способ подготовки гидролизных сред для выращивания кормовых дрожжей

Формула изобретения

Способ подготовки гидролизных сред для выращивания кормовых дрожжей, включающий охлаждение гидролизата за счет его испарения в решоферно-испарительном узле, облагораживание, инверсию с образованием сконденсированных паров и парогазовых выбросов и нейтрализацию гидролизата известковым молоком до pH 3,0 3,2 с последующей донейтрализацией аммиачной водой до pH 4,0 4,5, отстаивание, вакуум-охлаждение с последующей аэрацией и осветление, отличающийся тем, что парогазовые выбросы обрабатывают раствором известкового молока в соотношении к массе выбросов 2 5 1 с 2 4-кратной рециркуляцией, после чего молоко направляют на нейтрализацию.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области микробиологической промышленности, а именно к производству белковой биомассы на основе переработки субстратов, получаемых из непищевых растительных отходов.

Известен способ подготовки гидролизных сред к выращиванию кормовых дрожжей, включающий нейтрализацию гидролизата известью или аммиачной водой до pH 3,8 4,2, горячий отстой, в результате чего происходит отделение взвешенных частиц, охлаждение среды до 40 45^oС, аэрацию воздухом и удаление образовавшегося после аэрации осадка [1]

Недостатком способа является низкий выход дрожжей из-за пониженного содержания в гидролизате энергетического материала для накопления биомассы, большие выбросы вредных веществ в атмосферу при использовании воды в очистных системах.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является способ подготовки гидролизных сред к выращиванию кормовых дрожжей, включающий охлаждение и облагораживание гидролизата в решоферно-испарительном узле за счет его самоиспарения, дальнейшей инверсии, нейтрализации раствором извести до pH 3,0 3,2 и донейтрализации аммиачной водой до pH 4,0 4,5, горячий отстой, охлаждение до 40 45^oС, аэрацию воздухом и холодный отстой [2]

Недостатком способа является большое количество вредных веществ в выбросах из инвертора и сборника конденсата паров самоиспарения гидролизата решоферно-испарительного узла (сборник ФСК) из-за использования воды в очистных системах, низкий выход дрожжей из-за недостаточного содержания энергетического материала в субстрате.

Целью изобретения является снижение выбросов вредных веществ в атмосферу из инвертора и сборника ФСК (фурфуролсодержащий конденсат), повышение выхода дрожжей.

Поставленная цель достигается тем, что в способе подготовки гидролизных сред для выращивания кормовых дрожжей, включающем охлаждение и облагораживание гидролизата при самоиспарении в решоферно-испарительном узле, его последующую инверсию, конденсацию паров самоиспарения на этих стадиях, дальнейшую нейтрализацию гидролизата известью до pH 3,0 3,2 и донейтрализацию аммиачной водой до pH 4,0 4,5, горячий отстой, охлаждение, аэрацию воздухом, холодный отстой, несконденсировавшиеся парогазовые выбросы (ПГВ) от инвертора и сборника ФСК обрабатывают в конденсаторе смешения раствором известкового молока с 2 4-кратной рециркуляцией в соотношении к массе выбросов 2 5:1 и направляют его на нейтрализацию гидролизата до pH 3,0 3,2.

Получаемый гидролизат из гидролизаппарата поступает на решоферно-испарительный узел, происходит его ступенчатое самоиспарение за счет более низкого давления на каждой последующей ступени. Гидролизат охлаждается до 100^oС и облагораживается, т.к. с парами самоиспарения удаляются ингибиторы роста дрожжей. Пары конденсируют в теплообменниках и направляют в сборник ФСК. Конденсат содержит 0,3% 0,4% фурфурола, 0,96% уксусной кислоты, 0,29% муравьиной кислоты и используется для получения фурфурола. Гидролизат поступает на инверсию, где осуществляется дополнительный гидролиз олигосахаридов до моносахаридов. Он содержит 0,02 0,12% фурфурола, 0,03 - 0,1% муравьиной кислоты, 0,2 0,5% уксусной кислоты, 0,4 0,7% серной кислоты и другие компоненты, которые присутствуют в выбросах.

Пары из инвертора поступают на кожухотрубчатые теплообменники. Несконденсировавшиеся в них пары объединяются с выбросами из сборника ФСК и идут на очистку в конденсатор смешения. Выбросы из инвертора и сборника ФСК составляют 80% от общей массы парогазовых выбросов гидролизного производства и содержат в среднем 0,30% фурфурола, 1,25% органических кислот в пересчете на уксусную. Эти вещества являются основными загрязнителями атмосферы данных выбросов.

