RU2771462C2 - Реактор для ферментации и процесс ферментации - Google Patents
Реактор для ферментации и процесс ферментации Download PDFInfo
- Publication number
- RU2771462C2 RU2771462C2 RU2019130480A RU2019130480A RU2771462C2 RU 2771462 C2 RU2771462 C2 RU 2771462C2 RU 2019130480 A RU2019130480 A RU 2019130480A RU 2019130480 A RU2019130480 A RU 2019130480A RU 2771462 C2 RU2771462 C2 RU 2771462C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fermentation
- leg
- degassing tank
- reactor
- liquid
- Prior art date
Links
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 title claims abstract description 199
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 title claims abstract description 199
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 16
- 230000008569 process Effects 0.000 title description 10
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 92
- 238000007872 degassing Methods 0.000 claims abstract description 81
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 79
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 claims description 12
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 11
- 230000001450 methanotrophic effect Effects 0.000 claims description 8
- 238000012258 culturing Methods 0.000 claims description 7
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 7
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 4
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 claims description 4
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 4
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims description 3
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 abstract 1
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 10
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 8
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 7
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 7
- 238000004581 coalescence Methods 0.000 description 5
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 5
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 5
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 241000994220 methanotrophic bacterium Species 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 108010027322 single cell proteins Proteins 0.000 description 2
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 2
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 description 2
- 241000589345 Methylococcus Species 0.000 description 1
- 241000589346 Methylococcus capsulatus Species 0.000 description 1
- 240000004808 Saccharomyces cerevisiae Species 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 hydrogen ions Chemical class 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010979 pH adjustment Methods 0.000 description 1
- 230000037361 pathway Effects 0.000 description 1
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000002311 subsequent effect Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
- 238000013022 venting Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D19/00—Degasification of liquids
- B01D19/0063—Regulation, control including valves and floats
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D19/00—Degasification of liquids
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
- C12M1/02—Apparatus for enzymology or microbiology with agitation means; with heat exchange means
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
- C12M1/36—Apparatus for enzymology or microbiology including condition or time responsive control, e.g. automatically controlled fermentors
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M29/00—Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
- C12M29/18—External loop; Means for reintroduction of fermented biomass or liquid percolate
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M29/00—Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
- C12M29/20—Degassing; Venting; Bubble traps
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
- C12M41/30—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of concentration
- C12M41/32—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of concentration of substances in solution
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
- C12M41/48—Automatic or computerized control
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P1/00—Preparation of compounds or compositions, not provided for in groups C12P3/00 - C12P39/00, by using microorganisms or enzymes
- C12P1/04—Preparation of compounds or compositions, not provided for in groups C12P3/00 - C12P39/00, by using microorganisms or enzymes by using bacteria
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
- Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Zoology (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Mycology (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Abstract
Изобретение относится к реактору для ферментации. Предложен реактор, содержащий петлевую часть, имеющую циркуляционный насос, бак дегазирования и выпуск жидкости для ферментации для отведения жидкости для ферментации из реактора. Бак дегазирования содержит первый выпуск, соединяющий бак дегазирования с первой ногой петлевой части и позволяющий жидкости для ферментации, присутствующей в баке дегазирования, течь в петлевую часть; первый впуск, соединяющий бак дегазирования со второй ногой петлевой части, позволяющий жидкости для ферментации, присутствующей в петлевой части, течь в бак дегазирования; и вентиляционную трубу для отведения отходящих газов из бака дегазирования. Изобретение относится к реактору для ферментации, подходящему для усовершенствованного культивирования организмов. 2 н. и 10 з.п. ф-лы.
Description
Техническая область изобретения
Настоящее изобретение относится к реактору для ферментации и процессу ферментации для культивирования организма. В частности, настоящее изобретение относится к реактору для ферментации, подходящему для усовершенствованного культивирования метанотрофных бактериальных клеток, предоставляющих белок отдельных клеток.
Предпосылки изобретения
Петлевые реакторы содержат циркуляционные насосы, имеющие лопасти пропеллера, разработанные для прокачивания смеси жидкости и газа. Газы вводят в различных местоположениях на всем протяжении петлевой части, но обычно их подают на верхнем конце нисходящей части петлевой части. Посредством введения газов на верхнем конце нисходящей части петли можно достигать почти несжатой инжекции, поскольку газы должны преодолеть только гидростатическое давление в несколько метров. Желательно предоставлять тонкую дисперсию газов в среде для ферментации, поскольку можно усовершенствовать коэффициент газожидкостного массообмена. На тонкую дисперсию газов в жидкости традиционно влияют пассивные или неактивные статичные смесительные элементы, размещаемые непосредственно под газовыми инжекторами. Поток жидкости в нисходящей части петли должен быть достаточно сильным с тем, чтобы уносить весь впрыскиваемый газ вместе с потоком вниз через статичные смесители. Здесь происходит распыление газа с тем, чтобы получать большое число маленьких пузырьков газа, которые диспергируют единообразно в жидкости. Пузырьки переносят вместе с потоком жидкости вниз через нисходящую часть петли к ее нижнему концу и дальше через горизонтальную часть к вертикальной части петли с тем, чтобы повторно диспергировать пузырьки газа (например, посредством статичных смесительных элементов) несколько раз в жидкости.
В основном известный уровень техники описывает, что циркуляционный насос в линии помещают в горизонтальной части или близко к горизонтальной части реактора для ферментации, поскольку считают, что тогда он способствует получению повторной дисперсии газа в жидкости, и отчасти потому, что практично иметь его размещенным на дне ферментера.
Однако пузырьки газа в жидкостях имеют склонность сливаться вместе в более крупные объемы (коалесцировать). Эта склонность является нежелательной, поскольку она делает газожидкостный массообмен менее эффективным, что имеет негативные последствия для производительности по биомассе. На коалесценцию газа в жидкости также может влиять снижение гидростатического давления. Этому снижению гидростатического давления можно противодействовать, обеспечивая давление в петлевой части.
В WO 2010/069313 описан ферментер и способ ферментации в U–образном ферментере и/или ферментере с соплами и U–петлей, содержащем U–часть, имеющую по существу вертикальную часть нисходящего потока, по существу вертикальную часть восходящего потока и по существу горизонтальную соединительную часть, которая соединяет нижние концы части нисходящего потока и части восходящего потока, верхнюю часть, которая предусмотрена над U–частью и имеет диаметр, который по существу более, чем диаметр U–части, средство для создания циркуляции жидкости в U–части ферментера и одну или несколько точек инжекции газа для введения и диспергирования газа(ов) в жидкости для ферментации. Давлением можно управлять в петлевой части, помещая циркуляционный насос в верхней части в части нисходящего потока и клапан в верхней части в части восходящего потока, что ведет к созданию зоны под давлением между циркуляционным насосом и клапаном.
Таким образом, будут благоприятны усовершенствованный реактор для ферментации и процесс, и, в частности, будет благоприятен более эффективный, более стабильный и надежный процесс, ведущий к более высокой производительности.
Сущность изобретения
Таким образом, цель настоящего изобретения относится к реактору для ферментации, подходящему для усовершенствованного культивирования организмов, в частности, метанотрофных бактериальных клеток, предоставляющих белок отдельных клеток.
В частности, цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предоставить реактор для ферментации и процесс для культивирования организма, который решает указанные выше проблемы известного уровня техники и более эффективен, боле стабилен и надежен и ведет к более высокой производительности.
