Установка для сушки биомассы

Авторы патента:

C12M1 - Устройства для работы с ферментами или микроорганизмами

Полезная модель относится к биотехнологии, в частности, к микробиологической промышленности и может быть использована при производстве белковых кормовых добавок.

Технический результат предлагаемой установки заключается в устранении загрязнения атмосферы и уменьшении потерь биомассы.

Этот технический результат достигается за счет использования установки для сушки биомассы, включающей узел подготовки теплоносителя, содержащий топку и поверхностный нагреватель, сушильную камеру с распылительным механизмом для подачи суспензии микроорганизмов, подводящий и отводящий газоходы для газообразного теплоносителя, линию выгрузки готового продукта, систему очистки отработанного теплоносителя, состоящую из центробежных циклонов и скрубера Вентури, установленных в технологической последовательности. При этом система очистки отработанного теплоносителя дополнительно содержит поверхностный конденсатор-охладитель, соединенный со скрубером Вентури через пневморазделитель и линию отвода образовавшегося конденсата с примесями биомассы в ферментер. Выход отработанного теплоносителя через отводящий газоход соединен с дополнительно установленным поверхностным конденсатором-охладителем, выход которого соединен с поверхностным нагревателем, а другой выход соединен с линией отвода образовавшегося конденсата в ферментер. На линии выгрузки готового продукта установлен циклон-сборник, выход отработанного теплоносителя которого соединен с входом теплоносителя в сушильную камеру и выходом из нее.

Мировой дефицит белка к началу 21 века оценивается в 30-35 млн. тонн в год. Основной путь снижения этого дефицита заключается в производстве биомассы с помощью микробиологического синтеза.

Ценным сырьем для производства кормов являются отходы отраслей промышленности, перерабатывающих природное сырье. Однако рациональной утилизации отходов практически нет. Частично отходы направляются на корм скоту в сыром виде, но продолжительность их хранения не превышает 1 суток. Иногда используют высушивание, например, спиртовой барды, пивной дробины, но этот процесс неэффективен из-за большого расхода теплоэнергоресурсов и низкого качества высушенного продукта (по белку и другим полезным веществам).

Применяют, например, белково-витаминный концентрат (БВК), полученный путем инкубации микроорганизмов на питательной среде, содержащей минеральные соли и источник углерода в виде отхода производства по переработке природного сырья с получением целевого продукта в виде биомассы микроорганизмов (Патент RU 2183666). Для использования полученной биомассы в корм необходимо подвергнуть ее термической обработке с целью прекращения жизнедеятельности дрожжей. Такая обработка требует значительных энергозатрат, сопровождается разрушением части биологически активных компонентов корма и нуждается в высокопроизводительном, сложном и энергоемком оборудовании.

Известные способы получения БВК, содержащих дрожжи рода Candida, требуют сложной системы обезвреживания стоков, воздушных выбросов, использования значительных объемов воздуха. Санитарно-эпидемиологическими правилами СанПиН 2.3.2.1078-01 дрожжи рода Candida включены в перечень веществ, которые оказывают вредное воздействие на здоровье человека.

Недостатком известных способов производства БВК является дополнительный источник вредных выбросов из сушилки и наличие блока оборудования для подогрева воздуха до 300-400°С, что требует достаточно больших энергозатрат. Повышается пожаровзрывоопасность технологического комплекса при сушке.

Известна установка для распылительной сушки биомассы, содержащая топку с камерой смешения, насос для подачи топлива в топку, поверхностный теплообменник, паровой калорифер, сушильную камеру, насос для подачи высушиваемой суспензии, циклон, очистной аппарат, два вентилятора, установленные последовательно на трубопроводе, связывающем циклон и очистной аппарат, и дымосос (Лесная промышленность, Москва, 1973, с.251). Недостатком известной установки являются высокие энергозатраты и загрязнение окружающей среды выбросами.

Известна установка (авт. свид. СССР 474556) для производства БВК, содержащая устройство для сгущения дрожжевой суспензии в виде контактного распылительного газового концентратора, сушилку с коническим днищем и распылительным устройством, систему циклонов для отделения дрожжевых частиц и узел готовой продукции. Кроме того, установка снабжена центробежным нагнетателем, пневморазделителем и циклоном-смесителем мелких и крупных дрожжевых частиц. Центробежный нагнетатель сообщен с отводной частью концентратора, с распылительным устройством сушилки и выходным участком трубопровода, связывающего деэмульгатор и концентратор. Пневморазделитель смонтирован в конической части распылительной сушилки и связан пневмоприводом с системой циклонов для отделения дрожжевых частиц, верхняя часть циклона смесителя сообщена с отводными патрубками системы циклонов и входным патрубком пневморазделителя, а нижняя его часть - с гранулятором узла готовой продукции.

Известна также установка для распылительной сушки, содержащая сушильную камеру с линией подачи атмосферного воздуха, на которой последовательно установлены подогреватель и поверхностный теплообменник, подключенный с одной стороны через камеру смешения к топке, а с другой - к дымососу, и линию отработанного воздуха с последовательно установленными на ней пылеуловителем и вентилятором, нагнетательный патрубок которого подключен к топке и камере смешения (пат. США 2230944). Недостатком известной установки являются высокие энергозатраты и загрязнение окружающей среды выбросами вследствие недостаточно полного использования тепла и низкой степени очистки.

Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели относится установка для сушки биомассы, включающая узел подготовки теплоносителя, содержащий топку и поверхностный нагреватель теплоносителя, сушильную камеру с распылительным механизмом для подачи суспензии микроорганизмов, подводящий и отводящий газоходы для газообразного теплоносителя, линию выгрузки готового продукта, систему очистки отработанного теплоносителя, состоящую из центробежных циклонов и скрубера Вентури, установленных в технологической последовательности (авт. свид. СССР 992965). В данной установке частично устранены указанные выше недостатки. Тем не менее, основной недостаток - попадание биомассы в атмосферу, не решен.

Этот технический результат достигается за счет использования установки для сушки биомассы, включающей узел подготовки теплоносителя, содержащий топку (2) и поверхностный нагреватель (3), сушильную камеру (1) с распылительным механизмом для подачи суспензии микроорганизмов, подводящий (10) и отводящий газоходы (11) для газообразного теплоносителя, линию выгрузки готового продукта (13), систему очистки отработанного теплоносителя, состоящую из центробежных циклонов (4) и скрубера Вентури (5), установленных в технологической последовательности. При этом система очистки отработанного теплоносителя дополнительно содержит поверхностный конденсатор-охладитель (6), соединенный со скрубером Вентури (5) через пневморазделитель (7) и линию отвода образовавшегося конденсата (12) с примесями биомассы в ферментер. Выход отработанного теплоносителя через отводящий газоход (11) соединен с дополнительно установленным поверхностным конденсатором-охладителем (8), выход которого соединен с поверхностным нагревателем (3), а другой выход соединен с линией (12) отвода образовавшегося конденсата в ферментер. На линии выгрузки готового продукта (13) установлен циклон-сборник (9), выход отработанного теплоносителя которого соединен с входом теплоносителя в сушильную камеру (1) и выходом из нее.

Предложенная установка поясняется схемой общего вида установки, где 1 - сушильная камера, 2 - топка, 3 - поверхностный нагреватель, 4 - центробежные циклоны, 5 - скрубер Вентури, 6 - поверхностный конденсатор, 7 - пневморазделитель, 8 - поверхностный конденсатор-охладитель, 9 - циклон-сборник, 10 - подводящий газоход, 11 - отводящий газоход, 12 - линия отвода образовавшегося конденсата, 13 - линия выгрузки готового продукта.

Установка работает следующим образом.

Поверхностный нагреватель (3) узла подготовки теплоносителя позволяет в потоке нагреть теплоноситель от (65-110)°С до (350-600)°С в количестве, сбалансированном с потребностью сушильной камеры (1). Использовали в качестве поверхностного нагревателя кожухо-трубный теплообменник с жесткими трубными решетками и пучками труб диаметром 40 мм. В испытуемом варианте дымовые газы после сжигания в вихревой горелке жидкого и газообразного топлива проходили через трубное пространство, а теплоноситель (в данном случае воздух или инертный газ) проходил в межтрубном пространстве и поступал в сушильную камеру (1) с центробежным распылительным устройством для подачи на сушку суспензии биомассы. Движение дымовых газов и теплоносителя регулировалось центробежными дымососами, позволяющими маневрировать давлением до 1200 мм. водного ст.

После сушильной камеры (1) первая ступень отделения биомассы от водяных паров и теплоносителя осуществлялась в системе центробежных циклонов (4), после которых полученная биомасса поступает во вторую на ступень отгрузки готовой продукции биомассы в циклон-сборник (9), а теплоноситель с примесями биомассы поступает по отводящему газоходу (11) на охлаждение в скрубер Вентури (5) смесительного типа, а затем в поверхностный конденсатор (6). Полученный конденсат с примесями биомассы по линии (12) отводился на технологию и частично возвращался на рециркуляцию в скрубер Вентури (5) в сбалансированном количестве, а далее отводился на технологический процесс в ферментер. Далее теплоноситель поступает на 3-ю ступень охлаждения и конденсации в поверхностный конденсатор-охладитель (8) с градиентом температуры до 50°С/сек. После чего охлажденный до 65-110°С теплоноситель вновь поступает через поверхностный нагреватель (3) в сушильную камеру.

Готовый продукт из циклона-смесителя (9) по линии (13) выводится из процесса, а теплоноситель по линии (11) поступает на повторную доочистку в центробежные циклоны (4) и частично на вход в сушильную камеру (1).

Таким образом, установка обеспечивает сушку биомассы в замкнутом контуре, исключает попадание биомассы в атмосферу и позволяет уменьшить потери в процессе сушки и получения биомассы.

Способ сушки биомассы осуществляется в замкнутом контуре циркуляции теплоносителя с целью исключения попадания в атмосферу с парами влаги остатков (примесей) биомассы.

Отведение влаги осуществляется путем конденсации ее паров из циркулирующего теплоносителя. После процесса конденсации отделение влаги и примесей биомассы производится в поверхностных конденсаторах (6) и (8), исключающих контакт хладоагента с отделяемой влагой и примесями биомассы при скорости понижения температуры от 1 до 50°С в секунду и при изменении давления теплоносителя в пределах от 100 до 800 мм водного ст. В результате исключается загрязнение атмосферы и появляется возможность использования влаги с примесями биомассы в технологии с целью уменьшения потерь. Параметры теплоносителя в процессе сушки:

- на входе в сушильную камеру - (360-600)°С;

- после конденсации и удаления влаги на входе в нагреватель - (65-110)°С.

Таким образом, способ сушки позволяет заменить «выбросы» на «сбросы» и осуществлять сушку в замкнутом контуре циркуляции теплоносителя без загрязнения окружающей среды.

Способ апробирован в промышленности, реализован в производствах белково-витаминных концентратов (БВК) биохимических заводов путем переоборудования распылительных сушилок. Комиссионная проверка показала отсутствие как сконденсированных паров воды, так и примесей биомассы в окружающей среде.

Установка для сушки биомассы, включающая узел подготовки теплоносителя, содержащий топку и поверхностный нагреватель, сушильную камеру с распылительным механизмом для подачи суспензии биомассы, подводящий и отводящий газоходы для газообразного теплоносителя, линию выгрузки готового продукта, систему очистки отработанного теплоносителя, состоящую из центробежных циклонов и скруббера Вентури, установленных в технологической последовательности, отличающаяся тем, что система очистки отработанного теплоносителя дополнительно содержит поверхностный конденсатор-охладитель, соединенный со скруббером Вентури через пневморазделитель и линией отвода конденсата с примесями биомассы в ферментер, при этом выход отработанного теплоносителя через отводящий газоход соединен с дополнительно установленным поверхностным конденсатором-охладителем, выход которого, в свою очередь, соединен с поверхностным нагревателем, а другой выход соединен с линией отвода образовавшегося конденсата в ферментер, кроме того, на линии выгрузки готового продукта установлен циклон-сборник, выход отработанного теплоносителя которого соединен с входом теплоносителя в сушильную камеру и выходом из нее.