Раствор известкового молока с концентрацией нейтрализующего агента 150 г/л в пересчете на CaO, предназначенный для нейтрализации гидролизата, предварительно направляют вместо воды на орошение конденсатора в количестве 2 5: 1 по отношению к массе выбросов с 2 4-кратной рециркуляцией. Количество подаваемого раствора определяется тем, что при подаче раствора более чем 5:1 эффект очистки не изменяется, а жидкостной поток и расход извести увеличивается при подаче раствора менее чем 2:1, эффект очистки резко снижается из-за недостаточного количества нейтрализующего агента и малой поверхности контакта фаз. Кроме того, в первом случае возможно "захлебывание" конденсатора, во втором проскок пара. Кратность рециркуляции определяется для нижнего предела перерасходом нейтрализующего агента и большим жидкостным потоком на нейтрализацию, для верхнего накоплением в циркулирующем растворе больших количеств веществ, которые могут в дальнейшем ингибировать рост дрожжей, и снижением очистной способности этого раствора.

После полочного конденсатора отработанный раствор известкового молока направляют на нейтрализацию гидролизата до pH 3,0 3,2. Дальнейшая схема подготовки не изменяется. Гидролизат донейтрализовывают аммиачной водой до pH 4,0 4,5 и направляют на горячий отстой, где отделяют взвешенные вещества. Далее следует вакуум-охлаждение, аэрация воздухом, холодный отстой, обогащение питательными веществами, корректировка содержания редуцирующих веществ (РВ). Затем подготовленный таким образом субстрат направляют на выращивание дрожжей.

Использование раствора извести для очистки парогазовых выбросов инвертора и сборника ФСК и дальнейшее направление его на нейтрализацию гидролизата позволяет снизить в выбросах содержание уксусной кислоты в 6,25 раз, муравьиной кислоты в 1,9 раз за счет их нейтрализации и перехода в раствор; фурфурола и его производных на 30 35% за счет их распада в щелочной среде, увеличить выход дрожжей на 2,72% от перерабатываемого абсолютно сухого сырья (а. с. с. ) за счет обогащения субстрата дополнительным энергетическим материалом в виде органических кислот.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Принципиальная схема подготовки гидролизата к биохимической переработке представлена на чертеже.

1. На полочный конденсатор смешения (поз.13) поступают несконденсировавшиеся в кожухотрубчатых теплообменниках (поз.12) пары самоиспарения инвертора (поз.4) и парогазовые выбросы из сборника ФСК (поз.6) в количестве 46,88 т/сут, в т.ч. 0,140 т/сут фурфурола и 0,586 т/сут органических кислот в пересчете на уксусную. На орошение подается вода в соотношении 5:1 к массе выбросов при однократном использовании. В атмосферу после конденсатора выбрасывается 0,0171 т/сут фурфурола, 0,0293 т/сут органических кислот в пересчете на уксусную. Гидролизат с концентрацией РВ 3,0 3,5% в количестве 3082 т/сут охлаждается в испарителях (поз.1), инвертируется в течение 8 ч при 98^oС и поступает на нейтрализацию (поз.9), где нейтрализуется раствором извести с концентрацией нейтрализующего агента 150 г/л в пересчете на CaO до pH 3,0 3,2, донейтрализовывается H₄OH до pH 4,0 4,5. Далее нейтрализат подвергают отстаиванию для отделения взвешенных веществ, охлаждают на вакуум-охладительной установке до 45^oС, аэрируют воздухом и еще раз отстаивают. Субстрат обогащают неорганическими питательными веществами: суперфосфатом 90 мг/л в пересчете на P₂O₅, сульфатаммонием 1600 мг/л, хлористым калием 800 мг/л. Доводят содержание РВ до 1,5% и направляют на выращивание дрожжей. Условия культивирования: температура 36 38^oС, pH 4,2 4,4, концентрация РВ в сусле 1,5% в культуральной жидкости 0,05 0,1% дрожжи ассоциация Candida scottii, Trichocsporon сutaneum и др. Выход дрожжей составил 49,315 т/сут.

2. На полочный конденсатор (поз.13) для орошения вместо воды использовали раствор известкового молока, предназначенного для нейтрализации гидролизата в количестве 4,5:1 к массе выбросов с 4-кратной рециркуляцией раствора. При этом происходит нейтрализация кислот с образованием их кальциевых солей и разрушением фурфурола. В атмосферу после конденсатора выбрасывается фурфурола 0,0111 т/сут, органических кислот в пересчете на уксусную 0,0048 т/сут. Далее раствор извести направляют на нейтрализацию гидролизата до pH 3,0 3,2. При этом происходит замещение анионов органических кислот на анионы H₂O₄, т. е. нейтрализация Н₂O₄. Дальнейшая подготовка нейтрализата к переработке и условия культивирования дрожжей останутся без изменения. Выход дрожжей составил 49,652 т/сут. Выбросы фурфурола уменьшились на 0,0061 т/сут, органических кислот на 0,0145 т/сут, выход дрожжей увеличился на 0,337 т/сут.

Результаты эксперимента представлены в таблице.

Таким образом, предложенный способ позволяет уменьшить выбросы в атмосферу фурфурола на 30 35% за счет его распада в щелочной среде, органических кислот в пересчете на уксусную в 6 раз за счет их нейтрализации и увеличить выход дрожжей на 1,36% от перерабатываемых РВ или на 2,72% от перерабатываемого абсолютно сухого сырья за счет обогащения субстрата органическими кислотами, усвояемыми дрожжами.