Устройство для выращивания кормовых дрожжей

 

Использование: в целлюлозно-бумажной и гидролизной промышленности. Сущность изобретения: устройство содержит сосуд для выращивания дрожжей с рабочей зоной, в которой размещены аэрационные элементы, и мертвой зоной. Сосуд снабжен патрубком для ввода питательной среды в рабочую аэрируемую зону и вывода из нее дрожжевой суспензии, а также патрубком для вывода отработанной среды из мертвой неаэрируемой зоны, к которому подключен циркуляционный насос, возвращающий отработанную среду в рабочую зону. Производительность насоса 0,5 5-кратная по отношению к расходу суспензии. 1 ил. 2 табл.

Изобретение относится к производству кормовых дрожжей на гидролизных или сульфитно-щелоковых средах и предназначено для использования в гидролизной и целлюлозно-бумажной промышленности.

Известен ряд конструкций устройств для выращивания кормовых дрожжей [1] Из них в указанных отраслях нашли применение лишь устройства с эрлифтным перемешиванием и щелевым воздухораспределением (там же). Все вариации этих устройств делятся на 2 типа: устройства с одним отбором (когда из аппарата выводится только один жидкостный поток дрожжевая суспензия) и устройства с двумя отборами (когда из аппарата выводятся и дрожжевая суспензия и отработанная среда). Устройства второго типа более предпочтительны для гидролизной и целлюлозно-бумажной промышленности, так как на питательных средах этих отраслей они развивают большую производительность.

Предлагаемое изобретение относится к устройствам второго типа.

В качестве прототипа принято устройство [2] представляющее собой полый сосуд с элементом (элементами) аэрации, смонтированным внутри таким образом, что аэрируется только часть жидкости, находящейся внутри сосуда при его работе (эту часть объема сосуда называют рабочей зоной). Другая часть жидкости (внизу сосуда) не аэрируется и является мертвой зоной (в виду отсутствия аэрации дрожжи в ней не растут). Сосуд снабжен патрубками для подвода питательной среды, а также отвода дрожжевой суспензии и отработанной среды.

Устройство по прототипу работает следующим образом.

В сосуд, заполненный суспензией дрожжей, непрерывно подают воздух на аэрацию (и перемешивание) и питательную среду. В сосуде происходят рост и размножение дрожжей. Из рабочей зоны сосуда непрерывно отводят дрожжевую суспензию с такой интенсивностью, что при этом выводится количество биомассы, численно равное ее приросту внутри сосуда. Из мертвой зоны непрерывно отводят отработанную среду на дальнейшую переработку.

Недостатки прототипа недостаточно высокий выход дрожжей по отношению к питательной среде и бактериальная загрязненность дрожжей.

Цель изобретения увеличение выхода дрожжей и снижение бактериальной загрязненности.

Это достигается тем, что в устройстве, представляющем собой полый сосуд с элементом (элементами) аэрации, внутреннее пространство которого включает рабочую и мертвую зоны, сосуд снабжен патрубком для ввода питательной среды в рабочую зону, патрубком вывода суспензии дрожжей из рабочей зоны и патрубком вывода отработанной среды из мертвой зоны, который соединен трубопроводом с всасывающим патрубком циркуляционного насоса для возврата отработанной среды в рабочую зону через нагнетательный трубопровод. Перед насосом или после него на трубопроводе имеется патрубок для отбора отработанной среды на дальнейшую переработку. Производительность насоса должна быть 0,5-5-кратной по отношению и расходу дрожжевой суспензии.

Новым признаком в предлагаемом устройстве по сравнению с прототипом является то, что устройство снабжено циркуляционным насосом, всасывающий патрубок которого соединен трубопроводом с патрубком отбора отработанной среды из мертвой зоны, а нагнетательный с трубопроводом для подачи ее в рабочую зону сосуда. Дополнительными новыми признаками являются следующие: производительность насоса находится 0,5-5-кратная по отношению к расходу дрожжевой суспензии; на линии связи насоса с сосудом имеется патрубок для отбора отработанной среды на дальнейшую переработку.

На чертеже показано предлагаемое изобретение.

