Презентация на тему "Тема лекции:Получение кормового белка на жидких углеводородах"

Содержание

• 
  Слайд 1

  Тема лекции:Получение кормового белка на жидких углеводородах

  1 Рассматриваемые вопросы: -Характеристика жидких углеводородов как сырья для выращивания микроорганизмов. -Основные методы получения жидких парафинов из нефтяных фракций. -Микроорганизмы - продуценты белка на жидких углеводородах. -Закономерности роста дрожжей на средах с н-парафинами. -Технологическая схема получения кормовых дрожжей на н-парафинах. -Характеристика готового продукта.

• 
  Слайд 2

  Производство белка одноклеточных на жидких углеводородах

  2 Сырье: Газообразные углеводороды С1-С4; Низкомолекулярные жидкие углеводороды С5-С10. (хуже всего потребляются м/о, гексан и гептан подавляют рост при концентрации в среде более 1%); Углеводороды С11-С19, жидкие при комнатной температуре выращивания м/о (+30-35 С). Лучше всего утилизируются С11-С14, хуже всего С15-С19. Субстрат, содержащий их не менее 70%вается называется «ПАРЕКС».

• 
  Слайд 3

  Получение парекса

  3 Получают выпариванием из дизельной фракции нефти. Выкипает при +200-350 С. Лучше всего утилизируются н-парафины, их содержание не менее 95%, ароматических углеводородов не более 0,5% и менее. Поскольку хотя микроорганизмы перерабатывают ароматические у/в в менее опасные вещества, этот процесс трудно контролировать. Все у/в могут накапливаться в липидных фракциях – чем больше в клетке липидов, тем больше и у/в в продукте. Содержание липидов не должно превышать 16%, тогда содержание у/в не превысит 0,1%.

• 
  Слайд 4
  

  Способы выделения н-парафиновиз дизельного топлива (получение арктического д/т с tзамерзания

  4 1.Карбамидное депарафинирование Н-парафины образуют при комнатной температуре комплекс с мочевиной. Его отделяют и затем разлагают при 70-100 С. 2.Низкотемпературная кристаллизация Проводится в легкокипящих органических растворителях, твердую фракцию н-парафинов отделяют и очищают ее тот растворителя отгонкой. 3.Адсорбция на цеолитах (мол. ситах) Избирательная сорбция молекул определенного размера и геометрии. Десорбция – нагревание или вымывание р-лем (гексан).

• 
  Слайд 5

  Продуценты белка на жидких углеводородах

  5 1.Бактерии родов: Pseudomonas, Mycobacterium, Nocardia, Micrococcus, Corinebacterium Для получения б/о эти продуценты неприемлемы из – за высокого содержания нуклеиновых кислот. Кроме того микобактерии при росте на у/в образуют полисахаридную капсулу и слипаются во флокулы. Некоторые бактерии образуют токсины. Поэтому бактерии, растущие на у/в используются главным образом при биоремедиации почв и очистке сточных вод.

• 
  Слайд 6

  Мицелиальные грибы

  6 2.Грибы родов: Aspergillus, Fusarium, Mucor При глубинном культивировании растут медленно, могут образовывать токсины. ТАКИМ ОБРАЗОМ, НАИЛУЧШИМ ОБРАЗОМ НА РОЛЬ ПРОДУЦЕНТОВ Б/О НА Н-АЛКАНАХ ПОДХОДЯТ ДРОЖЖИ

• 
  Слайд 7

  Дрожжи

  7 Несовершенные дрожжи: Семейство:Cryptococcaceae, род: Candida Буквы ВСБ в номере штамма – ВНИИсинтезбелок Другие рода: Rhodotorula, Trichospora Совершенные дрожжи(Saccaromyces, Hansenula) не способны расти на у/в

• 
  Слайд 8

  Особенности роста дрожжей на у/в (на всех гидрофобных субстратах)

  8 На гидрофобных субстратах рост идет не в 3-х, а 4-х фазной системе: 1. Клетки 2. Жидкость 3. Газ 4. Нерастворимый субстрат На рост м/о особое влияние оказывает размер капель субстрата, от этого зависит: - Площадь поверхности контакта - Снабжение кислородом - Скорость роста в целом

• 
  Слайд 9
  

  Кинетика процесса описывается зависимостью не от концентрации субстрата, а от площади поверхности контакта

  9 У/В разрушаются внутриклоточными ферментами У/В попадают в клетку через поры, диффузией через мембрану и путем пиноцитоза При механическом перемешивании образуются капли у/в диаметром 1-100 мкм. М/О в основном находятся на каплях 3-5 мкм (соизмеримых с размером клетки). Для интенсификации процесса необходимо уменьшать размеры капель.

