на 200% (об./об.); таким образом, как, по меньшей мере, на 300% (об./об.); например, по меньшей мере, на 400% (об./об.); таким образом, как, по меньшей мере, на 600% (об./об.); например, по меньшей мере, на 800% (об./об.); таким образом, как, по меньшей мере, на 1000% (об./об.); например, по меньшей мере, на 1500% (об./об.); таким образом, как, по меньшей мере, на 2000% (об./об.); например, на величину в диапазоне 125-2000% (об./об.); таким образом, как на величину в диапазоне 150-1500% (об./об.); например, на величину в диапазоне 200-1000% (об./об.); таким образом, как на величину в диапазоне 300-800% (об./об.); например, на величину в диапазоне 400-600% (об./об.). In one further embodiment of the present invention, the length of the loop portion is at least 125% (v/v) greater than the length and/or height of the upper reservoir; such as at least 150% (v/v); for example, by at least 200% (v/v); such as at least 300% (v/v); for example, by at least 400% (v/v); such as at least 600% (v/v); for example, by at least 800% (v/v); such as at least 1000% (v/v); for example, by at least 1500% (v/v); such as at least 2000% (v/v); for example, by a value in the range of 125-2000% (v/v); thus, by a value in the range of 150-1500% (v/v); for example, by a value in the range of 200-1000% (v/v); thus, by a value in the range of 300-800% (v/v); for example, by a value in the range of 400-600% (v/v).

В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения ферментационный реактор, соответствующий настоящему изобретению, может включать петлевую часть, имеющую длину, которая может быть большей, предпочтительно существенно большей, чем длина и/или высота верхнего резервуара; и при этом объем верхнего резервуара является большим, чем объем петлевой части. In yet another embodiment of the present invention, the fermentation reactor according to the present invention may include a loop portion having a length that may be greater, preferably substantially greater, than the length and/or height of the upper tank; and the volume of the upper reservoir is greater than the volume of the loop part.

Петлевая часть настоящего изобретения относится к части с нисходящим потоком, части с восходящим потоком, а также соединяющей части на нижних концах части с восходящим потоком и части с нисходящим потоком, образованной U-образной частью. Таким образом, термин «петлевая часть» относится к ферментационному реактору при отсутствии верхнего резервуара. The loop part of the present invention relates to the downflow part, the upflow part, as well as the connecting parts at the lower ends of the upflow part and the downflow part formed by the U-shaped part. Thus, the term "loop portion" refers to a fermentation reactor in the absence of an overhead tank.

В настоящем контексте термин «U-образная часть» относится к изгибанию, полученному в нижней части ферментационного реактора или петлевого реактора и соединяющему нижние концы части с восходящим потоком и части с нисходящим потоком. Предпочтительно часть с восходящим потоком и часть с нисходящим потоком являются вертикальными или по существу вертикальными. As used herein, the term "U-piece" refers to the bend formed at the bottom of a fermentation reactor or loop reactor and connecting the lower ends of the upflow portion and the downflow portion. Preferably, the upflow portion and the downflow portion are vertical or substantially vertical.

Ферментационный реактор, соответствующий настоящему изобретению, включает петлевую часть и верхний резервуар, при этом упомянутая петлевая часть включает часть с нисходящим потоком, соединенную с частью с восходящим потоком через U-образную часть. U-образная часть, соответствующая настоящему изобретению, может включать по существу горизонтальную соединяющую часть, которая соединяет нижний конец части с нисходящим потоком с нижним концом части с восходящим потоком. The fermentation reactor according to the present invention includes a loop portion and an upper reservoir, wherein the loop portion includes a downflow portion connected to an upflow portion through a U-shaped portion. The U-shaped portion of the present invention may include a substantially horizontal connecting portion that connects the lower end of the downflow portion to the lower end of the upflow portion.

В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения ферментационный реактор и/или петлевой реактор, соответствующие настоящему изобретению, могут быть U-образным петлевым реактором. In one preferred embodiment of the present invention, the fermentation reactor and/or loop reactor according to the present invention may be a U-shaped loop reactor.

В одном дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения часть с нисходящим потоком и часть с восходящим потоком имеют по существу идентичные вертикальные длины. В настоящем контексте термин «вертикальная длина» относится к части с нисходящим потоком или части с восходящим потоком, где вертикальная часть с восходящим потоком может быть одной частью с нисходящим потоком или одной частью с восходящим потоком, или она может быть разделена на две и более вертикальные части с нисходящим потоком или две и более вертикальные части с восходящим потоком, которые в комбинации (комбинации из двух и более вертикальных частей с нисходящим потоком или комбинации из двух и более вертикальных частей с восходящим потоком) представляют собой вертикальную часть с нисходящим потоком или вертикальную часть с восходящим потоком. In one further embodiment of the present invention, the downflow portion and the upflow portion have substantially identical vertical lengths. In the present context, the term "vertical length" refers to a downflow portion or an upflow portion, where the vertical upflow portion may be one downflow portion or one upflow portion, or it may be divided into two or more vertical portions. downflow parts or two or more vertical upflow parts, which in combination (combinations of two or more downflow vertical parts or combinations of two or more upflow vertical parts) constitute a downflow vertical part or a vertical part with an upward flow.

Длина горизонтальной соединяющей части может варьироваться в зависимости от типа предлагаемого и/или используемого петлевого реактора. The length of the horizontal connecting portion may vary depending on the type of loop reactor proposed and/or used.

Ферментационный реактор может быть разработан в виде вертикального петлевого ферментера или горизонтального петлевого ферментера. The fermentation reactor can be designed as a vertical loop fermenter or a horizontal loop fermenter.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения ферментационный реактор может быть вертикальным петлевым реактором. Термин «вертикальный петлевой реактор» может относиться к петлевому реактору, включающему основную часть U-образной части в вертикальном или по существу вертикальном положении по отношению к горизонтальному положению. В одном варианте осуществления настоящего изобретения ферментационный реактор включает основную часть U-образной части в вертикальном или по существу вертикальном положении. In one embodiment of the present invention, the fermentation reactor may be a vertical loop reactor. The term "vertical loop reactor" may refer to a loop reactor including a main U-shaped portion in a vertical or substantially vertical position relative to a horizontal position. In one embodiment of the present invention, the fermentation reactor includes a main U-shaped portion in a vertical or substantially vertical position.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения ферментационный реактор может быть горизонтальным петлевым реактором. Термин «горизонтальный петлевой реактор» может относиться к петлевому реактору, включающему основную часть U-образной части в горизонтальном или по существу горизонтальном положении по отношению к вертикальному положению. В одном варианте осуществления настоящего изобретения ферментационный реактор включает основную часть U-образной части в горизонтальном или по существу горизонтальном положении. In another embodiment of the present invention, the fermentation reactor may be a horizontal loop reactor. The term "horizontal loop reactor" may refer to a loop reactor including a main U-shaped portion in a horizontal or substantially horizontal position relative to a vertical position. In one embodiment of the present invention, the fermentation reactor includes a main U-shaped portion in a horizontal or substantially horizontal position.

Предпочтительно ферментационный реактор может быть разработан в виде вертикального петлевого ферментера. Preferably, the fermentation reactor may be designed as a vertical loop fermenter.

В контексте настоящего изобретения термин «основная часть» относится, по меньшей мере, к 51% (об./об.) U-образной части, имеющей желательное положение; таким образом, как, по меньшей мере, к 55% (об./об.); например, по меньшей мере, к 60% (об./об.); таким образом, по меньшей мере, к 65% (об./об.); например, по меньшей мере, к 70% (об./об.); таким образом, по меньшей мере, к 75% (об./об.); например, по меньшей мере, к 80% (об./об.); таким образом, по меньшей мере, к 85% (об./об.); например, по меньшей мере, к 90% (об./об.); таким образом, по меньшей мере, к 95% (об./об.); например, по меньшей мере, к 98% (об./об.). In the context of the present invention, the term "main portion" refers to at least 51% (v/v) of the U-shaped portion having the desired position; thus as to at least 55% (v/v); for example, to at least 60% (v/v); thus to at least 65% (v/v); for example, to at least 70% (v/v); thus to at least 75% (v/v); for example, to at least 80% (v/v); thus to at least 85% (v/v); for example, to at least 90% (v/v); thus to at least 95% (v/v); for example, to at least 98% (v/v).

U-образная часть ферментационного реактора настоящего изобретения может быть разработана различным образом. The U-shaped part of the fermentation reactor of the present invention can be designed in various ways.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения петлевая часть может быть разработана при наличии одной части с нисходящим потоком и одной части с восходящим потоком, соединенных при использовании U-образной части. In one embodiment of the present invention, the loop portion may be designed to have one downflow portion and one upflow portion connected using a U-shaped portion.

В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения часть с нисходящим потоком и/или часть с восходящим потоком могут включать две и более области части с нисходящим потоком и/или части с восходящим потоком. Примеры двух и более областей части с нисходящим потоком и/или части с восходящим потоком могут быть найдены в публикации WO 2018/132379, которая посредством ссылки на нее включается в настоящий документ. In yet another embodiment of the present invention, the downflow portion and/or the upflow portion may include two or more regions of the downflow portion and/or the upflow portion. Examples of two or more regions of a downflow portion and/or an upflow portion can be found in WO 2018/132379, which is incorporated herein by reference.

В настоящем контексте термин «верхний резервуар» относится к контейнеру, расположенному в верхней области ферментационного реактора и ответственному за удаление отходящего газа из ферментационной жидкости. Предпочтительно верхний резервуар во время функционирования/ферментации только частично заполняется ферментационной жидкостью. В одном варианте осуществления настоящего изобретения термин «частично заполненный ферментационной жидкостью» относится к соотношению 90:10 между ферментационной жидкостью и газом; таким образом, как к соотношению 80:20; например, к соотношению 70:30; таким образом, как к соотношению 60:40; например, к соотношению 50:50; таким образом, как к соотношению 40:60; например, к соотношению 30:70; таким образом, как к соотношению 20:80; например, к соотношению 10:90. In the present context, the term "top tank" refers to a container located in the upper area of the fermentation reactor and responsible for removing waste gas from the fermentation liquid. Preferably, the upper reservoir is only partially filled with fermentation liquid during operation/fermentation. In one embodiment of the present invention, the term "partially filled with fermentation liquid" refers to a 90:10 ratio between fermentation liquid and gas; thus, as to the ratio 80:20; for example, to a ratio of 70:30; thus, as to the ratio 60:40; for example, to a 50:50 ratio; thus, as to the ratio 40:60; for example, to a ratio of 30:70; thus, as for the ratio 20:80; for example, to a ratio of 10:90.