Соответственно, один аспект изобретения относится к реактору для ферментации, содержащему петлевую часть, имеющую циркуляционный насос, бак дегазирования и выпуск жидкости для ферментации для отведения жидкости для ферментации из реактора для ферментации, указанный бак дегазирования содержит:
(i) первый выпуск, соединяющий бак дегазирования с первой ногой петлевой части и позволяющий жидкости для ферментации, присутствующей в баке дегазирования, течь в петлевую часть;
(ii) первый впуск, соединяющий бак дегазирования со второй ногой петлевой части, позволяющий жидкость для ферментации, присутствующей в петлевой части, течь в бак дегазирования; и
(iii) вентиляционную трубу для отведения отходящих газов из бака дегазирования, таких как CO2;
где применимы один или несколько из следующих критериев;
(a) где первый выпуск и/или первую ногу петлевой части снабжают противовихревым устройством для того, чтобы избегать захлебывания циркуляционного насоса;
(b) где соотношение между объемом (внутренний объем, который определяют в м3) бака дегазирования по отношению к объему (внутренний объем, который определяют в м3) петлевой части находится в диапазоне от 0,25:1 до 20:1; например, в диапазоне от 0,5:1 до 15:1; например, в диапазоне от 1:1 до 12:1; например, в диапазоне от 2:1 до 10:1; например, в диапазоне от 3:1 до 8:1; например, в диапазоне от 4:1 до 6:1;
(c) где численное соотношение между объемом (внутренний объем, который определяют в м3) бака дегазирования по отношению к площади поперечного сечения первой ноги и/или площади поперечного сечения (определяют в м2) второй ноги находится в диапазоне от 10:1 до 250:1; например, в диапазоне от 20:1 до 200:1, например, в диапазоне от 30:1 до 150:1, например, в диапазоне от 40:1 до 100:1, например, приблизительно 50:1;
(d) где площадь поперечного сечения первой ноги (определяют в м2) на 10% или более больше чем площадь поперечного сечения второй ноги (определяют в м2), например, на 20% больше или более; например, на 30% больше или более, например, на 40% больше или более; например, на 50% больше или более, например, на 60% больше или более; например, на 70% больше или более, например, на 80% больше или более; например, на 90% больше или более, например, на 100% больше или более; например, на 125% больше или более, например, на 150% больше или более; например, на 200% больше или более.
(e) где площадь поперечного сечения второй ноги (определяют в м2) на 10% или более больше чем площадь поперечного сечения первой ноги (определяют в м2), например, на 20% больше или более; например, на 30% больше или более, например, на 40% больше или более; например, на 50% больше или более, например, на 60% больше или более; например, на 70% больше или более, например, на 80% больше или более; например, на 90% больше или более, например, на 100% больше или более; например, на 125% больше или более, например, на 150% больше или более; например, на 200% больше или более; или
любая комбинация критериев (a)–(e).
Другой аспект настоящего изобретения относится к процессу ферментации для получения биомассы посредством культивирования организма, способ включает стадию:
(1) подачи среды для ферментации в реактор для ферментации;
(2) добавления организма в реактор для ферментации в соответствии с настоящим изобретением;
(3) предоставления организму, присутствующему в среде для ферментации, возможности ферментировать, предоставляя жидкость для ферментации; и
(4) извлечения жидкости для ферментации из реактора для ферментации, предоставляя биомассу.
Подробное описание изобретения
Авторы настоящего изобретения к удивлению обнаружили, что введение различных физических признаков конструкции петлевого реактора, по сравнению с общедоступным петлевым реактором, ведет к более эффективному, стабильному и надежному процессу, обеспечивающему более высокую производительность по биомассе.
Предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения относится к реактору для ферментации, содержащему петлевую часть, имеющую циркуляционный насос, бак дегазирования и выпуск жидкости для ферментации для отведения жидкости для ферментации из реактора для ферментации, указанный бак дегазирования содержит:
(i) первый выпуск, соединяющий бак дегазирования с первой ногой петлевой части и позволяющий жидкости для ферментации, присутствующей в баке дегазирования, течь в петлевую часть;
(ii) первый впуск, соединяющий бак дегазирования со второй ногой петлевой части, позволяющий жидкости для ферментации, присутствующей в петлевой части, течь в бак дегазирования; и
(iii) вентиляционную трубу для отведения отходящих газов из бака дегазирования, таких как CO2;
где применимы один или несколько следующих критериев;
(a) где первый выпуск и/или первую ногу петлевой части снабжают противовихревым устройством для того, чтобы избегать захлебывания циркуляционного насоса;
(b) где соотношение между объемом (внутренний объем, который определяют в м3) бака дегазирования по отношению к объему (внутренний объем, который определяют в м3) петлевой части находится в диапазоне от 0,25:1 до 20:1; например, в диапазоне от 0,5:1 до 15:1; например, в диапазоне от 1:1 до 12:1; например, в диапазоне от 2:1 до 10:1; например, в диапазоне от 3:1 до 8:1; например, в диапазоне от 4:1 до 6:1;
(c) где численное соотношение между объемом (внутренний объем, который определяют в м3) бака дегазирования по отношению к площади поперечного сечения первой ноги и/или площади поперечного сечения (определяют в м2) второй ноги находится в диапазоне от 10:1 до 250:1; например, в диапазоне от 20:1 до 200:1, например, в диапазоне от 30:1 до 150:1, например, в диапазоне от 40:1 до 100:1, например, приблизительно 50:1;
(d) где площадь поперечного сечения первой ноги (определяют в м2) на 10% или более больше чем площадь поперечного сечения второй ноги (определяют в м2), например, на 20% больше или более; например, на 30% больше или более, например, на 40% больше или более; например, на 50% больше или более, например, на 60% больше или более; например, на 70% больше или более, например, на 80% больше или более; например, на 90% больше или более, например, на 100% больше или более; например, на 125% больше или более, например, на 150% больше или более; например, на 200% больше или более.
(e) где площадь поперечного сечения второй ноги (определяют в м2) на 10% или более больше чем площадь поперечного сечения первой ноги (определяют в м2), например, на 20% больше или более; например, на 30% больше или более, например, на 40% больше или более; например, на 50% больше или более, например, на 60% больше или более; например, на 70% больше или более, например, на 80% больше или более; например, на 90% больше или более, например, на 100% больше или более; например, на 125% больше или более, например, на 150% больше или более; например, на 200% больше или более.