• 
  Слайд 10

  Уменьшение размера капель

  10 Повышение скорости перемешивания Снижение Поверхностного натяжения Скорость перемешивания влияет на размер капель в ограниченных пределахи зависит от конструкции ферментатора м/о выделяют собственные ПАВ (жирные к-ты, пептиды и т.д.), их часто не хватает - вводят экзогенные ПАВ в достаточных количествах

• 
  Слайд 11

  Влияние аэрации

  11 Использование у/в строго аэробный процесс. На окисление у\в нужно в 2,5 раза больше кислорода, чем на окисление глюкозы. При этом кислород лучше растворяется в парафинах (60-80 мг/л), нежели в воде (6-8 г/л). При этом м/о потребляют кислород из водной фазы. Повышение площади поверхности контакта фаз способствует переходу кислорода в водную среду.

• 
  Слайд 12

  Влияние рН среды

  12 Для большинства продуцентов рН оптимальная 4-5. Но в процессе окисления у/в образуются жирные кислоты, снижающие рН. Поэтому необходима регуляция рН (аммиачной водой), поскольку в сильно кислой среде дрожжи перестают утилизировать у/в. Влияние температуры Оптимум температуры для большинства продуцентов 30-38 С. При росте на у/в выделяется много тепла, которое нужно отводить, иначе уже при 40 С будет происходить быстрое отмирание клеток.

• 
  Слайд 13

  Особенности технологии получения биомассы на углеводородах

  13 Биомасса, выращенная на у/в называется «ПАПРИН» Схема стандартная: Стадия подготовки сырья - минимальная. Парекс получают в готовом виде с нефтеперерабатывающих заводов. Субстрат разогревают паром и перекачивают по обогреваемому трубопроводу в сборник.

• 
  Слайд 14
  

  14 Приготовление питательной среды Среда синтетическая. Концентрация у/в в посевной среде от 0,2 до 1,8%; в ферментационнной среде – 3-3,5%. Макроэлементы: N – сульфат аммония P – фосфаты K – хлорид калия Микроэлементы: Mg Mn Fe Zn Cu – соответствующие соли Все минеральные составляющие вводятся в виде конц. растворов в воде или нативной (без м/о) культуральной жидкости

• 
  Слайд 15
  

  15 Посевной материал производится стандартно. Количество ступеней зависит от объема производства. Основная ферментация Может проводиться в аппаратах разной конструкции АДР – аппарат дрожжерастительный АДР – 900 (на 900 куб. м) коэффициент заполнения 0,47 (47%). Ферментация ведется нестерильно.

• 
  Слайд 16
  

  16 6 м 17 м у/в Амм. вода у/в Амм. вода у/в Амм. вода у/в Амм. вода Зона дозревания Вывод КЖ Ввод среды Самовсасывающие турбинные мешалки

• 
  Слайд 17
  

  17 Выделение биомассы происходит стандартно, только сепарация не 3-х , а 2-х ступенчатая. Продукт – чистый дрожжи. Продукт Порошок или гранулы паприна имеют влажность не более 8-10%; липидов не более 16%; у/в не более 0,1%; ароматические углеводороды не допускаются.

• 
  Слайд 18

  Производство б/м на газообразных углеводородах

  18 1.Природный газ (на 98% метан). 2.Попутные газы нефтедобычи и нефтепереработки (30% метан, остальное этан, пропан, бутан – на 1 т нефти – 30-200 кг газов). 3.Газовый конденсат, образуется в магистральных трубопроводах (содержание метана - между природным и попутным газом). Для м/о лучше всего подходит метан

• 
  Слайд 19

  Преимущества газообразных у/в

  19 Низкая стоимость Легкость транспортировки Легкость подготовки к ферментации Легкость отделения от биомассы

