Газгідратний спосіб концентрування рідких біопрепаратів

Газгідратний спосіб концентрування рідких біопрепаратів, який відрізняється тим, що гідратоутворення проводять у тому ж самому об'ємі при перемішуванні розчину при температурі 7-10°С та додаванні газгідратного агента під тиском 3-5атм. протягом 3-6хв., газгідрати, що утворилися, і сконцентрований розчин біопрепарату розшаровують, кінцевий продукт - сконцентрований розчин біопрепарату, евакуюють, газгідрати, що утворилися, плавлять з одержанням додаткового кінцевого продукту - слабкого концентрованого розчину біопрепарату, і його евакуацією, газгідратний агент, що виділився при плавленні, регенерують для повторного використання, як газгідратний агент застосовують фреон R22. Винахід відноситься до сільського господарства і може використовуватися для біологічного захисту рослин, а саме для одержання концентрованих біопрепаратів. Відомі способи концентрування рідких харчових продуктів виморожуванням як безконтактним способом [1], так і при контакті з рідким холодоагентом [2]. Ці способи не підходять для живих мікроорганізмів, тому що знижує їх життєздатність. Відомий спосіб поділу мінералізованих розчинів виморожуванням (з утворенням льоду) при безпосередньому контакті ропи з рідким холодоагентом [3], у якому здійснюється багатоступінчастий поділ середовищ. Основним недоліком розглянути х вище методів концентрування розчинів є їх висока енергоємність. Відомі також способи опріснення морської і мінералізованих вод із використанням кристалогідратів або газгідратів (клатратних з'єднань води і газу). При контактуванні сольового розчину з рідким агентом, який утворює гідрат, здійснюється зв'язування вільної вологи сольового розчину до складу газових гідратів [4, 5] з одержанням прісної води. Перевага процесу гідратоутворення перед заморожуванням у тому, що він здійснюється при плюсових температурах (ви ще 0°C): замість процесів утворення і плавлення льоду відбуваються процеси утворення і плавлення гідратів. У кристалогідратному методі агент є речовиною, що одночасно утво-рює гідрат, і холодоагентом, при скипанні якого видаляється теплота гідратоутворення. У відомій опріснювальній газгідратній установці [6] у кристалізатор подаються: насосом - мінералізований розчин (морська вода) і за допомогою компресора - парарідинна суміш холодоагенту під тиском 3-4 атм (звичайно пропан або фреон). У кристалізаторі відбувається утворення кристалогідратів, що складаються з чистої (дистильованої) води і газу. Прихована теплота фазового переходу знімається киплячим холодоагентом. Кристалогідрати, що утворилися, мають щільність нижче щільності мінералізованого розчину, вони сплива (19) UA (11) 84177 (13) (21) a200606860 (22) 19.06.2006 (24) 25.09.2008 (46) 25.09.2008, Бюл.№ 18, 2008 р. (72) БОГАЧУК ЮРІЙ БОРИСОВИЧ, U A, ДАВИДЕНКО МИКОЛА ВАСИЛЬОВИЧ, UA, ВАСЮТИНСЬКИЙ СЕРГІЙ ЮРІЙОВИЧ, UA, ЛЕБЕДЄВА НАДІЯ СЕРГІЇВНА, U A (73) ІНЖЕНЕРНО-ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ІНСТИТУТ "БІОТЕХНІКА", U A (56) SU A1 1370392, 30.01.1988. SU A1 1409828, 15.07.1986. SU A1 1585295, 15.08.1990. SU A1 1328299, 07.08.1987. SU A1 1421360, 07.09.1986. SU A1 568601, 15.08.1977. SU A 1058894, 07.12.1983. SU A1 1590449, 07.09.1990. SU A1 1411013, 23.07.1988. SU A1 1409829, 15.07.1988. C2 1 3 84177 ють на поверхню і примусово евакуюються в промивну колону. Після промивання в ній кристалогідрати надходять у дегазатор, де при додатковому підводі теплоти плавляться, розпадаючись на газ і воду, яка є кінцевим продуктом. Газ, що виділився, відсмоктується, стискується до тиску конденсації, конденсується і накопичується в ресивері для повторного використання. Отриманий кінцевий продукт - опріснена вода відправляється споживачу (80-90%), і частково (20-10%) - на промивання кристалогідратів у промивній колоні установки. Залишок - сконцентрований (міцний) сольової розчин є непотрібним і зливається в відходи. Газгідратний спосіб опріснення мінералізованих розчинів застосований нами для концентрування рідких мікробіопрепаратів, одержаних вирощуванням мікроорганізмів у різних поживних середовищах, для одержання товарних партій біопрепарату, зручних і економічно вигідних для збереження, транспортування