В контексте настоящего изобретения термин «средство визуального наблюдения» относится к одному или нескольким средствам, дающим возможность специалистам в соответствующей области техники получать непосредственную информацию в отношении характеристик пенообразования в верхнем резервуаре. In the context of the present invention, the term "visual means" refers to one or more means allowing those skilled in the art to obtain direct information regarding the foaming characteristics of the overhead reservoir.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения непосредственная информация может быть информацией в режиме реального времени в отношении характеристик пенообразования в верхнем резервуаре. In one embodiment of the present invention, the immediate information may be real-time information regarding the foaming characteristics of the overhead tank.

В одном дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения характеристики пенообразования в верхнем резервуаре могут включать плотность пенообразования, высоту пенообразования и уровень турбулентности, получаемые в верхнем резервуаре. In one further embodiment of the present invention, the foaming characteristics of the top tank may include foam density, foam height, and turbulence level obtained in the top tank.

Турбулентность в верхнем резервуаре может быть получена в ферментационной жидкости, присутствующей в верхнем резервуаре при принудительной подаче ферментационной жидкости из части с восходящим потоком через первое впускное отверстие в верхний резервуар. Turbulence in the upper tank can be produced in the fermentation liquid present in the upper tank by forcing the fermentation liquid from the upflow portion through the first inlet into the upper tank.

Плотность пенообразования может представлять собой выражение размера пузырьков в пене. Чем большими будут пузырьки в пене, тем меньшей будет плотность пенообразования, и тем меньшим будет значение кг пены/м3. Чем меньшими будут пузырьки в пене, тем большей будет плотность пенообразования, и тем большим будет значение кг пены/м3. Foam density may be an expression of the size of the bubbles in the foam. The larger the bubbles in the foam, the lower the foam density will be, and the lower the value will be kg of foam/m 3 . The smaller the bubbles in the foam, the greater the foam density, and the greater the value kg of foam/m 3 .

В одном варианте осуществления настоящего изобретения средство визуального наблюдения может быть расположены с обеспечением горизонтального или по существу горизонтального поля наблюдения. In one embodiment of the present invention, the visual observation means may be positioned to provide a horizontal or substantially horizontal field of view.

В одном дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения средство визуального наблюдения могут быть расположены на стороне верхнего резервуара, делая возможным объединенный обзор выше поверхности ферментационной жидкости и ниже поверхности ферментационной жидкости. In one further embodiment of the present invention, visual viewing means may be located on the side of the upper reservoir, allowing a combined view above the surface of the fermentation liquid and below the surface of the fermentation liquid.

Предпочтительно средство визуального наблюдения могут быть расположены на торце верхнего резервуара. Preferably, the visual observation means may be located at the end of the upper reservoir.

Еще более предпочтительно средство визуального наблюдения может быть расположено на торце верхнего резервуара, обеспечивая обзор от первого впускного отверстия (или части с восходящим потоком) до первого выпускного отверстия (или части с нисходящим потоком). Even more preferably, the viewing means may be located at the end of the upper reservoir, providing a view from the first inlet (or upflow portion) to the first outlet (or downflow portion).

В одном варианте осуществления настоящего изобретения средство визуального наблюдения может представлять собой смотровое отверстие, съемочную камеру или комбинацию из смотрового отверстия и съемочной камеры. In one embodiment of the present invention, the visual observation means may be a viewing hole, a camera, or a combination of a viewing hole and a camera.

Предпочтительно смотровое отверстие может представлять собой смотровое стекло.Preferably, the viewing hole may be a viewing glass.

Съемочная камера может быть встроенной в линию съемочной камерой. The filming camera may be an in-line filming camera.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения верхний резервуар может быть оснащен источником света в целях улучшения визуального наблюдения внутри верхнего резервуара. Источник света может быть предусмотрен в виде окна, делающего возможным поступление окружающего света в верхний резервуар, и/или в виде искусственного источника света, введенного в верхний резервуар. In one embodiment of the present invention, the top tank may be equipped with a light source to improve visual observation within the top tank. The light source may be provided as a window allowing ambient light to enter the upper reservoir, and/or as an artificial light source introduced into the upper reservoir.

В одном дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения источник света может быть предусмотрен в виде отдельного элемента (например, в виде отдельного искусственного источника сета) или в виде встроенного элемента (например, в виде встроенного искусственного источника света) в смотровое стекло. In one further embodiment of the present invention, the light source may be provided as a separate element (eg, as a separate artificial light source) or as an integrated element (for example, as an integrated artificial light source) in the sight glass.

В дополнение к средству визуального наблюдения верхний резервуар может быть оснащен, по меньшей мере, одним датчиком пены внутри верхнего резервуара. In addition to the visual monitoring means, the upper reservoir may be equipped with at least one foam sensor within the upper reservoir.

В целях избегания избыточного развития пенообразования и/или принятия мер по обращению с ним к ферментационной жидкости может быть добавлен противопенообразователь. Таким образом, верхний резервуар может быть оснащен впускным отверстием для противопенообразования. In order to avoid excessive development of foam and/or take measures to handle it, an antifoam agent may be added to the fermentation liquid. Thus, the upper reservoir can be equipped with an anti-foam inlet.

Ферментационный реактор может быть оснащен одним или несколькими датчиками для управления уровнем и/или добавлением газообразных субстратов, воды, минеральных питательных элементов и тому подобного. The fermentation reactor may be equipped with one or more sensors to control the level and/or addition of gaseous substrates, water, mineral nutrients, and the like.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения ферментационный реактор, предпочтительно петлевая часть, включает датчик или анализатор ионов для определения уровня содержания одной или нескольких ионных частиц в ферментационной жидкости, предпочтительно одну или более ионных частиц выбирают из фосфата, кальция, водорода, нитрата, нитрита и/или аммония, предпочтительно нитрата и/или нитрита. In one embodiment of the present invention, the fermentation reactor, preferably the loop portion, includes a sensor or ion analyzer for determining the level of one or more ionic species in the fermentation liquid, preferably one or more ionic species selected from phosphate, calcium, hydrogen, nitrate, nitrite and/or or ammonium, preferably nitrate and/or nitrite.

В одном дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения петлевой реактор может быть оснащен циркуляционным насосом. Циркуляционный насос предпочтительно может быть расположен в петлевой части петлевого реактора. In one further embodiment of the present invention, the loop reactor may be equipped with a circulation pump. The circulation pump may preferably be located in the loop portion of the loop reactor.

Предпочтительно циркуляционный насос может быть расположен в верхней половинной части части с нисходящим потоком. Preferably, the circulation pump may be located in the upper half of the downflow portion.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения ферментационный реактор может включать устройство для уменьшения расхода. Предпочтительно устройство для уменьшения расхода может быть вставлено по ходу технологического потока выше первого впускного отверстия в верхней половине части с восходящим потоком. In one embodiment of the present invention, the fermentation reactor may include a device for reducing flow. Preferably, the flow reducing device may be inserted upstream of the first inlet in the upper half of the upflow portion.

В одном дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения петлевая часть ферментационного реактора предпочтительно может включать одно или более впускных отверстий для газа; одно или более впускных отверстий для воды; и/или одно или более впускных отверстий для ферментационной среды. In one further embodiment of the present invention, the loop portion of the fermentation reactor may preferably include one or more gas inlets; one or more water inlets; and/or one or more fermentation medium inlets.

Одним или несколькими впускными отверстиями для газа; одним или несколькими впускными отверстиями для воды; и/или одним или несколькими впускными отверстиями для ферментационной среды можно управлять при использовании компьютера. Предпочтительно одним или несколькими впускными отверстиями для газа; одним или несколькими впускными отверстиями для воды; и/или одним или несколькими впускными отверстиями для ферментационной среды можно управлять при использовании компьютера на основании данных, полученных от одного или нескольких датчиков или анализаторов. One or more gas inlets; one or more water inlets; and/or one or more inlets for the fermentation medium can be controlled using a computer. Preferably one or more gas inlets; one or more water inlets; and/or one or more inlets for the fermentation medium can be controlled using a computer based on data received from one or more sensors or analyzers.

В целях обеспечения наличия улучшенных условий ферментации может оказаться важным распределение в ферментационной жидкости газообразного субстрата, такого как метан. Таким образом, петлевая часть ферментационного реактора может включать одно или более активных устройств для распределения газа в ферментационной жидкости. In order to provide improved fermentation conditions, it may be important to distribute a gaseous substrate, such as methane, in the fermentation liquid. Thus, the loop portion of the fermentation reactor may include one or more active devices for distributing gas into the fermentation liquid.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения одно или более активных устройств для распределения газа в ферментационной жидкости представляют собой микро- или нанобарботер для введения и/или распределения газа в ферментационной жидкости; и/или устройство для динамического перемещения, расположенное в петлевой части реактора, такое как динамический смеситель. In one embodiment of the present invention, one or more active devices for distributing gas in the fermentation liquid is a micro- or nanobubbler for introducing and/or distributing gas in the fermentation liquid; and/or a dynamic movement device located in the loop portion of the reactor, such as a dynamic mixer.

В качестве альтернативы или в дополнение к динамическим смесителям петлевая часть может включать один или более неактивных смесительных элементов. В одном варианте осуществления настоящего изобретения один или более неактивных смесительных элементов могут представлять собой статический смеситель. Alternatively or in addition to dynamic mixers, the loop portion may include one or more inactive mixing elements. In one embodiment of the present invention, the one or more inactive mixing elements may be a static mixer.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения петлевой реактор может включать, по меньшей мере, один статический смеситель, по меньшей мере, один динамический смеситель или включает, по меньшей мере, один статический смеситель и, по меньшей мере, один динамический смеситель. In one embodiment of the present invention, the loop reactor may include at least one static mixer, at least one dynamic mixer, or include at least one static mixer and at least one dynamic mixer.

В дополнение к важности надлежащей дегазации в верхнем резервуаре важным может оказаться улучшение массопереноса газообразных субстратов в жидкую фазу, где газ становится доступным для биокатализаторов (например, метанотрофных организмов) энергоэффективным образом. In addition to the importance of proper degassing in the overhead reservoir, improving the mass transfer of gaseous substrates to the liquid phase, where the gas becomes available to biocatalysts (eg, methanotrophic organisms) in an energy-efficient manner, may be important.