(f) где петлевая часть реактора для ферментации содержит одно или несколько активных устройств для распределения газа в жидкости для ферментации;
(g) где объем (внутренний объем, который определяют в м3) бака дегазирования составляет 25% или больше от объема (внутренний объем, который определяют в м3) петлевой части, например, 50% или больше, например, 100% или больше, например, 200% или больше, например, 300% или больше, например, 400% или больше, например, 300% или больше, например, 500% или больше, например, 600% или больше, например, 700% или больше, например, 800% или больше, например, 900% или больше;
(h) где численный объем (внутренний объем, определяемый в м3) бака дегазирования по меньшей мере в 20 раз больше чем площадь поперечного сечения (определяют в м2) первой ноги и/или площадь поперечного сечения (определяют в м2) второй ноги, например, по меньшей мере в 30 раз больше, например, по меньшей мере в 50 раз больше, например, по меньшей мере в 75 раз больше, например, по меньшей мере в 100 раз больше, например, по меньшей мере в 125 раз больше, например, по меньшей мере в 150 раз больше, например, по меньшей мере в 200 раз больше;
(i) где численный объем (внутренний объем, определяемый в м3) петлевой части по отношению к численной длине (определяют в метрах) петлевой части находится в диапазоне 0,01–10, например, в диапазоне 0,05–8, например, в диапазоне 0,1–6, например, в диапазоне 0,5–4, например, в диапазоне 1–2;
(j) где численный объем (внутренний объем, определяемый в м3) петлевой части по меньшей мере в 2 раза меньше чем численная длина (определяют в метрах) петлевой части, например, по меньшей мере в 5 раз меньше, например, по меньшей мере в 10 раз меньше, например, по меньшей мере в 25 раз меньше, например, по меньшей мере в 50 раз меньше, например, по меньшей мере в 75 раз меньше, например, по меньшей мере в 100 раз меньше, например, по меньшей мере в 150 раз меньше, например, по меньшей мере в 200 раз меньше;
(k) где соотношение между длиной (определяют в метрах) горизонтальной части петлевой части и длиной (определяют в метрах) вертикальной части находится в диапазоне от 0,5:1 до 1:20; в диапазоне от 1:1 до 1:15; например, в диапазоне от 1:2 до 1:12, например, в диапазоне от 1:3 до 1:10, например, в диапазоне от 1:5 до 1:8; и/или
(l) где численное соотношение между объемом (внутренний объем, определяемый в м3) бака дегазирования по отношению к площади поперечного сечения (определяют в м2) первого впуска или первого выпуска находится в диапазоне от 10:1 до 200:1; например, в диапазоне от 20:1 до 100:1, например, в диапазоне от 30:1 до 80:1; например, в диапазоне от 40:1 до 60:1, например, приблизительно 50:1.
(m) где численный объем (внутренний объем, определяемый в м3) бака дегазирования по меньшей мере в 20 раз больше чем численная площадь поперечного сечения (определяют в м2) первого впуска и/или площадь поперечного сечения (определяют в м2) первого выпуска, например, по меньшей мере в 30 раз больше, например, по меньшей мере в 50 раз больше, например, по меньшей мере в 75 раз больше, например, по меньшей мере в 100 раз больше, например, по меньшей мере в 125 раз больше, например, по меньшей мере 150 раз больше; или
любая комбинация критериев (a)–(m).
В частности, предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения относится к реактору для ферментации, содержащему петлевую часть, имеющую циркуляционный насос, бак дегазирования и выпуск жидкости для ферментации для отведения жидкости для ферментации из реактора для ферментации, указанный бак дегазирования содержит:
(iv) первый выпуск, соединяющий бак дегазирования с первой ногой петлевой части и позволяющий жидкости для ферментации, присутствующей в баке дегазирования, течь в петлевую часть;
(v) первый впуск, соединяющий бак дегазирования со второй ногой петлевой части, позволяющий жидкости для ферментации, присутствующей в петлевой части, течь в бак дегазирования; и
(vi) вентиляционную трубу для отведения отходящих газов из бака дегазирования, таких как CO2;
где применимы один или несколько следующих критериев;
(a) где первый выпуск и/или первую ногу петлевой части снабжают противовихревым устройством для того, чтобы избегать захлебывания циркуляционного насоса;
(b) где соотношение между объемом (внутренний объем, который определяют в м3) бака дегазирования по отношению к объему (внутренний объем, который определяют в м3) петлевой части находится в диапазоне от 0,25:1 до 20:1; например, в диапазоне от 0,5:1 до 15:1; например, в диапазоне от 1:1 до 12:1; например, в диапазоне от 2:1 до 10:1; например, в диапазоне от 3:1 до 8:1; например, в диапазоне от 4:1 до 6:1;
(c) где численное соотношение между объемом (внутренний объем, который определяют в м3) бака дегазирования по отношению к площади поперечного сечения первой ноги и/или площади поперечного сечения (определяют в м2) второй ноги находится в диапазоне от 10:1 до 250:1; например, в диапазоне от 20:1 до 200:1, например, в диапазоне от 30:1 до 150:1, например, в диапазоне от 40:1 до 100:1, например, приблизительно 50:1;
(d) где площадь поперечного сечения первой ноги (определяют в м2) на 10% или более больше чем площадь поперечного сечения второй ноги (определяют в м2), например, на 20% больше или более; например, на 30% больше или более, например, на 40% больше или более; например, на 50% больше или более, например, на 60% больше или более; например, на 70% больше или более, например, на 80% больше или более; например, на 90% больше или более, например, на 100% больше или более; например, на 125% больше или более, например, на 150% больше или более; например, на 200% больше или более.
(e) где площадь поперечного сечения второй ноги (определяют в м2) на 10% или более больше чем площадь поперечного сечения первой ноги (определяют в м2), например, на 20% больше или более; например, на 30% больше или более, например, на 40% больше или более; например, на 50% больше или более, например, на 60% больше или более; например, на 70% больше или более, например, на 80% больше или более; например, на 90% больше или более, например, на 100% больше или более; например, на 125% больше или более, например, на 150% больше или более; например, на 200% больше или более; или
любая комбинация критериев (a)–(e).
В контексте настоящего изобретения, термин «внутренний объем» относится к открытой полости внутри бака или внутри трубы, окруженной стенками трубы бака.
Вышеуказанные критерии предусматривают оптимизированный бак для ферментации, содержащий петлевую часть, которая оптимизирована с учетом практической работы с использованием бака для ферментации; стабильность; эффективность; надежность и стоимость (как стоимость производства, так и организационные расходы).
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения применимы по меньшей мере два из вышеуказанных критериев, например, применимы по меньшей мере 3 из критериев, например, применимы по меньшей мере 4 из критериев, например, применимы по меньшей мере 5 из критериев, например, применимы по меньшей мере 6 из критериев, например, применимы по меньшей мере 7 из критериев, например, применимы по меньшей мере 8 из критериев, например, применимы по меньшей мере 9 из критериев, например, применимы по меньшей мере 10 из критериев.
В дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения применимы по меньшей мере критерии (a). Предпочтительно, критерии (a) применимы в комбинации с одним или несколькими из критериев (b)–(m). В другом дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения применимы по меньшей мере критерии (f). Предпочтительно, критерии (f) применимы в комбинации с одним или несколькими из критериев (a)–(e) или (g)–(m). В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения, критерии (a) и/или критерии (f) применимы в комбинации с одним или несколькими из критериев (b)–(e) и/или (g)–(m), например, применимы в комбинации с двумя или больше из критериев (b)–(e) и/или (g)–(m), например, применимы в комбинации с 3 или больше из критериев (b)–(e) и/или (g)–(m), например, применимы в комбинации с 4 или больше из критериев (b)–(e) и/или (g)–(m), например, применимы в комбинации с 5 или больше из критериев (b)–(e) и/или (g)–(m), например, применимы в комбинации с 6 или больше из критериев (b)–(e) и/или (g)–(m), например, применимы в комбинации с 7 или больше из критериев (b)–(e) и/или (g)–(m).
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения бак дегазирования предпочтительно может представлять собой верхний бак, размещаемый поверх петлевой части. Предпочтительно длина (метры, м) бака дегазирования больше диаметра (метры, м) бака дегазирования.
В дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения бак дегазирования может представлять собой бак цилиндрической формы или призматической формы. Предпочтительно, бак дегазирования призматической формы имеет треугольные торцы, квадратные торцы, пятиугольные торцы или гексагональные торцы.