і подальшої реалізації і раніше для цього не використовувався. При концентруванні рідких мікробіопрепаратів необхідно видалити зайву вологу із суспензії мікроорганізмів. Задача, що розв'язується запропонованою технологією, складається в одержанні концентрованих розчинів мікробіопрепаратів при зберіганні їх біологічної активності і скороченні витрат на збереження і транспортування. Запропонований спосіб газгідратного концентрування рідких мікробіопрепаратів полягає в подачі агента, який утворює гідрат, у суспензію мікроорганізмів, утворенні в ній газгідратів, що зв'язують зайву вологу в суспензії, відшаровуванні газгідратного прошарку, що утворився, відділенні сконцентрованого розчину мікроорганізмів і евакуації його, наступному плавленні газгідратів, які утворилися, з одержанням слабкого концентрованого розчину мікроорганізмів і евакуації його, регенерації газгідратного агента, що виділився при плавленні, для повторного використання. Для концентрування рідких мікробіопрепаратів нами запропонований у якості агента, який утворює гідрат, фреон R22. Вибір його після проведених експериментів був заснований на тому, що даний агент має найбільш придатні з позиції гідратоутворення характеристики, нешкідливий для навколишнього середовища і мікроорганізмів, економічно доступний. Експериментально нами встановлено, що для створення клатратних з'єднань води і фреону R22 і зберігання життєздатності мікроорганізмів у концентрованих біопрепаратах достатньо підтримувати температур у середовища в інтервалі 0...16°C і парціальному тиску фреону 2,5...7,0атм. При цьому оптимальний діапазон параметрів, при якому здійснюється процес концентрування рідких мікробіопрепаратів, складає: температура 7-10°C, тиск фреону 3-5атм., час 3-6 хв., що дуже важливо для зберігання активних властивостей мікроорганізмів, на основі яких одержують біопрепарат, і одержання економії енергоресурсів. Стабільні умови гідратоутворення і висока життєздатність мікроорганізмів можуть бути забезпечені при мінімальній витраті фреону на процес концентрування. Спів 4 відношення m суспензії :mфреона=100:1 є оптимальним. Необхідно відзначити, що весь процес концентрування суспензії мікроорганізмів здійснюється в тому самому робочому об'ємі на відміну від газгідратного засобу опріснення. У газгідратному способі концентрування газові гідрати утворюються у всьому об'ємі суспензії мікроорганізмів, а не тільки на її поверхні. Причому найбільша швидкість утворення великих кристалів, спостерігається на пер-шій стадії гідратоутворення (3-6хв.). Експериментальні дані підтверджують оптимальне значення обраного інтервалу часу для інтенсивного одержання клатратних з'єднань води й агента, який утворює гідрат, у виді великих кристалів, що важливо для зниження втрат біопрепарату. Втрати біопрепарату, який видаляється із суспензії з пов'язаною водою, залежать від розмірів утворених газгідратних кристалів. Великі по розмірах кристали мають меншу питому поверхню й утримують меншу кількість біопрепарату. Після утворення газгідратів впроваджують відстоювання, при якому відбувається розшаровування суспензії, і розподіл газових гідратів, що утворилися (клатратних з'єднань води і фреону R22), і згущеного (сконцентрованого) розчину мікроорганізмів - кінцевого продукту з наступною його евакуацією в накопичувальну ємність. Тоді як у промислових кристалогідратних установках кінцевим продуктом є очищена від сольових домішок рідина (дистильована вода), яку одержують при плавленні зв'язавших її в розчині газгідратів. Первинне підвищення концентрації мікробіопрепарату по запропонованій технології складає 20-30% стосовно початкового значення Після видалення сконцентрованого розчину і при плавленні (причому в тому ж робочому об'ємі) газгідратів, що утворилися, додатково одержують ще і слабкий розчин мікроорганізмів (із низькою концентрацією), що тадож придатний для використання і збирається в окрему накопичувальну ємність. Газоподібний холодоагент, що виділився при плавленні, регенерують і використовують для повторного циклу концентрування. Запропонована технологія газгідратного концентрування рідких мікро-біопрепаратів реалізується в установці (Фіг.1), конструкція якої уявляє собою