Кроме того еще, как это упоминалось, также важным может оказаться улучшение эффективности удаления газообразных отходов в результате улучшения переноса газообразных отходов из жидкой фазы в газовую фазу для удаления из ферментера, предпочтительно проводимого в верхнем резервуаре. In addition, as mentioned, it may also be important to improve the waste gaseous removal efficiency by improving the transfer of waste gases from the liquid phase to the gas phase for removal from the fermenter, preferably carried out in the overhead tank.

Предпочтительно достижение данной улучшенной эффективности удаления газообразных отходов может быть обеспечено в результате эксплуатации U-образной части петлевой части при повышенном давлении и атмосферном давлении или даже в вакууме в верхнем резервуаре. Preferably, this improved waste gas removal efficiency can be achieved by operating the U-shaped loop portion at elevated pressure and atmospheric pressure or even under vacuum in an overhead tank.

Данный улучшенный массоперенос в комбинации с улучшенным удалением газа в верхнем резервуаре может быть достигнут при использовании ферментационного реактора, петлевого реактора, соответствующих изобретению, которые включают петлевую часть, имеющую по существу вертикальную часть с нисходящим потоком, по существу вертикальную часть с восходящим потоком и U-образную часть, имеющую по существу горизонтальную соединяющую часть, которая соединяет нижний конец части с нисходящим потоком с нижним концом части с восходящим потоком, верхний резервуар может быть расположен выше петлевой части и соединяет верхний конец части с нисходящим потоком и верхний конец части с восходящим потоком. This improved mass transfer in combination with improved gas removal in the overhead vessel can be achieved using a fermentation reactor, a loop reactor according to the invention, which includes a loop portion having a substantially vertical downflow portion, a substantially vertical upflow portion, and a U- a shaped portion having a substantially horizontal connecting portion that connects the lower end of the downflow portion to the lower end of the upflow portion, the upper reservoir may be located above the loop portion and connects the upper end of the downflow portion and the upper end of the upflow portion.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения верхний резервуар может иметь диаметр, который является существенно большим, чем диаметр петлевой части, части с нисходящим потоком и/или части с восходящим потоком. In one embodiment of the present invention, the upper reservoir may have a diameter that is substantially larger than the diameter of the loop portion, the downflow portion, and/or the upflow portion.

В одном дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения объем петлевой части является большим, предпочтительно существенно большим, чем объем верхнего резервуара. In one further embodiment of the present invention, the volume of the loop portion is large, preferably substantially larger, than the volume of the upper reservoir.

В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения верхний резервуар может иметь диаметр, который является существенно большим, чем диаметр петлевой части, части с нисходящим потоком и/или части с восходящим потоком, и длина петлевой части может быть большей, предпочтительно существенно большей, чем длина или высота верхнего резервуара. In yet another embodiment of the present invention, the upper reservoir may have a diameter that is substantially larger than the diameter of the loop portion, the downflow portion, and/or the upflow portion, and the length of the loop portion may be greater, preferably substantially greater than the length or height of the upper tank.

Ферментационный реактор может включать средство циркуляции жидкости, предпочтительно в виде циркуляционного насоса. The fermentation reactor may include liquid circulation means, preferably in the form of a circulation pump.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения ферментационный реактор может включать выпускное отверстие, предпочтительно выпускное отверстие может быть расположено в верхнем резервуаре или в U-образной части петлевой части ферментационного реактора для отбора ферментационной жидкости. In one embodiment of the present invention, the fermentation reactor may include an outlet, preferably the outlet may be located in an overhead tank or in a U-shaped loop portion of the fermentation reactor for collecting fermentation liquid.

Ферментационный реактор может включать одну или более точек нагнетания газа, которые в соответствии с пожеланиями и требованиями располагаются в части с нисходящим потоком, U-образной части и/или части с восходящим потоком. Предпочтительно одна или более точек нагнетания газа располагаются в части с нисходящим потоком. The fermentation reactor may include one or more gas injection points, which are located in a downflow portion, a U-shaped portion, and/or an upflow portion, as desired and required. Preferably, one or more gas injection points are located in the downflow portion.

Непосредственно после одной или нескольких точек нагнетания газа располагаются, по меньшей мере, один активный смесительный элемент и/или, по меньшей мере, один неактивный смесительный элемент для диспергирования газа (газов), введенного в ферментационную жидкость. Immediately downstream of the one or more gas injection points are at least one active mixing element and/or at least one inactive mixing element for dispersing the gas(es) introduced into the fermentation liquid.

Как это было продемонстрировано, в результате увеличения давления в U-образной петле, петлевом реакторе может быть получен увеличенный массоперенос из газовой фазы в жидкую фазу. Таким образом, в U-образую часть ферментера может быть вставлено первое устройство для управления давлением, предназначенное для увеличения давления, по меньшей мере, в первой зоне U-образной части в ферментере по отношению к давлению во второй зоне ферментера. As has been demonstrated, by increasing the pressure in the U-loop, the loop reactor can achieve increased mass transfer from the gas phase to the liquid phase. Thus, a first pressure control device may be inserted into the U-shaped portion of the fermenter to increase the pressure in at least a first zone of the U-shaped portion in the fermenter relative to the pressure in the second zone of the fermenter.

В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения первое устройство для управления давлением может быть вставлено в верхний конец части с нисходящим потоком, а второе устройство для управления давлением может быть вставлено в U-образную часть ферментера и по ходу технологического потока ниже первого устройства для управления давлением при взгляде в направлении течения ферментационной жидкости. In one preferred embodiment of the present invention, the first pressure control device may be inserted into the upper end of the downflow portion, and the second pressure control device may be inserted into the U-shaped portion of the fermenter and downstream of the first pressure control device at looking in the direction of flow of the fermentation liquid.

Первое устройство для управления давлением может представлять собой клапан (например, относящийся к типам клапанов, доступных на коммерческих условиях), насос, например, пропеллерный насос, лопастной насос или турбинный насос, или давление может быть увеличено в результате нагнетания сжатого воздуха или другого газа, например, инертного газа. Первое устройство для управления давлением предпочтительно представляет собой пропеллерный насос, который также создает циркуляцию жидкости в ферментере. The first pressure control device may be a valve (eg, one of the types of valves available commercially), a pump, such as a propeller pump, a vane pump, or a turbine pump, or the pressure may be increased by injection of compressed air or other gas, for example, inert gas. The first pressure control device is preferably a propeller pump, which also circulates liquid in the fermenter.

Второе и необязательно третье устройство для управления давлением может быть расположено в части с нисходящим потоком, части с восходящим потоком или в U-образной части, но предпочтительно второе устройство для управления давлением располагается в верхней половинной части части с восходящим потоком. Третье необязательное устройство для управления давлением предпочтительно располагается в верхней половинной части части с восходящим потоком и по ходу технологического потока ниже второго устройства для управления давлением при взгляде в направлении течения ферментационной жидкости. Второе и/или третье устройства для управления давлением выбирают из группы устройств, включающих клапан (например, относящийся к типам клапанов, доступных на коммерческих условиях), статический смеситель, гидроциклон, насос (например, пропеллерный насос, лопастной насос или турбинный насос), клапан с управлением по давлению, пластину с отверстиями, сопла или форсунки или сужение диаметра или поперечного сечения той части ферментера, в которой оно располагается. The second and optionally third pressure control device may be located in the downflow portion, the upflow portion, or the U-shaped portion, but preferably the second pressure control device is located in the upper half portion of the upflow portion. The third optional pressure control device is preferably located in the upper half of the upflow portion and downstream of the second pressure control device when viewed in the direction of flow of the fermentation liquid. The second and/or third pressure control devices are selected from the group of devices including a valve (eg, one of the types of valves available commercially), a static mixer, a hydrocyclone, a pump (eg, a propeller pump, a vane pump, or a turbine pump), a valve pressure controlled, a plate with holes, nozzles or nozzles or a narrowing of the diameter or cross-section of the part of the fermenter in which it is located.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения получение улучшенного массопереноса газообразного субстрата может быть обеспечено в U-образной части ферментационного реактора, соответствующего настоящему изобретению. In one embodiment of the present invention, improved gaseous substrate mass transfer can be achieved in the U-shaped portion of the fermentation reactor of the present invention.

В одном дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения удаление газообразных отходов может быть обеспечено в верхнем резервуаре ферментационного реактора, соответствующего настоящему изобретению. In one further embodiment of the present invention, waste gas removal may be provided in the overhead tank of a fermentation reactor in accordance with the present invention.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения предусматривается средство в целях допущения продувания свободного пространства над уровнем жидкости для улучшения удаления газообразных отходов и уменьшения риска формирования взрывоопасных газовых смесей в свободном пространстве над уровнем жидкости ферментера. In one embodiment, the present invention provides means for allowing the headspace to be purged to improve waste gas removal and reduce the risk of explosive gas mixtures forming in the headspace of the fermenter.

Данное продувание может быть достигнуто в результате расположения в верхнем резервуаре средств продувания газа, таких как устройства для добавления и/или удаления газа в свободном пространстве над уровнем жидкости. Средство продувания газа предпочтительно может быть расположено выше поверхности жидкости в целях создания течения газа для продувающего газа параллельно, прямоточно или противоточно по отношению к течению жидкости в верхней части ферментера. Средство добавления газа также может быть расположено ниже поверхности жидкости в верхней части. В альтернативном или дополнительном вариантах удаление газообразных отходов может быть увеличено в результате уменьшения давления в свободном пространстве над уровнем жидкости при применении отсасывания или приложении вакуума, что, таким образом, уменьшает давление в свободном пространстве над уровнем жидкости, и/или в результате установки средств модифицирования расхода в верхней части. Изобретение также допускает извлечение энергии, приложенной для увеличения давления, в целях ее повторного использования. Достижения этого можно добиться в результате соединения второго и необязательно третьего устройства для управления давлением с тормозом или генератором в целях уменьшения давления при использовании пропеллерного насоса. В случае соединения генератора со вторым и/или третьим устройством для управления давлением может быть собрано некоторое количество энергии, приложенное к системе, что, таким образом, уменьшает общее потребление энергии системы. This purging can be achieved by providing gas purging means in the upper reservoir, such as devices for adding and/or removing gas in the headspace above the liquid level. The gas purge means may preferably be located above the surface of the liquid to create a gas flow for the purge gas parallel, co-current or counter-current with respect to the flow of liquid at the top of the fermenter. The gas adding means may also be located below the surface of the liquid at the top. Alternatively or additionally, removal of gaseous waste may be increased by reducing the headspace pressure by applying suction or applying a vacuum, thereby reducing the headspace pressure, and/or by installing modification means flow rate at the top. The invention also allows the energy applied to increase the pressure to be recovered for reuse. This can be achieved by coupling a second and optionally third pressure control device to a brake or generator to reduce pressure when using a propeller pump. By connecting the generator to a second and/or third pressure control device, some of the energy applied to the system can be collected, thereby reducing the overall energy consumption of the system.