В зависимости от конструкции реактора для ферментации, выпуск жидкости для ферментации можно помещать в различных местах. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения выпуск жидкости для ферментации для отведения жидкости для ферментации из реактора для ферментации помещают в бак дегазирования и/или в петлевую часть, предпочтительно выпуск жидкости для ферментации помещают
В контексте настоящего изобретения, термин «циркуляционный насос» относится к насосу, размещаемому в петлевой части и отвечающему за приведение в движение жидкости для ферментации в реакторе для ферментации, из бака дегазирования через петлевую часть и обратно в бак дегазирования. Термин «циркуляционный насос» относится к насосу, перекачивающему жидкость для ферментации в по существу параллельном направлении относительно направления потока жидкости для ферментации в петлевой части.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения циркуляционный насос в соответствии с настоящим изобретением можно помещать в части верхней половины первой ноги. Предпочтительно, циркуляционный насос можно помещать в первой ноге близко к первому выпуску. Даже более предпочтительно, циркуляционный насос можно помещать рядом с противовихревым устройством и ниже него по потоку.
В дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения циркуляционный насос может представлять собой пропеллерный насос, лопастной насос или турбинный насос.
Реактор для ферментации предпочтительно может содержать средство для обеспечения повышенного давления в реакторе для ферментации. Польза от воздействия на жидкость для ферментации повышенным состоит в том, что возрастает коэффициент газо–жидкостного массообмена субстратных газов и возрастает производительность и/или эффективность.
От размещения рециркуляционного насоса в верхней половине первой ноги коэффициент газо–жидкостного массообмена может даже дополнительно выигрывать за счет гидростатического давления, создаваемого по мере того, как жидкость для ферментации двигается из бака дегазирования через первый выпуск в первую ногу и через циркуляционный насос, который можно помещать в верхней половине первой ноги, как раскрыто в настоящем описании, и дальше ниже первой ноги, где гидростатическое давление продолжает возрастать по мере движения жидкости для ферментации вниз.
Для того чтобы генерировать повышенное давление в петлевой части, необходимо обеспечивать противодавление, против увеличенного потока, например, обеспечиваемого циркуляционным насосом. Таким образом, в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения можно вставлять уменьшающее поток устройство. Предпочтительно, уменьшающее поток устройство можно помещать выше по потоку от первого впуска и во второй ноге.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения уменьшающее поток устройство может представлять собой корректируемое уменьшающее поток устройство.
В дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения уменьшающее поток устройство может представлять собой активное уменьшающее поток устройство.
Предпочтительно, уменьшающее поток устройство может представлять собой клапан, гидроциклон, насос или пропеллерный насос, предпочтительно клапан.
В контексте настоящего изобретения уменьшающее поток устройство не представляет собой неактивное или статичное устройство, такое как статичный смеситель.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения реактор для ферментации в соответствии с настоящим изобретением может содержать одну или несколько точек инжекции газа. Предпочтительно, за одной или несколькими точками инжекции газа может следовать одно или несколько активных устройств для распределения газа в процессе ферментации и/или один или несколько неактивных смесительных элементов.
В ходе работы газы можно вводить в петлевую часть, как описано ранее, чтобы быть способным вводить газы в реактор для ферментации в ходе работы давление газа может составлять приблизительно на 2–3 бар выше давления внутри U–петли. Таким образом, из–за создаваемого гидростатического давления, чем выше в петлевой части вводят газы, тем ниже нужно давление на газовом инжекторе.
Один или несколько неактивных смесительных элементов могут представлять собой статичный смеситель, эти статичные смесители предпочтительно могут непосредственно следовать за одной или несколькими точками инжекции газа для того, чтобы помогать размельчать пузырьки газа и/или избегать или ограничивать коалесценцию пузырьков газа, в жидкости для ферментации.
При нахождении внутри реактора для ферментации и петлевой части, пузырьки газа можно подвергать двум конкурирующим процессам, разрушение пузырьков и коалесценция пузырьков. Конечный усредненный размер пузырьков зависит от более преобладающего или более быстрого процесса из этих двух. Если коалесценция пузырьков является очень медленной по сравнению с разрушением пузырьков, усредненный диаметр пузырьков определяет процесс разрушения, однако, если пузырьки, выходящие из газового впуска, меньше максимального стабильного диаметра пузырька, усредненный диаметр пузырька определяет процесс формирования пузырьков. С другой стороны, если коалесценция происходит быстро, пузырьки, выходящие из газового впуска, могут коалесцировать и вырастать до тех пор, пока они не превысят максимальный стабильный размер пузырьков, после чего происходит разрушение пузырьков. Поскольку разрушение пузырьков газа зависит от локальных скоростей завихрений/локальных турбулентностей, имеет место локальное равновесие коалесценции–разрушения, что ведет к вариации размера пузырьков на всем протяжении петлевой части.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения реактор для ферментации может содержать датчик или анализатор ионов для определения содержания ионов одного или нескольких типов в жидкости для ферментации. Предпочтительно, ионы одного или нескольких типов можно выбирать из фосфата, кальция, водорода, нитрата и/или аммония, предпочтителен нитрат.
В дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения реактор для ферментации; один или несколько датчиков или анализаторов; один или несколько газовых впусков; один или несколько впусков воды; один или несколько впусков среды для ферментации сопрягают с компьютером.
Предпочтительно, одним или несколькими газовыми впусками; одним или несколькими впусками воды; одним или несколькими впусками среды для ферментации управляют на компьютере на основе данных, получаемых от одного или нескольких датчиков или анализаторов.
Реактор для ферментации дополнительно может содержать по меньшей мере один впуск воды. Вода, подаваемая через по меньшей мере один впуск воды, может представлять собой водопроводную воду или деминерализованную воду, предпочтительно деминерализованную воду, чтобы избегать влияния компонентов, присутствующих в водопроводной воде, на композицию среды для ферментации.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения реактор для ферментации может содержать по меньшей мере один впуск среды для ферментации.
Длина петлевой части реактора для ферментации может влиять на производительность реактора для ферментации и процесса ферментации, поскольку организм абсорбирует вводимые питательные газы и происходит рост, образование биомассы при прохождении через петлевую часть ферментера. В ходе образования биомассы и роста организма можно получать отработанные газы, такие как CO2. Эти получаемые отработанные газы, например, CO2, нужно транспортировать в бак дегазирования, где отработанные газы можно высвобождать и выгружать из реактора для ферментации.
Таким образом, петлевая часть реактора для ферментации может иметь длину, которой достаточно для того, чтобы сделать возможными достаточный рост биомассы и/или достаточное использование добавляемых питательных газов, однако, длина петлевой части не должна быть такой большой, чтобы можно было ингибировать рост из–за высокого содержания отработанных газов, например, CO2, в жидкости для ферментации.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения петлевая часть реактора для ферментации может иметь длину по меньшей мере 10 м, например, по меньшей мере 20 м, например, по меньшей мере 30 м, например, по меньшей мере 40 м, например, по меньшей мере 50 м, например, по меньшей мере 75 м, например, по меньшей мере 100 м, например, по меньшей мере 125 м, например, по меньшей мере 150 м.
В данном контексте длину петлевой части реактора для ферментации можно определять на основе линии центров петлевой части.
Настоящее изобретение относится к реактору для ферментации как описано в п. (i)–(iii) и необязательно в другом месте в этом описании, где петлевая часть реактора для ферментации содержит одно или несколько активных устройств для распределения газа в жидкости для ферментации.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения одно или несколько активных устройств для распределения газа в жидкости для ферментации могут представлять собой микронанорассеиватель для введения и/или распределения газа в жидкости для ферментации; и/или динамическое двигающееся устройство, такое как динамический смешиватель.
