Биореактор



Биореактор
Биореактор

 


Владельцы патента RU 2430153:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" (БГТУ им. В.Г. Шухова) (RU)

Изобретение относится к биотехнологии, а именно к аппаратам для ферментативной переработки отходов растительного и животного происхождения, стеблей растений, навоза животных и птицы, сточных вод для получения биогаза и органического экологически чистого удобрения. Биореактор содержит корпус с патрубками для подачи перерабатываемой биомассы (исходного субстрата), слива готового удобрения, отвода биогаза, размещенную в центре корпуса циркуляционную трубу и расположенную под ней равномерно перфорированную трубу в виде вертикальной спирали, витки которой образуют конус, обращенный основанием вверх. Диаметр верхнего витка спирали равен внутреннему диаметру циркуляционной трубы и расположен на уровне нижнего среза этой трубы. Циркуляционная труба выполнена в виде цилиндрической емкости, состоящей из двух труб различного диаметра, пространство между которыми заполнено подогреваемой водой для подогрева биомассы. Патрубки для подачи биомассы и слива готового удобрения размещены на противоположных сторонах корпуса, причем патрубок подачи расположен в верхней части корпуса, а патрубок слива - в нижней. Изобретение позволяет повысить интенсивность, стабильность и полноту биохимических процессов в биореакторе за счет равномерного перемешивания биомассы и распределения температуры по всему объему биореактора. 2 ил.

 

Изобретение относится к биотехнологии, а именно к аппаратам для выращивания микроорганизмов при переработке отходов растительного и животного происхождения, стеблей растений, навоза животных и птицы, сточных вод с целью получения биогаза и органического экологически чистого удобрения.

Известен метантенк для анаэробного сбраживания разжиженных органических отходов, содержащий вертикально установленный резервуар цилиндрической формы с коническими днищем и куполом с присоединенной к куполу снизу не доходящей до днища разделительной концентрической перегородкой в виде усеченного конуса с основанием, обращенным к днищу резервуара, делящей резервуар на внешнюю и внутреннюю камеры, мешалку сбраживаемой массы во внутренней камере, патрубки подвода разжиженных органических отходов во внешнюю камеру и вывода сброженного осадка из внутренней камеры, а также патрубки отвода биогаза из газосборника в куполе резервуара и из внешней камеры (см. RU 2226758 С1, МПК7 А01С 3/00, C05F 3/06).

Недостатком известного метантенка является его пожароопасность, обусловленная наличием отверстий в корпусе для установки вращающегося вала перемешивающегося устройства, что ведет к утечке биогаза из корпуса через уплотнения и часто к возгоранию. Кроме того, наблюдается процесс расслоения биомассы и образование корки на ее поверхности вследствие неинтенсивного перемешивания среды по всему объему корпуса, так как мешалка расположена во внутренней камере корпуса.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является барботажный аппарат для выращивания микроорганизмов (см. а.с. SU, 1708829, МПК С12М 1/04), содержащий емкость с патрубками подвода и отвода среды и подвода и отвода газа. В емкости размещены циркуляционная труба и аэратор, представляющий собой перфорированную трубу в виде вертикальной спирали, витки которой образуют конус, обращенный основанием вверх, при этом диаметр верхнего витка спирали равен внутреннему диаметру циркуляционной трубы и расположен на уровне нижнего торца этой трубы. В аппарате обеспечены условия равномерного распределения газа по всему объему и эффективное диспергирование газожидкостного потока в зоне расположения аэратора.

Недостатками известного технического решения является несколько сниженная производительность из-за отсутствия устройства прогрева биомассы, вследствие чего не поддерживаются оптимальные параметры температуры. Кроме того, недостаточно стабильно и полно идут процессы ферментации биомассы во всем ее объеме, так как патрубки подачи и слива расположены на одном уровне, а слив отферментированного субстрата происходит при подъеме уровня среды выше сливного патрубка во время загрузки новой порции биомассы, что ведет к попаданию ее в готовое удобрение.

Техническим результатом заявленного технического решения является повышение интенсивности, стабильности и достижение полноты биохимических процессов за счет обеспечения оптимальных параметров температуры и полного, интенсивного перемешивания биомассы.

Технический результат достигается тем, что биореактор содержит корпус с патрубками для подачи перерабатываемой биомассы, слива готового удобрения, циркуляционную трубу и аэратор, представляющий собой равномерно перфорированную трубу в виде вертикальной спирали, витки которой образуют конус обращенный основанием вверх, при этом диаметр верхнего витка спирали равен внутреннему диаметру циркуляционной трубы и расположен на уровне его нижнего среза. Циркуляционная труба расположена в центре корпуса и представляет собой емкость цилиндрической формы, состоящую из двух труб различного диаметра, пространство между которыми заполнено подогреваемой водой для подогрева биомассы. Патрубки для подачи биомассы и слива готового удобрения расположены на противоположных сторонах, причем патрубок подачи биомассы расположен в верхней части корпуса, а патрубок слива - в нижней.

