Уникальные инновационные разработки в области ускоренного выращивания полезных микроорганизмов представили Сафар Загидуллин и Софья Чуголаева из Пермского Политеха (ПНИПУ). Их исследование направлено на существенное повышение эффективности производства биодобавок, столь востребованных в современных экологичных технологиях сельского хозяйства. Применяемый подход открывает новые возможности для предприятий, стремящихся обеспечить экологическую безопасность и высокое качество продукции при одновременном сокращении затрат времени и энергии.
Биореактор: сердце биотехнологического производства
Важнейшим элементом в сфере биотехнологий, фармацевтики и пищевой промышленности является биореактор — технологическая установка, в которой создаются идеальные условия для роста различных культур бактерий и производства ценных биологических веществ. По своей конструкции биореактор представляет собой герметичный металлический цилиндр, снабжённый специализированным дном и крышкой. С наружной стороны размещается так называемая тепловая «рубашка», в которой циркулирует теплоноситель — чаще всего вода или пар — для точного температурного контроля. Внутри реактора располагается мешалка для гомогенного распределения питательных веществ и поддержания стабильных параметров среды, а встроенные датчики непрерывно отслеживают ключевые показатели: уровень кислорода, температуру и другие параметры, необходимые для оптимального роста микроорганизмов.
Проблемы традиционных реакторов и пути их решения
Самый распространённый промышленный биореактор до сих пор оставался аппаратом периодического действия с классической цилиндрической теплообменной рубашкой и пропеллерной мешалкой с несколькими уровнями крыльчаток. Такая традиционная конструкция имеет свои минусы: невысокий коэффициент теплообмена, длительные циклы нагрева и охлаждения, а также потенциальное травмирование бактерий из-за интенсивного перемешивания. Все эти недостатки сдерживают рост производительности и ухудшают качество конечного продукта.
Инновации от исследователей ПНИПУ
Сотрудники кафедры оборудования и автоматизации химических производств Пермского Политеха Сафар Загидуллин и Софья Чуголаева смогли комплексно переосмыслить конструкцию биореактора. Их подход одновременно затрагивает два принципиальных элемента устройства: теплообменную систему и конструкцию мешалки.
Вместо малоэффективной, хоть и распространённой теплообменной рубашки, команда разработала оригинальный спиральный змеевик, состоящий из изогнутых полутруб, закреплённых по внешней части корпуса реактора. Такой змеевик создаёт мощные вихри в движущемся теплоносителе, вследствие чего интенсивность теплообмена возрастает в несколько раз. По словам профессора Сафара Загидуллина, коэффициент передачи тепла увеличился в 1,5–2 раза, а сам процесс нагрева стал в 2–3 раза быстрее, что обеспечивает значительную экономию времени и энергии.
Особое внимание уделялось также перемешивающему устройству. Вместо классических пропеллерных лопастей были внедрены листовые лопасти с отверстиями. Их новаторская геометрия позволяет работать на низких оборотах, создавая деликатные потоки без разрушения бактериальных клеток. Такие лопасти способствуют эффективному перемешиванию, а дополнительные отверстия генерируют струи, обеспечивая равномерное распределение питательных веществ и оптимальные условия для роста микрофлоры.
Визуализация и тестирование новшества
Для глубокого анализа и оптимизации конструкции исследователи ПНИПУ построили подробную 3D-модель нового типа биореактора. Математическое моделирование подтвердило существенное увеличение эффективности: использование изогнутого змеевика позволяет в 3–4 раза ускорить теплообмен по сравнению с классическим аналогом. Такой подход выгодно отличает работу модернизированного реактора, делая его значительно производительнее и экономичнее.
Преимущества для промышленности и планы развития
Предложенная Пермским Политехом технология позволяет с большой скоростью производить высококачественные кормовые добавки — ключевой ресурс для современного агропромышленного комплекса. Это не только сокращает энергозатраты предприятий, но и обеспечивает выпуск экологически чистого продукта, обеспечивая быстрое воспроизводство жизнеспособных микроорганизмов. Новое решение также минимизирует размеры аппаратуры, что даёт возможность существенно повысить производительность на единицу площади производственных мощностей.
Приятным следствием инновационного проекта становится и сохранение целостности и активности полезных бактерий за счёт мягкого перемешивания. Таким образом, внедрение собственной разработки Сафаром Загидуллиным и Софьей Чуголаевой позволяет обеспечить предприятия по выпуску биодобавок передовыми технологиями, отвечающими самым строгим требованиям по качеству и эффективности.
В дальнейшем команда исследователей планирует совершенствовать технологию, ориентируясь на реализацию непрерывных производственных процессов, создавая для этого каскадные системы биореакторов. Этот шаг позволит добиться ещё более масштабного сокращения времени производства и повысить конкурентоспособность отечественной биотехнологической продукции.
Вдохновение на пути к будущему экологичного животноводства
Опыт Сафар Загидуллина и Софьи Чуголаевой из ПНИПУ стал примером того, как творческий подход в науке помогает решать актуальные задачи современности — обеспечивать население качественными и безопасными продуктами, заботиться о ресурсосбережении и экологической безопасности. Благодаря таким открытиям будущее сельского хозяйства становится действительно перспективным, инновационным и ориентированным на устойчивое развитие.
Источник: naked-science.ru