Микронанорассеиватели можно предусматривать в реакторе для ферментации в соответствии с настоящим изобретением для того, чтобы создавать очень маленькие пузырьки, впрыскиваемые в петлевую часть. Таким образом, этот активный (а не пассивный) путь для того, чтобы создавать пузырьки может обеспечивать организм внутри петлевой части пузырьками меньшего размера, которые иначе не существовали бы, если использовать только рассеиватель. Пузырьки газа, создаваемые с использованием микронанорассеивателя, будут иметь диаметр меньше чем 50 мкм, например, меньше чем 40 мкм, например, меньше чем 30 мкм, например, меньше чем 20 мкм, например, меньше чем 15 мкм.
В качестве альтернативы или в качестве дополнения к микронанорассеивателю можно предусматривать динамическое двигающееся устройство. Динамическое двигающееся устройство можно запускать с помощью прямой или опосредованной подачи энергии, т. е. с использованием динамического смешивателя вместо статичного смесителя. Динамический смешиватель в соответствии с настоящим изобретением может быть предназначен для того, чтобы, в частности, усиливать смешивание газа/жидкости. Использование динамического смешивателя позволяет передавать больше энергии в культуру внутри U–петлевого реактора наиболее оптимальным путем для достижения более хорошего смешивания газа/жидкости.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения динамический смешиватель может быть в первой ноге и/или во второй ноге петлевой части. Это размещение динамических смешивателей обеспечивает возможность усиливать смешивание еще больше за счет использования близости динамического смешивателя ко внутренней стенке петлевой части. Например, пузырьки газа, выходящие из динамического смешивателя можно направлять наружу, а не параллельно пути потока жидкости для ферментации, вдоль ноги, для соударения со внутренней стенкой петлевой части. Полагают, что дополнительные завихрения, обусловленные столкновениями между пузырьками газа в жидкости для ферментации и внутренней стенкой ноги дополнительно усиливают смешивание и уменьшают размер пузырьков.
Можно использовать смешиватель, приводимый в действие непосредственно или опосредованно.
В дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения в линии в петлевую часть реактора для ферментации можно помещать одно или несколько активных устройств для распределения газа в жидкости для ферментации, которые способны усиливать смешивание газа и жидкости для ферментации.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, одно или несколько активных устройств для распределения газа в жидкости для ферментации можно помещать в линии в петлевую часть ферментера и помещать под непараллельным углом относительно потока жидкости для ферментации.
Одно или несколько активных устройств для распределения газа в жидкости для ферментации можно помещать в линии в петлевой части ферментера в или около нижней части первой ноги; нижней части второй ноги; и/или горизонтальной части петлевой части.
Например, когда циркуляционный насос можно располагать в верхней части первой ноги, как описано выше, и вблизи первого выпуска бака дегазирования, может иметь место риск вихря. Вихрь может возникать, когда скорость насоса становится высокой для данного уровня поверхности. Недостатки вихря могут состоять в том, что газ может подходить близко к насосу, что ведет к кавитации и сниженной эффективности насоса и поврежденным лопастям насоса или корпуса в качестве последующего эффекта.
Настоящее изобретение относится к реактору для ферментации как описано в п. (i)–(iii) и необязательно в другом месте в этом описании, где первый выпуск и/или первую ногу петлевой части снабжают противовихревым устройством для того, чтобы избегать захлебывания циркуляционного насоса.
Противовихревое устройство можно устанавливать в баке дегазирования; в первом выпуске или в первой ноге.
Противовихревое устройство может представлять собой устройство, которое формируют и/или устанавливают для разрушения потока и/или канализирования вихря.
Настоящее изобретение относится к реактору для ферментации как описано в п. (i)–(iii) и необязательно в другом месте в этом описании, где:
– соотношение между объемом (внутренний объем, который определяют в м3) бака дегазирования по отношению к объему (внутренний объем, который определяют в м3) петлевой части находится в диапазоне от 0,25:1 до 20:1; например, в диапазоне от 0,5:1 до 15:1; например, в диапазоне от 1:1 до 12:1; например, в диапазоне от 2:1 до 10:1; например, в диапазоне от 3:1 до 8:1; например, в диапазоне от 4:1 до 6:1;
– объем (внутренний объем, который определяют в м3) бака дегазирования составляет 25% или больше от объема (внутренний объем, который определяют в м3) петлевой части, например, 50% или больше, например, 100% или больше, например, 200% или больше, например, 300% или больше, например, 400% или больше, например, 300% или больше, например, 500% или больше, например, 600% или больше, например, 700% или больше, например, 800% или больше, например, 900% или больше; и/или
– объем (внутренний объем, который определяют в м3) бака дегазирования находится в диапазоне 25%–1500% от объема (внутренний объем, который определяют в м3) петлевой части, например, 50%–1200%, например, 100%–1000%, например, 200%–800%, например, 400%–600%.
Преимущество этого соотношения между объемом (внутренний объем, который определяют в м3) бака дегазирования по отношению к объему (внутренний объем, который определяют в м3) петлевой части может быть таким, что можно получать усовершенствованный порционный процесс ферментации с подпиткой; усовершенствованное дегазирование в баке дегазирования.
Настоящее изобретение относится к реактору для ферментации как описано в п. (i)–(iii) и необязательно в другом месте в этом описании, где:
– численное соотношение между объемом (внутренний объем, который определяют в м3) бака дегазирования по отношению к площади поперечного сечения первой ноги и/или площади поперечного сечения (определяют в м2) второй ноги находится в диапазоне от 10:1 до 250:1; например, в диапазоне от 20:1 до 200:1, например, в диапазоне от 30:1 до 150:1, например, в диапазоне от 40:1 до 100:1, например, приблизительно 50:1; и/или
– численный объем (внутренний объем, определяемый в м3) бака дегазирования по меньшей мере в 20 раз больше чем площадь поперечного сечения (определяют в м2) первой ноги и/или площадь поперечного сечения (определяют в м2) второй ноги, например, по меньшей мере в 30 раз больше, например, по меньшей мере в 50 раз больше, например, по меньшей мере в 75 раз больше, например, по меньшей мере в 100 раз больше, например, по меньшей мере в 125 раз больше, например, по меньшей мере в 150 раз больше, например, по меньшей мере в 200 раз больше.
Преимущество этого соотношения между численным объемом (внутренний объем, определяемый в м3) бака дегазирования по отношению к площади поперечного сечения (определяют в м2) первой ноги и/или площади поперечного сечения (определяют в м2) второй ноги может состоять в том, что можно наблюдать меньший фонтан и можно достигать сниженного риска попадания газа вблизи насоса и сниженного риска кавитации.
В данном контексте термин «фонтан» относится к всплескам жидкости для ферментации при попадании в бак дегазирования через первый впуск.
В данном контексте термин «кавитация» относится к формированию паровых или газовых полостей в жидкости (т. е. небольшие зоны, свободные от жидкости, такие как пузырьки). Это может представлять собой последствие сил, действующих на жидкость. «Кавитация» может представлять собой значимую причину износа в некоторых инженерных контекстах. Сжатие пузырьков, которые схлопываются около металлической поверхности, вызывает циклическое напряжение через повторное схлопывание. Это ведет к поверхностной усталости металла, вызывая износ по типу, называемому «кавитация».