В настоящем контексте термин «продувание» используется в отношении технологического процесса, осуществляемого в верхнем резервуаре для удаления или содействия удалению отходящего газа из свободного пространства над уровнем жидкости верхнего резервуара и/или из ферментационной жидкости в верхнем резервуаре. As used herein, the term "scavenging" is used to refer to a process performed in the overhead tank to remove or assist in the removal of waste gas from the headspace of the overhead tank and/or from the fermentation liquid in the overhead tank.

Верхний резервуар, расположенный в соответствии с настоящим изобретением, может быть разработан для вмещения от 1% до 99% общего объема ферментера, но предпочтительно от 10% до 60% общего объема ферментера, еще более предпочтительно 40-50% общего объема для ферментации. В одном варианте осуществления настоящего изобретения объем верхнего резервуара может быть меньшим, чем объем U-образной части. The overhead reservoir located in accordance with the present invention may be designed to hold from 1% to 99% of the total fermenter volume, but preferably from 10% to 60% of the total fermenter volume, even more preferably 40-50% of the total fermentation volume. In one embodiment of the present invention, the volume of the upper reservoir may be less than the volume of the U-shaped portion.

Верхний резервуар может быть оснащен средством регулирования расхода жидкости или газа в целях содействия смешиванию в ферментационном реакторе или содействия высвобождению пузырьков газа из ферментационной жидкости. Средство регулирования расхода газа или жидкости могут представлять собой динамические смесители, перегородки или статические смесители. The upper reservoir may be provided with means to control the flow of liquid or gas to assist mixing in the fermentation reactor or to assist in the release of gas bubbles from the fermentation liquid. The means for regulating the flow of gas or liquid can be dynamic mixers, baffles or static mixers.

Размер, то есть, как диаметр, так и длина и/или высота, петлевой части и размер верхнего резервуара могут варьироваться в соответствии с потребностями в совокупном объеме ферментера. The size, that is, both the diameter and the length and/or height, of the loop portion and the size of the upper tank can be varied according to the overall volume requirements of the fermenter.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения ферментационный реактор, соответствующий настоящему изобретению, может быть оснащен впускным отверстием для выталкивающего газа, где выталкивающий газ может быть введен для выталкивания диоксида углерода в жидкой фазе в отделяемую фазу отходящего газа. Впускное отверстие для выталкивающего газа предпочтительно может быть расположено по ходу технологического потока выше верхнего резервуара и/или по ходу технологического потока выше первого впускного отверстия. In one embodiment of the present invention, the fermentation reactor according to the present invention may be equipped with a push gas inlet where the push gas can be introduced to push carbon dioxide in the liquid phase into the exhaust gas separation phase. The propellant gas inlet may preferably be located upstream of the upper reservoir and/or upstream of the first inlet.

Выталкивающий газ, то есть, газ, использованный для вытеснения диоксида углерода из растворенной фазы, (обычно азот, но необязательно другой инертный невоспламеняющийся газ), может, например, быть введен в одной или нескольких точках от начала по существу вертикальной зоны с восходящим потоком до поступления в зону удаления отходящего газа, однако, в особенности предпочтительно он будет введен в одной или нескольких точках между верхним участком (например, верхними 20%, более предпочтительно верхними 10%) вертикального участка зоны с восходящим потоком и началом наиболее плоского (то есть, наиболее горизонтального) участка зоны c исходящим потоком. A propellant gas, that is, a gas used to displace carbon dioxide from the dissolved phase, (usually nitrogen, but not necessarily another inert non-flammable gas), may, for example, be introduced at one or more points from the beginning of the substantially vertical upflow zone to entering the waste gas removal zone, however, it will be particularly preferably introduced at one or more points between the upper portion (e.g., the top 20%, more preferably the top 10%) of the vertical portion of the upflow zone and the beginning of the flattest (i.e., the most horizontal) section of the zone with outgoing flow.

В контексте настоящего изобретения термин «выталкивающий газ» используется в отношении технологического процесса, осуществляемого в петлевой части, предпочтительно на верхнем конце части с восходящим потоком и содействующего удалению отходящего газа из ферментационной жидкости в газовую фазу. In the context of the present invention, the term "boost gas" is used to refer to the process carried out in the loop portion, preferably at the upper end of the riser portion, which assists in removing the off-gas from the fermentation liquid into the gas phase.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения ферментационный реактор включает как впускное отверстие в верхнем резервуаре для введения продувающего газа в верхний резервуар, так и впускное отверстие на верхнем конце части с восходящим потоком в петлевой части для введения выталкивающего газа в целях перемещения отходящего газа из ферментационной жидкости в газовую фазу. In one embodiment of the present invention, the fermentation reactor includes both an inlet in the top tank for introducing a purge gas into the top tank and an inlet at the upper end of the riser portion in the loop portion for introducing a push gas to move exhaust gas from the fermentation liquid into gas phase.

Одно преимущество настоящего изобретения может заключаться в возможности обеспечения улучшенного использования газообразных веществ, добавленных в ферментационный реактор. One advantage of the present invention may be the ability to provide improved utilization of gaseous materials added to the fermentation reactor.

Поэтому изобретение также может относиться к ферментационному реактору и способу ферментации в виде осуществления технологического процесса ферментации, для которых, по меньшей мере, один из субстратов может представлять собой газ. Therefore, the invention may also relate to a fermentation reactor and fermentation method in the form of a fermentation process, for which at least one of the substrates may be a gas.

Способ ферментации может включать стадии добавления ферментирующих микроорганизмов, обязательных субстратов, таких как питательные соли, компоненты, регулирующие значение рН, и вода, и, по меньшей мере, одного компонента газообразного субстрата, такого как метан, в петлевой реактор и ферментации при одновременной циркуляции ферментационной жидкости в петлевом реакторе при использовании средств циркуляции жидкости, отбора потока продукта из ферментера и необязательно отправления извлеченной ферментационной жидкости (супернатанта) в случае наличия такового на рецикл в петлевой реактор. The fermentation method may include the steps of adding fermenting microorganisms, essential substrates such as nutrient salts, pH adjusting components and water, and at least one gaseous substrate component such as methane into a loop reactor and fermenting while circulating the fermentation agent. liquid in the loop reactor using means of circulating the liquid, withdrawing the product stream from the fermenter and optionally sending the recovered fermentation liquid (supernatant), if any, for recycling to the loop reactor.

Петлевой реактор и способ ферментации на микроорганизмах, соответствующие настоящему изобретению, могут включать средство управления давлением в петлевом реакторе. The loop reactor and microbial fermentation method of the present invention may include means for controlling the pressure in the loop reactor.

Способ ферментации, соответствующий настоящему изобретению, может включать стадии управления различным образом давлением в циркулирующей ферментационной жидкости, по меньшей мере, в двух различных зонах в петлевом реакторе в результате увеличения давления, по меньшей мере, в первой зоне U-образной части или петлевой части ферментационного реактора по отношению к давлению в другой зоне ферментационного реактора, что, тем самым, увеличивает массоперенос, по меньшей мере, одного добавленного компонента газообразного субстрата, такого как метан, из газовой фазы в жидкую фазу в данной зоне, со следующим далее уменьшением давления в другой зоне по отношению к давлению в первой зоне до поступления циркулирующей ферментационной жидкости в верхнюю часть реактора, что инициирует высвобождение газов, таких как отходящие газы, подобные CO2, из жидкой фазы, и высвобождение газов, захваченных в циркулирующей ферментационной жидкости в верхнем резервуаре ферментационного реактора. The fermentation method of the present invention may include the steps of varying the pressure in the circulating fermentation liquid in at least two different zones in the loop reactor by increasing the pressure in at least the first zone of the U-shaped portion or loop portion of the fermentation reactor. reactor relative to the pressure in another zone of the fermentation reactor, thereby increasing the mass transfer of at least one added gaseous substrate component, such as methane, from the gas phase to the liquid phase in that zone, followed by a subsequent decrease in pressure in the other zone in relation to the pressure in the first zone until the circulating fermentation liquid enters the upper part of the reactor, which initiates the release of gases such as off-gases like CO 2 from the liquid phase, and the release of gases trapped in the circulating fermentation liquid in the upper tank of the fermentation reactor .

Производительность ферментационного реактора и/или процесса ферментации, соответствующих настоящему изобретению, может быть дополнительно оптимизирована в том смысле, что циркулирующая ферментационная жидкость испытывает воздействие переменного давления во время циркуляции в ферментере и характеризуется увеличенными массопереносом и растворимостью газов субстрата в жидкой фазе в зоне, характеризующейся увеличенным давлением. Производительность также может быть улучшена в результате высвобождения газов, таких как газообразные отходы из циркулирующей ферментационной жидкости, где данное высвобождение увеличивается в зонах, где давление уменьшается. The performance of the fermentation reactor and/or fermentation process according to the present invention can be further optimized in the sense that the circulating fermentation liquid is subject to variable pressure during circulation in the fermenter and is characterized by increased mass transfer and solubility of substrate gases in the liquid phase in a zone characterized by increased pressure. Productivity can also be improved as a result of the release of gases, such as waste gases, from the circulating fermentation liquid, where this release is increased in areas where pressure is reduced.