Выполнение корпуса биореактора с циркуляционной трубой в виде цилиндрической емкости, заполненной подогреваемой водой, с размещением патрубков подачи исходного субстрата и слива готового удобрения соответственно в верхней и нижней частях корпуса позволяет получить готовое удобрение, без попадания в него непереработанной биомассы при загрузке новой порции и обеспечивает полную и интенсивную переработку биомассы при стабильности температурного режима и интенсивном перемешивании за счет размещения циркуляционной трубы в центре корпуса и закрепления у ее основания перфорированной трубы, которые взаимодействуя создают разность плотностей сред внутри и вокруг циркуляционной трубы, приводя к циркуляции биомассы в корпусе.

Сравнение предлагаемого технического решения с прототипом позволяет установить наличие отличительных от прототипа признаков. Следовательно заявленное техническое решение соответствует критерию «новизна».

Анализ технических решений показал, что заявленная совокупность признаков, обеспечивающая повышение интенсивности, стабильности и полноты биохимических процессов за счет полного перемешивания биомассы и обеспечения оптимальной температуры по всему объему при их совокупности с другими элементами устройства неизвестна из уровня техники и, следовательно, соответствует критерию «изобретательский уровень».

Простота изготовления и доступность использования биореактора в малых и крупных фермерских хозяйствах, а также простота обслуживания установки, заключающаяся в наблюдении за температурным режимом, подачей биогаза в газгольдер и в барботажное устройство и в выгрузке готового удобрения и загрузке биомассы один раз в сутки 1/10 части объема, позволяет его широко использовать, что доказывает соответствие его критерию «промышленная применимость».

На фиг.1 изображен биореактор, продольный разрез; на фиг.2 разрез А-А.

Биореактор барботажного типа содержит цилиндрический вертикальный корпус 1 с патрубком 2 для подачи перерабатываемой массы, патрубком 3 для слива готового удобрения, патрубком 4 для отвода получаемого биогаза, установленного на верхней образующей корпуса 1. В центре корпуса 1 размещена циркуляционная труба, представляющая собой цилиндрическую емкость 5, состоящую из двух труб различного диаметра, пространство между которыми заполнено водой, подогреваемой, например, с помощью ТЭНов или полученного биогаза. Кроме того, корпус 1 содержит равномерно перфорированную трубу 6 в виде вертикальной спирали, витки которой образуют конус обращенный основанием вверх, при этом диаметр верхнего витка спирали трубы 6 равен внутреннему диаметру циркуляционной трубы 5 и расположен на уровне ее нижнего среза.

Биореактор работает следующим образом.

В корпус 1 через патрубок 2 подают перерабатываемую биомассу с влажностью 85-90%, по окончании процесса отферментированная среда выводится через патрубок 3. Циркуляционную трубу 5 заполняют водой, подогреваемой, например, ТЭНом. Вследствие этого биомасса нагревается до оптимальной температуры процесса 35-40 QC, выдерживается в корпусе 1 в течение 7-10 дней для ее сбраживания и полной переработки в готовое экологически чистое удобрение с получением биогаза. Биогаз собирается в верхней части корпуса 1 и через патрубок 4 поступает для дальнейшего потребления. Готовое удобрение через 7-10 дней в количестве 1/10 части по объему удаляют из корпуса 1 через патрубок 3, а в корпус 1 через патрубок 2 загружают новую порцию перерабатываемой биомассы в количестве 1/10 части по объему. Процесс выгрузки 1/10 части по объему готового удобрения и загрузки новой порции в таком же количестве перерабатываемой биомассы происходит один раз в сутки. Часть биогаза с помощью компрессора подается в перфорированную трубу 6 и через перфорацию поступает в корпус 1 внутрь циркуляционной трубы 5. Разность плотностей сред с внутренней стороны циркуляционной трубы 5 и вокруг нее приводит к циркуляции прогретой биомассы в корпусе 1. Выполнение перфорированной трубы 6 в виде конусообразной спирали с равномерно расположенными отверстиями дает возможность равномерно распределять струи и пузырьки газа по сечению циркуляционной трубы 5.

