Патент на полезную модель Республики Беларусь

1. (19) BY (11) 10708
(13) U
(46) 2015.06.30
(51) МПК
ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
C 12N 1/00
C 08B 15/00
(2006.01)
(2006.01)
(54) ПРОМЫШЛЕННАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА
НАТИВНЫХ НАНОЦЕЛЛЮЛОЗНЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ
И БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ
ИЗ БИОМАССЫ МИКРОВОДОРОСЛЕЙ
(21) Номер заявки: u 20131140
(22) 2013.12.30
(71) Заявители: Мурашко Алексей Сер-
геевич; Мурашко Сергей Петрович
(BY)
(72) Авторы: Мурашко Алексей Сергеевич;
Мурашко Сергей Петрович (BY)
(73) Патентообладатели: Мурашко Алексей
Сергеевич; Мурашко Сергей Петрович
(BY)
(57)
1. Промышленная установка для производства нативных наноцеллюлозных полуфаб-
рикатов и биологически активных веществ из биомассы микроводорослей, содержащая
герметичную емкость в виде осесимметричного тела вращения с соосным телом внутри,
источник фотосинтетически активной радиации и устройство для перемешивания, выпол-
ненное с возможностью создания над поверхностью суспензии микроводорослей закру-
ченного потока газа с полем скорости потенциального вихря на периферии емкости,
осевым противотоком в приосевой зоне и перепадом давления между периферией и цен-
тром вихря, отличающаяся тем, что дополнительно оснащена блоком подготовки био-
массы, выполненным газонепроницаемым с возможностью комплексного воздействия
Фиг. 1
BY10708U2015.06.30

2. BY 10708 U 2015.06.30
2
на биомассу импульсами электромагнитных волн сверхвысокой частоты и импульсами
низкого давления, и блоком активации и разделения биомассы, выполненным с возможно-
стью воздействия на биомассу потоком сверхкритического диоксида углерода.
2. Промышленная установка по п. 1, отличающаяся тем, что блок подготовки био-
массы содержит горизонтальную шнековую центрифугу с выходами фугата и кека, винто-
вой насос с загрузочным узлом, выполненным в виде шнекового транспортера и со-
единенным с выходом кека, горизонтальную технологическую трубу низкого давления,
выполненную с возможностью охлаждения, с отверстием, расположенным в конце трубы
в ее нижней части, горизонтальный ленточный транспортер, установленный в горизон-
тальной технологической трубе, экструдер подачи биомассы на горизонтальный ленточ-
ный транспортер, установленный над горизонтальным ленточным транспортером с
возможностью равномерного распределения биомассы по его ширине, соединенные по-
следовательно в кольцо емкость для конденсата, выполненную с возможностью охлажде-
ния, компрессор и группу параллельно установленных вакуумных эжекторов с входами
низкого давления, регулируемые запорные устройства отвода конденсата воды, выходы
которых соединены с входами низкого давления вакуумных эжекторов, штуцеры отвода
конденсата воды, равномерно расположенные в верхней и нижней частях горизонтальной
технологической трубы, соединенные с входами регулируемых запорных устройств отво-
да конденсата воды, датчик измерения низкого давления, расположенный в верхней части
горизонтальной технологической трубы, две группы источников электромагнитных волн
сверхвысокой частоты, установленных в верхней части горизонтальной технологической
трубы с возможностью регулирования облучения биомассы, движущейся на горизонталь-
ном ленточном транспортере, два бесконтактных датчика измерения температуры, уста-
новленных в верхней части горизонтальной технологической трубы с возможностью
измерения температуры на поверхности биомассы, движущейся на горизонтальном лен-
точном транспортере, в ее центральной части и в конце, вертикальный патрубок, верхнее
отверстие которого соединено соосно с отверстием в нижней части горизонтальной тех-
нологической трубы, ракель, установленный над патрубком с возможностью отделения
биомассы на выходе по всей ширине горизонтального ленточного транспортера, горизон-
тальную технологическую трубу низкого давления с отверстием, расположенным в начале
трубы в ее верхней части и соединенным соосно с нижним отверстием патрубка, и отвер-
стием, расположенным в конце трубы в ее нижней части, горизонтальный вал, установ-
ленный с эксцентриком внутри ее, с шнековым транспортером, установленным на его
конце под отверстием горизонтальной технологической трубы в ее верхней части, лопа-
стями, установленными в его центральной части, и шнековым транспортером, установ-
ленным на его противоположном конце над отверстием горизонтальной технологической
трубы в ее нижней части, дозирующее устройство низкого давления, вход которого со-
единен с отверстием горизонтальной технологической трубы в ее нижней части, управ-
ляющее вычислительное устройство, входы которого соединены с выходами датчиков
температуры и давления, а выходы - с входами регулируемых запорных устройств отвода
конденсата воды.
3. Промышленная установка по п. 2, отличающаяся тем, что внутренняя поверхность
горизонтальной технологической трубы низкого давления, выполненной с возможностью
охлаждения, и наружная поверхность ленточного транспортера выполнены из материалов,
у которых краевой угол смачивания водных субстратов на твердых поверхностях более 90°.
4. Промышленная установка по п. 2, отличающаяся тем, что внутренняя поверхность
верхней горизонтальной технологической трубы низкого давления выполнена из материа-
ла ультра эвер драй.
5. Промышленная установка по п. 1, отличающаяся тем, что блок активации и разде-
ления биомассы содержит узел подготовки докритического и сверхкритического диоксида
углерода, вертикальную трубу высокого давления, выполненную с возможностью термо-

3. BY 10708 U 2015.06.30
3
статирования, трубу, установленную соосно внутри вертикальной трубы, выполненную из
пористого металлопроката с возможностью исключения байпасирования диоксида угле-
рода между ними, полнопроходное запорное устройство подачи биомассы, вход которого
соединен с выходом дозирующего устройства, установленное на входе вертикальной тру-
бы, и полнопроходное запорное устройство отвода биомассы, установленное на выходе
вертикальной трубы, диаметры прохода которых равны диаметру прохода трубы, уста-
новленной внутри вертикальной трубы, запорное устройство подачи диоксида углерода,
вход которого соединен с узлом подготовки докритического и сверхкритического диокси-
да углерода, а выход - с штуцером подачи диоксида углерода, расположенным на верти-
кальной трубе, запорное устройство отвода диоксида углерода, вход которого соединен с
штуцером отвода диоксида углерода, расположенным на вертикальной трубе, а выход -
с узлом подготовки докритического и сверхкритического диоксида углерода, последова-
тельно установленные кориолисовый расходомер, вход которого соединен с узлом подго-
товки докритического и сверхкритического диоксида углерода, и термостатируемое
регулируемое запорное устройство подачи сверхкритического диоксида углерода, выход
которого соединен с штуцером подачи диоксида углерода, камеры высокого давления ак-
тивации биомассы, выполненной в виде спирального теплообменника с возможностью
движения в противотоке по отдельным каналам постоянного поперечного сечения и рав-
номерного изгиба жидкого теплоносителя от периферии к центру и сверхкритического
диоксида углерода от центра к его периферии, термостатируемое регулируемое запорное
устройство подачи сверхкритического диоксида углерода, вход которого соединен с
выходом кориолисового расходомера, а выход - с штуцером подачи сверхкритического
диоксида углерода, расположенным на входе спирального теплообменника, штуцер пода-
чи биомассы, расположенный на входе спирального теплообменника и соединенный в вы-
ходом полнопроходного запорного устройства отвода биомассы, штуцер отвода раствора
сверхкритического диоксида, расположенный на выходе спирального теплообменника,
емкость высокого давления разделения наноцеллюлозного полуфабриката и биологически
активных веществ, выполненную с возможностью термостатирования, установленные в ее
верхней части термостатируемое регулируемое запорное устройство подачи раствора
сверхкритического диоксида углерода, вход которого соединен с штуцером отвода рас-
твора сверхкритического диоксида, штуцер отвода биологически активных веществ и
сверхкритического диоксида углерода, и в ее нижней части штуцер отвода наноцеллюлоз-
ного полуфабриката и сверхкритического диоксида углерода, емкость высокого давления
разделения биологически активных веществ и диоксида углерода, установленные в ее
верхней части термостатируемое регулируемое запорное устройство подачи биологически
активных веществ и сверхкритического диоксида углерода, вход которого соединен с
штуцером отвода биологически активных веществ и сверхкритического диоксида углеро-
да, штуцер отвода диоксида углерода, соединенный через регулируемое запорное устрой-
ство с узлом подготовки докритического и сверхкритического диоксида углерода, и в ее
нижней части штуцер отвода биологически активных веществ, последовательно установ-
ленные запорное устройство, соединенное с штуцером отвода биологически активных ве-
ществ, и бустерный насос отвода биологически активных веществ, емкость высокого
давления разделения наноцеллюлозного полуфабриката и диоксида углерода, установлен-
ные в ее верхней части термостатируемое регулируемое запорное устройство подачи на-
ноцеллюлозного полуфабриката и сверхкритического диоксида углерода, вход которого
соединен с штуцером отвода наноцеллюлозного полуфабриката и сверхкритического ди-
оксида углерода, штуцер отвода диоксида углерода, соединенный через регулируемое за-
порное устройство с узлом подготовки докритического и сверхкритического диоксида
углерода, и в ее нижней части штуцер отвода наноцеллюлозного полуфабриката, последо-
вательно установленные запорное устройство, соединенное с штуцером отвода наноцел-
люлозного полуфабриката, и бустерный насос отвода наноцеллюлозного полуфабриката.

4. BY 10708 U 2015.06.30
4
6. Промышленная установка по п. 5, отличающаяся тем, что вертикальная труба вы-
сокого давления выполнена с возможностью установления в ней давления сверхкритиче-
ского диоксида углерода выше давления сверхкритического диоксида углерода в камере
высокого давления активации биомассы таким образом, чтобы относительная разность
между максимальным и минимальным значениями плотности сверхкритического диокси-
да углерода в камере при открытии полнопроходного запорного устройства отвода био-
массы составляла не более 30 %.
(56)
1. Патент США 2978446 A1, МПК C 03C 17/32, 1961.
2. Патент США 3023105 A1, МПК A 23K 1/17, 1962.
3. Патент США 3146168 A1, МПК C 08L 1/02, C 08L 1/00, A 61K 47/38, 1964.
4. Патент США 5769934 A1, МПК C 08B 15/02, 1998.
5. Патент США 6228213 B1, МПК C 08H 8/00, C 08B 15/02, 2001.
6. Патент США 5543511 B1, МПК C 08B 15/08, 1996.
7. Патент США 4374702 A1, МПК D 01D 5/11, D 21B 1/36, D 21H 11/18, 1983.
8. Патент США 4341807 A1, МПК A 23L 1/00, C 08B 15/08, C 08J 3/05, C 08L 1/02,
C 09K 8/20, D 21C 9/00, 1982.
9. Saxena I.M., Brown R.M. Cellulose biosynthesis: current views and evolving concepts. //
Annals of Botany. - 2005. - Vol. 96. - P. 9-21.
10. Патент США 4588400 A1, МПК A 61L 15/28, A 61L 15/40, A 61L 15/16, 1986.
11. 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.
12. Патент РФ 2462514 A1, МПК C 12P 19/04, A 61L 15/28, C 12R 1/02, 2011.
13. Охапкин А.Г., Юлова Г.А. Основы альгологии: Учебное пособие. - Нижний Новго-
род: Издательство Нижегородского госуниверситета им. Н.И.Лобачевского, 2010. - 340 с.
14. Жизнь растений. В 6-ти т. Т. 3. Водоросли. Лишайники / Под ред. проф.
М.М.Голлербаха. - М.: Просвещение, 1977. - 487 с.
15. А.с. СССР 1664836, МПК C 12M 3/02, 1991.
16. Патент РБ 9649 U, МПК C 12M 1/00, 2013.
17. Патент РБ 9592 U, МПК C1 2M 1/00, 2013.
18. Патент РБ 9660 U, МПК C 12M 1/00, 2013.
19. Патент РФ 2460771 C1, МПК C 12N 1/12, A 23K 1/00, A 61K 8/00, 2012.
20. Патент РБ 9779 U, МПК C 12M 1/00, 2013.
Полезная модель относится к биотехнологии, преимущественно к разделу производст-
ва высокопрочных и биоразлагаемых полимеров, биомиметических, биомедицинских и
высокоэнергетических материалов, адсорбентов, в том числе для очистки нефтяных раз-
ливов, а также может быть использована в бумагоделательной промышленности для по-
вышения физико-механических характеристик бумаги и картона, в фармацевтической,
косметической и пищевой промышленности для производства биологически активных
веществ (БАВ) и наполнителей.
Известно, что природная целлюлоза имеет сложную иерархическую структуру, про-
стейшим элементом которой является элементарная фибрилла. В зависимости от про-
исхождения фибриллы имеют размеры по ширине 1,5-15 нм и длине 60-300 нм.
Элементарные фибриллы, в свою очередь, образуют более крупные ассоциаты - микро-
фибриллы. Диаметр микрофибриллы составляет, как правило, несколько нанометров,
длина - от сотни нанометров до нескольких микрометров.
На основе волокон наноцеллюлозы (НЦ) могут быть получены материалы, прочность
которых сопоставима с прочностью углеродных нанотрубок. Огромная площадь поверх-

5. BY 10708 U 2015.06.30
5
ности, высокая механическая прочность и повышенная химическая реакционная способ-
ность НЦ определяет широкий спектр ее применения.
В настоящий момент волокна НЦ выделяют из древесной и растительной биомассы.
На первой стадии производится делигнификация биомассы до уровня микрокристалличе-
ской целлюлозы (МКЦ) с помощью технологических процессов кислотного гидролиза [1,
2, 3], "парового взрыва" [4], химически активной экструзии [5], частичного гидролиза
целлюлозы с водным реакционным раствором в реакторе под давлением с кислородом
(O2) и/или газообразным диоксидом углерода (CO2), работающим при 100-200 °С [6]. На
второй стадии производится гомогенизация предварительно очищенных волокон МКЦ
при высоком давлении, в ходе которой волокна неоднократно проходя через щелевой кла-
пан, подвергаются быстрой декомпрессии с ударной силой, обеспечивая дефибрилляцию
целлюлозных волокон [7, 8]. Такие технологические процессы получения НЦ имеют один
или несколько из следующих недостатков: использование относительно дорогого сырья,
неудовлетворительная их химическая чистота и высокая экологическая опасность, связан-
ная с особенностями технологии производства беленых целлюлоз, необходимость очистки
или технологической переработки МКЦ; периодические реакции и большая продолжи-
тельность периодических реакций; множество стадий - после гидролиза отбеливание и
очистка продукта; высокие отношения кислоты к исходному целлюлозному материалу,
что приводит к необходимости нейтрализации и утилизации кислоты для предотвращения
загрязнения окружающей среды, высокая полидисперсность НЦ по размеру частиц, низ-
кие выход и чистота НЦ, высокое энергопотребление процессов. Эти недостатки, каждый
отдельно или все вместе, снижают технологическую эффективность и повышают стои-
мость НЦ продукта.
Современные достижения в микробиологии выявили широкий спектр бактерий и мик-
роводорослей (MB), способных синтезировать и выделять НЦ в виде микрофибрилл [9].
Так, 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 [10, 11, 12]. В питательную среду может до-
бавляться экстракт Tea Sinensis, тростниковый сахар и/или жидкий экстракт тростниково-
го сахара, а также микроорганизмы, принадлежащие к виду Leuconostoc oenos и дрожжи,
выбираемые из Saccharomyces cerevisiae, Schizosaccharomyces pomboe и/или Saccharomy-
ces malidevorans. Полученная таким образом пленка толщиной от 0,1-15 мм выводится из
питательной среды, обрабатывается гидроксидом натрия для удаления бактерий, нейтра-
лизуется, наносится на подложку и высушивается. Однако культивирование указанных
микроорганизмов предъявляет высокие требования к чистоте питательной среды и требу-
ет большое количество дорогих питательных веществ.
MB являются самым быстрорастущим на Земле фотосинтезирующим микроорганиз-
мом. В отличии от указанных бактерий они неприхотливы и имеют высокую урожай-
ность. Для культивирования MB необходимы вода, CO2 и для процессов фотосинтеза
фотосинтетически активная радиация (ФАР), при этом выделяется большое количество O2
[13]. Клеточная оболочка у MB слоиста. Толщина и количество слоев варьирует в зависи-
мости 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 клеточной оболочки со-
брана в микрофибриллы. В поперечном разрезе микрофибрилла имеет овальную форму и
насчитывает порядка пятисот молекул целлюлозы.
НЦ из MB представляет собой набор наноразмерных волокон целлюлозы с высоким
отношением длины к ширине (типичная ширина - 5-20 нм, длина варьируется от 10 нм до
нескольких микрон). Материал обладает свойством псевдопластичности - в статических
условиях становится вязким и ведет себя как жидкость при физическом воздействии. Ре-

6. BY 10708 U 2015.06.30
6
акционная и сорбционная способность НЦ значительно выше, чем МКЦ из древесной и
растительной биомассы.
Культивирование MB осуществляют под открытым небом и закрытых биореакторах.
Наиболее простым и дешевым является культивирование MB под открытым небом в бас-
сейнах, лотках и других емкостях с различными способами перемешивания, подачей CO2
и использованием солнечного света [14]. Однако при таком культивировании MB невоз-
можно увеличить эффективность усвоения такого лимитирующего фактора прироста био-
массы MB как солнечный свет, трудно соблюдать гигиену культуры MB, получаемая
биомасса имеет нестабильный химический состав. Культивирование MB под открытым
небом характеризуется 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 по-
стоянно меняющихся погодных условий невозможно получать длительное время стабиль-
ный урожай MB, что приближает этот способ к возделыванию высших растений, когда
урожай зависит от погодных условий.
Оптимальные условия культивирования MB 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 [15]. Внутри указанного цилиндра установлены люминисцентные лампы, а сна-
ружи криптоновые лампы накаливания.
Недостатком этой установки является то, что с увеличением отношения освещенной
поверхности к рабочему объему реактора вся световая энергия, поглощенная освещенной
поверхностью и не использованная в процессе фотосинтеза, преобразуется в тепловую.
Источники света находятся на удалении от трубчатого реактора, поэтому часть световой
энергии рассеивается. При длительном культивировании на внутренней поверхности трубча-
того реактора скапливается масса наросшей культуры, 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 люминисцентные 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 MB объемом до 30 м3
и
более не эффективно, так как не обеспечивают требуемый уровень массообмена между
питательной средой и клетками MB. Кроме этого, для их размещения 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 [16,
17]. 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

7. BY 10708 U 2015.06.30
7
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 меньше или равную минимальной вы-
соте пространства над уровнем суспензии. Емкость, конфузоры и патрубки выполнены из
термопластичного материала, например графт-сополимера полипропилена.
Недостатками биореакторов является то, что в их конструкции не предусмотрена сис-
тема термостатирования суспензии MB и источники ФАР.
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 [18]. 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 сдвижением 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.
Недостатком биореактора является то, что в его конструкции не предусмотрены ис-
точники ФАР.
Известно, что клетки MB содержат широкий комплекс ценных биологически актив-
ных веществ (БАВ): свободные аминокислоты, липиды, микро- и макроэлементы, которые
могут быть использованы в медицинской, фармацевтической и косметической промыш-
ленностях. Кроме этого липиды MB оптимально подходят в качестве сырья для получения
биотоплива. Поэтому выделение БАВ из MB при производстве НЦ может значительно по-
высить эффективность технологического процесса.
Наибольшее распространение для извлечения БАВ из биомассы получили технологии,
основанные на аппаратах Сокслета, в которых в качестве растворителей применяются орга-
нические растворители (гексан, хлороформ, ацетон и т.д.) [19]. Высушенную до влажности
10 % биомассу MB механически активируют в активаторах планетарного, вибрационного
или виброцентробежного типов. Затем измельченную биомассу суспендируют в органиче-
ском 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 нерастворимую часть экстракта
смешивают с ферментными препаратами и проводят гидролиз в течение 4-8 ч температуре
50-65 °С. Разделяют ферментативный гидролизат центрифугированием на растворимую и
нерастворимую части с последующей их сушкой с получением сухих продуктов. Недос-
татками такой переработки биомассы MB является большая длительность процесса, высо-
кая экологическая опасность и низкая экономическая эффективность, полученные БАВ
сложно очистить от остаточного растворителя, из-за чего они часто не пригодны для ис-
пользования в медицинской, фармацевтической и пищевой промышленности.
Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели является биореактор для
промышленного глубинного культивирования MB [20]. Биореактор содержит герметич-

8. BY 10708 U 2015.06.30
8
ную емкость в виде осесимметричного тела вращения с соосным телом внутри, с штуцерами
для газовых и жидких потоков, для установки датчиков систем контроля и управления.
Источник фотосинтетически активной радиации выполнен в виде сверхмощных светодио-
дов, равномерно расположенных на боковых наружной, внутренней приосевой поверхно-
стях емкости ниже максимального уровня суспензии микроводорослей и ее днище.
Устройство для перемешивания выполнено с возможностью создания над поверхностью
суспензии MB закрученного потока газа с полем скорости потенциального вихря на пери-
ферии емкости, осевым противотоком в приосевой зоне и перепадом давления между пе-
риферией и центром вихря.
Отличительной особенностью производства НЦ из MB является то, что из-за ее высо-
кой реакционной способности к технологическому процессу производства предъявляются
высокие требования пожарной безопасности.
Техническая задача, решаемая в настоящей полезной модели, состоит в создании ус-
тановки, включающей полный цикл производства от сырья до НЦ полуфабрикатов, в
уменьшении ассортимента, количества и стоимости применяемых материалов, в исключе-
нии применения экологически опасных материалов, в исключении получения экологиче-
ски опасных отходов, в обеспечении непрерывности технологического процесса, в
уменьшении его продолжительности и энергопотреблении, в повышении качества НЦ по-
луфабрикатов, в расширении ассортимента конечных продуктов.
Технический результат, получаемый при реализации настоящей полезной модели, со-
стоит в ресурсосбережении, повышении эффективности, экологической и пожарной безо-
пасности процесса производства НЦ полуфабрикатов из MB.
Решение задачи достигается тем, что предлагаемая промышленная установка для про-
изводства нативных НЦ полуфабрикатов и БАВ из биомассы MB, содержащая герметич-
ную емкость в виде осесимметричного тела вращения с соосным телом внутри, источник
ФАР и устройство для перемешивания, выполненное с возможностью создания над по-
верхностью суспензии микроводорослей закрученного потока газа с полем скорости по-
тенциального вихря на периферии емкости, осевым противотоком в приосевой зоне и
перепадом давления между периферией и центром вихря, дополнительно оснащена бло-
ком подготовки биомассы, выполненным газонепроницаемым с возможностью комплекс-
ного воздействия на биомассу импульсами электромагнитных волн сверхвысокой частоты
(СВЧ) и импульсами низкого давления (НД), и блоком активации и разделения биомассы,
выполненным с возможностью воздействия на биомассу потоком сверхкритического ди-
оксида углерода (СК-CO2).
Блок подготовки биомассы содержит горизонтальную шнековую центрифугу с выхо-
дами фугата и кека, винтовой насос с загрузочным узлом, выполненным в виде шнекового
транспортера и соединенным с выходом кека, горизонтальную технологическую трубу
НД, выполненную с возможностью охлаждения, с отверстием, расположенным в конце
трубы в ее нижней части, горизонтальный ленточный транспортер, установленный в гори-
зонтальной технологической трубе, экструдер подачи биомассы на горизонтальный лен-
точный транспортер, установленный над горизонтальным ленточным транспортером с
возможностью равномерного распределения биомассы по его ширине, соединенные по-
следовательно в кольцо емкость для конденсата, выполненную с возможностью охлажде-
ния, компрессор и группу параллельно установленных вакуумных эжекторов с входами
НД, регулируемые запорные устройства (ЗУ) отвода конденсата воды, выходы которых
соединены с входами НД вакуумных эжекторов, штуцеры отвода конденсата воды, рав-
номерно расположенные в верхней и нижней частях горизонтальной технологической
трубы, соединенные с входами регулируемых ЗУ отвода конденсата воды, датчик измере-
ния НД, расположенный в верхней части горизонтальной технологической трубы, две
группы источников электромагнитных волн СВЧ, установленных в верхней части гори-
зонтальной технологической трубы с возможностью регулирования облучения биомассы,

9. BY 10708 U 2015.06.30
9
движущейся на горизонтальном ленточном транспортере, два бесконтактных датчика из-
мерения температуры, установленных в верхней части горизонтальной технологической
трубы с возможностью измерения температуры на поверхности биомассы, движущейся на
горизонтальном ленточном транспортере, в ее центральной части и в конце, вертикальный
патрубок, верхнее отверстие которого соединено соосно с отверстием в нижней части го-
ризонтальной технологической трубы, ракель, установленный над патрубком с возможно-
стью отделения биомассы на выходе по всей ширине горизонтального ленточного
транспортера, горизонтальную технологическую трубу НД с отверстием, расположенным
в начале трубы в ее верхней части и соединенным соосно с нижним отверстием патрубка,
и отверстием, расположенным в конце трубы в ее нижней части, горизонтальный вал, ус-
тановленный с эксцентриком внутри ее, с шнековым транспортером, установленным на
его конце под отверстием горизонтальной технологической трубы в ее верхней части, ло-
пастями, установленными в его центральной части, и шнековым транспортером, установ-
ленным на его противоположном конце над отверстием горизонтальной технологической
трубы в ее нижней части, дозирующее устройство НД, вход которого соединен с отвер-
стием горизонтальной технологической трубы в ее нижней части, управляющее вычисли-
тельное устройство, входы которого соединены с выходами датчиков температуры и
давления, а выходы с входами регулируемых ЗУ отвода конденсата воды.
Внутренняя поверхность горизонтальной технологической трубы НД, выполненной с
возможностью охлаждения, и наружная поверхность ленточного транспортера выполнены
из материалов, у которых краевой угол смачивания водных субстратов на твердых по-
верхностях более 90°. Как вариант, внутренняя поверхность верхней горизонтальной тех-
нологической трубы НД выполнена из материала ультра эвер драй.
Блок активации и разделения биомассы содержит узел подготовки докритического
CO2 (ДК-CO2) и СК-CO2, вертикальную трубу высокого давления (ВД), выполненную с
возможностью тер-мостатирования, трубу, установленную соосно внутри вертикальной
трубы, выполненную из пористого металлопроката с возможностью исключения байпаси-
рования CO2 между ними, полнопроходное ЗУ подачи биомассы, вход которого соединен
с выходом дозирующего устройства, установленное на входе вертикальной трубы, и пол-
нопроходное ЗУ отвода биомассы, установленное на выходе вертикальной трубы, диамет-
ры прохода которых равны диаметру прохода трубы, установленной внутри вертикальной
трубы, регулируемое ЗУ подачи CO2, вход которого соединен с узлом подготовки ДК-CO2
и СК-CO2, а выход - с штуцером подачи CO2, расположенным на вертикальной трубе, ЗУ
отвода CO2, вход которого соединен с штуцером отвода CO2, расположенным на верти-
кальной трубе, а выход - с узлом подготовки ДК-CO2 и СК-CO2, последовательно уста-
новленные кориолисовый расходомер, вход которого соединен с узлом ДК-CO2 и СК-CO2,
и термостатируемое регулируемое ЗУ подачи СК-CO2, выход которого соединен с штуце-
ром подачи CO2, камеры ВД активации биомассы, выполненной в виде спирального
теплообменника с возможностью движения в противотоке по отдельным каналам посто-
янного поперечного сечения и равномерного изгиба жидкого теплоносителя от периферии
к центру и СК-CO2 от центра к его периферии, термостатируемое регулируемое ЗУ подачи
СК-CO2, вход которого соединен с выходом кориолисового расходомера, а выход - с шту-
цером подачи СК-CO2, расположенным на входе спирального теплообменника, штуцер
подачи биомассы, расположенный на входе спирального теплообменника и соединенный
в выходом полнопроходного ЗУ отвода биомассы, штуцер отвода раствора СК-CO2, рас-
положенный на выходе спирального теплообменника, емкость ВД разделения НЦ полу-
фабриката и БАВ, выполненную с возможностью термостатирования, установленные в ее
верхней части термостатируемое регулируемое ЗУ подачи раствора СК-CO2, вход которо-
го соединен с штуцером отвода раствора СК-CO2, штуцер отвода БАВ и СК-CO2, и в ее
нижней части штуцер отвода НЦ полуфабриката и СК-CO2, емкость ВД разделения БАВ и
CO2, установленные в ее верхней части термостатируемое регулируемое ЗУ подачи БАВ и
СК-CO2, вход которого соединен с штуцером отвода БАВ и СК-CO2, штуцер отвода CO2,

10. BY 10708 U 2015.06.30
10
соединенный через регулируемое ЗУ с узлом подготовки ДК-CO2 и СК-CO2, и в ее нижней
части штуцер отвода БАВ, последовательно установленные ЗУ, соединенное с штуцером
отвода БАВ, и бустерный насос отвода БАВ, емкость ВД разделения НЦ полуфабриката и
CO2, установленные в ее верхней части термостатируемое регулируемое ЗУ подачи а 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
ДК-CO2 и СК-CO2, и в ее нижней части штуцер отвода НЦ полуфабриката, последова-
тельно установленные ЗУ, соединенное с штуцером отвода НЦ полуфабриката, и бустер-
ный насос отвода НЦ полуфабриката.
Вертикальная труба ВД выполнена с возможностью установления в ней давления СК-
CO2 выше давления СК-CO2 в камере ВД активации биомассы таким образом, чтобы от-
носительная разность между максимальным и минимальным значениями плотности СК-
CO2 в камере при открытии полнопроходного запорного устройства отвода биомассы со-
ставляла не более 30 %.
Современные знания о сверхкритических средах показывают, что СК-CO2 представля-
ет собой сжатый флюид с высокой плотностью и умеренной температурой (ТКР = 31,2 °С,
РКР = 7,38 МПа). Он химически неактивный, обладает высокой диффузионной способно-
стью и малым коэффициентом межфазного натяжения. СК-CO2 способен проникать в по-
ристую структуру целлюлозосодержащей матрицы, на растворяя ее. При температуре
32...90 °С СК-CO2 растворяет в растительном сырье как насыщенные, так и ненасыщен-
ные жирные кислоты, витамины, воски, терпены и терпеноиды, фенолсодержащие соеди-
нения, пигменты, алкалоиды. В рабочих условиях СК-CO2 выгодно отличается от других
флюидов экологической и пожарной безопасностью, простотой регенерации, доступно-
стью и низкой ценой.
Полезная модель поясняется фигурами.
На фиг. 1 приведен общий вид промышленной установки для производства нативных
НЦ полуфабрикатов и БАВ из биомассы MB с блоками культивирования, подготовки, ак-
тивации и разделения биомассы MB, на фиг. 2 - блок подготовки биомассы MB, на фиг. 3 -
блок активации и разделения биомассы MB.
Предлагаемая промышленная установка для производства нативных НЦ полуфабрика-
тов и БАВ из биомассы MB состоит из блока культивирования MB I, блока подготовки
биомассы MB II и блока активации и разделения биомассы MB III.
Блок культивирования MB I состоит из герметичной емкости 1, тела 2, конфузоров 3,
патрубков 4, вентиляторов 5, жидкостно-газовых спиральных теплообменников 6, источ-
ников 7 ФАР, ГН 8 отбора суспензии, регулируемого ЗУ 9 подачи CO2, регулируемого ЗУ
10 отвода газа, регулируемого ЗУ 11 подачи жидкости, регулируемого ЗУ 12 подачи пита-
тельных веществ, полнопроходного ЗУ 13 отбора суспензии, штуцера 14 подачи жидких
потоков и штуцеров 15 отбора суспензии. Емкость 1 выполнена в виде осесимметричного
тела вращения. Внутри емкости 1 расположено соосное тело 2. В верхней части емкости 1
в ее приосевой зоне имеются отверстия 16.
Перемешивающее устройство выполнено с возможностью создания над поверхностью
суспензии MB закрученного потока газа с полем скорости потенциального вихря на пери-
ферии емкости 17, осевым противотоком 18 в ее приосевой зоне и перепадом давления
между периферией и центром вихря в виде последовательно установленных конфузоров 3,
патрубков 4, вентиляторов 5 и жидкостно-газовых спиральных теплообменников б и со-
единяющих отверстия 16 с боковой наружной поверхностью 19 емкости 1 выше макси-
мального уровня поверхности суспензии 20.
Жидкостно-газовые спиральные теплообменники 6 выполнены с возможностью движе-
ния в противотоке по отдельным каналам жидкого теплоносителя от периферии к центру
и газа от центра к периферии. Каналы в жидкостно-газовых спиральных теплообменниках
б и патрубках 4 выполнены с одинаковым поперечным сечением и равномерным изгибом.
Благодаря этому создается эффект их самоочищения, а также равномерный поток газа на

11. BY 10708 U 2015.06.30
11
входе в емкость 1. Эффект самоочищения при прохождении газа через жидкостно-газовые
спиральные теплообменники 6 и патрубки 4 увеличивает срок между их техническим об-
служиванием, тем самым повышает производительность процесса культивирования. Оди-
наковое поперечное сечение и равномерный изгиб каналов в жидкостно-газовых спираль-
ных теплообменниках б и патрубках 4 позволяет получить стабильный без турбулентных
зон закрученный потока газа над поверхностью суспензии 20.
Источники 7 ФАР выполнены в виде сверхмощных RGB-светодиодов с разной мощно-
стью излучения (до 100 Вт и более) и расположены на боковой наружной поверхности 21,
внутренней приосевой поверхности 22 и днище 23 емкости 1 ниже максимального уровня
поверхности суспензии 20.
Регулируемое ЗУ 9 расположено на входе одного из вентиляторов 5, регулируемое ЗУ
10 - на выходе одного из патрубков 4. Регулируемые ЗУ 11 и 12 соединены параллельно с
штуцером 14, расположенным на наружной поверхности емкости 1 ниже уровня 21. Шту-
церы 15 равномерно расположены на днище емкости 1 в ее приосевой зоне и последова-
тельно соединены с полнопроходным ЗУ 13 и ГН 8.
Конструкция блока подготовки биомассы MB II выполнена газонепроницаемой и со-
держит горизонтальную шнековую центрифугу 24 с выходами фугата 25 и кека 26, винто-
вой насос 27, горизонтальную технологическую трубу 28 НД с отверстием 29,
горизонтальный ленточный транспортер 30, экструдер 31 подачи биомассы на горизон-
тальный ленточный транспортер 30, емкость 32 для конденсата, компрессор 33, вакуум-
ных эжекторы 34 с входами НД, регулируемые ЗУ 35 отвода конденсата воды, штуцеры
36 отвода конденсата воды, датчик 37 измерения НД, источники электромагнитных волн
СВЧ 38, два бесконтактных датчика 39 измерения температуры, вертикальный патрубок
40, ракель 41, горизонтальную технологическую трубу 42 НД с отверстиями 43 и 44, гори-
зонтальный вал 45 с шнековыми транспортерами 46, 47 и лопастями 48, дозирующее уст-
ройство 49 НД и управляющее вычислительное устройство 50.
Насос 27 является насосом объемного типа действия, конструкция которого позволяет
создавать стабильное давление, допускает регулировку производительности без потери
номинального давления, обеспечивает точное дозирование биомассы без нарушения
структуры и вспенивания, малое энергопотребление и низкую стоимость эксплуатации.
Емкость 32 выполнена с возможностью охлаждения. Вакуумные эжекторы 34 имеют про-
изводительность от 8 до 200 л/мин. Отсутствие в них подвижных элементов увеличивает
срок службы и упрощает обслуживание. В качестве источников электромагнитных волн
СВЧ 38 применены магнетроны мощностью от 0,5 до 1 кВт и с частотой излучения
2,45 ГГц. Эта частота выбрана как оптимальная по скорости нагрева воды в биомассе.
КПД таких магнетронов достигает 85 %. Внутренняя поверхность горизонтальной техно-
логической трубы 28 и наружная поверхность ленточного транспортера 30 выполнены из
материала с краевым углом смачивания водных субстратов на твердых поверхностях
θ > 90°. Как вариант, внутренняя поверхность технологической камеры может быть вы-
полнена из материала ультра эвер драй. Этот материал имеет величину краевого угла сма-
чивания θ = 165-175°, температурный диапазон эксплуатации от -34 до + 149 °С, высокую
абразивную стойкость (показатель 110 по Методу абразивной стойкости ASTM D4060-10).
Материал ультра эвер драй хорошо покрывает металлические материалы и пластик, ус-
тойчив к кислотам, щелочам и маслам.
Вход горизонтальной шнековой центрифуги 24 соединен с выходом ГН 23. Загрузоч-
ный узел винтового насоса 27 с установленным шнековым транспортером соединен с вы-
ходом кека 26. Горизонтальная технологическая труба 28 выполнена с возможностью
охлаждения и имеет отверстие 29. Отверстие 29 расположено в конце горизонтальной
технологической трубы 28 в ее нижней части. Горизонтальный ленточный транспортер 30
установлен в горизонтальной технологической трубе 28. Экструдер 31 соединен с выхо-
дом винтового насоса 27 и установлен над горизонтальным ленточным транспортером 30

12. BY 10708 U 2015.06.30
12
с возможностью равномерного распределения биомассы по его ширине. Емкость 32, ком-
прессор 33 и группа параллельно установленных вакуумных эжекторов 34 соединены по-
следовательно в кольцо. Выходы регулируемых ЗУ 34 соединены с входами НД
вакуумных эжекторов 34. Штуцеры 35 равномерно расположены в верхней и нижней частях
горизонтальной технологической трубы 28 и соединены с входами регулируемых ЗУ 35.
Работа вакуумных эжекторов 34 основана на принципе Вентури. Такая схема подключе-
ния обеспечивает быструю генерацию низкого давления. Датчик 37 расположен в верхней
части горизонтальной технологической трубы 28. Две группы источников электромагнит-
ных волн СВЧ 38 установлены в верхней части горизонтальной технологической трубы 28
с возможностью регулирования облучения биомассы, движущейся на горизонтальном
ленточном транспортере 30. Два бесконтактных датчика 38 установлены в верхней части
горизонтальной технологической трубы 28 с возможностью измерения температуры на
поверхности биомассы, движущейся на горизонтальном ленточном транспортере 30, в ее
центральной части и в конце. Верхнее отверстие вертикального патрубка 40 соединено
соосно с отверстием 29. Ракель 41 установлен над патрубком 40 с возможностью отделе-
ния биомассы на выходе по всей ширине горизонтального ленточного транспортера 30.
Отверстие 43 расположено в начале горизонтальной технологической трубы 42 в ее верх-
ней части и соединено соосно с нижним отверстием вертикального патрубка 40. Отвер-
стие 44 расположено в конце горизонтальной технологической трубы 42 в ее нижней
части. Горизонтальный вал 45 установлен с эксцентриком Л внутри горизонтальной тех-
нологической трубы 42. Шнековый транспортер 46 установлен на конце горизонтального
вала 45 под отверстием 43. Шнековый транспортер 47 установлен на противоположном
конце горизонтального вала 45 над отверстием 44. Лопасти 48 установлены в центральной
части горизонтального вала 45. Вход дозирующего устройства 49 соединен с отверстием
44. Входы управляющего вычислительного устройства 50 соединены с выходами датчи-
ков 39 и 37, а выходы с входами регулируемых ЗУ 35.
Блок активации и разделения биомассы MB III содержит узел подготовки ДК-CO2 и
СК-CO2, выполненный в виде буферных емкостей 51, 52 и 53 ВД, насоса 54 ВД, ГН 55,
влагомаслоотделителя 56, блока 57 конденсации CO2, ЗУ 58 подачи внешнего CO2, ЗУ 59
возврата CO2 ЗУ 60, 61 и 62 подачи CO2, ЗУ 63 подачи СК-CO2, регулируемого ЗУ 64, вер-
тикальную трубу 65 ВД, трубу 66, камеры 67 ВД активации биомассы, емкость 68 ВД раз-
деления НЦ полуфабриката и БАВ, емкость 69 ВД разделения БАВ и CO2, емкость 70 ВД
разделения НЦ полуфабриката и CO2, полнопроходное ЗУ 71 подачи биомассы, полно-
проходное ЗУ 72 отвода биомассы, термостатируемые регулируемые ЗУ 73, 74 подачи
СК-CO2, термостатируемое регулируемое ЗУ 75 подачи раствора СК-CO2, термостатируе-
мое регулируемое ЗУ 76 подачи БАВ и СК-CO2, термостатируемое регулируемое ЗУ 77
подачи НЦ полуфабриката и СК-CO2, регулируемые ЗУ 78 и 79, ЗУ 80 отвода CO2, ЗУ 81
и 82, кориолисовый расходомер 83, бустерный насос 84 отвода БАВ, бустерный насос 85
отвода НЦ полуфабриката, штуцер 86 подачи биомассы, штуцер 87 подачи CO2, штуцер
88 подачи СК-CO2, штуцер 89 отвода раствора СК-CO2, штуцер 90 отвода БАВ и СК-CO2,
штуцер 91 отвода НЦ полуфабриката и СК-CO2, штуцеры 92, 93 и 94 отвода CO2, штуцер
95 отвода БАВ, штуцер 96 отвода НЦ полуфабриката.
ЗУ 58 и 59 установлены на входе емкости 51, ЗУ 60 - на ее выходе, ЗУ 61 - на входе
емкости 52, регулируемое ЗУ 64 - на ее выходе. Выход регулируемого ЗУ 64 соединен с
входом емкости 53. Выход емкости 55 соединен с входом ЗУ 63. Выход блока 57 через ГН
55 соединен с ЗУ 59. Вход полнопроходного ЗУ 71 соединен с выходом дозирующего уст-
ройства 49, а выход - с входом вертикальной трубы 65. Вход полнопроходного ЗУ 72 со-
единен с выходом вертикальной трубы 65, а выход - с штуцером 86, расположенным на
входе канала СК-CO2 камеры 67. Вход ЗУ 62 соединен с выходом ЗУ 60, а выход - с шту-
цером 87, расположенным на вертикальной трубе 65. Вход ЗУ 80 соединен с штуцером 92,
расположенным на вертикальной трубе, а выход - с входом блока 57. Вход кориолисового

13. BY 10708 U 2015.06.30
13
расходомера 83 соединен с выходом ЗУ 63, а выход - с входом термостатируемого регули-
руемого ЗУ 73 и 74. Выход термостатируемого регулируемого ЗУ 73 соединен с штуцером
87. Выход термостатируемого регулируемого ЗУ 74 соединен с штуцером 88, располо-
женным на входе канала СК-CO2 камеры 67. Вход термостатируемого регулируемого ЗУ
75 соединен с штуцером 89, расположенным на выходе канала СК-CO2 камеры 67, а вы-
ход-с входом емкости 68, расположенным в ее верхней части. Вход термостатируемого
регулируемого ЗУ 76 соединен с штуцером 90, расположенным в верхней части емкости
68, а выход - с входом емкости 69, расположенным в ее верхней части. Вход термостати-
руемого регулируемого ЗУ 77 соединен с штуцером 91, расположенным в нижней части
емкости 68, а выход - с входом емкости 70, расположенным в ее верхней части. Вход ре-
гулируемого ЗУ 78 соединен с штуцером 93, расположенным в верхней части емкости 69,
а выход - с входом блока 57. Вход регулируемого ЗУ 79 соединен с штуцером 94, распо-
ложенным в верхней части емкости 70, а выход - с входом блока 57. Штуцер 95, установ-
ленный в нижней части емкости 69, через ЗУ 81 соединен с входом бустерного насоса 84.
Штуцер 96, установленный в нижней части емкости 70, через ЗУ 82 соединен с входом
бустерного насоса 85.
Всасывающий канал 97 и нагнетающий канал 98 насоса 54, емкости 53, 68 и верти-
кальная труба 65 выполнены с возможностью термостатирования. Труба 66 установлена
соосно внутри вертикальной трубы 65 и выполнена с возможностью исключения байпаси-
рования CO2 между их стенками из пористого металлопроката с размером пор 5-15 мкм и
удельной пропускной способностью по воздуху не менее 2 см3
/(МПа × см2
× с). Полно-
проходные ЗУ 71, 72 и труба 66 выполнены с равными диаметрами прохода.
Камера 67 выполнена в виде спирального теплообменника с возможностью движения
в противотоке по отдельным каналам постоянного поперечного сечения и равномерного
изгиба жидкого теплоносителя от периферии к центру и СК-CO2 от центра к его перифе-
рии, обеспечивает интервалы рабочих давления от 7,38 до 35 МПа и температуры от 31,1
до 50 °С. Благодаря этому создается эффект его самоочищения. Спиральный теплообмен-
ник эффективно решает задачи термической стабилизации среды СК-CO2 и равномерного
распределения температуры по всему объему камеры. Благодаря равномерному изгибу
каналов спирального теплообменника внутри потоков возникает турбулентность, увели-
чивающая эффективность теплообмена и скорость процессов в них. При этом в спираль-
ном канале высокая турбулентность достигается при скорости потока значительно
меньшей, чем в прямых трубчатых камерах. Кроме этого продолжительный изгиб канала
СК-CO2 обеспечивает продолжительный путь и время его прохождения, а также компакт-
ность конструкции.
Кориолисовый расходомер 83 измеряет массовый расход CO2 в жидком, газообразном
и межфазном состоянии с высокой скоростью, стабильностью и точностью (0,2 % для
жидкостей и 0,5 % для газов), не имеет движущихся частей. Бустерные насосы 84 и 85
обеспечивают работу в диапазоне входных давлений от 10 до 10-2
мбар. Синхронизиро-
ванное вращение роторов, зазоры между ними, а также между роторами и корпусом, ис-
ключают повреждение и загрязнение перекачиваемого материала.
Промышленная установка работает следующим образом.
С помощью ЗУ 11 в емкость 1 вводится подготовленная вода, затем с помощью ЗУ 12
жидкая питательная среда, содержащая необходимые питательные компоненты, и уста-
навливается заданный расход питательной жидкости.
Поток газа из верхней части емкости 1 через отверстия 16, конфузоры 3 и патрубки 4
направляется вентиляторами 5 в теплообменники 6, нагревается и через боковую поверх-
ность 19 направляется на ее внутреннюю периферию. Над поверхностью жидкости 20 об-
разуется закрученный поток газа, который за счет трения на границе раздела фаз газ-
жидкость и разницы давления между периферией 17 и центром 18 газового вихря обеспе-
чивает движение жидкости в виде вихревого кольца с одновременным нисходящим на-

14. BY 10708 U 2015.06.30
14
правлением на ее периферии 99 и восходящим в его приосевой зоне 100. Необходимая для
нагрева энергия подводится по всей поверхности жидкости и за счет трения на границе
раздела фаз газ-жидкость обеспечивает высокий теплообмен. Питательная среда нагрева-
ется до температуры культивирования. Затем в заданном количестве с помощью запорно-
го устройства 11 в емкость 1 вводится суспензия MB до достижения необходимой
исходной плотности. Происходит перемешивание.
Газ CO2 с помощью регулируемого ЗУ 9 подается на вход вентилятора 5, перемешива-
ется с проходящим газовым потоком и направляется в теплообменник 16, где нагревается
до температуры культивирования. Далее газовый вихрь переносит CO2 к поверхности
суспензии 20 и за счет трения на границе раздела фаз газ-жидкость обеспечивает его мас-
сообмен непосредственно с клетками MB, при этом отводит выделяемый клетками O2.
Изменением тока, проходящим через кристаллы светодиодов 17, устанавливается за-
данная интенсивность излучения ФАР в виде импульсов.
В процессе онтогенеза клетки MB 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 концентрируются на днище емкости 1 в ее приосевой зоне. Отбор
скапливающихся в приосевой зоне клеток MB производит ГН 8 при открытом ЗУ 13.
Далее ГН 8 подает суспензию MB на вход горизонтальной шнековой центрифуги 24. В
горизонтальной шнековой центрифуге 24 суспензия ускоряется в щадящем режиме и дос-
тигает максимального центробежного ускорения не менее 10'000 g, в результате чего про-
исходит осаждение биомассы MB. На выходе горизонтальной шнековой центрифуги 24
получается пастообразный кек 26 с содержанием твердых частиц более 25 % и очищенная
жидкая фаза - фугат 25. Фугат 25 отводится для последующей подготовки жидкой среды
для культивирования MB, a кек 26 винтовым ГН 27 подается на экструдер 31.
Компрессор 33 и вакуумные эжекторы 34 создают в горизонтальной технологической
трубе 28 низкое давление. Экструдер 37 с заданной толщиной равномерно распределяет
биомассу по ширине ленточного транспортера 30.
СВЧ излучение от двух групп источников электромагнитных волн СВЧ 38 быстро по-
вышает температуру внутри всей биомассы, в результате чего в ней возникает избыточное
давление пара по отношению к давлению внутри горизонтальной технологической трубы
28. Этот градиент резко интенсифицирует процесс испарения, так как перенос влаги про-
исходит как путем молекулярной диффузии, так и путем фильтрации через поры и капил-
ляры оболочек клеток MB.
Управляющее вычислительное устройство 50 с помощью датчика 37 мгновенным
включением и выключением регулируемых ЗУ 35, а с помощью датчиков 39 мгновенным
включением и выключением источников электромагнитных волн СВЧ 38, периодически
модулирует значения давления и температуры нагрева биомассы между двумя уровнями,
оптимальными для взаимодействия среды горизонтальной технологической трубы 28 с
обезвоживаемой биомассой. Импульсное воздействие низким давлением на нагретую
биомассу за счет возникающего мощного градиента давления значительно усиливает про-
цесс влагоудаления с миграцией влаги на поверхность биомассы, минуя фазовый переход
в пар внутри ее, исключает перегрев биомассы не только в период обезвоживания, но и
после удаления свободной влаги. Низкое давление в горизонтальной технологической
трубе 28 интенсифицирует также удаление из пустот и капилляров биомассы газов, в том
числе и O2. Мгновенное включение и выключение теплового воздействия, а также раз-
дельное управление этим воздействием на двух участках движущеюся биомассы, обеспе-
чивает режим тепловой безинерционности, высокую точность регулирования нагрева.
Охлаждение внутренней поверхности горизонтальной технологической трубы 28, вы-
полненной из материала с краевым углом смачивания водных субстратов на твердых по-
верхностях θ > 90°, стимулирует на ней капельную конденсацию паров воды в центрах
конденсации и, тем самым, предотвращает насыщение влагой среды внутри горизонталь-