Ферментационный реактор и/или способ ферментации, соответствующие настоящему изобретению, могут быть дополнительно улучшены в результате создания третьей зоны между вторым устройством для управления давлением и третьим устройством для управления давлением и управления различным образом давлением в циркулирующей ферментационной жидкости в каждой из трех различных зон - первой зоне, второй зоне и третьей зоне. Данное управление давлением в третьей зоне может быть обеспечено в результате увеличения давления в первой зоне при использовании первого устройства для управления давлением и уменьшения давления в последующих двух зонах (во второй зоне и в третьей зоне) на двух стадиях при использовании второго и третьего устройств для управления давлением. The fermentation reactor and/or fermentation method according to the present invention can be further improved by providing a third zone between the second pressure control device and the third pressure control device and differently controlling the pressure in the circulating fermentation liquid in each of the three different zones - the first zone, second zone and third zone. This pressure control in the third zone can be achieved by increasing the pressure in the first zone using the first pressure control device and decreasing the pressure in the subsequent two zones (the second zone and the third zone) in two stages using the second and third control devices pressure.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения увеличенное давление в петлевой части ферментационного реактора в первой зоне и/или между первым устройством для управления давлением и вторым устройством для управления давлением может быть получено в результате приложения давления на более, чем 0,5 бар выше атмосферного давления; таким образом, как давления на более, чем 1 бар выше атмосферного давления; например, давления на более, чем 1,5 бар выше атмосферного давления; таким образом, как давления на более, чем 2 бар выше атмосферного давления; например, давления на более, чем 2,5 бар выше атмосферного давления; таким образом, как давления на более, чем 3 бар выше атмосферного давления; например, давления на более, чем 3,5 бар выше атмосферного давления; таким образом, как давления на более, чем 4 бар выше атмосферного давления; например, давления на более, чем 4,5 бар выше атмосферного давления; таким образом, как давления на более, чем 5 бар выше атмосферного давления; например, давления на более, чем 5,5 бар выше атмосферного давления; таким образом, как давления на более, чем 6 бар выше атмосферного давления; например, давления на более, чем 7 бар выше атмосферного давления. In one embodiment of the present invention, increased pressure in the loop portion of the fermentation reactor in the first zone and/or between the first pressure control device and the second pressure control device can be obtained by applying a pressure greater than 0.5 bar above atmospheric pressure; thus, as pressures more than 1 bar above atmospheric pressure; for example, pressures more than 1.5 bar above atmospheric pressure; thus, as pressures more than 2 bar above atmospheric pressure; for example, pressures greater than 2.5 bar above atmospheric pressure; thus, as pressures more than 3 bar above atmospheric pressure; for example, pressures greater than 3.5 bar above atmospheric pressure; thus, as pressures more than 4 bar above atmospheric pressure; for example, pressures greater than 4.5 bar above atmospheric pressure; thus, as pressures more than 5 bar above atmospheric pressure; for example, pressures greater than 5.5 bar above atmospheric pressure; thus, as pressures more than 6 bar above atmospheric pressure; for example, pressures more than 7 bar above atmospheric pressure.

В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения увеличенное давление в петлевой части ферментационного реактора, в первой зоне и/или между первым устройством для управления давлением и вторым устройством для управления давлением может быть получено в результате приложения давления в диапазоне 0,5-10 бар выше атмосферного давления; таким образом, как давления в диапазоне 1-9 бар выше атмосферного давления; например, давления на более, чем 1,5-8 бар выше атмосферного давления; таким образом, как давления в диапазоне 2-7 бар выше атмосферного давления; например, давления на более, чем 3-6 бар выше атмосферного давления; таким образом, как давления в диапазоне 4-5 бар выше атмосферного давления. In yet another embodiment of the present invention, increased pressure in the loop portion of the fermentation reactor, in the first zone and/or between the first pressure control device and the second pressure control device can be obtained by applying a pressure in the range of 0.5-10 bar above atmospheric pressure; thus, as pressures in the range of 1-9 bar above atmospheric pressure; for example, pressures more than 1.5-8 bar above atmospheric pressure; thus, as pressures in the range of 2-7 bar above atmospheric pressure; for example, pressures more than 3-6 bar above atmospheric pressure; thus, as pressures in the range of 4-5 bar above atmospheric pressure.

В еще одном дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения давление в верхнем резервуаре может быть менее, чем на 0,5 бар выше атмосферного давления; таким образом, как на 0,25 бар выше атмосферного давления; таким образом, как на 0,1 бар выше атмосферного давления; таким образом, как приблизительно атмосферным давлением; например, менее, чем на 0,75 бар ниже атмосферного давления; таким образом, как на 0,5 бар ниже атмосферного давления; например, менее, чем на 0,25 бар ниже атмосферного давления; таким образом, как на 0,1 бар ниже атмосферного давления. In yet another further embodiment of the present invention, the pressure in the upper reservoir may be less than 0.5 bar above atmospheric pressure; thus as 0.25 bar above atmospheric pressure; thus as 0.1 bar above atmospheric pressure; thus, as approximately atmospheric pressure; for example, less than 0.75 bar below atmospheric pressure; thus as 0.5 bar below atmospheric pressure; for example, less than 0.25 bar below atmospheric pressure; thus as 0.1 bar below atmospheric pressure.

Первое устройство для управления давлением предпочтительно может представлять собой насос, например, пропеллерный насос, лопастной насос или турбинный насос, в особенности разработанный для циркуляции газожидкостной смеси. Другие подходящие для использования средства увеличения давления и создания циркуляции жидкости в ферментере представляют собой, например, добавление сжатого газа, например, воздуха или инертного газа, в комбинации с устройством для циркуляции жидкости, которое может представлять собой насос. The first pressure control device may preferably be a pump, for example a propeller pump, a vane pump or a turbine pump, particularly designed for circulating a gas-liquid mixture. Other suitable means of increasing the pressure and circulating the liquid in the fermenter are, for example, the addition of a compressed gas, such as air or an inert gas, in combination with a liquid circulating device, which may be a pump.

Второе устройство для управления давлением, соответствующее настоящему изобретению, может быть выбрано из числа устройств для управления давлением, таких как: сужение диаметра/поперечного сечения части с восходящим потоком или U-образной части, пластина с отверстиями, форсунки или сопла, вставленные в часть с восходящим потоком или U-образную часть, клапан, например, клапан с управлением по давлению в одном или нескольких местоположениях в ферментере, статический смеситель, гидроциклон или насос, такой как пропеллерный насос, лопастной насос или турбинный насос. The second pressure control device according to the present invention may be selected from pressure control devices such as: a reduction in the diameter/cross-section of the upflow portion or a U-shaped portion, a plate with holes, nozzles or nozzles inserted into the upflow portion. an upflow or U-piece, a valve such as a pressure controlled valve at one or more locations in the fermenter, a static mixer, a hydrocyclone or a pump such as a propeller pump, vane pump or turbine pump.

Как это упоминалось прежде, газоотделение для газообразных отходов в ферментере может быть улучшено в результате добавления средств продувания свободного пространства над уровнем жидкости и/или ферментационной жидкости в верхнем резервуаре. Достижения этого можно добиться в результате создания течения газа для продувающего газа в целях продувания свободного пространства над уровнем жидкости параллельно, прямоточно или противоточно по отношению к течению жидкости в верхней части. Газоотделение также может быть дополнительно улучшено в результате добавления продувающего газа (например, воздуха, СО2 или инертного газа или их смесей) в верхний резервуар ниже поверхности жидкости для увеличения десорбирования газов из ферментационной жидкости в верхнем резервуаре в свободное пространство над уровнем жидкости. Достижения этого также можно добиться в результате перепускания ферментационной жидкости через средство регулирования расхода в верхнем резервуаре. As mentioned before, gas separation for waste gases in the fermenter can be improved by adding a means of purging the headspace and/or fermentation liquid in the overhead tank. This can be achieved by creating a purge gas flow to purge the free space above the liquid level in parallel, co-current or counter-current with respect to the liquid flow at the top. Gas separation can also be further improved by adding a purge gas (eg, air, CO 2 or inert gas, or mixtures thereof) to the top reservoir below the liquid surface to increase the desorption of gases from the fermentation liquid in the top reservoir into the headspace above the liquid level. This can also be achieved by passing the fermentation liquid through a flow control means in the upper tank.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения ферментационный реактор и способ, соответствующие настоящему изобретению, предназначены для метанотрофной ферментации. In one embodiment of the present invention, the fermentation reactor and method of the present invention are designed for methanotrophic fermentation.

В одном дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения ферментационный реактор может быть предназначен для ферментации на метанотрофных организмах. In one additional embodiment of the present invention, the fermentation reactor may be designed for fermentation with methanotrophic organisms.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения газообразный субстрат, подаваемый во время ферментации на метанотрофных организмах, может содержать алкан. Предпочтительно алкан представляет собой С1 соединение. В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения алкан предпочтительно может представлять собой С1 соединение и/или С1 алкан. Предпочтительно С1 соединение и/или С1 алкан могут представлять собой метан, метанол, природный газ, биогаз, синтез-газ или любую их комбинацию. Еще более предпочтительно С1 соединение и/или С1 алкан могут представлять собой метан. In one embodiment of the present invention, the gaseous substrate supplied during fermentation in methanotrophic organisms may contain an alkane. Preferably the alkane is a C1 compound. In one preferred embodiment of the present invention, the alkane may preferably be a C1 compound and/or a C1 alkane. Preferably, the C1 compound and/or C1 alkane may be methane, methanol, natural gas, biogas, synthesis gas, or any combination thereof. Even more preferably, the C1 compound and/or the C1 alkane may be methane.

Метанотрофные организмы предпочтительно могут представлять собой метанотрофные бактерии, такие как Methylococcus Capsulatus. The methanotrophic organisms may preferably be methanotrophic bacteria such as Methylococcus Capsulatus.

Метанотрофные бактерии могут быть представлены при совместной ферментации совместно с одной или несколькими гетеротрофными бактериями. Methanotrophic bacteria may be present during co-fermentation with one or more heterotrophic bacteria.

Следующие гетеротрофные бактерии могут оказаться в особенности подходящими для использования при совместной ферментации на организмах M. capsulatus; Ralstonia sp.; Bacillus brevis; Brevibacillus agri; Alcaligenes acidovorans; Aneurinibacillus danicus и Bacillus firmus. Подходящие для использования дрожжи могут быть выбраны из биологических видов Saccharomyces и/или Candida. The following heterotrophic bacteria may be particularly suitable for use in co-fermentation with M. capsulatus organisms; Ralstonia sp. ; Bacillus brevis ; Brevibacillus agri ; Alcaligenes acidovorans ; Aneurinibacillus danicus and Bacillus firmus . Suitable yeasts to be used may be selected from Saccharomyces and/or Candida species.