Устройство содержит полый сосуд 1, патрубок 2 для ввода питательной среды, патрубок 3 для ввода воздуха на аэрацию, аэрирующий элемент 4 (их, как и у прототипа, может быть несколько), патрубок 5 вывода дрожжевой суспензии, нагнетательный трубопровод 6 возврата отработанной среды из мертвой зоны в рабочую зону, патрубок 7 отбора отработанной среды на дальнейшую переработку, циркуляционный насос 8, патрубок 9 отбора отработанной среды из мертвой зоны сосуда.

Устройство работает следующим образом. В сосуд 1, находящийся в рабочем состоянии, т. е. заполненный суспензией растущих дрожжей (а в нижней части отработанной средой), постоянно аэрируемый посредством подачи воздуха через патрубок 3 и элемент 4, непрерывно подают через патрубок 2 питательную среду. В сосуде происходят непрерывный рост и размножение дрожжевых клеток, что выражается в приросте биомассы и исчерпывании питательных веществ из среды. Из рабочей зоны сосуда непрерывно отводят суспензию дрожжей с такой интенсивностью, что количество содержащихся в ней дрожжей численно равно интенсивности прироста биомассы. Из мертвой зоны непрерывно отбирают через патрубок 9 отработанную среду, которую посредством насоса 8 и нагнетательного трубопровода 6 возвращают в рабочую зону сосуда 1. Если объем подаваемой питательной среды (патрубок 2) соответствует объему отбираемой суспензии дрожжей (патрубок 5), то отбор отработанной среды на сторону не производят. Если объем питательной среды больше отбора суспензии дрожжей, то в этом случае через патрубок 7 отводят отработанную среду на дальнейшую переработку (количество ее равно разности между притоком питательной среды и отбором суспензии дрожжей).

На величину положительного эффекта, достигаемого в предложенном устройстве, влияет производительность (II) насоса 8. Установлено опытным путем, что II должна составлять 0,5-5 по отношению к расходу дрожжевой суспензии. Если коэффициент меньше 0,5, то положительный эффект изобретения (увеличение выхода дрожжей) очень мал и уменьшается вплоть до нулевого; в интервале от 0,5 до 3 он нарастает, затем стабилизируется, а затем, когда становится более 5 начинает убывать. С другой стороны, с увеличением II возрастают и затраты энергии на циркуляцию жидкости. С учетом этих обстоятельств и выбраны пределы варьирования коэффициента.

На эффективность работы устройства влияют также уровень ввода в сосуд 1 циркулирующей отработанной среды и способ ввода. Наиболее предпочтительно, во-первых, вводить циркулирующую жидкость в сосуд 1 на уровне, близком к поверхности жидкости в сосуде, во-вторых, вводить рассредоточено и равномерно по сечению. Оба эти фактора способствуют и увеличению выхода и дополнительно увеличению производительности устройства за счет увеличения рабочего объема.

Проведены испытания предлагаемого устройства в сравнении с его прототипом. В качестве прототипа испытывали серийный эрлифтный дрожжерастильный аппарат объемом 320 м³ с рабочей и мертвой зонами и соответственно с двумя отборами. В аппарат подавали на питание сульфитно-щелоковую среду, имеющую следующую характеристику; содержание РB 0,8% содержание Р₂О₅ 260 мг/л, содержание К₂О 220 мг/л, содержание аммонийного азота 340 мг/л, рН 4,2, концентрация общего SO₂ 0,02% легкоотщепляемого SO₂ 0,18% температура 36^оС. Расход среды составлял 25 м³/ч. Расход воздуха на аэрацию 3800 м³/ч. Отбор дрожжевой суспензии составлял 21 м³/ч, отбор отработанной среды (на последующую переработку) 4 м³/ч. Концентрация прессованных дрожжей в суспензии по замерам (среднесуточная) составила 13 г/л, отсюда выход абсолютно сухих дрожжей 2,7 кг из 1 м³ питательной среды, а съем дрожжей с аппарата 1640 кг/сут.

В дрожжевой суспензии, отбираемой из аппарата, исследовали бактериальную обсемененность. Это важный показатель, регламентируемый ГОСТом на дрожжи.

