Патент на полезную модель Республики Беларусь

1. (19) BY (11) 10709
(13) U
(46) 2015.06.30
(51) МПК
ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
C 08B 15/00 (2006.01)
(54) ПРОМЫШЛЕННАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА
НАТИВНЫХ НАНОЦЕЛЛЮЛОЗНЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ
И ЛИПИДОВ ИЗ БИОМАССЫ МИКРОВОДОРОСЛЕЙ
(21) Номер заявки: u 20140021
(22) 2014.01.13
(71) Заявители: Мурашко Алексей Сер-
геевич; Мурашко Сергей Петрович;
Гракович Виталий Иванович (BY)
(72) Авторы: Мурашко Алексей Сергеевич;
Мурашко Сергей Петрович; Гракович
Виталий Иванович (BY)
(73) Патентообладатели: Мурашко Алексей
Сергеевич; Мурашко Сергей Петро-
вич; Гракович Виталий Иванович (BY)
(57)
1. Промышленная установка для производства нативных наноцеллюлозных полуфаб-
рикатов и липидов из биомассы микроводорослей, содержащая герметичную емкость в
виде осесимметричного тела вращения с соосным телом внутри, источник фотосинтетиче-
ски активной радиации, устройство для перемешивания, выполненное с возможностью
создания над поверхностью суспензии микроводорослей закрученного потока газа с полем
скорости потенциального вихря на периферии емкости, осевым противотоком в приосевой
зоне и перепадом давления между периферией и центром вихря, отличающаяся тем, что
Фиг. 1
BY10709U2015.06.30

2. BY 10709 U 2015.06.30
2
дополнительно оснащена блоком подготовки биомассы, выполненным с возможностью
комплексного воздействия на биомассу импульсами электромагнитных волн сверхвысо-
кой частоты и импульсами низкого давления, содержащим горизонтальную шнековую
центрифугу с выходами фугата и кека, винтовой гидравлический насос, загрузочное уст-
ройство которого соединено с выходом кека, горизонтальную технологическую трубу,
выполненную с возможностью охлаждения и с установленным внутри горизонтальным
ленточным транспортером, разделенную вертикальными перегородками на секцию за-
грузки биомассы, расположенную на входе ленточного транспортера, с экструдером пода-
чи биомассы внутри, установленным над горизонтальным ленточным транспортером с
возможностью равномерного распределения биомассы по его ширине и соединенным с
выходом винтового гидравлического насоса, секцию выгрузки биомассы, расположенную
на выходе ленточного транспортера, с отверстием в ее нижней части и ракелем внутри,
установленным над отверстием с возможностью отделения биомассы по всей ширине го-
ризонтального ленточного транспортера, и секции обезвоживания биомассы, расположен-
ные между ними, с установленными в верхней части штуцером отвода конденсата воды,
датчиком измерения низкого давления, датчиком бесконтактного измерения температуры
на поверхности биомассы, движущейся на горизонтальном ленточном транспортере, и ис-
точником электромагнитных волн сверхвысокой частоты, установленным с возможностью
регулирования облучения биомассы, движущейся на горизонтальном ленточном транс-
портере, и в нижней части с штуцером отвода конденсата воды, соединенные последова-
тельно в кольцо емкость для конденсата воды, выполненную с возможностью охлаждения,
компрессор и группу параллельно установленных вакуумных эжекторов с входом низкого
давления, регулируемые запорные устройства отвода конденсата воды, входы которых со-
единены с штуцерами отвода конденсата воды, а выходы - с входом низкого давления ва-
куумных эжекторов, буферную емкость для обезвоженной биомассы, соединенную в
верхней части с отверстием секции выгрузки биомассы и в нижней части с полнопроход-
ным запорным устройством отвода биомассы, управляющее вычислительное устройство,
входы которого соединены с выходами датчиков бесконтактного измерения температуры
и датчиков измерения низкого давления, а выходы - с входами регулируемых запорных
устройств отвода конденсата воды и источников электромагнитных волн сверхвысокой
частоты, и блоком активации и разделения биомассы.
2. Промышленная установка по п. 1, отличающаяся тем, что блок активации и разде-
ления биомассы выполнен с возможностью воздействия на биомассу потоком сверхкри-
тического диоксида углерода и содержит узел подготовки сверхкритического диоксида
углерода, технологическую камеру, выполненную с возможностью термостатирования и
движения сверхкритического диоксида углерода по отдельному каналу постоянного попе-
речного сечения и равномерного изгиба от центра к его периферии, с штуцером подачи
сверхкритического диоксида углерода и штуцером подачи биомассы, расположенными на
ее входе, и штуцером отвода раствора сверхкритического диоксида углерода, располо-
женным на ее выходе, диафрагменный гидравлический насос подачи биомассы, вход ко-
торого расположен ниже уровня выхода полнопроходного запорного устройства отвода
биомассы и соединен с ним трубопроводом равномерного изгиба, полнопроходное термо-
статируемое запорное устройство подачи биомассы, вход которого соединен с выходом
диафрагменного гидравлического насоса, а выход - с штуцером подачи биомассы, после-
довательно установленные кориолисовый расходомер, вход которого соединен с узлом
подготовки сверхкритического диоксида углерода, и термостатируемое регулируемое за-
порное устройство подачи сверхкритического диоксида углерода, выход которого соединен с
штуцером подачи сверхкритического диоксида углерода, емкость разделения наноцеллю-
лозного полуфабриката и липидов, выполненную с возможностью термостатирования, ус-
тановленные в ее верхней части термостатируемое регулируемое запорное устройство
подачи раствора сверхкритического диоксида углерода, вход которого соединен с штуце-

3. BY 10709 U 2015.06.30
3
ром отвода раствора сверхкритического диоксида, штуцер отвода липидов и сверхкрити-
ческого диоксида углерода и в ее нижней части штуцер отвода наноцеллюлозного полу-
фабриката и сверхкритического диоксида углерода, емкость разделения липидов и
диоксида углерода, установленные в ее верхней части термостатируемое регулируемое
запорное устройство подачи липидов и сверхкритического диоксида углерода, вход кото-
рого соединен с штуцером отвода липидов и сверхкритического диоксида углерода, шту-
цер отвода диоксида углерода, соединенный через регулируемое запорное устройство с
узлом подготовки сверхкритического диоксида углерода, и в ее нижней части штуцер от-
вода липидов, запорное устройство, соединенное с штуцером отвода липидов, емкость
разделения наноцеллюлозного полуфабриката и диоксида углерода, установленные в ее
верхней части термостатируемое регулируемое запорное устройство подачи наноцеллю-
лозного полуфабриката и сверхкритического диоксида углерода, вход которого соединен с
штуцером отвода наноцеллюлозного полуфабриката и сверхкритического диоксида угле-
рода, штуцер отвода диоксида углерода, соединенный через регулируемое запорное уст-
ройство с узлом подготовки сверхкритического диоксида углерода, и в ее нижней части
штуцер отвода наноцеллюлозного полуфабриката, запорное устройство, соединенное с
штуцером отвода наноцеллюлозного полуфабриката.
3. Промышленная установка по п. 2, отличающаяся тем, что диафрагменный гидрав-
лический насос выполнен с возможностью установления давления в технологической ка-
мере таким образом, чтобы относительная разность между максимальным и минимальным
значениями плотности сверхкритического диоксида углерода в ней составляла не более
30 %.
(56)
1. Saxena I.M., Brown R.M. Cellulose biosynthesis: current views and evolving concepts //
Annals of Botany. - 2005. - Vol. 96. - P. 9-21.
2. Патент US 4588400 A1, МПК A 61L 15/28, A 61L 15/40, A 61L 15/16, 1986.
3. Международный патент 1986002095 A1, МПК B 01D 71/10, A 61L 27/00, C 12R 1/02,
A 61L 26/00, C 12P 19/04, A 63B 51/02, D 06N 3/02, 1986.
4. Патент RU 2462514 A1, МПК C 12P 19/04, A 61L 15/28, C 12R 1/02, 2011.
5. Охапкин А.Г., Юлова Г.А. Основы альгологии: Учебное пособие. - Нижний Новго-
род: Издательство Нижегородского госуниверситета им. Н.И.Лобачевского, 2010. - 340 с.
6. Марков С.А. Использование водорослей для получения биотоплива и удаления из-
бытка углекислого газа из атмосферы // Альтернативная энергетика и экология. - 2009. -
№ 2 (70). - С. 83-90.
7. А. с. СССР 1664836, МПК C 12M 3/02, 1991.
8. Патент BY на полезную модель 9649 U, МПК C 12M 1/00, 2013.
9. Патент BY на полезную модель BY 9592 U, МПК C 12M 1/00, 2013.
10. Патент BY на полезную модель 9660 U, МПК C 12M 1/00, 2013.
11. RU 2460771 C1, МПК C 12N 1/12, A 23K 1/00, A 61K 8/00, 2012.
12. Патент BY на полезную модель 9695 U, МПК C 12M 1/00, 2013.
Полезная модель относится к биотехнологии, преимущественно к разделам производ-
ства высокопрочных и биоразлагаемых полимеров, биомиметических, биомедицинских и
высокоэнергетических материалов, адсорбентов, в том числе для очистки нефтяных раз-
ливов, биологического сырья для синтеза искусственного топлива, а также может быть
использована в бумагоделательной промышленности для повышения физико-механи-
ческих характеристик бумаги и картона, в фармацевтической, косметической и пищевой
промышленности.

4. BY 10709 U 2015.06.30
4
Известно, что природная целлюлоза имеет сложную иерархическую структуру, простей-
шим элементом которой является элементарная фибрилла. В зависимости от происхожде-
ния фибриллы имеют размеры по ширине 1,5-15 нм и длине 60-300 нм. Элементарные
фибриллы, в свою очередь, образуют более крупные ассоциаты - микрофибриллы. Диа-
метр микрофибриллы составляет, как правило, несколько нанометров, длина - от сотни
нанометров до нескольких микрометров.
Современные достижения в микробиологии выявили широкий спектр бактерий и мик-
роводорослей (МВ), способных синтезировать и выделять наноразмерные волокна целлю-
лозы в виде микрофибрилл [1]. Наноразмерные волокна целлюлозы (НЦ), синтезируемые
микроорганизмами, обладают свойством псевдопластичности - в статических условиях
становятся вязкими и ведут себя как жидкость при физическом воздействии. Их реакци-
онная и сорбционная способность значительно выше, чем у микрокристаллической цел-
люлозы, полученной из древесной и растительной биомассы. На основе НЦ могут быть
получены материалы, прочность которых сопоставима с прочностью углеродных нано-
трубок. Огромная площадь поверхности, высокая механическая прочность и химическая
реакционная способность НЦ определяют широкий спектр ее применения.
В настоящее время нативную НЦ получают в виде плотной пленки на поверхности
питательной среды, содержащей источники азота и углерода, в статических условиях (без
перемешивания) микроорганизмов вида Acetobacter xylinum [2, 3, 4]. В питательную среду
может добавляться экстракт Tea Sinensis, тростниковый сахар и/или жидкий экстракт тро-
стникового сахара, а также микроорганизмы, принадлежащие к виду Leuconostoc oenos, и
дрожжи, выбираемые из Saccharomyces cerevisiae, Schizosaccharomyces pombae и/или Sac-
charomyces malidevorans. Полученная таким образом пленка толщиной от 0,1-15 мм выво-
дится из питательной среды, обрабатывается гидроксидом натрия для удаления бактерий,
нейтрализуется, наносится на подложку и высушивается. Особенностью культивирования
указанных микроорганизмов является то, что они предъявляют высокие требования к чис-
тоте питательной среды и требуют большого количества дорогих питательных веществ.
В отличие от указанных микроорганизмов МВ неприхотливы и имеют высокую уро-
жайность. Для культивирования МВ необходимы вода, диоксид углерода (CO2) и для про-
цессов фотосинтеза фотосинтетически активная радиация (ФАР), при этом выделяется
большое количество кислорода (O2) [5]. Нативная НЦ у МВ синтезируется в клеточной
оболочке, которая, как правило, слоиста. Толщина и количество слоев варьируется в зави-
симости от видовой принадлежности, возраста и их физиологического состояния. В боль-
шинстве случаев оболочка состоит из двух-трех, реже четырех и более слоев. Внутренние
слои целлюлозные, наружные - пектиновые. Оболочка пронизана порами, через которые
осуществляется связь протопласта с внешней средой. Целлюлоза оболочки собрана в мик-
рофибриллы. В поперечном разрезе микрофибрилла имеет овальную форму и насчитывает
порядка пятисот молекул целлюлозы. Клеточная оболочка МВ имеет высокое отношение
длины к ширине (типичная ширина - 5-20 нм, длина варьируется от 10 нм до нескольких
микрон).
Клетки МВ содержат липиды. Типичное содержание липидов составляет 20-50 % в
расчете на сухой клеточный вес [6]. Содержание липидов в клетках некоторых видов МВ
может превышать 80 %. Липиды МВ могут быть превращены в биодизель через химиче-
скую реакцию трансэтерификации с участием спирта (этанола или метанола) и катализа-
торов в виде кислоты или щелочи (такой как гидроксид натрия). Поэтому выделение
липидов из МВ при производстве НЦ-полуфабрикатов может значительно повысить эф-
фективность технологического процесса.
Культивирование МВ осуществляют под открытым небом и в закрытых биореакторах.
Наиболее простым и дешевым является культивирование МВ под открытым небом в бас-
сейнах, лотках и других емкостях с различными способами перемешивания, подачей CO2
и использованием солнечного света. Однако при таком культивировании МВ невозможно

5. BY 10709 U 2015.06.30
5
увеличить эффективность усвоения такого лимитирующего фактора прироста биомассы
МВ, как солнечный свет, трудно соблюдать гигиену культуры МВ, получаемая биомасса
имеет нестабильный химический состав. Культивирование МВ под открытым небом характе-
ризуется низким коэффициентом размножения клеток. Практически это экстенсивный
процесс, когда получение большого количества биомассы обеспечивается использованием
больших площадей. Кроме этого, в установках открытого типа из-за постоянно меняю-
щихся погодных условий невозможно получать длительное время стабильный урожай
МВ, что приближает этот способ к возделыванию высших растений, когда урожай зависит
от погодных условий.
Оптимальные условия культивирования МВ можно создать только в закрытых биореак-
торах. В настоящее время наибольшее распространение получили трубчатые биореакторы.
Известна установка для получения биомассы фотосинтезирующих микроорганизмов,
содержащая светопрозрачный трубчатый реактор в виде змеевика с патрубками для под-
вода и отвода суспензии микроорганизмов, источники света, при этом витки змеевика об-
разуют вертикальный цилиндр, а источники света установлены внутри и снаружи этого
цилиндра [7]. Внутри указанного цилиндра установлены люминесцентные лампы, а сна-
ружи - криптоновые лампы накаливания.
Недостатками установки является то, что с увеличением отношения освещенной по-
верхности к рабочему объему реактора вся световая энергия, поглощенная освещенной
поверхностью и не использованная в процессе фотосинтеза, преобразуется в тепловую,
часть световой энергии рассеивается, так как источники света находятся на удалении от
трубчатого реактора. При длительном культивировании на внутренней поверхности труб-
чатого реактора скапливается масса наросших клеток, что приводит к снижению осве-
щенности суспензии фотосинтезирующих микроорганизмов и эффективности процесса
фотосинтеза, к увеличению трудозатрат и сроков на смывку и очистку реактора. Приме-
няемые в данной установке в качестве источника света люминесцентные лампы и крипто-
новые лампы накаливания в силу их конструкторских и технологических особенностей не
позволяют применять экономичный импульсный режим освещения фотосинтезирующих
микроорганизмов, имеют невысокий срок службы и низкий КПД. Наличие в составе лю-
минесцентных ламп ртути создает проблему их утилизации. Применение биореакторов
трубчатого типа для промышленного интенсивного культивирования фотосинтезирующих
микроорганизмов объемом до 30 м3
и более неэффективно, так как они не обеспечивают
требуемый уровень массообмена между питательной средой и их клетками. Кроме этого,
для размещения биореакторов трубчатого типа требуются большие площади.
Известны биореакторы для промышленного глубинного культивирования микроорга-
низмов, содержащие емкость, штуцеры для газовых и жидких потоков, для установки дат-
чиков систем контроля и управления и устройство для перемешивания, выполненное с
возможностью создания над поверхностью суспензии микроорганизмов закрученного по-
тока газа с полем скорости потенциального вихря на периферии емкости, осевым проти-
вотоком в приосевой зоне и перепадом давления между периферией и центром вихря [8,
9]. Емкость биореакторов выполнена в виде осесимметричного тела вращения плоской
выпуклой замкнутой кривой вокруг оси вне ее контура таким образом, что образованное
внутри осесимметричное тело соединяет дно с ее верхом и имеет в верхней части одно
или несколько равномерно расположенных отверстий. Устройство для перемешивания
выполнено в виде одного и более вентиляторов с конфузорами, соединяющими отверстия
в верхней части емкости с входными отверстиями вентиляторов, и патрубками, соеди-
няющими выходные отверстия вентиляторов с равномерно распределенными отверстиями
на боковой наружной поверхности емкости. Плоскость выходных отверстий патрубков
перпендикулярна касательным плоскостям емкости в местах соединения, расположена
выше максимального уровня суспензии микроорганизмов с углом атаки газового потока к
плоскости уровня в пределах 0-45° и имеет высоту, меньшую или равную минимальной

6. BY 10709 U 2015.06.30
6
высоте пространства над уровнем суспензии. Емкость, конфузоры и патрубки выполнены
из термопластичного материала, например графт-сополимера полипропилена. Недостат-
ками биореакторов является то, что в их конструкции предусмотрена система термостати-
рования суспензии микроорганизмов.
Известен биореактор для промышленного глубинного культивирования мезофильных
микроорганизмов, содержащий герметичную емкость в виде осесимметричного тела с
штуцерами для газовых и жидких потоков, для установки датчиков систем контроля и
управления и устройство для перемешивания, выполненное с возможностью создания над
поверхностью суспензии микроорганизмов закрученного потока газа с полем скорости
потенциального вихря на периферии емкости, осевым противотоком в приосевой зоне и
перепадом давления между периферией и центром вихря [10]. Устройство для перемеши-
вания выполнено в виде вентилятора с корпусом, соединенного конфузором с отверстием
в верхней части емкости, и теплообменника, входное отверстие которого соединено с вен-
тилятором, а выходное патрубком с боковой наружной поверхностью емкости. Теплооб-
менник, соединенный патрубком с боковой наружной поверхностью емкости, выполнен в
виде жидкостно-газового спирального теплообменника с движением в противотоке по от-
дельным каналам жидкого теплоносителя от периферии к центру и газа от центра к пери-
ферии. Каналы в теплообменнике для газа и патрубке выполнены с одинаковым
поперечным сечением и равномерным изгибом. Емкость, конфузор, корпус вентилятора и
патрубок выполнены из материала с низким коэффициентом теплопроводности. Недос-
татком биореактора является то, что в его конструкции не предусмотрены источники
ФАР.
Наибольшее распространение для извлечения липидов из биомассы получили много-
ступенчатые технологии, основанные на аппаратах Сокслета, в которых в качестве рас-
творителей применяются органические растворители (гексан, хлороформ, ацетон и т.д.).
Высушенную до влажности 10 % биомассу МВ механически активируют в активаторах
планетарного, вибрационного или виброцентробежного типов [11]. Затем измельченную
биомассу суспендируют в органическом растворителе с последующей экстракцией в течение
3-5 ч. Полученный экстракт фильтрованием разделяют на растворимую и нерастворимую
части и сушат с получением сухого липидно-пигментного комплекса. Высушенную нерас-
творимую часть экстракта смешивают с ферментными препаратами и проводят гидролиз в
течение 4-8 ч температуре 50-65 °С. Разделяют ферментативный гидролизат центрифуги-
рованием на растворимую и нерастворимую части с последующей их сушкой с получени-
ем сухих продуктов. Недостатками такой переработки биомассы МВ являются большая
многостадийность и длительность процесса, высокая экологическая опасность и низкая
экономическая эффективность. Полученные БАВ сложно очистить от остаточного раство-
рителя, из-за чего они часто непригодны для использования в медицинской, фармацевти-
ческой и пищевой промышленности.
Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели является биореактор для
промышленного глубинного культивирования фотосинтезирующих микроорганизмов
[12]. Биореактор содержит герметичную емкость в виде осесимметричного тела вращения
с соосным телом внутри, с штуцерами для газовых и жидких потоков, для установки дат-
чиков систем контроля и управления, источник ФАР, расположенный на поверхности ем-
кости, устройство для перемешивания, выполненное с возможностью создания над
поверхностью суспензии фотосинтезирующих микроорганизмов закрученного потока газа
с полем скорости потенциального вихря на периферии емкости, осевым противотоком в
приосевой зоне и перепадом давления между периферией и центром вихря. Источник
ФАР выполнен в виде сверхмощных светодиодов с длиной волны излучения, соответст-
вующей основному максимуму ее поглощения пигментами, участвующими в фотосинтезе
целевого продукта в клетке культивируемого фотосинтезирующего микроорганизма. Пре-
дельное значение энергии излучения сверхмощных светодиодов источника ФАР по спек-

7. BY 10709 U 2015.06.30
7
тру пропорционально доле пигмента с соответствующим основным максимумом ее по-
глощения, участвующего в фотосинтезе целевого продукта в клетке культивируемого фо-
тосинтезирующего микроорганизма.
Отличительной особенностью производства НЦ из МВ является то, что из-за ее высо-
кой реакционной способности к технологическим процессам предъявляются высокие тре-
бования пожарной безопасности.
Техническая задача, решаемая в настоящей полезной модели, состоит в комплексной
переработке МВ, увеличении технологических выходов целевых продуктов, улучшении
их качественных характеристик, снижении материальных и энергетических затрат в про-
цессе производства.
Технический результат, получаемый при реализации настоящей полезной модели, со-
стоит в расширении ассортимента целевых продуктов при переработке сырья природного
происхождения, повышении эффективности производства нативных НЦ-полуфабрикатов
из МВ, обеспечении экологической и пожарной безопасности процесса их производства.
Решение задачи достигается тем, что предлагаемая промышленная установка для про-
изводства нативных НЦ-полуфабрикатов и липидов из биомассы МВ, содержащая герме-
тичную емкость в виде осесимметричного тела вращения с соосным телом внутри,
источник ФАР, устройство для перемешивания, выполненное с возможностью создания
над поверхностью суспензии МВ закрученного потока газа с полем скорости потенциаль-
ного вихря на периферии емкости, осевым противотоком в приосевой зоне и перепадом
давления между периферией и центром вихря, дополнительно оснащена блоком подготов-
ки биомассы, выполненным с возможностью комплексного воздействия на биомассу им-
пульсами электромагнитных волн сверхвысокой частоты (СВЧ) и импульсами низкого
давления (НД), и блоком активации и разделения биомассы, выполненным с возможно-
стью воздействия на биомассу потоком сверхкритического диоксида углерода (СК-CO2).
Блок подготовки биомассы содержит горизонтальную шнековую центрифугу с выхо-
дами фугата и кека, винтовой гидравлический насос (ГН), загрузочное устройство которо-
го соединено с выходом кека, горизонтальную технологическую трубу, выполненную с
возможностью охлаждения и с установленным внутри горизонтальным ленточным транс-
портером, разделенную вертикальными перегородками на секцию загрузки биомассы,
расположенную на входе ленточного транспортера, с экструдером подачи биомассы внут-
ри, установленным над горизонтальным ленточным транспортером с возможностью рав-
номерного распределения биомассы по его ширине и соединенным с выходом винтового
ГН, секцию выгрузки биомассы, расположенную на выходе ленточного транспортера, с
отверстием в ее нижней части и ракелем внутри, установленным над отверстием с воз-
можностью отделения биомассы по всей ширине горизонтального ленточного транспор-
тера, и секции обезвоживания биомассы, расположенные между ними, с установленными
в верхней части штуцером отвода конденсата воды, датчиком измерения НД, датчиком
бесконтактного измерения температуры на поверхности биомассы, движущейся на горизон-
тальном ленточном транспортере, и источником электромагнитных волн СВЧ, установ-
ленным с возможностью регулирования облучения биомассы, движущейся на горизон-
тальном ленточном транспортере, и в нижней части с штуцером отвода конденсата воды,
соединенные последовательно в кольцо емкость для конденсата воды, выполненную с
возможностью охлаждения, компрессор и группу параллельно установленных вакуумных
эжекторов - с входом низкого давления, регулируемые запорные устройства (ЗУ) отвода
конденсата воды, входы которых соединены с штуцерами отвода конденсата воды, а вы-
ходы с входом НД вакуумных эжекторов, буферную емкость для обезвоженной биомассы,
соединенную в верхней части с отверстием секции выгрузки биомассы и в нижней части с
полнопроходным ЗУ отвода биомассы, управляющее вычислительное устройство, входы
которого соединены с выходами датчиков бесконтактного измерения температуры и
датчиков измерения НД, а выходы - с входами регулируемых ЗУ отвода конденсата воды
и источников электромагнитных волн СВЧ.

8. BY 10709 U 2015.06.30
8
Блок активации и разделения биомассы содержит узел подготовки СК-CO2, техноло-
гическую камеру, выполненную с возможностью термостатирования и движения СК-CO2
по отдельному каналу постоянного поперечного сечения и равномерного изгиба от центра
к его периферии, с штуцером подачи СК-CO2 и штуцером подачи биомассы, расположен-
ными на ее входе, и штуцером отвода раствора СК-CO2, расположенным на ее выходе,
диафрагменный ГН подачи биомассы, вход которого расположен ниже уровня выхода
полнопроходного ЗУ отвода биомассы и соединен с ним трубопроводом равномерного
изгиба, полнопроходное термостатируемое ЗУ подачи биомассы, вход которого соединен
с выходом диафрагменного ГН, а выход - с штуцером подачи биомассы, последовательно
установленные кориолисовый расходомер, вход которого соединен с узлом подготовки
СК-CO2, и термостатируемое регулируемое ЗУ подачи СК-CO2, выход которого соединен
с штуцером подачи СК-CO2, емкость разделения НЦ-полуфабриката и липидов, выпол-
ненную с возможностью термостатирования, установленные в ее верхней части термоста-
тируемое регулируемое ЗУ подачи раствора СК-CO2, вход которого соединен с штуцером
отвода раствора СК-CO2, штуцер отвода липидов и СК-CO2 и в ее нижней части штуцер
отвода НЦ-полуфабриката и СК-CO2, емкость разделения липидов и CO2, установленные
в ее верхней части термостатируемое регулируемое ЗУ подачи липидов и СК-CO2, вход
которого соединен с штуцером отвода липидов и СК-CO2, штуцер отвода CO2, соединен-
ный через регулируемое ЗУ с узлом подготовки СК-CO2, и в ее нижней части штуцер от-
вода липидов, ЗУ, соединенное с штуцером отвода липидов, емкость разделения
наноцеллюлозного полуфабриката и CO2, установленные в ее верхней части термостати-
руемое регулируемое ЗУ подачи НЦ полуфабриката и СК-CO2, вход которого соединен с
штуцером отвода НЦ полуфабриката и СК-CO2, штуцер отвода CO2, соединенный через
регулируемое ЗУ с узлом подготовки СК-CO2, и в ее нижней части штуцер отвода НЦ-
полуфабриката, ЗУ, соединенное с штуцером отвода НЦ полуфабриката.
Диафрагменный ГН выполнен с возможностью установления давления в технологиче-
ской камере таким образом, чтобы относительная разность между максимальным и мини-
мальным значениями плотности сверхкритического диоксида углерода в ней составляла
не более 30 %.
Полезная модель поясняется фигурами.
На фиг. 1 приведен общий вид промышленной установки для производства нативных
НЦ-полуфабрикатов и липидов из биомассы МВ с блоками культивирования, подготовки,
активации и разделения биомассы; на фиг. 2 - блок подготовки биомассы; на фиг. 3 - блок
активации и разделения биомассы.
Блок 1 культивирования состоит из герметичной емкости 2, тела 3, конфузоров 4 и 5,
патрубков 6 и 7, вентиляторов 8 и 9, жидкостно-газовых спиральных теплообменников 10
и 11, источников 12 ФАР, ГН 13 отбора суспензии, регулируемого ЗУ 14 подачи CO2, ре-
гулируемого ЗУ 15 отвода газа, регулируемого ЗУ 16 подачи жидкости, регулируемого ЗУ
17 подачи питательных веществ, полнопроходного ЗУ 18 отбора суспензии, штуцера 19
подачи жидких потоков и штуцеров 20 отбора суспензии.
Емкость 2 выполнена в виде осесимметричного тела вращения. Тело 3 расположено
соосно внутри емкости 2 и соединяет дно 21 емкости 2 с ее верхом. В верхней части емко-
сти 2 на ее внутренней приосевой поверхности 22 расположены отверстия 23 и 24. После-
довательно установленные конфузор 4, патрубок 6, вентилятор 8 и жидкостно-газовый
спиральный теплообменник 10 соединяют отверстие 23 с боковой наружной поверхно-
стью 25 емкости 2 выше максимального уровня поверхности 26 суспензии. Последова-
тельно установленные конфузор 5, патрубок 7, вентилятор 9 и жидкостно-газовый спи-
ральный теплообменник 11 соединяют отверстие 24 с боковой наружной поверхностью 25
выше максимального уровня поверхности 26 с противоположной стороны. Жидкостно-
газовые спиральные теплообменники 10 и 11 выполнены с возможностью движения в
противотоке по отдельным каналам жидкого теплоносителя от периферии к центру и газа

9. BY 10709 U 2015.06.30
9
от центра к периферии. Каналы в жидкостно-газовых спиральных теплообменниках 10, 11
и патрубках 6, 7 выполнены с одинаковым поперечным сечением и равномерным изгибом.
Благодаря этому создается эффект их самоочищения, а также равномерный поток газа на
входе в емкость 2. Эффект самоочищения при прохождении газа через жидкостно-газовые
спиральные теплообменники 10, 11 и патрубки 6, 7 увеличивает срок между их техниче-
ским обслуживанием, тем самым повышает производительность процесса культивирова-
ния. Одинаковое поперечное сечение и равномерный изгиб каналов в жидкостно-газовых
спиральных теплообменниках 10, 11 и патрубках 6, 7 позволяют получить стабильный без
турбулентных зон закрученный поток газа над поверхностью 26. Источники 12 выполне-
ны в виде сверхмощных светодиодов с разной мощностью излучения (до 100 Вт и более),
с длиной волны излучения, соответствующей основному максимуму ее поглощения пиг-
ментами, участвующими в фотосинтезе целевого продукта в клетке культивируемых МВ.
Предельное значение энергии излучения светодиодов по спектру пропорционально доле
пигмента с соответствующим основным максимумом ее поглощения, участвующего в фо-
тосинтезе целевого продукта в клетке культивируемых МВ. Расположены источники 12 на
боковой наружной поверхности 27, дне 21 и внутренней приосевой поверхности 22 ниже
максимального уровня поверхности 26. Регулируемое ЗУ 14 расположено на входе венти-
лятора 8, регулируемое ЗУ 15 - на входе вентилятора 9. Регулируемые ЗУ 14 и 15 установ-
лены параллельно и соединены с штуцером 19, расположенным на боковой наружной
поверхности 27 ниже максимального уровня поверхности 26. Узел отбора суспензии вы-
полнен в виде штуцеров 20, равномерно расположенных в нижней части емкости 2 на ее
внутренней приосевой поверхности 22 и соединенных с последовательно установленными
полнопроходным ЗУ 18 и ГН 13.
Блок 99 подготовки биомассы выполнен газонепроницаемым и содержит горизон-
тальную шнековую центрифугу 28 с выходами фугата 29 и кека 30, винтовой ГН 31, ком-
прессор 32, горизонтальный ленточный транспортер 33, емкость 34 для конденсата воды,
буферную емкость 35 для обезвоженной биомассы, горизонтальную технологическую
трубу 36, вертикальные перегородки 37, экструдер 38 подачи биомассы, ракель 39, датчи-
ки 40 измерения низкого давления, датчики 41 бесконтактного измерения температуры,
источники 42 электромагнитных волн СВЧ, вакуумные эжекторы 43, полнопроходное ЗУ
44 отвода биомассы, регулируемые ЗУ 45 отвода конденсата воды, штуцеры 46 отвода
конденсата воды и управляющее вычислительное устройство 47.
Вход горизонтальной шнековой центрифуги 28 соединен с выходом ГН 13, а выход
кека - с входом винтового ГН 31. Внутри горизонтальной технологической трубы 36,
выполненной с возможностью охлаждения, установлен горизонтальный ленточный транс-
портер 33. Горизонтальная технологическая труба 36 разделена вертикальными перего-
родками 37 на секцию 48 загрузки биомассы, расположенную на входе ленточного
транспортера 33, секцию 49 выгрузки биомассы, расположенную на выходе ленточного
транспортера 33, и секции 50 обезвоживания биомассы, расположенные между секциями
48 и 49. Экструдер 38 размещен внутри секции 48, установлен над горизонтальным лен-
точным транспортером 33 с возможностью равномерного распределения биомассы по его
ширине и соединен с выходом винтового насоса. В нижней части секции 49 имеется от-
верстие 51. Ракель 39 размещен внутри секции 49 и установлен над отверстием 51 с воз-
можностью отделения биомассы по всей ширине горизонтального ленточного
транспортера 33. В каждой секции 50 в верхней части установлены по одному штуцеру 46,
датчику 40 и 41, источники 42, в нижней части - один штуцер 46. Датчики 41 установлены
с возможностью измерения температуры на поверхности биомассы, движущейся на гори-
зонтальном ленточном транспортере 33. Источники 42 установлены с возможностью
регулирования облучения биомассы, движущейся на горизонтальном ленточном транс-
портере 33. Емкость 34, компрессор 32 и группа параллельно установленных вакуумных
эжекторов 43 соединены последовательно в кольцо. Входы регулируемых ЗУ 45 соединены

10. BY 10709 U 2015.06.30
10
с штуцерами 46, а выходы - с входом низкого давления вакуумных эжекторов 43. Буфер-
ная емкость 35 в верхней части соединена с отверстием 51, в нижней части - с полнопро-
ходным ЗУ 44. Входы управляющего вычислительного устройства 47 соединены с
выходами датчиков 40 и датчиков 41, а выходы - с входами регулируемых ЗУ 45 и источ-
ников 42.
Винтовой ГН 31 создает стабильное давление, допускает регулировку производитель-
ности без потери номинального давления, обеспечивает точное дозирование биомассы без
нарушения структуры и вспенивания, имеет низкие энергопотребление и стоимость экс-
плуатации. Горизонтальная технологическая труба 36 и емкость 34 выполнены с возмож-
ностью охлаждения. Вакуумные эжекторы 43 имеют производительность от 8 до 200 л/мин.
Отсутствие в них подвижных элементов увеличивает срок службы и упрощает обслужи-
вание. В качестве источников 42 применены магнетроны мощностью от 0,5 до 1 кВт и с
частотой излучения 2,45 ГГц, оптимальной по скорости нагрева воды в биомассе. КПД
таких магнетронов достигает 85 %. Внутренняя поверхность секций 50 и наружная по-
верхность ленточного транспортера 33 выполнены из материала с краевым углом смачи-
вания водных субстратов на твердых поверхностях θ > 90°.
Блок 100 активации и разделения биомассы содержит узел подготовки СК-CO2, вы-
полненный в виде емкостей 52, 53 и 54, ГН 55 и 56, влагомаслоотделителя 57, блока 58
конденсации CO2, ЗУ 59 подачи внешнего CO2, ЗУ 60 возврата CO2, ЗУ 61 и 62 подачи
CO2, регулируемого ЗУ 63 подачи CO2, ЗУ 64 подачи СК-CO2, технологическую камеру
65, емкость 66 разделения НЦ-полуфабриката и липидов, емкость 67 разделения липидов
и CO2, емкость 68 разделения наноцеллюлозного полуфабриката и CO2, диафрагменный
ГН 69 подачи биомассы, трубопровод 70, кориолисовый расходомер 71, полнопроходное
термостатируемое ЗУ 72 подачи биомассы, термостатируемое регулируемое ЗУ 73 подачи
СК-CO2, термостатируемое регулируемое ЗУ 74 подачи раствора СК-CO2, термостатируе-
мое регулируемое ЗУ 75 подачи липидов и СК-CO2, термостатируемое регулируемое ЗУ
76 подачи наноцеллюлозного полуфабриката и СК-CO2, регулируемые ЗУ 77 и 78, ЗУ 79 и
80, штуцер 81 подачи СК-CO2, штуцер 82 подачи биомассы, штуцер 83 отвода раствора
СК-CO2, штуцер 84 отвода липидов и СК-CO2, штуцер 85 отвода НЦ полуфабриката и
СК-CO2, штуцеры 86 и 87 отвода CO2, штуцер 88 отвода липидов, штуцер 89 отвода нано-
целлюлозного полуфабриката.
Всасывающий и нагнетающий каналы ГН 56, емкости 54 и 66 выполнены с возможно-
стью термостатирования. Технологическая камера 65 выполнена с возможностью термо-
статирования и движения СК-CO2 по отдельному каналу постоянного поперечного
сечения и равномерного изгиба от центра к его периферии и обеспечивает интервалы
рабочих давления от 7,38 до 35 МПа и температуры от 31,1 до 50 °С. Постоянное попе-
речное сечение и равномерный изгиб создают эффект самоочищения канала СК-CO2,
эффективно решают задачи термостатирования среды СК-CO2 и равномерного распреде-
ления температуры по всему его объему. Равномерный изгиб канала СК-CO2 создает в по-
токе СК-CO2 турбулентность, увеличивающую эффективность теплообмена и скорость
протекающих в них процессов, при этом высокая турбулентность достигается при скоро-
сти потока значительно меньшей, чем в прямых трубчатых каналах. Продолжительный
изгиб канала СК-CO2 обеспечивает компактность конструкции технологической камеры 65,
а также значительно увеличивает путь биомассы и время ее нахождения в потоке СК-CO2.
В качестве диафрагменного ГН 69 установлен прецизионный диафрагменный дозировоч-
ный насос высокого давления с регулируемой производительностью и давлением нагнета-
ния до 35 МПа. Регулировка производительности с заданной точностью осуществляется
во время работы насоса или в нерабочем режиме. Регулирование длины хода поршня
осуществляется вручную или с помощью электрического или пневматического серводви-
гателя (при дистанционном управлении). Регулирование скорости вращения осуществля-
ется механическим вариатором или частотным конвертером. В качестве измерителя

11. BY 10709 U 2015.06.30
11
расхода СК-CO2 установлен кориолисовый расходомер 71, который позволяет измерять
массовый расход CO2 в жидком, газообразном и межфазном состоянии с высокой скоро-
стью, стабильностью и точностью (0,2 % для жидкостей и 0,5 % для газов).
Штуцеры 81 и 82 расположены на входе канала СК-CO2 технологической камеры 65, а
штуцер 83 - на его выходе. Вход диафрагменного ГН 69 расположен ниже уровня входа
полнопроходного ЗУ 44 и соединен с ним трубопроводом 70 равномерного изгиба. Это
снижает сопротивление движению биомассы в трубопроводе 70 и обеспечивает ее подпор
на входе диафрагменного ГН 69. Вход полнопроходного термостатируемого ЗУ 72 соеди-
нен с выходом диафрагменного ГН 69, а выход - с штуцером 82. Вход кориолисового
расходомера 71 соединен с выходом ЗУ 64, а выход - с входом термостатируемого регули-
руемого ЗУ 73. Выход термостатируемого регулируемого ЗУ 73 соединен с штуцером 81.
В верхней части емкости 66 установлены термостатируемое регулируемое ЗУ 74 и штуцер
84, в нижней части - штуцер 85. Вход термостатируемого регулируемого ЗУ 74 соединен с
штуцером 83. В верхней части емкости 67 установлены термостатируемое регулируемое
ЗУ 75 и штуцер 86, в нижней части - штуцер 88. Вход термостатируемого регулируемого
ЗУ 75 соединен с штуцером 84. Штуцер 86 соединен через регулируемое ЗУ 77 с входом
блока 58. Штуцер 88 соединен с ЗУ 79. В верхней части емкости 68 установлены термо-
статируемое регулируемое ЗУ 76 и штуцер 87, в нижней части - штуцер 89. Вход термо-
статируемого регулируемого ЗУ 76 соединен с штуцером 86. Штуцер 87 соединен через
регулируемое ЗУ 78 с входом блока 58. Штуцер 89 соединен с ЗУ 80.
Промышленная установка работает следующим образом.
С помощью ЗУ 16 в емкость 2 вводится подготовленная вода, затем с помощью ЗУ 17
жидкая питательная среда, и устанавливается заданный расход питательной жидкости.
Поток газа из верхней части емкости 2 через отверстия 23 и 24, конфузоры 4 и 5, пат-
рубки 6 и 7 направляется вентиляторами 8 и 9 в теплообменники 10 и 11, нагревается и
через боковую поверхность 25 направляется на ее внутреннюю периферию. Над поверх-
ностью 26 образуется закрученный поток газа с полем скорости потенциального вихря на
периферии 90 емкости 2, осевым противотоком в ее приосевой зоне 91 и перепадом дав-
ления между периферией и центром вихря.
Газовый поток за счет трения на границе раздела фаз газ-жидкость и разницы давле-
ния между периферией и центром газового вихря обеспечивает движение жидкости в виде
вихревого кольца с одновременным нисходящим направлением на ее периферии 93 и вос-
ходящим в его приосевой зоне 94. Необходимая для нагрева энергия подводится по всей
поверхности жидкости и за счет трения на границе раздела фаз газ-жидкость обеспечивает
высокий теплообмен. Питательная среда нагревается до температуры культивирования.
Затем в заданном количестве с помощью ЗУ 16 в емкость 2 вводится суспензия МВ до
достижения необходимой исходной плотности. Происходит перемешивание.
Газ CO2 с помощью регулируемого ЗУ 14 подается на вход вентилятора 8, перемеши-
вается с проходящим газовым потоком и направляется в теплообменник 10, где нагревает-
ся до температуры культивирования. Далее газовый вихрь переносит CO2 к поверхности
26 и за счет трения на границе раздела фаз газ-жидкость обеспечивает его массообмен не-
посредственно с клетками МВ, при этом отводит выделяемый клетками O2.
Изменением тока, проходящим через кристаллы светодиодов 12, устанавливается за-
данная интенсивность излучения ФАР в виде импульсов.
В процессе онтогенеза клетки МВ увеличиваются в размере и массе. Поэтому соглас-
но законам гидродинамики при движении суспензии в виде вихревого кольца с одновре-
менным нисходящим направлением на периферии и восходящим в его приосевой зоне
более тяжелые клетки МВ концентрируются на дне 21 емкости 1 в приосевой зоне. Отбор
таких клеток производит ГН 13 через штуцеры 20 при открытом ЗУ 18.
Далее ГН 13 подает биомассу МВ на вход горизонтальной шнековой центрифуги 28, в
которой биомасса ускоряется в щадящем режиме и достигает максимального центробеж-
ного ускорения не менее 10'000 g. В результате происходит обезвоживание биомассы.

12. BY 10709 U 2015.06.30
12
На выходе горизонтальной шнековой центрифуги 28 получаются пастообразный кек 30 с
содержанием твердых частиц более 25 % и очищенная жидкая фаза - фугат 29. Фугат 29
отводится для последующей подготовки жидкой среды для культивирования МВ, а кек 30
винтовым ГН 31 подается на экструдер 38 секции 48. Экструдер 38 с заданной толщиной
равномерно распределяет биомассу по ширине ленточного транспортера 33. Ленточный
транспортер 33 подает биомассу последовательно в секции 50.
Управляющее вычислительное устройство 47 при контроле с помощью датчиков 41
температуры на поверхности биомассы мгновенным включением и выключением источ-
ников 42 периодически модулирует в секциях 50 значения температуры нагрева биомассы
между двумя заданными уровнями. Компрессор 32 устанавливает заданный поток газа по
кольцу емкость 34 - компрессор 32 - вакуумный эжектор 43 - емкость 34. Управляющее
вычислительное устройство 47 при контроле давления с помощью датчиков 40 мгновен-
ным включением и выключением регулируемых ЗУ 45, соединенных с штуцерами 46, пе-
риодически модулирует в секциях 50 значения низкого давления между двумя заданными
уровнями, оптимальными для взаимодействия среды внутри секций 50 с обезвоживаемой
биомассой. СВЧ-излучение быстро повышает температуру внутри всей биомассы, в ре-
зультате чего в ней возникает избыточное давление пара по отношению к давлению внут-
ри секций 50. Этот градиент резко интенсифицирует процесс испарения, так как перенос
влаги происходит как путем молекулярной диффузии, так и путем фильтрации через поры
и капилляры оболочек клеток МВ.
Импульсное воздействие низким давлением на нагретую биомассу за счет возникаю-
щего мощного градиента давления значительно усиливает процесс влагоудаления с ми-
грацией влаги на поверхность биомассы, минуя фазовый переход в пар внутри нее,
исключает перегрев биомассы не только в период обезвоживания, но и после удаления
свободной влаги. Низкое давление в секциях 50 интенсифицирует также удаление газов из
пустот и капилляров биомассы, в том числе и O2. Мгновенное включение и выключение
теплового воздействия, а также раздельное управление этим воздействием на движущую-
ся биомассу в секциях 50 обеспечивают режим тепловой безынерционности и высокую
точность регулирования нагрева.
Благодаря охлаждению поверхности горизонтальной технологической трубы 36 и ма-
териалу внутренней поверхности секций 50 с краевым углом смачивания водных субстра-
тов на твердых поверхностях θ > 90°, на внутренней поверхности секций 50 происходит
капельная конденсация паров воды в центрах конденсации, тем самым предотвращается
насыщение влагой среды внутри секций 50. Капли воды по стенкам секций 50 стекают в
ее нижнюю часть. Водяной пар и жидкость из секций 50 отводятся вакуумными эжекто-
рами 43 и перемещаются компрессором 32 в емкость 34. Фугат 95 из емкости 34 отводится
для последующей подготовки жидкой среды для культивирования МВ.
Из последней секции 50 биомасса подается в секцию 49, в которой ракель 39 снимает
ее с наружной поверхности горизонтального ленточного транспортера 33. При этом на-
ружная поверхность, выполненная из материала, у которого θ > 90°, предотвращает нали-
пание на ней биомассы.
Далее биомасса через отверстие 51 падает в буферную емкость 35. На выходе из бу-
ферной емкости 35 поступает кек 96 с содержанием твердых частиц более 95 %. Клеточ-
ная структура МВ остается неизменной, в результате чего продукт сохраняет стабильную
форму. Поскольку СВЧ-излучение обеспечивает очень быстрый нагрев клеток МВ до
температуры менее 35 °С, уменьшается разрушение содержащихся в них липидов.
Буферная емкость 52 заполняется CO2 через ЗУ 59 от внешнего источника. При от-
крытых ЗУ 61, 62 и 64, регулируемых ЗУ 63, 77 и 78 и термостатируемых регулируемых
ЗУ 73, 74, 75 и 76 ГН 56 подает CO2 через буферные емкости 53 и 54, кориолисовый рас-
ходомер 71, технологическую камеру 65, емкости 66, 67 и 68 в блок 58. Из блока 58 ГН 55
подает CO2 при открытом ЗУ 60 в буферную емкость 52. Цикл повторяется.

13. BY 10709 U 2015.06.30
13
В буферной емкости 54 и технологической камере 65 устанавливается заданная тем-
пература в диапазоне T1 = 35-50 °С. ГН 56 сжимает CO2 в буферной емкости 53 до давле-
ния P1 = 8-35 МПа. Затем CO2 проходит через регулируемое ЗУ 63 в буферную емкость
54, где нагревается до температуры T1 = 35-50 °С, и переходит в сверхкритическое со-
стояние (для CO2 TКР = 31,2 °С, PКР = 7,38 МПа). Термостатируемые регулируемые ЗУ 73
и 74 с помощью кориолисового расходомера 71 устанавливают в технологической камере
65 заданные давление и массовый расход СК-CO2.
Диафрагменный ГН 69 из буферной емкости 35 через полнопроходное ЗУ 44, трубо-
провод 70 и термостатируемое полнопроходное ЗУ 72 подает биомассу в технологиче-
скую камеру 65, где она смешивается с потоком СК-CO2. СК-CO2 в потоке пропитывает
пористую замкнутую целлюлозную оболочку клеток МВ, проникает внутрь и растворяет
содержащиеся в них компоненты до насыщения сверхкритического раствора CO2.
Подача биомассы диафрагменным ГН 69 в технологическую камеру 65 приводит к
пульсирующему увеличению давления СК-CO2. Восстановление давления СК-CO2 до за-
данного осуществляет термостатируемое регулируемое ЗУ 74. Пульсирующие изменения
давления СК-CO2 приводят к значительным изменениям его плотности. Поэтому при каж-
дом снижении давления СК-CO2 происходит эффективное конвективное истечение насы-
щенного сверхкритического раствора CO2 из замкнутых оболочек клеток МВ и
эффективное конвективное течение в замкнутые оболочки клеток МВ ненасыщенного
сверхкритического раствора CO2 при каждом повышении давления. Такое повторяющееся
в разных направлениях движение сопровождается возникновением турбулентности в
замкнутом объеме клеток МВ и, как следствие, увеличением скорости разделения оболо-
чек клеток и их содержимого.
Однако большое по амплитуде периодическое изменение давления, а следовательно, и
плотности сопровождается существенным нагревом и охлаждением СК-CO2. Так, при
50 °С сброс давления от 10 МПа до давления, при котором изменение плотности СК-CO2
составляет 60 %, адиабатическое падение температуры СК-CO2 составляет 18 °С. При та-
ком значительном падении температуры практически невозможно быстро нагреть корпус
камеры высокого давления до температуры, которую он имел до сброса давления. При
этом температура корпуса может опуститься ниже критической и СК-CO2 перейдет в
жидкую фазу. Задача охлаждения приобретает особую остроту при больших объемах ка-
меры высокого давления. Кроме этого, охлаждение СК-CO2 может стать причиной нерав-
номерного распределения температуры внутри камеры и привести к конденсации или
нежелательному выпадению в осадок выделяемых веществ. Периодическое охлаждение и
нагревание в сочетании с периодическим большим по амплитуде сбросом давления может
привести к разрушению корпуса камеры высокого давления. Технологическая камера 65,
выполненная с возможностью движения СК-CO2 по отдельному каналу постоянного по-
перечного сечения и равномерного изгиба от центра к его периферии, эффективно решает
задачи термической стабилизации среды СК-CO2 и равномерного распределения темпера-
туры по всему объему камеры. При этом диафрагменный ГН 69 устанавливает давление
СК-CO2 в технологической камере 65 таким образом, чтобы относительная разность между
максимальным и минимальным значениями плотности СК-CO2 в ней составляла не более
30 %. При 50 °С снижение давления от 10 МПа до величины, при которой относительное
изменение плотности СК-CO2 составляет 30 %, приводит к падению адиабатической тем-
пературы только на 7 °С.
Благодаря равномерному изгибу канала СК-CO2 в технологической камере 65 внутри
потока возникает турбулентность, увеличивающая скорость растворения липидов. Кроме
этого, продолжительный изгиб канала СК-CO2 обеспечивает необходимое время нахож-
дения биомассы в среде СК-CO2.
Из технологической камеры 65 сверхкритический раствор CO2 вместе с оболочками
клеток МВ поступает в емкость 66. Термостатируемые регулируемые ЗУ 75 и 76 устанав-
ливают в емкости 66 заданное давление СК-CO2 ниже, чем в технологической камере 67.

14. BY 10709 U 2015.06.30
14
Регулируемые ЗУ 77 и 78 устанавливают давление в емкостях 67 и 68 ниже критических
параметров CO2. Поэтому оболочки клеток МВ емкости 66 оседают в нижней ее части, а
сверхкритический раствор липидов и СК-CO2 поступает через штуцер 84 и термостати-
руемое регулируемое ЗУ 75 в емкость 67.
В емкости 67 СК-CO2 из сверхкритического состояния переходит в газообразное.
Происходит осаждение растворенных в СК-CO2 липидов на дно емкости 67. Газообразный
CO2 через штуцер 86 и регулируемое ЗУ 77 поступает в блок 58 и сжижается. Из емкости
67 полуфабрикат липидов 97 через ЗУ 79 подается на дальнейшую переработку.
Оболочки клеток МВ на дне емкости 66 через штуцер 85 и термостатируемое регули-
руемое ЗУ 76 попадают в емкость 68. В емкости 68 СК-CO2 из сверхкритического состоя-
ния переходит в газообразное. Происходит осаждение оболочек клеток МВ на дно
емкости 68. Газообразный CO2 через штуцер 87 и регулируемое ЗУ 78 поступает в блок 58
и также ожижается. Из емкости 68 НЦ-полуфабрикат 98 через ЗУ 80 подается на даль-
нейшую переработку. На выходе НЦ-полуфабрикат имеет высокое качество, так как СК-
CO2 пропитывает целлюлозную оболочку клеток МВ, а затем, при декомпрессии, быстро
улетучивается, делая, таким образом, поверхность оболочки более доступной для сорбции.
Промышленная установка работает в периодическом, полунепрерывном или непре-
рывном режимах.
Таким образом, предлагаемая по полезной модели промышленная установка для про-
изводства нативных НЦ-полуфабрикатов и липидов из биомассы МВ расширяет ассорти-
мент целевых продуктов при переработке сырья природного происхождения, повышает
эффективность производства нативных НЦ полуфабрикатов МВ, обеспечивает экологиче-
скую и пожарную безопасность процесса их производства благодаря применению:
1) полного цикла от производства возобновляемого источника сырья в виде МВ, само-
го быстрорастущего фотосинтезирующего микроорганизма, до целевого продукта;
2) эффективного блока культивирования биомассы, в котором
емкость, выполненная в виде осесимметричного тела вращения с соосным телом
внутри, позволяет проводить культивирование без застойных и турбулентных зон любых
типов МВ в вязких суспензиях, имеет высокую прочность, может быть изготовлена из
термопластичных материалов методом ротационного формования, что позволяет созда-
вать различные объемы, в том числе до 30 м3
и более;
энергоэффективное устройство для перемешивания, выполненное с возможностью
создания закрученного потока газа над поверхностью суспензии, обеспечивает равномер-
ное распределение МВ по всему ее объему, высокий межфазный массообмен, отсутствие
пенообразования, минимальные удельные энергозатраты на перемешивание, позволяет
применять энергоэффективный метод термостатирования суспензии с помощью управле-
ния температурой закрученного потока газа над ее поверхностью;
энергоэффективные источники ФАР, выполненные в виде сверхмощных светодиодов,
равномерно распределяют энергию ФАР по всему объему суспензии без потери излучения;
применение светодиодов с длиной волны излучения, соответствующей основному
максимуму ее поглощения пигментами, участвующими в фотосинтезе целевого продукта
в клетке культивируемых МВ, и предельным значением энергии излучения по спектру,
пропорциональным доле пигмента с соответствующим основным максимумом ее погло-
щения, обеспечивает высокую эффективность фотосинтеза МВ, позволяет проводить эф-
фективное параметрическое управление биосинтезом на основе оценки нативной
флуоресценции клеток по следующим параметрам: интенсивности перемешивания, тем-
пературе культивирования, расходу CO2 и микроэлементов, интенсивности, предельным
значениям и спектру облучения ФАР;
3) энергоэффективного блока подготовки биомассы, в котором
комплексное воздействие на биомассу импульсами электромагнитных волн СВЧ и
импульсами низкого давления не требует наличия теплоносителя;
биомасса не перегревается вблизи теплопередающей поверхности;

15. BY 10709 U 2015.06.30
15
тепловыделение происходит во всем объеме биомассы;
интенсивность нагрева зависит только от напряженности СВЧ-поля и не зависит от
агрегатного состояния биомассы;
обезвоживание осуществляется в условиях, близких к оптимальным параметрам взаи-
модействия среды с биомассой,
отсутствуют потери биомассы за счет уноса;
4) эффективного блока активации и разделения биомассы, в котором
разделение биомассы осуществляется в эффективной среде СК-CO2 с высокой селек-
тивностью и скоростью процессов массообмена;
высокая на выходе получают комплекс НЦ полуфабриката и липидов заранее заданно-
го состава (селективно);
обеспечено максимальное извлечение ценных веществ из биомассы в нативном (неиз-
мененном) состоянии, выделенные липиды не подвергаются жесткой термо- и аэрообра-
ботке, сохраняются практически в неизменном виде и естественных пропорциях;
обеспечивается микробиологическая чистота НЦ полуфабриката и липидов, удовле-
творяющая строгим современным требованиям по их применению в пищевой, парфюмер-
но-косметической и фармацевтической областях промышленности;
технологический процесс является экологически безопасным, так как CO2 не является
токсичным веществом, а из НЦ полуфабриката и липидов он полностью удаляется на по-
следних этапах технологического цикла, причем для этого не требуется проведения каких-
либо дополнительных мероприятий;
5) пожарная безопасность технологического процесса обеспечивается применением
газонепроницаемых блоков, отсутствием взрывоопасных концентраций и средой CO2.
Фиг. 2

16. BY 10709 U 2015.06.30
16
Фиг. 3
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.