корпус 1 із сорочкою 2, який закривається кришкою 3 і розрахований на робочий тиск до 7атм. На кришці 3 змонтовані штуцери з запірними вентилями для з'єднання з вакуум-насосом, вузлом для регенерації газу, що складається з компресора 4, конденсатора 5, ресивера 6, мановакууметром. У нижній частині корпуса 1 розміщена мішалка 7 (турбінного типу), а в днище корпуса 1 змонтований заправний штуцер 8 рідкого біопрепарату, а також зливальний штуцер 9 із запірним вентилем до накопичувальних ємностей готового продукту концентрованого 10 і слабкого 11 розчинів біопрепарату. Процес концентрування здійснюється таким чином. В установку через заправний штуцер 8 шляхом часткового вакуумування подають розчин біопрепарату (на 3/4 об'єму корпуса 1). Прокачуючи 5 84177 крізь сорочку 2 корпуса 1 холодоносій і при активному перемішуванні мішалкою 7 розчину біопрепарату знижують температур у його до 7-10°C, після чого подають в об'єм корпуса 1 із ресивера 6 газоподібний фреон R22 до досягнення значення тиску Р=3-5 атм, при якому починається гідратоутворен-ня. Утворення газових гідратів йде з виділенням теплоти, яка видаляється циркулюючим у сорочці 2 холодоносієм (на відміну від опріснювальної установки). Через 3-6хв. після початку гідратоутворення перемішування розчину і подачу фреону припиняють. Після зупинки мішалки 7 і припинення подачі фреону суспензія мікроорганізмів розшарується: міцний розчин біопрепарату з більш високою щільністю накопичується в нижній частині корпуса 1, а газові гідрати спливають щільною шапкою. Після евакуації через зливальний штуцер 9 із фільтром (на Фіг. не показаний), непроникним для газгідратів, у накопичувальну ємність 9 міцного розчину біопрепарату, дегазують газові гідрати, які залишились в об'ємі корпуса 1. При зниженні тиску газгідрати плавляться і розкладаються на газ і воду. У цій воді утримується ще до 5-10% біопрепарату, захопленого кристалами, який також евакуюють в іншу накопичувальну ємність 11. Таким чином, за один цикл роботи установки із початкового розчину біопрепарату одержують: міцний розчин - із концентрацією на 20-30% вище початкового і слабкий. При необхідності, кількаразовим повторенням циклу остаточну концентрацію розчину біопрепарату можна підвищити до 80%. Процес газгідратного концентрування рідкого мікробіопрепарату ілюстр ується діаграмою на Фіг.2, де лінії: AB - насичення фреону; CD - гідратоутворення, 1-2 - температурного напору, і графіком швидкості утворення газ-гідратів на Фіг.3. Поданий розчин біопрепарату прохолоджується до 6 температури початку утворення газгідратів (точка 1 на графіку), при цьому падає тиск фреону (він іде до складу газгідратів) - тт. 2, 3. Сконцентрований розчин видаляється, і при зниженні тиску в робочому об'ємі до т. 4 відбувається розкладання газгідратів, які утворилися, на воду і фреон R22. Таким чином, запропонована нами технологія концентрування газгід-ратним способом рідких мікробіопрепаратів дозволяє зберегти життєздатність мікроорганізмів, веде до зменшення витрат, зменшенню енерго- і мате-ріалоресурсІв при збереженні і транспортуванні мікробіологічної продукції до місць використання. Транспортні витрати знижуються майже в 3 рази, що дозволяє поставляти мікробіопрепарати в достатніх кількостях в осередки масового розмноження шкідників транспортом (у тому числі і повітряним). Запропонована технологія дозволяє вирішити питання зберігання видів штамів у Банках мікробіопрепаратів. Це відноситься не тільки до мікробіопрепаратів, які використовують для захисту рослин, але і до мікробіопрепаратів, які використовують у медицині та інших галузях народного господарства. Джерела інформації: 1 Авторское свидетельство СССР №1370392, кл. F25C1/14, 1988. 2 Авторское свидетельство СССР №1409828, кл. F25C1/14, 1988. 3 Авторское свидетельство СССР №1585295, кл. С02F1/22, 1990. 4 Авторское свидетельство СССР №1328299, кл. С02F1/22, 1987. 5 Авторское свидетельство СССР №1421360, кл. B01D9/00, 1988. 6 Мартыновский B.C. Циклы, схемы и характеристики термотрансформаторов / Под ред. В.М. Бродянского. - M.: Энергия, 1979.- 288 с, ил. 7 Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 84177 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601