Предпочтительные гетеротрофные бактерии выбирают из организмов Alcaligenes acidovorans (NCIMB 13287), Aneurinibacillus danicus (NCIMB 13288) и Bacillus firmus (NCIMB 13289) и их комбинаций. Preferred heterotrophic bacteria are selected from the organisms Alcaligenes acidovorans (NCIMB 13287), Aneurinibacillus danicus (NCIMB 13288) and Bacillus firmus (NCIMB 13289) and combinations thereof.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения метанотрофный организм может быть генетически модифицированным метанотрофным организмом, и/или гетеротрофный организм может быть генетически модифицированным гетеротрофным организмом. In one embodiment of the present invention, the methanotrophic organism may be a genetically modified methanotrophic organism, and/or the heterotrophic organism may be a genetically modified heterotrophic organism.

Ферментационный реактор и/или процесс ферментации, соответствующие настоящему изобретению, могут иметь особое отношение к производству белка одноклеточных организмов (БОО) в результате осуществления непрерывных процессов ферментации на культурах, например, на Methylococcus capsulatus. The fermentation reactor and/or fermentation process of the present invention may be particularly relevant to the production of single cell organism (SBO) protein through continuous fermentation processes in crops such as Methylococcus capsulatus.

Предпочтительные метанотрофные бактерии представляют собой биологические виды из семейства Methylococcus, в особенности Methylococcus capsulatus, которые используют метан или метанол в качестве источника углерода и аммиак, нитрат или молекулярный азот в качестве источника азота для синтеза белка. Preferred methanotrophic bacteria are species from the family Methylococcus, especially Methylococcus capsulatus, which use methane or methanol as a carbon source and ammonia, nitrate or molecular nitrogen as a nitrogen source for protein synthesis.

Дополнительные подробности в отношении подходящих для использования модификаций петлевого реактора и характера эксплуатации такого петлевого реактора и переработки получающейся в результате биомассы могут соответствовать описаниям изобретений в публикациях WO 2010/069313; WO 2000/70014; WO 2003/016460; WO 2018/158319; WO 2018/158322; WO 2018/115042 и WO 2017/080987, все из которых посредством ссылки включаются в настоящий документ. Additional details regarding suitable modifications of the loop reactor and the nature of the operation of such a loop reactor and processing of the resulting biomass may be consistent with the disclosures in WO 2010/069313; WO 2000/70014; WO 2003/016460; WO 2018/158319; WO 2018/158322; WO 2018/115042 and WO 2017/080987, all of which are incorporated herein by reference.

Первый вариант осуществления настоящего изобретения относится к петлевому реактору; предпочтительно U-образному петлевому реактору, где петлевой реактор включает петлевую часть. Петлевая часть включает часть с нисходящим потоком петлевой части, U-образную часть, часть с восходящим потоком и верхний резервуар. Верхний резервуар включает вентиляционную трубу для сбрасывания газа или газов, отделенных в свободном пространстве над уровнем жидкости верхнего резервуара и также обозначаемых термином «отходящий газ». Вдоль петлевой части ферментационного реактора, петлевого реактора располагаются элементы для введения газа, например, газообразного субстрата, подобного метану, аммиаку, атмосферному воздуху, чистому кислороду или атмосферному воздуху, обогащенному по чистому кислороду, в ферментационный реактор. Предпочтительно элементы для введения газа располагаются в петлевой части петлевого реактора, еще более предпочтительно элементы для введения газа располагаются в части с нисходящим протоком и/или части с восходящим протоком петлевого реактора. Ферментационный реактор (петлевой реактор) может быть оснащен насосом для циркуляции ферментационной жидкости (циркуляционным насосом) в петлевом реакторе. В одном варианте осуществления настоящего изобретения циркуляционный насос может быть установлен в U-образной части ферментационного реактора для циркуляции бульона в ферментере. Данный циркуляционный насос в альтернативном и предпочтительном вариантах может быть расположен в верхней части части с нисходящим потоком, например, при исполнении им функции первого устройства для управления давлением. По всем части с нисходящим потоком и/или части с восходящим потоком динамические смесители или статический механический смесительный элемент обеспечивают диспергирование подаваемых газов для получения многочисленных маленьких мелкодисперсных пузырьков в ферментационной жидкости. Могут быть предусмотрены каналы подачи для добавления воды и питательных солей, таких как фосфат, аммоний, магний, кальций, калий, железо, медь, цинк, марганец, никель, кобальт и молибден в форме сульфатов, хлоридов или нитратов, фосфатов, и компонентов для управления значением рН, предпочтительно каналы подачи располагаются в части с нисходящим потоком и/или в части с восходящим потоком, предпочтительно каналы подачи располагаются в части с нисходящим потоком. В ферментационном реакторе (петлевом реакторе) может быть предусмотрено выпускное отверстие для сцеживания ферментационной жидкости, характеризующейся уровнями содержания произведенных биомассы и/или веществ других продуктов, в целях переработки ниже по ходу технологического потока. Выпускное отверстие может быть расположено в U-образной части и/или в верхнем резервуаре. Петлевой реактор (ферментационный реактор) также может быть снабжен одним или несколькими датчиками. Датчики могут быть расположены для восприятия или определения концентраций рассматриваемых газов и/или ионов, например, СН4 и О2, и/или, по меньшей мере, одного из ионов фосфата, аммония, нитрата, нитрита и водорода (рН), могут быть предусмотрены один или более термодатчиков для восприятия температуры ферментационной жидкости в петлевой части и/или датчик пены для восприятия развития избыточного пенообразования в верхнем резервуаре. The first embodiment of the present invention relates to a loop reactor; preferably a U-shaped loop reactor, where the loop reactor includes a loop portion. The loop portion includes a loop portion downflow portion, a U-shaped portion, an upflow portion, and an upper reservoir. The upper reservoir includes a vent pipe for discharging the gas or gases separated in the headspace above the liquid level of the upper reservoir and also referred to as "vent gas". Along the loop portion of the fermentation reactor, the loop reactor, elements are arranged for introducing a gas, for example, a gaseous substrate like methane, ammonia, atmospheric air, pure oxygen, or atmospheric air enriched in pure oxygen, into the fermentation reactor. Preferably, the gas introduction elements are located in the loop portion of the loop reactor, even more preferably, the gas introduction elements are located in the downflow portion and/or the upflow portion of the loop reactor. The fermentation reactor (loop reactor) can be equipped with a pump for circulating the fermentation liquid (circulation pump) in the loop reactor. In one embodiment of the present invention, a circulation pump may be installed in the U-shaped portion of the fermentation reactor to circulate the broth in the fermenter. This circulation pump may alternatively and preferably be located at the top of the downflow portion, for example serving as a first pressure control device. Throughout the downflow portion and/or upflow portion, dynamic mixers or a static mechanical mixing element ensure that the feed gases are dispersed to produce numerous small, fine bubbles in the fermentation liquid. Supply channels may be provided for the addition of water and nutrient salts such as phosphate, ammonium, magnesium, calcium, potassium, iron, copper, zinc, manganese, nickel, cobalt and molybdenum in the form of sulfates, chlorides or nitrates, phosphates, and components for control the pH value, preferably the feed channels are located in the downflow part and/or in the upflow part, preferably the feed channels are located in the downflow part. The fermentation reactor (loop reactor) may be provided with an outlet for decanting fermentation liquid, characterized by levels of produced biomass and/or other product substances, for downstream processing. The outlet may be located in the U-shaped portion and/or in the upper reservoir. The loop reactor (fermentation reactor) can also be equipped with one or more sensors. The sensors may be arranged to sense or determine concentrations of gases and/or ions of interest, for example, CH 4 and O 2 , and/or at least one of phosphate, ammonium, nitrate, nitrite and hydrogen ions (pH), may be one or more thermal sensors are provided for sensing the temperature of the fermentation liquid in the loop portion and/or a foam sensor for sensing the development of excess foam in the upper tank.

Датчики могут доставлять сигналы в систему обработки данных (ПК) (не продемонстрирована), которая может управлять всем процессом ферментации, включая оборудование для переработки ниже по ходу технологического потока. The sensors can deliver signals to a data processing (PC) system (not demonstrated), which can control the entire fermentation process, including downstream processing equipment.

В целях управления пенообразованием и/или турбулентностью в ферментационной жидкости в верхнем резервуаре для обеспечения достижения оптимизированной дегазации отходящих газов и, таким образом, улучшенной производительности процесса ферментации верхний резервуар петлевого реактора (ферментационного реактора) может быть оснащен средством визуального наблюдения. Предпочтительно средство визуального наблюдения может быть расположено с обеспечением горизонтального или по существу горизонтального поля наблюдения. Средство визуального наблюдения может быть расположено на стороне верхнего резервуара, делая возможным объединенный обзор выше поверхности ферментационной жидкости и ниже поверхности ферментационной жидкости. Предпочтительно средство визуального наблюдения может быть расположено на торце верхнего резервуара. Предпочтительно средство визуального наблюдения может быть расположено на торце верхнего резервуара, обеспечивая обзор от первого впускного отверстия (или части с восходящим потоком) до первого выпускного отверстия (или части с нисходящим потоком). Средство визуального наблюдения может представлять собой смотровое отверстие, съемочную камеру или комбинацию из смотрового отверстия и съемочной камеры. В одном варианте осуществления настоящего изобретения смотровое отверстие может представлять собой смотровое стекло. В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения съемочная камера может быть встроенной в линию съемочной камерой. In order to control foaming and/or turbulence in the fermentation liquid in the upper tank to ensure optimized off-gas degassing and thus improved fermentation process performance, the upper tank of the loop reactor (fermentation reactor) may be equipped with a visual monitoring means. Preferably, the visual observation means may be positioned to provide a horizontal or substantially horizontal field of view. The visual observation means may be located on the side of the upper tank, allowing a combined view above the surface of the fermentation liquid and below the surface of the fermentation liquid. Preferably, the visual observation means may be located at the end of the upper reservoir. Preferably, the viewing means may be located at the end of the upper reservoir, providing a view from the first inlet (or upflow portion) to the first outlet (or downflow portion). The visual observation means may be a viewing hole, a camera, or a combination of a viewing hole and a camera. In one embodiment of the present invention, the viewing hole may be a sight glass. In yet another embodiment of the present invention, the camera may be an in-line camera.

Один пример проводимой ниже по ходу технологического потока переработки, подходящей для использования в отношении полученной биомассы в целях получения различных фракций, может соответствовать описанию изобретения в публикации WO 2018/115042. One example of downstream processing suitable for use on the resulting biomass to produce various fractions may be as described in WO 2018/115042.

