Тема:Моделиране на биопроцес за получаване на глюконова киселина

Ръководител на проекта: проф.дтн С.Д.Влаев,

Институт-партньор: Лаб. по процеси и апарати ProBioGem при Polytech’Lille, Département IAAL, Université des Sciences et Technologies de Lille Cité Scientifique

Срок на проекта: края на 2012 г

Финансови условия – Финансира се от: бюджетна субсидия и междуинститутски сътрудничество /Франция, Политехника при Университета Лил-1, гр.Лил

Реализирани командировки през 2011г.: няма

Публикации

S. D. Vlaev, K. Tonova, K. Pavlova, M. Elqotbi, Bioprocessing of exopolysaccharides (EPS): CFD optimization of bioreactor conditions, Proceedings 21^st European Symposium on Computer aided Process Engineering– ESCAPE 21 (E.N. Pistikopoulos, M.G. Georgiadis and A.G. Kokossis (eds)), Elsevier B.V., Amsterdam, 2011, pp. 1415.
Една публикация под печат:

Elqotbi, M., S.D. Vlaev, L. Montastruc, I. Nikov. CFD modelling of two-phase stirred bioreaction systems by segregated solution of the Euler-Euler model, Comp. Chem. Eng. 36, 2012, xxxxx (Under Review)

●Код отразяващ иновационния потенциал на разработката – [IR2]

●Отношение към опазването на околната среда - да

●Отношение към регионални програми /РОДОПИ и др./ - Програма БАН 2.1
до ТРИ най-значими, международно финансирани проекти

1. 
   Проект PICS (Projet International de Cooperation Scientifique) с целево двустранно финансиране от СНРС – Франция и БАН. Ръководител проф. дтн Г. Ангелов
   

Ръководител проф. дтн Г. Ангелов

Изследван е процесът на получаване на биоактивни екстракти от възобновяеми растителни суровини чрез използване на сепарационни процеси при атмосферно и повишено налягане (суперкритична екстракция). С помощта на модифициран суперкритичен екстрагент (СО₂ + полярна добавка) е постигнато значително подобрение на състава на екстракта (неколкократно увеличение на концентрацията на активния компонент). Разработени са схеми на интегрирани процеси, включващи суперкритична екстракция и такава при обикновено налягане, както и суперкритична екстракция в комбинация с класическа екстракция и нанофилтруване. Те осигуряват по-пълно извличане на целевия компонент, по-концентриран извлек, запазване на термолабилните компоненти и енергоспестяващо нетермично регенериране на екстрагента чрез прилагане на мембранна сепарационна техника (нанофилтруване). Резултатите са приложими за получаване на природни биоактивни компоненти с приложение в козметиката, фармацевтични продукти или хранителни добавки.

Финансиране за 2011 г. в размер на 5 500 Евро

Научна продукция по темата през 2011 г.:

• 
  5 статии, от които 3 в списания с ИФ (1 в България c IF 0.29 и 2 в чужбина c IF = 1.625).
  
• 
  3 доклада на конгреси.
  

The process of isolation of bioactive extracts from renewable botanical resources is studied by applying separation techniques at atmospheric and high pressure (supercritical extraction - SCE). Significant amelioration of the extraction yield is obtained by using supercritical carbon dioxide modified by addition of polar substances. Integrated process schemes are developed, combining SCE and classical extraction as well as SCE combined with classical extraction and nanofiltration. As a result, better extraction of the target component and more concentrated extracts are obtained, the processing preserves the thermally unstable substances, the solvent regeneration is low energy consuming by applying non-thermal membrane separation technique (nanofiltration). The results are useful for development of production technologies for bioactive extracts from natural sources for use in pharmacy, cosmetics, food supplements, etc.

Изпълнител: гл. ас. д-р Елисавета Кирилова

Средствата получени по този проект са в размер на 5 000 евро.

Продължителност на проекта – 1 година (2011г.)

Цел: създаване на нов тип модели за дву-стъпална система от биореактори за автотермално термофилно аеробно разграждане на утайките в пречиствателни съоръжения за битови отпадъчни води с помощта на изкуствените невронни мрежи (Artificial Neural Networks, ANN). Използвани са статистически данни от реална инсталция. Изследвани са няколко архитектури на невронни мрежи. Създадените модели са свързани в серия и е направена симулация на работата на ATAD системата за 5 последователни дни, в различни сезони. Резултатите от верификацията на моделите показва много добро съвпадение с реалните данни.
“Modeling of autothermal thermophilic aerobic digestion bioreactors for wastewater treatment for the purpose of the energy integration of the processes in ATAD systems”. The project in financed by national fellowship program “For Women in Science” of L’Oreal Bulgaria with the support of National Commission of Bulgaria for UNESCO and Sofia University “St. Kliment Ohridski”

Objective: development of a novel type of models for two-stage bioreactors system for Autothermal Thermophilic Aerobic Digestion (ATAD) of sludge in waste water treatment facilities by using of Artificial Neural Networks (ANN). Records of a real two-stage ATAD facility are used. Several ANN architectural types are investigated. Developed models are connected in series and simulation of the ATAD system operation for a week in different seasons is carried out. Verification results show very acceptable coincidence with real data.