Настоящее изобретение относится к реактору для ферментации как описано в п. (i)–(iii) и необязательно в другом месте в этом описании, где:
– численный объем (внутренний объем, определяемый в м3) петлевой части по отношению к численной длине (определяют в метрах) петлевой части находится в диапазоне 0,01–10, например, в диапазоне 0,05–8, например, в диапазоне 0,1–6, например, в диапазоне 0,5–4, например, в диапазоне 1–2;
– численный объем (внутренний объем, определяемый в м3) петлевой части по меньшей мере в 2 раза меньше чем численная длина (определяют в метрах) петлевой части, например, по меньшей мере в 5 раз меньше, например, по меньшей мере в 10 раз меньше, например, по меньшей мере в 25 раз меньше, например, по меньшей мере в 50 раз меньше, например, по меньшей мере в 75 раз меньше, например, по меньшей мере в 100 раз меньше, например, по меньшей мере в 150 раз меньше, например, по меньшей мере в 200 раз меньше.
Преимущество этого соотношения между численным объемом (внутренний объем, определяемый в м3) петлевой части по отношению к численной длине (определяют в метрах) петлевой части может состоять в том, что можно достигать усовершенствованного смешивания жидкости для ферментации и питательных газов; усовершенствованной производительности; более длительного времени удержания.
Настоящее изобретение относится к реактору для ферментации как описано в п. (i)–(iii) и необязательно в другом месте в этом описании, где:
– соотношение между длиной (определяют в метрах) горизонтальной части петлевой части и длиной (определяют в метрах) вертикальной части находится в диапазоне от 0,5:1 до 1:20; в диапазоне от 1:1 до 1:15; например, в диапазоне от 1:2 до 1:12, например, в диапазоне от 1:3 до 1:10, например, в диапазоне от 1:5 до 1:8.
Преимущество этого соотношения между длиной (определяют в метрах) горизонтальной части петлевой части по отношению к длине (определяют в метрах) вертикальной части может состоять в том, что можно достигать достаточного увеличения растворимости газа из–за гидростатического давления и/или можно пренебрегать возможной потерей газов из жидкости в возможно присутствующее пустое пространство над жидкостью, текущей в горизонтальной части U–петли.
Предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения относится к процессу ферментации для получения биомассы посредством культивирования организма, способ включает стадию:
(1) подачи среды для ферментации в реактор для ферментации;
(2) добавления организма в реактор для ферментации в соответствии с настоящим изобретением;
(3) предоставления организму, присутствующему в среде для ферментации, возможности ферментировать, предоставляя жидкость для ферментации; и
(4) извлечения жидкости для ферментации из реактора для ферментации, предоставляя биомассу.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения организм представляет собой по меньшей мере один метанотрофный организм или комбинацию организмов, содержащую по меньшей мере один метанотрофный организм.
Предпочтительно, микроорганизм представляет собой бактерию или дрожжи. Предпочтительно, бактерии содержат по меньшей мере одну метанотрофную бактерию или комбинацию организмов, содержащую по меньшей мере одну метанотрофную бактерию.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения метанотрофные бактерии выбирают из Methylococcus. Предпочтителен Methylococcus capsulatus.
Для того чтобы обеспечивать достаточно минералов и/или ионов в жидкости для ферментации, ионы одного или нескольких типов из жидкости для ферментации можно анализировать в ходе процесса ферментации. Предпочтительно, ионы одного или нескольких типов выбирают из фосфата, кальция, водорода, нитрата и/или аммония.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения датчик или анализатор можно использовать для того, чтобы анализировать ионы одного или нескольких типов, предпочтительно, датчик или анализатор представляет собой датчик в линии или анализатор в линии.
В дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения посредством компьютера можно управлять одним или несколькими датчиками или анализаторами; одним или несколькими газовыми впусками; одним или несколькими впусками воды; одним или несколькими впусками среды для ферментации.
В дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения можно контролировать и/или приводить в действие один или несколько газовых впусков; один или несколько впусков воды; один или несколько впусков среды для ферментации посредством компьютера на основе данных, получаемых от одного или нескольких датчиков или анализаторов.
Процесс ферментации в соответствии с настоящим изобретением может представлять собой порционную ферментацию, порционную ферментацию с подпиткой или непрерывный процесс ферментации. Предпочтительно процесс ферментации представляет собой непрерывный процесс ферментации (производственный процесс).
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения давление внутри петлевой части и в нижней части петлевой части может находиться в диапазоне от 0 до 6 бар g, например, в диапазоне 1–5,5 бар g, например, в диапазоне 2–5 бар g, например, в диапазоне 2,5–4,5 бар g, например, в диапазоне 3–4 бар g.
В контексте настоящего изобретения, термин «бар g» относится к давлению выше окружающего давления в 1 бар. Таким образом, 0 бар g является таким же, как полное давление 1 бар, 1 бар g является таким же, как полное давление 2 бар, и т. д.
В дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения давление внутри петлевой части и в верхней части первой ноги и ниже циркуляционного насоса может быть в диапазоне от 0 до 6 бар g выше окружающего, например, в диапазоне 1–5,5 бар g, например, в диапазоне 2–5 бар g, например, в диапазоне 2,5–4,5 бар g, например, в диапазоне 3–4 бар g.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения давление внутри бака дегазирования может быть в диапазоне 0–1 бар g, например, в диапазоне 0,1–0,75 бар g, например, в диапазоне 0,2–0,5 бар g.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения реактор для ферментации может содержать один или несколько из вышеуказанных критериев в комбинации с базовым реактором для ферментации, как описано в WO 2010/069313 и/или как описано в WO 2000/70014, обе они включены, таким образом, посредством ссылки.
Примеры конструкции реактора для ферментации; использования датчиков и анализаторов; и управления реактором для ферментации описаны в WO 2010/069313; и/или WO 2000/70014, обе они включены, таким образом, посредством ссылки.
Настоящее изобретение далее описано более подробно в дальнейшем неограничивающем предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения.
Предпочтительный вариант осуществления изобретения
Настоящее изобретение относится к реактору для ферментации, содержащему петлевую часть, имеющую циркуляционный насос, бак дегазирования и выпуск жидкости для ферментации для отведения жидкости для ферментации из реактора для ферментации, указанный бак дегазирования содержит первый выпуск, соединяющий бак дегазирования с первой ногой петлевой части и позволяющий жидкости для ферментации, присутствующей в баке дегазирования, течь в петлевую часть. Реактор для ферментации дополнительно содержит первый впуск, соединяющий бак дегазирования со второй ногой петлевой части, позволяющий жидкости для ферментации, присутствующей в петлевой части, течь в бак дегазирования, и вентиляционную трубу для отведения отходящих газов из бака дегазирования, таких как CO2. Первая нога имеет верхнюю половину, где можно помещать циркуляционный насос. Вторая нога имеет верхнюю половину, содержащую уменьшающее поток устройство. Область между циркуляционным насосом, ниже по потоку от указанного циркуляционного насоса, и уменьшающим поток устройством, выше по потоку от указанного циркуляционного насоса, может содержать повышенное давление относительно давления в баке дегазирования.
Для того чтобы усовершенствовать газо–жидкостный массообмен и, таким образом, усовершенствовать производительность процесса ферментации, одно или несколько активных устройств для распределения газа в жидкости для ферментации можно вводить в петлевую часть. Предпочтительно, одно или несколько активных устройств для распределения газа в жидкости для ферментации можно помещать в горизонтальную часть петлевой части. Одно или несколько активных устройств для распределения газа в жидкости для ферментации также можно помещать в вертикальную часть петлевой части, предпочтительно в первую ногу, но некоторые активные устройства для распределения газа в жидкости для ферментации также можно помещать в вертикальную вторую ногу. Реактор для ферментации также может содержать противовихревое устройство для того, чтобы избегать захлебывания циркуляционного насоса. Это противовихревое устройство можно помещать в первый выпуск или между первым выпуском и циркуляционным насосом. Противовихревое устройство можно предусматривать для того, чтобы избегать засасывания воздуха из бака дегазирования в циркуляционный насос, что будет значительно влиять на производительность процесса и в худшем случае разрушать циркуляционный насос.