Таким образом, интенсивное перемешивание и поддержание оптимальных параметров температуры биомассы позволит, по сравнению с прототипом, повысить интенсивность, стабильность и полноту биохимических процессов в биореакторе, а также обеспечить более высокий прирост производительности по целевому продукту (выход биогаза и экологически чистого удобрения).

Биореактор, содержащий корпус с технологическими патрубками, размещенную в центре корпуса циркуляционную трубу и расположенную под ней равномерно перфорированную трубу в виде вертикальной спирали, витки которой образуют конус, обращенный основанием вверх, причем диаметр верхнего витка спирали равен внутреннему диаметру циркуляционной трубы и расположен на уровне нижнего среза этой трубы, отличающийся тем, что циркуляционная труба выполнена в виде цилиндрической емкости, состоящей из двух труб различного диаметра, пространство между которыми заполнено подогреваемой водой для подогрева биомассы, при этом технологические патрубки включают патрубок для подачи перерабатываемой биомассы, расположенный в верхней части корпуса, и патрубок слива удобрения, расположенный в нижней части корпуса.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к биореакторам асептического выращивания микроорганизмов, в частности к инокуляторам, посевным аппаратам, и может найти применение в микробиологической, пищевой, медицинской промышленности, а также в сфере образования и науки.

Изобретение относится к системе ферментера для применения в биотехнических процессах, в частности для культивирования клеток. .

Изобретение относится к эрлифтному петлевому биореактору для получения биодизельного топлива без использования внешних газов. .

Изобретение относится к области экологической биотехнологии и может быть использовано для наработки в полевых условиях биомассы микроорганизмов - деструкторов нефтяных загрязнений.

Изобретение относится к пленочным аппаратам для культивирования автотрофных микроскопических организмов и может быть использовано в микробиологической и других отраслях промышленности, предусматривающих применение продукции культивирования (например, в комбикормовой промышленности при альголизации комбикормов, в фармацевтической и косметической промышленности).

Изобретение относится к устройствам для культивирования клеток тканей и микроорганизмов в условиях отсутствия силы земной гравитации и может быть использовано в космической биотехнологии.

Изобретение относится к устройствам для проведения биотехнологических процессов, в частности для культивирования клеток тканей и микроорганизмов в условиях микрогравитации, и может быть использовано в космической биотехнологии.

Изобретение относится к области микробиологии. .

Изобретение относится к приспособлениям, предназначенным для насыщения жидкой среды газом, например воздухом, и может найти применение в различных отраслях промышленности, включая пищевую, химическую и микробиологическую.

Изобретение относится к аппаратам для проведения биохимических процессов и может быть использовано в различных отраслях промышленности. .

Изобретение относится к микробиологической, пищевой, медицинской промышленности, в частности к биореакторам асептического выращивания микроорганизмов, и может быть использовано для комплектации установок учебного, научно-исследовательского и промышленного назначения

Изобретение относится к устройствам для выращивания одноклеточных микроорганизмов, например зеленых водорослей, в закрытых емкостях в водной суспензии при естественном или искусственном освещении

Изобретение относится к анаэробной переработке отходов сельского хозяйства, а также активного ила промышленных и коммунальных очистных сооружений с получением биогаза и органического удобрения

Изобретение относится к микробиологической, дрожжевой, спиртовой промышленности, а также к сельскому хозяйству и предназначено для переработки жидких органических отходов, преимущественно навоза или помета, и получения экологически чистых органических удобрений и горючего биогаза

Изобретение относится к области биотехнологии, фармацевтической промышленности, в частности к оборудованию для культивиротвания фотосинтезирующих микроорганизмов, преимущественно микроводорослей. Фотобиореактор содержит рабочую емкость (2) с первой и второй наружными боковыми поверхностями (20, 20'). Емкость (2) сформирована из эластичного прозрачного материала, непроницаемого для текучей среды, и установлена в каркасе (3). Каркас (3) имеет удлиненные и, по существу, вертикальные опорные компоненты (32). Компоненты (32) расположены, по меньшей мере, в одном горизонтальном ряду. Причем они установлены поочередно прилегающими к первой и второй наружным боковым поверхностям (20, 20') рабочей емкости (2) с возможностью их поддержки. Изобретение обеспечивает повышение производительности и качества процесса культивирования микроводорослей при одновременном сокращении затрат. 14 з.п. ф-лы, 5 ил.