Для определения бактериальной обсемененности пробу дрожжевой суспензии разбавляли стерильной водой в 10000 раз, затем 0,1 мл среды наносили равномерно на поверхность агар-агар в чашке Петри и проращивали в стерильных условиях. Число колоний проросших бактериальных клеток составило 19.

Указанный аппарат был реконструирован в соответствии с предлагаемым изобретением, а именно к нему был установлен циркуляционный насос с отбором отработанной среды из мертвой зоны и возвратом ее в рабочую зону рассредоточено на уровне поверхности жидкости.

Реконструированный таким образом аппарат был испытан в 3 различных вариантах.

1-й вариант испытаний. Нагрузка по питательной среде и ее температура были те же, что и при испытании прототипа, отбор дрожжевой суспензии и отработанной среды на сторону были такими же, что и по прототипу (21 и 4 соответственно). Расход циркулирующей отработанной среды составлял 65 м³/ч. В результате испытаний установлено, что среднесуточная концентрация прессованных дрожжей в суспензии составила 19 г/л, выход абсолютно сухих, дрожжей 4 кг из 1 м³ питательной среды (48% к прототипу), съем дрожжей с аппарата 2400 кг/сут. В дрожжевой суспензии, отбираемой из аппарата, исследовали бактериальную обсемененность так же, как и в испытаниях прототипа. В результате установлено, что число проросших бактериальных клеток составило 1. Следовательно, бактериальная обсемененность уменьшилась в 19 раз.

2-й вариант испытаний. Этот вариант отличался от предыдущего тем, что нагрузка аппарата по питательной среде была уменьшена до 21 м³/ч, а отбор суспензии дрожжей составлял по-прежнему 21 м³/ч. В испытаниях установлено, что выход дрожжей из 1 м³ питательной среды составил 5,2 кг (192% к прототипу), а бактериальная обсемененность 21% к прототипу.

3-й вариант испытаний. Испытания проводились в условиях 2-го варианта, но при варьировании скорости циркуляции отработанной среды 6-125 м³/ч, т.е. коэффициент подачи по отношению к расходу дрожжевой суспензии (который был равен 21 м³/ч) составлял 0,3-6. Были получены следующие результаты (табл. 1).

Следующие испытания предложенного устройства были проведены при переработке гидролизной среды на типовом эрлифтном дрожже-растительном аппарате с двумя отборами объемом 600 м³, реконструированном в соответствии с данным описанием.

Характеристика гидролизной среды: концентрации РВ 0,7% рН 4,3, концентрация Р₂О₅ 210 мг/л, концентрация К₂О 195 мг/л, концентрация аммонийного азота 640 мг/л, концентрация лигногуминовых веществ 0,18% концентрация фурфурола 0,02% температура 37^оС.

Режимные параметры и показатели работы аппарата-прототипа и предлагаемого аппарата приведены в табл. 2.

Из проведенных испытаний предлагаемого устройства в сравнении с прототипом видно, что при переработке на нем сульфитно-спиртовых или гидролизных сред выход дрожжей увеличивается на 18-92% а бактериальная обсемененность снижается в несколько раз.

Достигаемый положительный эффект обусловлен тем, что известное устройство для выращивания дрожжей снабжено циркуляционным насосом, который отбирает отработанную среду из мертвой зоны аппарата и подает ее в рабочую зону аппарата. Вместе с тем полученный положительный эффект не очевиден и не вытекает из известного уровня техники.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ КОРМОВЫХ ДРОЖЖЕЙ, включающее полый сосуд с аэрационными элементами, разделяющими внутреннее пространство сосуда на верхнюю аэрируемую и нижнюю неаэрируемую зоны, патрубки для подвода питательной среды в аэрируемую зону и отвода из нее суспензии дрожжей, и патрубок для отбора отработанной среды из неаэрируемой зоны, отличающееся тем, что устройство снабжено циркуляционным насосом, всасывающий патрубок которого соединен с патрубком отбора отработанной среды, а нагнетательный с трубопроводом для подачи среды в аэрируемую зону, при этом насос установлен с производительностью от 0,5- до 5-кратной по отношению к расходу суспензии, а на линии связи насоса с сосудом имеется патрубок для отбора отработанной среды на дальнейшую переработку.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2