Реактору для ферментации можно придавать геометрическую форму различными путями; в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения реактор для ферментации содержит вертикальную часть, которая значительно длиннее чем горизонтальная часть, предпочтительно вертикальная часть по меньшей мере в 5 раз длиннее чем горизонтальная часть. Эффект наличия более длинной вертикальной части, чем горизонтальная часть, состоит в том, что чем ближе к дну петлевой части поступает жидкость для ферментации, тем выше давление, гидростатическое давление, которое действует на жидкость для ферментации. Когда давление растет вниз через первую ногу реактора для ферментации, будет расти коэффициент газо–жидкостного массообмена. Другие дополнительные преимущества использования этого гидростатического давления можно обеспечивать, если циркуляционный насос помещают в верхней половине первой ноги. Дополнительная информация об этих и дополнительных признаках для управления и обеспечения давления в петлевой части также может быть подходящей в настоящем изобретении и описана в WO 2010/069313, которая, таким образом, включена посредством ссылки. Тот же феномен применим, когда жидкость для ферментации движется из горизонтальной части вверх через вторую ногу, где гидростатическое давление снижается и коэффициент газожидкостного массообмена будет снижаться и меняться на жидкостно–газовый коэффициент массообмена CO2, выделяемого организмом, и последующее дегазирование в баке дегазирования может проходить легче. В альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения геометрическая форма реактора для ферментации может содержать горизонтальную часть, которая значительно длиннее, чем вертикальная часть, предпочтительно горизонтальная часть по меньшей мере в 5 раз длиннее чем вертикальная часть.
В ходе работы, в реакторе для ферментации можно предоставлять организм, предпочтительно бактериальную клетку, в частности, метанотрофную бактериальную клетку, способную превращать метан в биомассу. Когда начинают непрерывную ферментацию организма, жидкость для ферментации можно получать из выпуска жидкости для ферментации для отведения жидкости для ферментации из реактора для ферментации, при этом среду для ферментации одновременно добавляют в реактор для ферментации, через впуск среды для ферментации. Элементы подачи питательного газа; элементы подачи воды; элементы подачи кислоты/основания и/или элементы подачи среды для ферментации можно предусматривать для того, чтобы сделать возможной непрерывную подачу питательных газов, воды и среды для ферментации в ходе процесса ферментации (включая начальную порционную ферментацию, последующую порционную ферментацию с подпиткой и непрерывную ферментацию). Предпочтительно, реактор для ферментации содержит один или несколько датчиков/анализаторов для определения концентрации ионов по меньшей мере одного типа, ионов фосфата, аммония, нитрата и водорода; датчик/анализатор газа для определения концентрации газа (например, концентрации метана и/или кислорода) и по меньшей мере один датчик/анализатор температуры. Датчики/анализаторы предпочтительно могут подавать сигналы в систему обработки данных (компьютер), где обрабатывают принимаемые сигналы и вычисляют и оптимизируют дозу питательных газов, воды, минералов и кислоты/оснований для корректировки pH через элементы подачи исходя из предварительно запрограммированных количеств в связи с измеряемыми результатами. Дополнительные подробности о процессе ферментации, датчиках/анализаторах и управлении процессом с использованием компьютера описаны в WO 00/70014, которая, таким образом, включена посредством ссылки.
Следует отметить, что варианты осуществления и признаки, описанные в контексте одного из аспектов настоящего изобретения, также применимы к другим аспектам изобретения.
Все патентные и непатентные источники, цитируемые в настоящей заявке, включены, таким образом, посредством ссылки в полном объеме.
Источники
WO 2010/069313
WO 00/70014
Claims (25)
1. Реактор для ферментации, содержащий петлевую часть, имеющую циркуляционный насос, бак дегазирования и выпуск жидкости для ферментации для отведения жидкости для ферментации из реактора для ферментации, указанный бак дегазирования содержит:
(i) первый выпуск, соединяющий бак дегазирования с первой ногой петлевой части и позволяющий жидкости для ферментации, присутствующей в баке дегазирования, течь в петлевую часть;
(ii) первый впуск, соединяющий бак дегазирования со второй ногой петлевой части, позволяющий жидкости для ферментации, присутствующей в петлевой части, течь в бак дегазирования; и
(iii) вентиляционную трубу для отведения отходящих газов из бака дегазирования, таких как CO2;
где применимы один или несколько следующих критериев;
(a) где первый выпуск и/или первую ногу петлевой части снабжен противовихревым устройством для того, чтобы избегать захлебывания циркуляционного насоса;
(b) где соотношение между объемом, внутренний объем, который определяют в м3, бака дегазирования по отношению к объему, внутренний объем, который определяют в м3, петлевой части находится в диапазоне от 0,25:1 до 20:1;
(c) где численное соотношение между объемом, внутренний объем, который определяют в м3, бака дегазирования по отношению к площади поперечного сечения первой ноги и/или площади поперечного сечения, определяют в м2, второй ноги находится в диапазоне от 10:1 до 250:1;
(d) где площадь поперечного сечения первой ноги определяют в м2, на 10% или более больше чем площадь поперечного сечения второй ноги, определяют в м2,
любая комбинация критериев (a)–(d).
2. Реактор для ферментации по п. 1, в котором критерии (a) применимы в комбинации с по меньшей мере одним из критериев (b)–(d).
3. Реактор для ферментации в соответствии с любым одним из предшествующих пунктов, где реактор для ферментации содержит датчик или анализатор ионов для определения содержания ионов одного или нескольких типов в жидкости для ферментации, предпочтительно ионы одного или нескольких типов выбраны из фосфата, кальция, водорода, нитрата и/или аммония, предпочтителен нитрат.
4. Реактор для ферментации в соответствии с любым одним из предшествующих пунктов, в котором циркуляционный насос помещен в часть верхней половины первой ноги.
5. Реактор для ферментации в соответствии с любым одним из предшествующих пунктов, в котором выше по потоку от первого впуска и в верхней половине второй ноги вставлено уменьшающее поток устройство.
6. Реактор для ферментации в соответствии с любым одним из предшествующих пунктов, в котором петлевая часть реактора для ферментации содержит одно или несколько активных устройств для распределения газа в жидкости для ферментации.
7. Реактор для ферментации по п. 6, в котором одно или несколько активных устройств для распределения газа в жидкости для ферментации представляют собой микро– или нанорассеиватель для введения и/или распределения газа в жидкость для ферментации; и/или динамическое двигающееся устройство, такое как динамический смешиватель.
8. Реактор для ферментации в соответствии с любым одним из предшествующих пунктов, в котором реактор для ферментации содержит один или несколько газовых впусков; один или несколько впусков воды; и/или один или несколько впусков среды для ферментации.
9. Реактор для ферментации по п. 8, в котором одним или несколькими газовыми впусками; одним или несколькими впусками воды; одним или несколькими впусками среды для ферментации управляет компьютер на основе данных, получаемых от одного или нескольких датчиков или анализаторов.
10. Способ ферментации для получения биомассы посредством культивирования организма, способ включает стадию:
(1) подачи среды для ферментации в реактор для ферментации;
(2) добавления организма в реактор для ферментации в соответствии с любым одним из пп. 1–9;
(3) предоставления организму, присутствующему в среде для ферментации, возможности ферментировать, предоставляя жидкость для ферментации; и
(4) извлечения жидкости для ферментации из реактора для ферментации, предоставляя биомассу.
11. Способ по п. 10, в котором организм представляет собой по меньшей мере один метанотрофный организм или комбинацию организмов, содержащую по меньшей мере один метанотрофный организм.
12. Способ по п. 11, в котором давление внутри петлевой части и в нижней части петлевой части находится в диапазоне 0–6 бар g.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DKPA201700144 | 2017-03-01 | ||
| DKPA201700144 | 2017-03-01 | ||
| PCT/EP2018/054944 WO2018158319A1 (en) | 2017-03-01 | 2018-02-28 | Fermentation reactor and fermentation process |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2022106933A Division RU2801249C2 (ru) | 2017-03-01 | 2018-02-28 | Реактор для ферментации и процесс ферментации |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2019130480A RU2019130480A (ru) | 2021-04-01 |
| RU2019130480A3 RU2019130480A3 (ru) | 2021-06-18 |
| RU2771462C2 true RU2771462C2 (ru) | 2022-05-04 |
Family
ID=61837722
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019130480A RU2771462C2 (ru) | 2017-03-01 | 2018-02-28 | Реактор для ферментации и процесс ферментации |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20200009478A1 (ru) |
| EP (1) | EP3589724A1 (ru) |
| CA (1) | CA3053616A1 (ru) |
| MX (1) | MX2019010142A (ru) |
| RU (1) | RU2771462C2 (ru) |
| WO (1) | WO2018158319A1 (ru) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3914688A1 (en) | 2019-01-25 | 2021-12-01 | Unibio A/S | Improved loop-fermenter |
| CN117106689A (zh) | 2019-06-13 | 2023-11-24 | 尤尼比奥股份公司 | 控制发酵过程的方法 |
| EP4179059A2 (en) | 2020-07-07 | 2023-05-17 | Unibio A/S | Process for producing single cell protein |
| GB2598228B (en) * | 2021-10-18 | 2022-08-17 | Oxbotica Ltd | Wiper assembly, sensor assembly, vehicle and method |
| WO2023131673A1 (en) | 2022-01-07 | 2023-07-13 | Unibio A/S | Process for producing single cell protein |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040241790A1 (en) * | 2001-08-16 | 2004-12-02 | Henrik Eriksen | Method of fermentation |
| US20110244543A1 (en) * | 2008-12-15 | 2011-10-06 | Ebbe Busch Larsen | U-Shape And/or Nozzle U-Loop Fermenter And Method Of Fermentation |
| RU2580646C1 (ru) * | 2015-08-03 | 2016-04-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ГИПРОБИОСИНТЕЗ" | Ферментационная установка для метанассимилирующих микроорганизмов |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3775307A (en) * | 1971-04-08 | 1973-11-27 | Union Carbide Corp | System for gas sparging into liquid |
| CH587915A5 (ru) * | 1974-05-28 | 1977-05-13 | Nestle Societe D Assistance Te | |
| JPH01225475A (ja) * | 1988-03-07 | 1989-09-08 | Japan Gore Tex Inc | 培養装置 |
| DK163066C (da) * | 1989-08-07 | 1992-06-15 | Dansk Bioprotein | Fremgangsmaade og apparat til udfoerelse af en fermentering |
| US5203630A (en) * | 1992-02-06 | 1993-04-20 | General Signal Corp. | Side entry fluid mixing |
| AU4314301A (en) * | 2000-02-09 | 2001-08-20 | Minntech Corporation | Apparatus and process for removal of carbon dioxide in a bioreactor system |
| US9327251B2 (en) * | 2013-01-29 | 2016-05-03 | Lanzatech New Zealand Limited | System and method for improved gas dissolution |
| US9617509B2 (en) * | 2013-07-29 | 2017-04-11 | Lanzatech New Zealand Limited | Fermentation of gaseous substrates |
| EP3071683A1 (en) * | 2013-11-21 | 2016-09-28 | Distek, Inc. | Disposable bioreactors and methods for construction and use thereof |
-
2018
- 2018-02-28 CA CA3053616A patent/CA3053616A1/en active Pending
- 2018-02-28 MX MX2019010142A patent/MX2019010142A/es unknown
- 2018-02-28 EP EP18714704.6A patent/EP3589724A1/en active Pending
- 2018-02-28 RU RU2019130480A patent/RU2771462C2/ru active
- 2018-02-28 WO PCT/EP2018/054944 patent/WO2018158319A1/en unknown
- 2018-02-28 US US16/490,120 patent/US20200009478A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040241790A1 (en) * | 2001-08-16 | 2004-12-02 | Henrik Eriksen | Method of fermentation |
| US20110244543A1 (en) * | 2008-12-15 | 2011-10-06 | Ebbe Busch Larsen | U-Shape And/or Nozzle U-Loop Fermenter And Method Of Fermentation |
| RU2580646C1 (ru) * | 2015-08-03 | 2016-04-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ГИПРОБИОСИНТЕЗ" | Ферментационная установка для метанассимилирующих микроорганизмов |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2018158319A1 (en) | 2018-09-07 |
| RU2019130480A3 (ru) | 2021-06-18 |
| RU2022106933A (ru) | 2022-05-05 |
| CA3053616A1 (en) | 2018-09-07 |
| RU2019130480A (ru) | 2021-04-01 |
| EP3589724A1 (en) | 2020-01-08 |
| MX2019010142A (es) | 2019-10-02 |
| US20200009478A1 (en) | 2020-01-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2771462C2 (ru) | Реактор для ферментации и процесс ферментации | |
| US6492135B1 (en) | U-shape and/or nozzle u-loop fermentor and method of carrying out a fermentation process | |
| US4426450A (en) | Fermentation process and apparatus | |
| US10184103B2 (en) | U-shape and/or nozzle U-loop fermentor and method of fermentation | |
| RU2607782C1 (ru) | Биореактор для выращивания метанутилизирующих микроорганизмов | |
| EP0418187B1 (en) | Method and apparatus for performing a fermentation | |
| CN117106689A (zh) | 控制发酵过程的方法 | |
| EP0306466A2 (en) | Method and means for the production of a micro-organism cell mass | |
| CN101343108A (zh) | 水力空化与臭氧耦合处理污水的方法 | |
| Rezvani et al. | Photobioreactors for utility-scale applications: effect of gas–liquid mass transfer coefficient and other critical parameters | |
| RU2801249C2 (ru) | Реактор для ферментации и процесс ферментации | |
| RU2824554C1 (ru) | Реактор для ферментации и процесс ферментации | |
| RU2743581C1 (ru) | Ферментационная установка для культивирования метанокисляющих бактерий Methylococcus capsulatus | |
| CN113302274A (zh) | 改进的环流发酵器 | |
| RU2769129C1 (ru) | Ферментационная установка для культивирования метанокисляющих бактерий Methylococcus capsulatus | |
| CN109735452A (zh) | 一种膜管布气的气升式生物反应器及其应用 | |
| RU2585666C1 (ru) | Аппарат для культивирования метанокисляющих микроорганизмов | |
| Onken et al. | An airlift fermenter for continuous cultures at elevated pressures | |
| CN115397549A (zh) | 静态混合器元件和包括静态混合器元件的反应器 | |
| RU193750U1 (ru) | Усовершенствованный петельный ферментер | |
| EA048955B1 (ru) | Способ регуляции процесса ферментации | |
| JP2024068998A (ja) | 炭酸ガス溶解装置 | |
| NA | Cultivation of Fodder Yeast in Tape Tubular Reactor | |
| Özer et al. | Yeast fermentation in a cocurrent downflow contacting reactor (CDCR) |