Второй вариант осуществления настоящего изобретения относится к петлевому реактору (ферментационному реактору), подобному описанному выше первому варианту осуществления, в котором давление может быть увеличено в конкретных зонах петлевого реактора, в то время как давление является по существу равным атмосферному давлению, или в других зонах петлевого реактора, например, в верхнем резервуаре, может быть получено давление, необязательно уменьшенное ниже атмосферного давления. A second embodiment of the present invention relates to a loop reactor (fermentation reactor) similar to the first embodiment described above, in which the pressure can be increased in specific areas of the loop reactor while the pressure is substantially equal to atmospheric pressure, or in other areas of the loop reactor, for example in the upper tank, a pressure may be obtained, optionally reduced below atmospheric pressure.

В целях управления давлением в конкретных зонах петлевого реактора (ферментационного реактора) в петлевом реакторе могут быть расположены одно или более устройств для управления давлением в целях обеспечения управления давлением в ферментере таким образом, чтобы различные зоны ферментера испытывали бы большее или меньшее давление, чем другие зоны, например, петлевая часть петлевого реактора. In order to control the pressure in specific zones of the loop reactor (fermentation reactor), one or more pressure control devices may be located in the loop reactor to control the pressure in the fermenter so that different zones of the fermenter experience more or less pressure than other zones. , for example, the loop part of a loop reactor.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения устройства, использованные для управления давлением, также используются и для обеспечения циркуляции жидкости и/или газожидкостной смеси в ферментере, то есть, имеет место циркуляционный насос. In one embodiment of the present invention, the devices used to control the pressure are also used to circulate the liquid and/or gas-liquid mixture in the fermenter, that is, a circulation pump.

В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения первое устройство для управления давлением может быть расположено в верхней области части с нисходящим потоком или в соединительных частях между верхним резервуаром и частью с нисходящим потолком, например, в их нижней части. Первое устройство для управления давлением может предпочтительно обеспечивать циркуляцию жидкости в ферментере и в то же самое время стимулирует увеличение давления при прохождении жидкости или газожидкостной смеси через первое устройство для управления давлением. Первое устройство для управления давлением предпочтительно может представлять собой насос, например, циркуляционный насос, пропеллерный насос, лопастной насос или турбинный насос, в особенности разработанный для циркуляции газожидкостной смеси. Другие подходящие для использования средства увеличения давления и создания циркуляции жидкости в ферментере представляют собой, например, добавление сжатого газа, имеющее своей целью увеличение давления, а не просто подачу питательных веществ или ингредиентов в ферментационную жидкость. Когда первое устройство для управления давлением может представлять собой насос, такой как пропеллерный насос, насос, например, пропеллерный насос, может быть приведен в действие при использовании двигателя. In one preferred embodiment of the invention, the first pressure control device may be located in the upper region of the downdraft part or in the connecting parts between the upper reservoir and the downdraft part, for example in their lower part. The first pressure control device may preferentially circulate liquid in the fermenter and at the same time encourage an increase in pressure as the liquid or gas-liquid mixture passes through the first pressure control device. The first pressure control device may preferably be a pump, for example a circulation pump, a propeller pump, a vane pump or a turbine pump, particularly designed for circulating a gas-liquid mixture. Other suitable means of increasing the pressure and circulating the liquid in the fermenter are, for example, adding compressed gas to increase the pressure rather than simply introducing nutrients or ingredients into the fermentation liquid. When the first pressure control device may be a pump, such as a propeller pump, the pump, such as a propeller pump, may be driven by use of a motor.

Второе устройство для управления давлением может быть расположено в петлевом реакторе (ферментационном реакторе), предпочтительно в петлевой части, например, в одной части, выбираемой из части с нисходящим потоком или части с восходящим потоком или в горизонтальной части U-образной части петлевого реактора (ферментационного реактора). Предпочтительно второе устройство для управления давлением может быть расположено в части с восходящим потоком ферментационного реактора таким образом, что давление может быть увеличено между первым устройством для управления давлением и вторым устройством для управления давлением при взгляде в направлении течения. The second pressure control device may be located in the loop reactor (fermentation reactor), preferably in the loop part, for example, in one part selected from the downflow part or the upflow part or in the horizontal part of the U-shaped part of the loop reactor (fermentation reactor). reactor). Preferably, the second pressure control device may be located in the upflow portion of the fermentation reactor such that the pressure can be increased between the first pressure control device and the second pressure control device when viewed in the direction of flow.

При увеличении давления в конкретной зоне в ферментере также увеличивается и растворимость нагнетаемых газов в жидкой фазе. В одном предпочтительном варианте осуществления второе устройство для управления давлением может быть расположено посередине интервала до верхней области части с восходящим потоком ферментационного реактора (или петлевой части). As the pressure in a particular zone in the fermenter increases, the solubility of the injected gases in the liquid phase also increases. In one preferred embodiment, the second pressure control device may be positioned midway up to the top region of the upflow portion of the fermentation reactor (or loop portion).

Второе устройство для управления давлением может быть выбрано из числа устройств для управления давлением, таких как: сужение диаметра/поперечного сечения части с восходящим потоком или U-образной части, пластина с отверстиями, форсунки или сопла, вставленные в часть с восходящим потоком или U-образную часть, клапан, например, клапан с управлением по давлению в одном или нескольких местоположениях в ферментере, статический смеситель, гидроциклон или насос, такой как пропеллерный насос, лопастной насос или турбинный насос. The second pressure control device may be selected from among pressure control devices such as: a reduction in diameter/cross section of the upflow or U-shaped portion, a plate with holes, nozzles or nozzles inserted into the upflow or U-shaped portion a shaped portion, a valve, such as a pressure-controlled valve at one or more locations in the fermenter, a static mixer, a hydrocyclone, or a pump such as a propeller pump, vane pump, or turbine pump.

Петлевой реактор (ферментационный реактор) может быть оснащен одним или несколькими устройствами для восприятия давления. Одно или более устройств для восприятия давления могут быть расположены по всему петлевому реактору таким образом, как в верхнем резервуаре и/или в петлевой части. Предпочтительно, по меньшей мере, один датчик давления может быть расположен в каждой из зон ферментера, эксплуатируемых при различных давлениях. Устройства для восприятия давления могут быть соединены с системой для управления технологическим процессом, например, компьютером, которая может управлять устройствами для управления давлением в целях выдерживания оптимального давления в каждой из зон ферментационного реактора. The loop reactor (fermentation reactor) may be equipped with one or more pressure sensing devices. One or more pressure sensing devices may be located throughout the loop reactor, such as in the upper reservoir and/or in the loop portion. Preferably, at least one pressure sensor may be located in each of the zones of the fermenter operating at different pressures. The pressure sensing devices may be coupled to a process control system, such as a computer, which can control the pressure control devices to maintain optimal pressure in each of the zones of the fermentation reactor.

В отношении как первого, так и второго вариантов осуществления в соответствии с представленным выше описанием изобретения петлевой ферментер (ферментационный реактор), соответствующий настоящему изобретению, может дополнительно включать один или более датчиков для определения растворенного кислорода (РК), которые также могут быть расположены в ферментере в целях детектирования выдерживания уровня содержания кислорода в ферментере в пределах предварительно определенного диапазона, который зависит от микроорганизма или микроорганизмов, использованных при ферментации. With respect to both the first and second embodiments, in accordance with the above description of the invention, the loop fermenter (fermentation reactor) according to the present invention may further include one or more sensors for determining dissolved oxygen (DO), which may also be located in the fermenter for the purpose of detecting that the oxygen level in the fermenter is maintained within a predetermined range, which depends on the microorganism or microorganisms used in the fermentation.

В ферментационном реакторе, в верхнем резервуаре и/или в U-образной части, могут быть расположены дополнительные датчики, например, для измерения температуры, значения рН, проводимости, окислительно-восстановительного потенциала и различных ионов, присутствующих в бульоне, например, аммония, нитрита, нитрата, фосфатов и тому подобного. Additional sensors can be located in the fermentation reactor, in the upper tank and/or in the U-shaped part, for example, to measure temperature, pH value, conductivity, redox potential and various ions present in the broth, for example, ammonium, nitrite , nitrate, phosphates and the like.

Датчики могут включать биодатчики, электрохимические датчики, например, ионоселективные электроды или датчики на основе ПИА (проточно-инжекционного анализа) и оптических измерений, например, спектрофотометрические устройства. Для измерения нескольких различных компонентов в бульоне или в клетках в ферментере, например, концентрации клеток, аминокислот, метанола, этанола и/или других ионов, также может быть использован и зонд в ближней инфракрасной области (БИК). Ферментационный реактор может быть оборудован масс-спектрометрическим (МС) датчиком или электронным анализатором запахов для определения концентрации газообразных и летучих компонентов (например, СО2 и/или СН4) в свободном пространстве над уровнем жидкости. Датчик МС или электронный анализатор запахов могут управлять давлением, приложенным в ферментере, и/или добавлением газообразных компонентов, например, метана и/или воздуха/кислорода, и/или добавлением газообразного аммиака или аммиака/аммония в растворе. В U-образной части ферментационного реактора, предпочтительно в соединении с нагнетанием газа, может быть установлена высокоскоростная съемочная камера для определения размера пузырьков газов в бульоне. Размер пузырьков может быть определен в результате обработки изображений для данных от высокоскоростной съемочной камеры. Sensors may include biosensors, electrochemical sensors such as ion selective electrodes, or sensors based on FIA (flow injection analysis) and optical measurements such as spectrophotometric devices. A near-infrared (NIR) probe can also be used to measure several different components in the broth or cells in the fermenter, such as the concentration of cells, amino acids, methanol, ethanol and/or other ions. The fermentation reactor may be equipped with a mass spectrometry (MS) sensor or an electronic odor analyzer to determine the concentration of gaseous and volatile components (eg, CO 2 and/or CH 4 ) in the headspace above the liquid level. An MS sensor or electronic odor analyzer may control the pressure applied in the fermenter and/or the addition of gaseous components, such as methane and/or air/oxygen, and/or the addition of ammonia gas or ammonia/ammonium in solution. A high-speed camera may be installed in the U-shaped portion of the fermentation reactor, preferably in connection with the gas injection, to determine the size of gas bubbles in the broth. The size of the bubbles can be determined by image processing of data from a high-speed camera.

В верхнюю часть ферментера также может быть добавлен рециркулирующий супернатант, в альтернативном варианте, он может быть добавлен в одной или нескольких позициях в U-образной части ферментационного реактора. Возвращение супернатанта с переработки ниже по ходу технологического потока может уменьшить общее потребление субстратов, углерода и минералов, что, таким образом, уменьшает издержки процесса ферментации. Recycle supernatant may also be added to the top of the fermenter, alternatively it may be added at one or more positions in the U-shaped portion of the fermentation reactor. Returning supernatant from downstream processing can reduce the overall consumption of substrates, carbon and minerals, thereby reducing fermentation process costs.

Соединительные части могут включать или могут не включать средства противодействия образованию завихрений (не продемонстрированы), например, перегородки и тому подобное в соответствии с потребностями. The connecting parts may or may not include anti-vortex means (not shown), such as baffles and the like, as required.

Ферментационный реактор, соответствующий настоящему изобретению, обычно может функционировать в непрерывном режиме эксплуатации после очищения и реализации методики стерилизации со следующим далее периодом запуска, во время которого в ферментационный реактор добавляют воду, необходимые питательные соли и микроорганизмы. Ферментационная жидкость может циркулировать в ферментационном реакторе, в основном при использовании первого устройства для управления давлением. После этого может быть инициировано добавление газообразных субстратов, и может быть запущена ферментация. При достижении плотностью микроорганизмов концентрации, равной приблизительно 0,5-10%, а предпочтительно 1-5%, (при расчете на сухую массу) ферментационную жидкость можно непрерывно отбирать из ферментационного реактора, например, из верхнего резервуара или из U-образной части, и подвергать переработке ниже по ходу технологического потока, например, в соответствии с описанием изобретения в публикации WO 2018/115042. The fermentation reactor according to the present invention can generally be operated in continuous operation after cleaning and sterilization techniques are implemented, followed by a start-up period during which water, necessary nutrient salts and microorganisms are added to the fermentation reactor. The fermentation liquid can be circulated in the fermentation reactor, mainly by using the first pressure control device. After this, the addition of gaseous substrates can be initiated and fermentation can begin. When the microbial density reaches a concentration of approximately 0.5-10%, and preferably 1-5%, (on a dry weight basis), the fermentation liquid can be continuously withdrawn from the fermentation reactor, for example from the overhead tank or from the U-shaped part, and subjected to downstream processing, for example, in accordance with the description of the invention in publication WO 2018/115042.

Отбор ферментационной жидкости может быть инициирован одновременно с добавлением подпиточной воды, водного субстрата и/или рециркуляцией супернатанта при степени разбавления в зависимости от микроорганизмов, использованных при ферментации. Добавлением компонентов субстрата в жидком растворе, дополнительной воды, рециркуляцией супернатанта в качестве подпитки для отобранного бульона и газообразных субстратов можно управлять при использовании компьютера, принимающего данные от газовых датчиков, и подходящих для использования вычислений в целях получения необходимых количеств каждого компонента для получения оптимизированного роста организмов. The withdrawal of fermentation liquid can be initiated simultaneously with the addition of make-up water, aqueous substrate and/or recirculation of the supernatant at a degree of dilution depending on the microorganisms used in the fermentation. The addition of substrate components in liquid solution, additional water, recirculation of the supernatant as feed for the selected broth and gaseous substrates can be controlled using a computer receiving data from gas sensors and suitable for the use of calculations to obtain the required quantities of each component to obtain optimized growth of organisms .

Как это необходимо отметить, варианты осуществления и признаки, описанные в контексте одного из аспектов настоящего изобретения, также относятся и к другим аспектам изобретения. It should be noted that embodiments and features described in the context of one aspect of the present invention also apply to other aspects of the invention.

Все патентные и непатентные ссылки, процитированные в настоящей заявке, во всей своей полноте посредством ссылки на них включаются в настоящий документ. All patent and non-patent references cited in this application are hereby incorporated by reference in their entirety.

Литературные ссылкиLiterary references

WO 2010/069313WO 2010/069313

WO 2000/70014WO 2000/70014

WO 2003/016460WO 2003/016460

WO 2018/158319WO 2018/158319

WO 2018/158322WO 2018/158322

WO 2018/115042WO 2018/115042

WO 2017/080987WO 2017/080987

WO 2018/132379WO 2018/132379

Claims (11)

1. Ферментационный реактор, включающий петлевую часть и верхний резервуар, при этом упомянутая петлевая часть включает часть с нисходящим потоком, соединенную с частью с восходящим потоком через U-образную часть, причем верхний резервуар включает:1. A fermentation reactor including a loop portion and an upper reservoir, wherein said loop portion includes a downflow portion connected to an upflow portion through a U-shaped portion, wherein the upper reservoir includes: (i) первое выпускное отверстие, соединяющее верхний резервуар с частью с нисходящим потоком петлевой части и обеспечивающее протекание ферментационной жидкости, присутствующей в верхнем резервуаре, из верхнего резервуара в петлевую часть;(i) a first outlet connecting the upper reservoir to the downflow portion of the loop portion and allowing the fermentation liquid present in the upper reservoir to flow from the upper reservoir to the loop portion; (ii) первое впускное отверстие, соединяющее верхний резервуар с частью с восходящим потоком петлевой части и обеспечивающее протекание ферментационной жидкости, присутствующей в петлевой части, из петлевой части в верхний резервуар; и(ii) a first inlet connecting the upper reservoir to the upflow portion of the loop portion and allowing the fermentation liquid present in the loop portion to flow from the loop portion to the upper reservoir; And (iii) вентиляционную трубу для выгрузки отходящих газов из верхнего резервуара;(iii) a vent pipe to discharge waste gases from the upper tank; при этом верхний резервуар дополнительно включает средство визуального наблюдения, расположенное на торце верхнего резервуара, обеспечивая обзор от первого впускного отверстия до первого выпускного отверстия с по существу горизонтальным полем наблюдения.wherein the upper reservoir further includes a visual observation means located at an end of the upper reservoir providing a view from the first inlet to the first outlet with a substantially horizontal field of view. 2. Ферментационный реактор по п. 1, в котором средство визуального наблюдения располагается на стороне верхнего резервуара, обеспечивающей объединенный обзор выше поверхности ферментационной жидкости и ниже поверхности ферментационной жидкости.2. The fermentation reactor according to claim 1, wherein the visual observation means is located on a side of the upper tank providing a combined view above the surface of the fermentation liquid and below the surface of the fermentation liquid. 3. Ферментационный реактор по любому одному из предшествующих пунктов, в котором средство визуального наблюдения представляет собой смотровое отверстие, съемочную камеру или комбинацию из смотрового отверстия и съемочной камеры.3. The fermentation reactor according to any one of the preceding claims, wherein the visual observation means is a viewing hole, a viewing camera, or a combination of a viewing hole and a recording camera. 4. Ферментационный реактор по п. 3, в котором смотровое отверстие представляет собой смотровое стекло.4. The fermentation reactor according to claim 3, in which the inspection hole is a sight glass. 5. Ферментационный реактор по любому одному из предшествующих пунктов, в котором верхний резервуар оснащают датчиком пены внутри верхнего резервуара.5. The fermentation reactor according to any one of the preceding claims, wherein the upper tank is equipped with a foam sensor inside the upper tank. 6. Ферментационный реактор по любому одному из предшествующих пунктов, в котором ферментационный реактор предназначен для ферментации на метанотрофных организмах.6. The fermentation reactor according to any one of the preceding claims, wherein the fermentation reactor is designed for fermentation with methanotrophic organisms. 7. Ферментационный реактор по любому одному из предшествующих пунктов, в котором петлевая часть ферментационного реактора включает одно или более активных устройств и/или один или более неактивных смесительных элементов для распределения газа в ферментационной жидкости.7. The fermentation reactor according to any one of the preceding claims, wherein the loop portion of the fermentation reactor includes one or more active devices and/or one or more inactive mixing elements for distributing gas in the fermentation liquid.
RU2021123683A 2019-01-25 2020-01-24 Improved loop fermenter RU2814474C2 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DKPA201900106 2019-01-25

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2021123683A RU2021123683A (en) 2023-02-27
RU2814474C2 true RU2814474C2 (en) 2024-02-29

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003016460A1 (en) * 2001-08-16 2003-02-27 Norferm Da Method of fermentation
WO2008088371A2 (en) * 2006-06-16 2008-07-24 Xcellerex, Inc. Gas delivery configurations, foam control systems, and bag molding methods and articles for collapsible bag vessels and bioreactors
WO2010069313A2 (en) * 2008-12-15 2010-06-24 Ebbe Busch Larsen U-shape and/or nozzle u-loop fermenter and method of fermentation
RU2415912C2 (en) * 2005-05-30 2011-04-10 Новартис Вэксинес Энд Дайэгностикс Гмбх Унд Ко. Кг Fermenter system for bio-technical processes
CN107118939A (en) * 2016-02-24 2017-09-01 百慕立新(天津)生物科技有限公司 A kind of microorganism fermentation tank

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003016460A1 (en) * 2001-08-16 2003-02-27 Norferm Da Method of fermentation
RU2415912C2 (en) * 2005-05-30 2011-04-10 Новартис Вэксинес Энд Дайэгностикс Гмбх Унд Ко. Кг Fermenter system for bio-technical processes
WO2008088371A2 (en) * 2006-06-16 2008-07-24 Xcellerex, Inc. Gas delivery configurations, foam control systems, and bag molding methods and articles for collapsible bag vessels and bioreactors
WO2010069313A2 (en) * 2008-12-15 2010-06-24 Ebbe Busch Larsen U-shape and/or nozzle u-loop fermenter and method of fermentation
CN107118939A (en) * 2016-02-24 2017-09-01 百慕立新(天津)生物科技有限公司 A kind of microorganism fermentation tank

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2376616B1 (en) U-shape and/or nozzle u-loop fermenter and method of fermentation
CA2373288C (en) U-shape and/or nozzle-u-loop fermentor and method of carrying out a fermentation process
AU2016213919B2 (en) Method for injecting a feed gas stream into a vertically extended column of liquid
US20220259552A1 (en) Method for controlling a fermentation process
WO2003057818A2 (en) Process and apparatus for performing a gas-sparged reaction
EP3589724A1 (en) Fermentation reactor and fermentation process
RU2814474C2 (en) Improved loop fermenter
US20220081668A1 (en) Improved loop-fermenter
RU193750U1 (en) Advanced Loop Fermenter
RU2801249C2 (en) Fermentation reactor and fermentation process