По проекта има приет доклад в пълен текст за участие на European Symposium on Computer Aided Process Engineering – 22 (ESCAPE 22), 17ти - 20ти юни 2012, Лондон, Великобритания.

• 
  УЧАСТИЕ НА ЗВЕНОТО В ПОДГОТОВКАТА НА СПЕЦИАЛИСТИ
  

Подробно описана, водената учебна дейност е както следва:

4.1 във висши училища

4.1.1. лекции:

Проф. дтн В. Бешков е водил общо 45 часа лекции ”Технология на биоконверсията”, в ХТМУ за 4 курс, ”Биотехнология”; 45 часа – редовни (2010/11); 20 часа (задочници) - 2009/10.

Проф. д-р Д. Янков е водил общо 105 часа лекции в ЮЗУ “Неофит Рилски” -

60 ч. „Химична технология”, за 4 курс специалност “Химия” и 45 ч. ”Химични технологии”, за 3 курс специалност “ПО по ХФ”.

4.1.2. упражнения и семинари:

Проф. д-р Д. Янков е водил общо 90 часа упражнения и семинари „Химична технология”, за 4 курс специалност “Химия” в ЮЗУ “Неофит Рилски”.

Доц. д-р Т. Петрова е водила общо 120 часа упражнения „Теоретична механика – статика и кинематика” в Европейски Политехнически Университет, гр. Перник.

4.1.3 подготовка на дипломанти

Проф. дтн В.Бешков е ръководил 3 дипломанти:

Деница Славчева, (Биотехнология - ХТМУ), Биодеградация на фенол и нитрофенол под действието на Pseudomonas denitrificans 1625 и Klebsiella oxytoca VA 8391; септември, 2011 г., бакалавър;

Камелия Иванова (Биотехнология - ХТМУ), Биотрансформация на глицерол под действието на Klebsiella oxytoca и Klebsiella pneumoniae; септември, 2011 г., бакалавър;

Грета Найденова (Биотехнология - ХТМУ), „Пречистване на отпадъчни води от фенол с помощта на свободни и имобилизирани микробни клетки ”септември, 2011 г., магистър.

Проф. д-р Д.Янков е ръководил 6 дипломанти:

Мария Димова, ЮЗУ, „Изследване на адсорбцията на метилоранж върху активни въглени”, септември 2011

Славчо Димитров, ЮЗУ, „Изследване на възможностите за получаване на ферментиращи захари от сух зърнен остатък от производството на спирт чрез киселинна хидролиза”, септември 2011

Теодора Петрова, ЮЗУ, „Производство на биоетанол от отпадъчни продукти”, декември 2011

Вероника Ганчева, ХТМУ, „Оползотворяване на зърнен хидролизат с помощта на Lactobacillus plantarum”, септември 2011

Спасена Иванова, ХТМУ, „Получаване на млечна киселина от възобновяеми източници”, септември 2011

Людмила Кирилова, ХТМУ, „Изследване на различни методи за имобилизиране на Lactobacillus plantarum АС11”, декември 2011

Проф. Г. Ангелов е ръководил 1 дипломант:

Камелия Парлапанска, ХТМУ, „Кинетика на екстракция на магарешки бодил (Оnopordum acanthium)”, април 2011

1. Школа и работна среща на докторанти, пост-докторанти и млади учени, У-т “Проф. Ас. Златаров”, Бургас, 10-12 ноември, 2011; проект » BG051PO001-3.3.04-30; 23 участници, 2 лектора, организирана от Институт по инженерна химия-БАН съвместно с Университет “Проф.д-р Асен Златаров”- Бургас, като координатор от страна на ИИХ е проф. дтн В.Бешков

2. 15th Workshop on Transport Phenomena in two-Phase Flow, September 17-22 2011, Sunny Beach, Bulgaria, организиран съвместно с Руската Академия на науките – Institute of Thermophysics (Novosibirsk) и Research Center for Power engineering Problems (Kazan). Председател на Организационния комитет е проф. дтн Хр. Бояджиев. Участници 21, в т. число от чужбина - 15.