Группа изобретений относится к биотехнологии. Предложен способ выращивания колоний микробных клеток на поверхности пористой пластины. Способ включает подачу питательного раствора снизу вверх через пористую пластину в зоны роста колоний микробных клеток на её верхней поверхности, подачу суспензии микробных клеток на верхнюю поверхность пористой пластины, создание контролируемых условий роста колоний, проведение наблюдения за ростом колоний, отсоединение выращенных колоний микробных клеток от зон роста и перенос их во внешние средства идентификации. Питательный раствор подают в зоны роста колоний микробных клеток путем создания перепада давления между входом и выходом отверстий. Отверстия выполнены в пластине из анодного оксида алюминия ортогонально ее большой плоскости и топологически кодированы. В них сформированы указанные зоны роста в виде пористых мембран. Пористые мембраны размещены вровень с верхней поверхностью пластины, либо с образованием лунки и не пропускают микробные клетки. После подачи питательного раствора подают суспензию микробных клеток заданной концентрации на верхнюю поверхность пластины до их равномерного распределения. На поверхности пластины между зонами роста сформирована пленка, которая препятствует прикреплению микробных клеток. Отсоединение выросших микроколоний от зон роста осуществляют путем гидроудара. Гидроудар направлен со стороны входа цилиндрических отверстий пластины и распространяется вдоль них и далее через поры пористых мембран с силой, не разрушающей микроколонии, но достаточной для их отрыва от зон роста. Также предложено устройство для выращивания колоний микробных клеток вышеуказанным способом. Техническим результатом является обеспечение условий автоматизации процессов подачи питательного раствора и процессов отделения, и переноса выросших колоний, возможность интегрирования в миниатюрные переносные приборы, и использование в лабораториях на чипе и обеспечения портативности устройства. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 14 ил., 4 табл., 2 пр.

Группа изобретений относится к биотехнологии. Предложен способ получения целлюлозосодержащего продукта с помощью вырабатывающих целлюлозу бактерий. Способ включает подготовку мембраны, пропускающей питательный раствор и не пропускающей бактерии. Также подготавливают питательный раствор на первой стороне мембраны для подачи через мембрану на вторую сторону. Далее подготавливают газовую среду на второй стороне мембраны, подготавливают бактерии, вырабатывающие целлюлозу, на второй стороне мембраны для получения бактериями питательного раствора, проникающего сквозь мембрану. Также предложен целлюлозосодержащий продукт, полученный указанным способом. Техническим результатом является отсутствие образования гранул в питательном растворе и отсутствие отложений целлюлозы в подводящих и отводящих каналах, а также получение целлюлозосодержащего продукта, обладающего однородной структурой и плотностью. 2 н. и 31 з.п. ф-лы, 10 ил.

Группа изобретений относится к биохимии. Предложено устройство для поверхностного выращивания микроорганизма на жидкой питательной среде. Устройство включает кювету с поддоном для выращивания микроорганизма, снабженную свободно опущенной на ее дно транспортной сеткой. Транспортная сетка выполнена из нейтрального материала и закреплена своими концами на приводных барабанах, обеспечивающих поднятие транспортной сетки со дна кюветы. Также устройство содержит приемное устройство с клапаном для присоединения к смесителю-дозатору и подачи смеси жидкой питательной среды с маточной культурой в кювету, поворотные заслонки, установленные по торцам кюветы для регулирования обмена воздуха в кювете, сливное устройство для слива культуральной жидкости. патрубок для подачи сушильного агента под сетку, пробоотборник и сменные светофильтры в фонарях для регулирования освещенности, расположенные на боковых стенках кюветы, крышку, герметично закрывающую кювету, выполненную с возможностью ее открывания и/или снятия, снабженную форсунками для распыления раствора ПАВ над поверхностью выращиваемой в кювете биомассы и моющими головками для осуществления санитарной обработки устройства. Также предложен способ поверхностного выращивания микроорганизма на жидкой питательной среде с использованием вышеуказанного устройства. Предложенные изобретения обеспечивают выращивание микроорганизмов на жидкой питательной среде с минимальным применением ручного труда. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 пр.

(57) Изобретение относится к микробиологической, пищевой, медицинской промышленности, в частности к биореакторам асептического выращивания микроорганизмов, и может быть использовано для комплектации установок учебного, научно-исследовательского и промышленного назначения. Биореактор содержит цилиндрический корпус, съемную крышку, днище, газораспределительное устройство. Газораспределительное устройство имеет расположенную вдоль центральной оси корпуса несущую трубу подвода газа , а между несущей трубой подвода газа и корпусом вдоль радиальных линий - равномерно установленные вертикальные гребенчатые планки с пазами в одинаковом количестве. В пазах гребенчатых планок размещены газопроницаемые трубчатые мембраны с образованием винтообразных намоток с шагом, равным расстоянию между пазами гребенчатых планок. Изобретение позволяет повысить производительность биореактора в 1,5 раза при одновременном упрощении конструкции. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх