Устройство для разрушения оболочек хлореллы
Владельцы патента RU 2767055:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Ставропольский государственный аграрный университет (RU)
Изобретение относится к сельскому хозяйству и касается приготовления белково-витаминных кормов. Устройство содержит емкость для суспензии хлореллы и емкость для хлореллы с разрушенной оболочкой. Емкость для суспензии хлореллы соединена трубопроводом с входным отверстием шестеренчатого насоса. Выходное отверстие насоса соединено трубопроводом с нагревательной трубой. Нагревательная труба посредством дроссельного трубопровода и установленного на нем вентиля соединена с емкостью для суспензии хлореллы. Один конец нагревательной трубы заглушен, а другой ее конец заканчивается отверстием с регулирующим винтом. Через это отверстие нагревательная труба соединяется с испарительной емкостью. Испарительная емкость сообщается с емкостью для хлореллы с разрушенной оболочкой. На внешней поверхности нагревательной трубы размещен электронагревательный элемент. Использование изобретения позволит повысить качество готового продукта. 1 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Устройство относится к микробиологической промышленности и касается приготовления белково-витаминных обогатителей кормов, используемых в сельском хозяйстве, и может быть использовано для обогащения кормов суспензией хлореллы после разрушения ее оболочки и, а также для лечения животных.
Уровень техники
Известно устройство для измельчения материалов путем механического воздействия, когда суспензия хлореллы пропускается между двумя лентами, имеющими на поверхности мелкие зубья. (см. Патент RU №201239 «Устройство для измельчения материалов», опубл. 15.05.1994 г.).
Недостатки устройства. Предложенное устройство не может достичь значительного эффекта, поскольку размеры клеток хлореллы по сравнению с промежутками между зубьями очень малы, клетки заполняют все углубления, образуют жидкую подстилку между лентами, по которой эти ленты будут скользить, и эффект разрушения будет нулевой.
Известно устройство для дробления хлореллы, содержащее заключенные в корпус установленные соосно размольные диски, на рабочих поверхностях имеющие резьбовые нарезки с противоположной направленностью. (см. А.С. СССР №(11) 880468 «Устройство для дробления хлореллы», опубл. 15.11.1981 г. Бюл. №42).
Недостатком данного устройства является то, что резьбовые нарезки не могут воздействовать на маленькую упругую клетку, размеры которой намного меньше углублений в нарезке. Заполнив эти углубления, эмульсия хлореллы будет выполнять роль смази слоем некоторой толщины.
Известно устройство для дезинтеграции микроводорослей, выполненное в виде корпуса, снабженного в верхней части приспособлениями для подвода микроорганизмов и воздуха, а также клапана сброса давления и имеющее отверстие для вывода обработанных микроорганизмов. Процесс дезинтеграции заключается в том, что полость корпуса заполняют суспензией микроводорослей и герметизируют, после чего в ней создают путем подачи газа высокое давление в несколько атмосфер и выдерживают суспензию в таком состоянии некоторое время, после чего резко открывают клапан сброса газа. Считается, что при сбрасывании давления у клеток наступает декомпрессионный шок и они разрушаются. (см. А.С. СССР №477742 «Устройство для дезинтеграции микроорганизмов», опубл. 25.07.1975 г. Бюл. №27).
Недостатком данного устройства является: в нем не учитывается, что жидкая составляющая, содержащаяся внутри клетки, практически несжимаема. Ее коэффициент сжатия ничтожно мал, и объем ее практически не изменяется; в то же время оболочка клетки достаточно эластична и вполне за счет этого выдержит мизерное увеличение объема внутри клетки. Учитывая свойство жидкой составляющей и эластичность оболочки «декомпрессионный шок» не дает желаемого результата.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту и принятому авторами за прототип является способ разрушения клеточной оболочки хлореллы, предусматривающий тепловую обработку хлореллы и ее охлаждение с последующим ферментативным гидролизом путем обработки водной суспензии хлореллы культурой гриба Trichoderma lignorum 6C в течение 1…3 ч. Этот способ разрушения оболочки хлореллы описан в двух вариантах, - в жидкой суспензии, нагреваемой до 85…95°С в водяной бане, и в высушенной хлорелле, нагреваемой до 110°С, в течение 3-5 мин., что свидетельствует о допустимости такого нагрева. (см. Патент SU №1138073 «Способ разрушения клеточной оболочки хлореллы», опубл. 07.02.1985 г. Бюл. №5).
Недостатком данного способа является, во-первых довольно сложное его осуществление, и во-вторых в нем не учтена зависимость температуры кипения и испарения от давления, при котором находится суспензия. Эта зависимость выражается известным уравнением Руша
где tk - температура, °С;
P - давление, выраженное в атмосферах абсолютных, атм.
Эту зависимость можно использовать при разрушении оболочки хлореллы.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является разработка устройства для разрушения оболочек хлореллы на основании термодинамической зависимости между температурой кипения и испарения жидкости и давлением, при котором она находится, что обеспечит более полное разрушение клеточных оболочек хлореллы и увеличение выхода белковых веществ из клеток.
Техническим результатом данного изобретения является устройство для разрушения оболочек хлореллы, в котором создается повышенное давление и одновременно осуществляется, нагрев суспензии до температуры кипения и испарения, после чего суспензия проходит через дросселирующее отверстие и попадает в среду с атмосферным давлением, где жидкая составляющая содержимого клетки закипает, испаряется и разрывает оболочку клетки, освобождая ее содержимое.
Технически результат достигается с помощью устройства для разрушения хлореллы, содержащее емкость для суспензии хлореллы и емкость для хлореллы с разрушенной оболочкой, при чем, емкость для суспензии хлореллы соединена трубопроводом с входным отверстием шестеренчатого насоса, а выходное отверстие насоса соединено трубопроводом с нагревательной трубой, которая посредством дроссельного трубопровода и установленного на нем вентиля соединена с емкостью для суспензии хлореллы, при этом один конец нагревательной трубы заглушен, а другой ее конец заканчивается дросселирующим винтом, через которое она соединяется с испарительной емкостью, которая сообщается неконтактно с емкостью для разрушенной хлореллы, помимо этого на внешней поверхности нагревательной трубы размещен электронагревательный элемент.
Краткое описание чертежа
На фиг. 1 дан продольный разрез устройства, на котором показаны геометрическая форма нагревательной трубы со всеми подсоединенными к ней элементами устройства, в совокупности обеспечивающими ее работу и получение технического результата.
Осуществление изобретения
Устройство для разрушения оболочки хлореллы состоит: из бака 1 для обрабатываемой суспензии 2. Бак 1 соединен трубопроводом 3 с шестеренчатым насосом 4, который посредством трубопровода 5 соединен с нагревательной трубой 6, давление в которой, создаваемое шестеренчатым насосом 4, регулируется за счет дроссельного трубопровода 7, установленного на нем вентиля 8, соединенных с баком 1. Давление контролируется по манометру 9. Температура нагрева суспензии 2 в нагревательной трубе 6 контролируется по термометру 10. Нагрев суспензии осуществляется за счет электронагревательного элемента 11, расположенного на внешней поверхности нагревательной трубы 6, которая с одного конца заглушена, а другой ее конец заканчивается дросселирующим отверстием 12, с регулирующим винтом 13. Через дросселирующее отверстие 12 нагревательная труба 6 сообщается с испарительной емкостью 14, которая неконтактно сообщается с емкостью 15 для сбора обработанной суспензии.
Устройство для разрушения оболочки хлореллы работает следующим образом:
Суспензия 2, обогащенная клетками хлореллы и находящаяся в баке 1, поступает по трубопроводу 3 к шестеренчатому насосу 4 (приводящемуся в работу от электромотора (на схеме не показан)), который под давлением подает ее по трубопроводу 5 в нагревательную трубу 6, в которой создается давление 4…6 атм, регулируемое за счет дроссельного трубопровода 7 и установленного на нем вентиля 8. Избыточная суспензия, прошедшая по дроссельному трубопроводу 7 через вентиль 8 поступает в бак 1. Таким образом поддерживается необходимое давление в нагревательной трубе 6, контролируемое по манометру 9. В нагревательной трубе 6 суспензия хлореллы нагревается до температуры 105…110°С, контролируемой по термометру 10, за счет электронагревательного элемента 11. Из нагревательной трубы 6 суспензия поступает в дросселирующее отверстие 12, проходное сечение которого регулируется винтом 13, и далее попадает в испарительную емкость 14, в которой избыточное давление равно 0 атм.
Поскольку в нагревательной трубе 6 суспензия 2 находится под давлением 4…6 атм, то жидкость в самой клетке хлореллы, нагретая до температуры 105…110°С, не может кипеть и испаряться из-за высокого давления. В то же время, находясь при температуре 105…110°С оболочка клетки хлореллы, как биологическое тело, сваривается и утрачивает свою прочность.
Попав через дроссельное отверстие 12 в испарительную емкость 14, в которой избыточное давление равно 0 атм, и имея температуру 105…110°С, жидкая составляющая внутри клетки моментально выкипает, испаряется, разрывает сварившуюся оболочку и освобождается от нее.
Известно из термодинамики газов и жидкостей, что на кипение и испарение затрачивается внутренняя энергия жидкости, в данном случае энергия, содержащая в нагретом жидком компоненте клетки хлореллы, то есть одновременно с испарением его происходит потеря внутренней энергии и пары жидкого компонента хлореллы претерпевающей процесс испарительного охлаждения, конденсируется в объеме на стенках испарительной емкости 14 и стекают в емкость 15, образуя смесь с водой, находящейся в суспензии и прошедшей тот же процесс нагревания, испарения, испарительного охлаждения и содержимые разрушенных клеток хлореллы. Эта смесь, обогащенная каротином и многими микроэлементами, используется в животноводстве для повышения качества кормов, а также для лечения животных.
Режим работы устройства настраивается вентилем 8 и винтом 13. Поскольку суспензия 2 через нагревательную трубу 6 подается шестеренчатым насосом 4 постоянно с определенной подачей, и уходит через дроссельное отверстие 12, то находится она при высокой температуре всего несколько секунд, что не влияет на ее качество. Достигаемый эффект разрушения оболочек клеток хлореллы 100%.
Предлагаемое устройство по сравнению с прототипом и другими техническими средствами имеет следующие преимущества: простота конструкции самого устройства; простота осуществления процесса разрушения оболочек хлореллы; полное разрушение сварившихся оболочек клеток хлореллы; не требуется сложных ферментативных процессов воздействия на оболочку клеток.
Устройство для разрушения хлореллы, содержащее емкость для суспензии хлореллы и емкость для хлореллы с разрушенной оболочкой, отличающееся тем, что емкость для суспензии хлореллы соединена трубопроводом с входным отверстием шестеренчатого насоса, а выходное отверстие насоса соединено трубопроводом с нагревательной трубой, которая посредством дроссельного трубопровода и установленного на нем вентиля соединена с емкостью для суспензии хлореллы, при этом один конец нагревательной трубы заглушен, а другой ее конец заканчивается дросселирующим отверстием с регулирующим винтом, через которое нагревательная труба соединена с испарительной емкостью, при этом испарительная емкость сообщена с емкостью для хлореллы с разрушенной оболочкой, кроме того, на внешней поверхности нагревательной трубы размещен электронагревательный элемент.