3. Workshop „Waste to Energy: RTD & Innovations, good practices, prospects & alternatives“, 20^th -21^st September 2011, Sofia, Bulgaria – в рамките на проекта WasteKit.

4.4. договори и споразумения с висши училища и научни организации в страната

Институтът по инженерна химия поддържа споразумения със следните висши учебни заведения:

• с УХТ-Пловдив,

• с У-т “Проф. Ас. Златаров”

• с ХТМУ- София
4.5 подготовка на докторанти:

През 2010 г. Учените от ИИХ са ръководили общо 9 докторанти, от тях 3 защитили през годината и 6 продължават обучението си.

- инж. Иван Константинов Ангелов, редовна форма на обучение, зачислен на 1 август, 2011 г., ръководител проф. В. Бешков;

- инж. Грета Пеева Найденова, редовна форма на обучение, зачислена на 1 август, 2011 г., ръководител проф. Д. Янков;

- инж. Добрин Георгиев, отчислен с право на защита - предстои защита на дисертационен труд на тема: "Числено изследване на енерго-спестяващи разбъркващи устройства"., ръководител проф. С. Влаев;

– инж. Десислава Николова, редовна форма на обучение, срок за защита 2013 г., ръководител проф. Б. Иванов;

- инж. Боряна Димитрова, редовна форма на обучение, срок за защита 2013 г., ръководител проф. Б. Иванов;

Проф. К. Семков - Ръководител на един докторант в Университета на Лимерик, Ирландия.

През 2011 г образователната и научна степен „доктор” са получили 3 докторанти:

• 
  Ас. инж. Евгения Красимова Василева, “Биоразграждане на халогенирани мастни киселини от клетки на щама Xanthobacter autotrophicus GJ 10”, (защитила на 21 декември, 2011 г.).
  
• 
  Ас. инж. Петя Георгиева Попова, “Определяне на параметри в модели на инженерно-химични процеси”, (защитила на 21 юни, 2011 г.).
  
• 
  Ас. инж. Елисавета Георгиева Кирилова, “Системно-ориентиран подход за екологосъобразно управление на многоцелеви периодични химични и биохимични производства”. (защитила на 14 юни, 2011 г.).
  

4.6. подготовка на специализанти:

В рамките на Проект от Оперативна програма “Развитие на човешките ресурси” 2007-2013 (Договор № BG051PO001-3.3.04/30 от 28.08.2009) /Наименование на проекта: Програми и инструменти за повишаване на научния потенциал на докторанти, пост-докторанти и млади учени в областта на химичната и биохимичната технология и опазване на околната среда/ ръководство/наставничество/ на общо 16 специализанти са осъществили както следва: проф. дтн Г. Ангелов - на един, проф. дтн С Влаев - на двама, проф. дтн Г. Кючуков - на двама, проф. дтн Хр. Бояджиев - на трима, проф. дтн Р. Даракчиев – на един, проф. д-р Д.Янков - на четирима и доц. д-р Наташа Гр. Ваклиева-Банчева - на трима.
4.7 Получавани през годината стипендии (брой, вид и размер) –

а / от България

През 2011 г. 17 млади учени са получили 17 стипендии в общ размер на 66165 лв. по проект: “ПОДКРЕПА ЗА РАЗВИТИЕТО НА ДОКТОРАНТИ, ПОСТДОКТОРАНТИ, СПЕЦИАЛИЗАНТИ И МЛАДИ УЧЕНИ’, No. BG051PO001-3.3.04/ 30 /28.08.2009. Наименование на проекта: Програми и инструменти за повишаване на научния потенциал на докторанти, пост-докторанти и млади учени в областта на химичната и биохимичната технология и опазване на околната среда.
4.8 Повишаване на квалификацията на учените от ИИХ–

Присъдено научното звание „професор“ – 5: на Р.Статева, на Б.Иванов, Д. Янков, Л. Люцканов, К. Семков

Присъдена научната степен „доктор на науките“ на Б.Иванов

Присъдено на научното звание „Доцент” – 3: на М. Мартинов, К. Петров, Т. Петрова

Присъждане на образователната и научна степен „Доктор” – 2: на Е.Кирилова, П. Попова, Е. Василева

Присъждане на научното звание „Главен асистент” – 2: на П.Попова, Е.Кирилова.

В ход са 1 конкурс за професор, 3 за доцент и 2 за гл. асистент.
5. Иновационна и СТОПАНСКА ДЕЙНОСТ НА ЗВЕНОТО И АНАЛИЗ НА НЕЙНАТА ЕФЕКТИВНОСТ

Като вземем предвид писмо 80-00-160 /20.12.2007 г.на Председателя на БАН относно иновационната политика, може да се отбележи, че всички проекти, по които се работи в ИИХ, са с иновационен характер. И през 2011 година по-голямо внимание бе обърнато към промишлеността и външните възложители (табл. 4, 6 и 8 от приложението).

