Установка для ферментативной обработки материалов

Установка для ферментативной обработки материалов

Реферат

 

1. УСТАНОВКА ДЛЯ ФЕРМЕНТАТИВНОЙ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ, преимущественно биомассы, содержащая соединенные системой трубопроводов с запорными клапанами на трубопроводах подвода потоков с образованием рециркуляционного контура смеситель с дозаторами сырья, ферментного препарата и реагентов, реакторы, кожухотрубчатый массообменник с поршневым пульсатором, теплообменник и насосы, отличающаяся тем, что, с целью повышения производительности и улучшения качества целевого продукта, она снабжена адсорбером, десорбером, декантатором и дополнительным теплообменником, при этом последний и адсорбер установлены последовательно на трубопроводе, соединяющем реакторы с кожухотрубчатым массообменником, а десорбер и декантатор - на трубопроводе, соединяющем теплообменник со смесителем.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена блоком управления, датчиками регистрации положения поршня пульсатора и дополнительными запорными клапанами с исполнительными механизмами, причем дополнительные запорные клапаны смонтированы на трубопроводах отвода из кожухотрубчатого массообменника, а их дополнительные механизмы соединены через блок управления с датчиками регистрации положения поршня пульсатора.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что кожухотрубчатый массообменник снабжен теплообменными рубашками, а на поверхности его пористых труб по винтовой линии укреплены ребра жесткости. Изобретение относится к технике и технологии осуществления процессов гидролиза биомассы и может быть использовано в химической, микробиологической, гидролизно-спиртовой, пищевой, фармацевтической, пивоваренной, винодельческой и других отраслях промышленности для ферментативного гидролиза микробного, растительного и животного сырья, а также для проведения других ферментативных процессов. Цель изобретения повышение производительности и улучшение качества целевого продукта. На фиг. 1 схематически изображена установка для обработки материалов, преимущественно биомассы; на фиг.2 внутренняя пористая труба кожухотрубчатого массообменника. Установка для обработки, например гидролиза, биомассы содержит смеситель 1 с дозаторами 2 и 3 соответственно сырья и ферментного препарата, реакторы-гидролизеры 4 и 5, кожухотрубчатый массообменник 6 с пульсатором 7. На трубопроводе подачи суспензии гидролизуемого сырья из реакторов-гидролизов 4 и 5 в массообменник 6 установлен охлаждаемый адсорбер 8. На трубопроводе отвода суспензии биомассы из массообменника 6 дополнительно установлены нагреваемый десорбер 9 и декантатор 10, выполненный, например, в виде фильтра, отстойника, центрифуги, соединенные трубопроводом 11 отвода жидкой фазы со смесителем 1. На трубопроводах отвода потоков из массообменника 6 установлены запорные клапаны 12 и 13 с исполнительными механизмами (гидропривод, пневмопривод), соединенными через блок 14 управления с датчиками 15 регистрации крайних положений поршня пульсатора 7 (конечные включатели). Пористые внутренние трубы 16 массообменника 6 выполнены в виде тонкостенных пористых металлических цилиндров 17 с приваренными на их концах резьбовыми втулками 18 и уложенными на их наружных поверхностях по винтовой линии и приваренными к цилиндрам, например, контактной электросваркой уголками 19, образующими ребра жесткости. Внутренние трубы 16 собираются из отдельных пористых трубчатых элементов путем соединения их резьбовыми разъемами. Установка работает следующим образом. В смеситель 1 дозатором 2 подается гидролизуемое сырье, дозатором 3 ферментный препарат и по трубопроводу 11 гидролизующая жидкость их декантатора 10. Путем подачи дозаторами 20 и 21 кислоты или щелочи регулируется необходимая оптимальная величина рН гидролизующей жидкости и смесь насосом 22 по трубопроводу 23 подается в реактор-гидролизер 4. В реакторе 4 суспензия гидролизуемого сырья выдерживается при оптимальных условиях температуры, рН и перемешивания. Частично гидролизованная суспензия биомассы по трубопроводу 24 перетекает в реактор-гидролизер 5, где гидролиз сырья продолжается. Насосом 25 суспензия гидролизованного сырья подается в охлаждаемый адсорбер 8 и по трубопроводу 26 в межтрубное пространство кожухотрубчатого массообменника 6. Насосом 27 в трубное пространство массообменника противотоком по трубопроводу 28 подается смывающая жидкость (вода с оптимальным для извлечения продуктов гидролиза и промывки негидролизованного остатка значением величины рН). Одна сторона цилиндра пульсатора 7 трубопроводом 29 соединена с входом межтрубного пространства, а другая сторона трубопроводом 30 с входом трубного пространства массообменника 6. При возвратно-поступательных движениях поршня пульсатора создаются повышенные давления то в межтрубном пространстве гидролизованной суспензии, то в трубном пространстве смывающей воды. Информация о крайних положениях поршня с помощью датчиков 15 передается блоку 14, а от него сигналы управления на исполнительные механизмы клапанов 12 и 13, установленных на патрубках отвода потоков из пространств массообменника 6. Например, в показанной на фиг.1 фазе движения поршня вверх жидкость из цилиндра по трубопроводу 30 вытесняется в трубное пространство массообменника 6 и в этой же фазе блок 14 поддерживает клапан 13 на выходе из трубного пространства закрытым. Таким образом, и пульсатор 7, и насос 27 создают повышенное давление в трубном пространстве, под действием которого смывающая жидкость проходит через пористые стенки внутренних труб в межтрубное пространство. При этом количество просочившейся жидкости не меньше вытесненной поршнем из пульсатора 7, т.е. используется полезно вся объемная амплитуда пульсатора 7. В этой фазе клапан 12 остается открытым, сохраняя достаточно низкое давление в межтрубном пространстве, а отсасывание суспензии по трубопроводу 29 пульсатором способствует еще большему понижению давления в нем. В следующей фазе, когда поршень пульсатора 7 опускается, блок 14 запирает клапан 12 и открывает клапан 13. На этот раз повышается давление в межтрубном пространстве и под действием пульсатора, вытесняющего суспензию по трубопроводу 29 в него, и под действием работающего насоса 31. Давление в трубном пространстве падает, так как в этой фазе жидкость из него отсасывается в пульсатор по трубопроводу 30 и клапан выхода 13 открыт. Часть продуктов гидролиза при этом под действием увеличенного перепада давления просачивается через пористые стенки труб 16 из межтрубного пространства в трубное. За время противоточного движения потоков сырья и смывающей воды в массообменнике 6 происходит много знакопеременных пульсаций и в результате по трубопроводу 32 из него отводится суспензия негидролизованного остатка в смывающей жидкости, а по трубопроводу 33 отводится раствор гидролизата, несодержащий частицы сырья. При этом в теплообменник-охладитель 34 и наружную рубашку 35 массообменника подается хладагент, понижающий температуру суспензии гидролизованного сырья в адсорбере 8 и межтрубном пространстве массообменника 6. Это способствует адсорбции остаточных ферментов и высокомолекулярных нерасщепленных компонентов из жидкой фазы суспензии на частицах негидролизованного остатка. Отводимый по трубопроводу 33 гидролизат поэтому прозрачен, лучшего качества, а адсорбированные ферменты и высокомолекулярные соединения выносятся на частицах суспензии негидролизованного остатка по трубопроводам 32 и 36 в реакторы-гидролизеры 4 и 5, где продолжается дальнейшее расщепление сырья. Реакторы-гидролизеры 4 и 5 соединены с массообменником 6 так, что могут подключаться к нему и смесителю 1 также и попеременно. Такой режим, например, может использоваться, когда требуется большее время гидролиза или более глубокое расщепление сырья и большая концентрация гидролизата. Часть суспензии негидролизованного остатка сырья по трубопроводу 37 подается через теплообменник-нагреватель 38 в десорбеp 9. Здесь происходит десорбция ферментов и высокомолекулярных соединений с частиц негидролизованного остатка сырья в жидкую фазу омывающей жидкости. Затем насосом 39 десорбированная суспензия негидролизованного остатка подается в декантатор 10, где отделяется и выводится из процесса негидролизованный остаток, а жидкая фаза суспензии, содержащая десорбированный фермент и высокомолекулярные вещества, по трубопроводу 11 направляется на смешение с новыми порциями свежего сырья в качестве гидролизующей жидкости. Таким образом, осуществляется рециркуляция и более полное использование фермента и нерасщепленных до конца высокомолекулярных соединений для более глубокого их превращения. Создание контура рециркуляции суспензии гидролизуемого сырья с включением в его состав последовательно соединенных теплообменника-охладителя 34, адсорбера 8, кожухотрубчатого массообменника 6, теплообменника-нагревателя 38 и десорбера 9 позволяет уменьшить вынос с гидролизатом растворенных ферментов и недорасщепленных высокомолекулярных соединений, а это способствует более эффективному использованию фермента, сокращению его расхода и повышению качества и выхода гидролизата и производительности установки в целом. Установленный после десорбера декантатор позволяет выводить из контура негидролизованную твердую фазу биомассы без потерь с ней фермента и высокомолекулярных недорасщепленных соединений. Это предотвращает балластирование контура негидролизованным остатком, позволяет вернуть в процесс большую часть фермента и высокомолекулярных соединений и повышает производительность установки. Снабжение установки дополнительными запорными клапанами, блоком управления и датчиками регистрации положения поршня пульсатора для синхронной их работы с пульсатором позволяет значительно поднять эффективность использования объемной амплитуды создаваемых пульсаций, интенсифицировать массопередачу и извлечение продуктов гидролиза из суспензии гидролизуемого сырья и тем самым повысить производительность установки. Интенсификации процесса и повышению производительности способствует также использование предложенной конструкции пористого трубчатого элемента массообменника, снабженного винтообразным ребром жесткости, позволяющим уменьшить толщину стенки применяемых пористых труб, турбулизировать поток суспензии гидролизуемого сырья в межтрубном пространстве и увеличить скорость извлечения компонентов из его частиц.

Формула изобретения

1. УСТАНОВКА ДЛЯ ФЕРМЕНТАТИВНОЙ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ, преимущественно биомассы, содержащая соединенные системой трубопроводов с запорными клапанами на трубопроводах подвода потоков с образованием рециркуляционного контура смеситель с дозаторами сырья, ферментного препарата и реагентов, реакторы, кожухотрубчатый массообменник с поршневым пульсатором, теплообменник и насосы, отличающаяся тем, что, с целью повышения производительности и улучшения качества целевого продукта, она снабжена адсорбером, десорбером, декантатором и дополнительным теплообменником, при этом последний и адсорбер установлены последовательно на трубопроводе, соединяющем реакторы с кожухотрубчатым массообменником, а десорбер и декантатор на трубопроводе, соединяющем теплообменник со смесителем. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена блоком управления, датчиками регистрации положения поршня пульсатора и дополнительными запорными клапанами с исполнительными механизмами, причем дополнительные запорные клапаны смонтированы на трубопроводах отвода из кожухотрубчатого массообменника, а их дополнительные механизмы соединены через блок управления с датчиками регистрации положения поршня пульсатора. 3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что кожухотрубчатый массообменник снабжен теплообменными рубашками, а на поверхности его пористых труб по винтовой линии укреплены ребра жесткости.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 36-2000

Извещение опубликовано: 27.12.2000