Способ управления пенообразованием в массообменных процессах

 

Использование: микробиологическая, гидролизная и спиртовая промышленность, управление процессами пенообразования. Сущность изобретения: способ регулирования пенообразования включает подачу в процесс выращивания микроорганизмов концентрата фосфолипидов в парафине, при этом концентрат предварительно растворяют в отработанной культуральной жидкости при соотношении 1: 100, соответственно, затем полученный раствор пеногасителя подают в процесс выращивания в количестве 0,001-0,009 мг/л к протоку, причем подачу осуществляют циклически через каждый час. 2 табл.

Изобретение относится к микробиологической промышленности и может быть использовано в гидролизно-спиртовой, пищевой и других отраслях промышленности, где проходят процессы пенообразования.

Известны многие химические реагенты и природные соединения, которые в различных отраслях промышленности используются в качестве пеногасящих средств. В частности известно техническое решение, в котором в качестве пеногасящего агента используют водную суспензию концентрата фосфатидов (отход масло-жировой промышленности) в количестве 0,001-0,005 мас.% активного вещества от общей массы среды.

Недостатком известного технического решения является то, что данный концентрат является дорогим и дефицитным, так как используется для пищевых и кормовых целей. Его расход составляет 4 кг на тонну. Кроме того, при его использовании не отмечается стимуляции роста дрожжей.

Наиболее близким по совокупности признаков к предлагаемому является способ пеногашения с использованием в качестве пеногасителя смеси фосфолипидов микробного жира с н-парафинами. Но при этом норма расхода пеногасителя определена в 0,01-0,05 г на 1 л среды. Смесь берется в соотношении фосфолипидов к парафину как (1:0,5)-(1:2).

Недостатком прототипа является то, что в процессе аэрации происходит полное гашение пены пеногасителем, в то время как для процесса выращивания вредна только "старая" пена, обедненная кислородом и питательными веществами. К числу недостатков прототипа следует отнести также и то, что пеногаситель в водной фазе практически нерастворим, в результате чего ухудшаются массообменные процессы. Весьма существенным является и тот факт, что при полном гашении пены не отмечается прироста биомассы. Прирост биомассы стабилизируется на одном уровне и не превышает 10% (2,2 кг/м³/ч).

Для повышения действия пеногасителя и соответственно снижения необходимых дозировок целесообразно предварительное приготовление соответствующих эмульсий, что не предусмотрено в указанных способах. Исходя из того положения, что массообменный пpоцесс биоокисления наиболее интенсивно идет в динамичной пене, т. е. "длительность жизни" элемента пены - пузыря должна соответствовать моменту снижения рабочих концентраций, участвующих в процессе биосинтеза веществ до их оптимального значения по скорости процесса, разработан способ пеногашения, который позволяет не только гасить "старую" пену, но и улучшать массообменные процессы.

Предложенный способ заключается в том, что в процессе выращивания микроорганизмов во время пенения подают пеногаситель, представляющий собой смесь концентрата фосфолипидов (КФ) в парафине и отработанную культуральную жидкость (ОКЖ) при соотношении 1:100, при этом количество смеси к протоку составляет 0,001-0,009 мг/л, подачу пеногасителя осуществляют циклически через каждый час. Одновременно с оптимальным пеногашением происходит увеличение продуктивности.

Концентрат фосфолипидов в н-парафине представляет собой темно-коричневую одновременную жидкость вязкой консистенции (Т.У. - оп. 64-12-108-87). Концентрация основного вещества (фосфолипидов) составляет не менее 45%, а вязкость кинематическая удерживается на уровне 23 мм²/с при 20^оС и 6,6 мм²/с при 60^оС.

В предлагаемом способе приготовления эмульсии (ОКЖ - концентрат фосфолипидов) повышается эффективность действия КФ и соответственно снижаются дозировки его. Соотношение концентрата фосфолипидов и ОКЖ определено опытным путем и продиктовано стабильностью формируемых эмульсий. В данном технологическом процессе (заводы средней мощности) по получению дрожжей из н-парафинов, увеличение степени разбавления ОКЖ приводит к ухудшению (уменьшению) контакта фаз-газового потока с пленкой жидкости. Уменьшение степени разбавления ухудшает условия ферментиации по возврату ОКЖ в процессе.