• 
  Слайд 20

  Недостатки …

  20 Низкая (20 мг/л) растворимость – сравнительно медленный рост м/о. Большая (в 5-6 раз чем на глюкозе) потребность в кислороде. Рабочие концентрации субстрата выше НКПР и ниже ВКПР. Требуется взрывозащищенное оборудование. Газ – это политика и бюджет, белок и еда тоже, но Россия главная на газовом рынке, а не на продовольственном…

• 
  Слайд 21

  Подготовка сырья

  21 Удаление сероводорода и др соединений серы – абсорбция моноэтаноламином (15% р-р). Аппаратура – абсорбер. Рекуперация абсорбента – острым паром +130 С. Сернистые соединения уходят с паром и отделяются от воды при охлаждении. Моноэтаноламин возвращается в абсорбер.

• 
  Слайд 22

  Продуценты белка одноклеточныхна газообразных у/в

  22 Факультативные метанотрофы БАКТЕРИИ:Pseudomonas, Bacillus, Mycobacterium, Micrococcus ДРОЖЖИ:Candida poidinii Облигатные метанотрофы Семейство Methylococcaceae, Гр - , морфология различная

• 
  Слайд 23

  Ступенчатое окисление метана

  23 Метан » Метанол » Формальдегид » Муравьиная к-та » СО2 Ключевой продукт – формальдегид – с него начинается синтез белка: РМФ путь Сериновый путь Многие м/о восстанавливают СО2 по восстановительному пентозофосфатному пути, поэтому присутствие СО2 в газе увеличивает выход белка

• 
  Слайд 24

  Классический продуцент

  24 Methylococcus capsulatus ВСБ-874 выделен из сточных вод нефтяной скважины, растет п$ри +30-50 С; оптимум +42 С; рН опт. 5,5; скорость протока 0,2-0,3 час-1. Недостаток – культура облигатный метанотроф, рост которого ингибируют даже малые концентрации метанола. Необходимо использовать смешанные культуры, одна из которых хорошо утилизирует метанол.

• 
  Слайд 25

  Питательные среды

  25 ПОЛУСИНТЕТИЧЕСКАЯ рН=7, опт. Темп. Роста. = 34-38 С Ист. С – газ. Ист. Азота – нитраты или органический азот (мочевина, пептон), поскольку аммоний – конкурентный ингибитор метана. Ист. Р – фосфатные соли конц. Индивидуально. Микроэлементы: как правило, достаточно того , что есть в воде и источниках фосфора, однако для ассоциаций и при росте на гомологах требуется добавление микроэлементов. Всегда добавляется биотин, др. экстракт.

• 
  Слайд 26

  Особенности технологии

  26 Ключевой компонент питания – газ. Потребность в кислороде в 3 раза выше чем в метане. Но это взрывоопасные конц. Для снижения опасности процесс ведут при соотношении метан:воздух=1:4 , ХОТЯ СТЕХИОМЕТРИЯ = 1:7. Иногда вводят углекислоту.

• 
  Слайд 27
  

  27 Необходимость перемещать пит. В-ва из пузырьков газа к стенкам клетки. Для этого используют: Повышение скоростей газовых потоков. Интенсификацию перемешивания (но без мех. Приспособлений - искры). Повышение давления – улучшает растворимость газов в воде. Использование аппаратов с высокими массообменными характеристиками.

• 
  Слайд 28
  

  Основная ферментация идет в аппарате с различными системами газообеспечения:

  28 Прямоточная, без рециркуляции газа. Степень утилизации метана не более 25%. Система реальна только если сжигать отходящий газ как топливо. С рециркуляцией газовой фазы. От степени рециркуляции зависит степень утилизации. Метан – 80%, кислород 90-95%.

• 
  Слайд 29
  

  Струйный ферментерс шахтными переливамиобъем – 2000 куб. м,коэфт. заполн. – 50%

  29

• 
  Слайд 30
  

  30 Воздух Метан Теплообменник насос 2-я сх. 1-я сх. Газовая линия Отбор КЖ

• 
  Слайд 31

  Выделение стандартное - сепарирование

  31 ПРОДУКТ: Белок – 80%. Липиды 2-3%. Нуклеиновые кислоты 10%.

• 
  Слайд 32

  Следующая лекция

  32 Получение белка одноклеточных на метаноле и этаноле