Количество пеногасителя в пределах 0,001-0,009 мг/л является оптимальным, увеличение дозировки приводит к снижению продуктивности, уменьшение - не обеспечивает снижения пены в аппарате до уровня стабилизирующего процесс.

Часовая цикличность подачи пеногасителя наиболее благоприятна для роста биомассы и при этом в два раза снижается расход КФ. Более редкая подача пеногасителя (раз в 1,5 ч) не обеспечивает должного гашения пены. Более частая подача (через 1/2 ч) не улучшала продуктивности, в увеличивала лишь расход КФ.

Изобретение направлено на регулирование пенообразования путем оптимизации условий пеногашения - подбора дозировок пеногасителя, режима подготовки эмульсии, цикличности подачи раствора, как средство управления, складывающейся гидродинамической обстановки.

Таким образом, используя концентрат фосфолипидов в парафине по разработанному способу достигаются следующие технические результаты, а именно: - управление процессом пенообразования, а не полное гашение пены; - одновременно с пеногашением обеспечивается прирост биомассы примерно на 10%.

В сущность пеногашения включается не только стабилизация процесса, но и прирост биомассы.

П р и м е р 1. Дрожжи рода Кандида выращивали в условиях аэрации и перемешивания в лабораторном ферментере емкостью 5 л. Процесс проводился при температуре 32-34^оС, рН среды 4,0 и скорости протока среды Д=0,2 ч^-1.

В качестве питательной среды использовали очищенные жидкие парафины, как источник углерода, потребность дрожжей в солях и микроэлементах обеспечивали непрерывной подачей в ферментер водного потока, содержащего, мг/л: Ортофосфорная кислота (в пересчете на Р₂О₅) 560 Калий хлористый 690 Магний сернокислый 490 Цинк сернокислый 21 Железо сернокислое 90 Марганец сернокислый 12 рН среды в аппарате поддерживали добавлением 6% раствора аммиачной воды, являющейся также источником питания.

В качестве пеногасителя использовали концентрат фосфолипидов в парафине, предварительно растворяя его в отработанной культуральной жидкости при соотношении концентрат:ОКЖ = 1:100.

Подача концентрата варьировалась в пределах от 0,001-0,03 мг/л протока в зависимости от уровня пены в аппарате. Уровень пены поддерживался постоянным - 0,5-0,7 л. Концентрат подавался непрерывно в процесс. В таблице представлены результаты опытов для различных условий подачи концентрата (см. табл.1).

В качестве основного параметра контролировалась продуктивность - q (кг/м³ч).

П р и м е р 2. Условия ферментации те же, что описаны в примере 1. Отличие в подаче концентрата - пеногасителя, который вводится циклически, в режиме: час подается, час ведется без подачи пеногасителя.(см.табл.2).

Из приведенных в таблицах данных видно, что при минимальных расходах пеногасителя (от 0,001 до 0,009 мг/1л протока) достигается оптимальное для роста клеток равновесие - продуктивность на уровне 2,44-2,68 кг/м³ч и что нет необходимости полного гашения пены. Наилучшие результаты получены при сокращенных подачах концентрата (через час), при этом вдвое уменьшается расход пеногасителя, а продуктивность сохраняется не довольно высоком уровне 2,51 кг/м³ч.

Формула изобретения

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПЕНООБРАЗОВАНИЕМ В МАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССАХ, включающий подачу в процесс выращивания микроорганизмов концентрата фосфолипидов в парафине, отличающийся тем, что концентрат фосфолипидов в парафине предварительно растворяют в отработанной культуральной жидкости при соотношении 1 : 100 соответственно и затем полученный раствор пеногасителя подают в процесс выращивания в количестве 0,001 - 0,009 мг/л к протоку, причем подачу осуществляют циклически через каждый час.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2