Финансовата криза се отрази неблагоприятно и на възможностите за контакти с промишлеността и внедряване на готовите разработки на ИИХ в страната. Въпреки това учените от ИИХ продължават да работят по редица иновационни проекти и да трупат авторитет, самочувствие и know-how за предстоящите контакти с представители на нашата промишленост. Във връзка с това са и съвместните дейности по проекти-договори, разработки и поръчки от външни възложители.

ИИХ има 39 готови за стопанска реализация разработки. По важните от тях са:

Продуктът намира приложение във фармацията, техниката и строителството.

Получен е препарат, защитен с BG патент 61970/99 год., на основата на мултиблокови полиетери и нискомолекулни лиганди, представляващи дитиооксамид и производните му за третиране на замърсени от тежки метали и пестициди води и почви, с цел превръщането им в практически неразтворими и неусвоими от растенията вещества. По този начин се прекъсва замърсяването на почвата чрез поливане със замърсени от тежки метали и пестициди води и разпространяването им в околната среда. Препаратът може да се използва и за рехабилитиране на замърсени почви, тъй като предотвратява преминаването на тежки метали и пестициди в растенията.

Има излязъл патент с рег. № 108276/16.10.2003. Патентно-притежател е Института по инженерна химия . Степен на готовност: готов продукт за реализация.

Създаден е образец на промишлен апарат за хидравлична класификация - отделяне на пластмасови частици от медни жички, камъчета и пясък.

Апаратът позволява регулиране на дебита на течността, според който става избирателно сепариране на твърди частици в течна среда.

Отношение към опазването на околната среда - рециклиране и вторична употреба на пластмасови и медни отпадъци. Апаратът е внедрен в производството от заявителя "КомПозит - ОПК МГ" от 2002 г.

Разработена е технология за пълното пречистване на отпадните води от нитритни йони на базата на предварително концентриране чрез йонообмен и следваща химична редукция с карбамид.

Отношение към опазването на околната среда - унищожават се нитритните йони, получени в резултат на частичната редукция на нитрати и превръщането им в молекулен азот. Безотпадна технология на пречистване. По договор с "Водоканалпроект - чисти води" ООД от 2002 г.
Технология за добиване на биогаз от органични отпадъци.

Работен колектив: ст.н.с. І ст. дтн В. Бешков, ст.н.с.І ст.дтн Р. Даракчиев, ст.н.с.ІІ ст.д-р Кр. Семков, техн. Валентина Лукова

Разработеният процес със създадената инсталация показват висока производителност. Заедно с това се постига висока степен на оползотворяване на органичния субстрат – над 95%, като се преработват отпадни води с много високо натоварване по химически потребен кислород (ХПК над 50 г/дм³). Технологията показва висока устойчивост по отношение на природата на субстрата–източник на органично вещество, по отношение на колебания в киселинността на субстрата, на температурата му и на продължително гладуване на микробната култура.

Методът е приложим за разнообразни органични субстрати, отпадащи от хранително-вкусовата промишленост, спиртоварството, пивоварството и селското стопанство. При него се съчетават две полезни обстоятелства: обезвреждане на отпадъци с добиването на енергия.

Задачата е разработена по договор с "УНИТЕХ ООД" от 2003 г.; договор с НИФ ИФ-02-22/24.10.2005 г.; договор с “Винарска изба Кехлибар” ООД от 29.06.2006 г.

Допълнително инсталацията е изпитана при субстрати – свински тор, птичи тор, отпадъчни мастни киселини.

Степен на готовност: изготвен е работен проект на инсталацията, основана на спиртна шлемпа като субстрат
Регламент за производството на трибестан

Ръководител: ст.н.с.І ст. дтн В. Бешков

Разработката е по поръчка от „Аркадиа-Херба” ООД, с. Нови хан, Софийско. Изработеният регламент е използван за проектиране на инсталация за производството на трибестан от Tribulus terrestris L. в предприятието.

Разработен е метод за пречистване на отпадъчни води от производството на фазерни плоскости. Разработката е по поръчка на “Лесопласт” АД, гр. Троян. Методът се състои в съчетано третиране на отпадъчните води с коагулант и флокулант в определено съотношение и по определен начин (ноу-хау). Постигнати са показатели за води от 3-та категория (ХПК под 250 мгО2/л). Разработката е приета от възложителя и резултатите са потвърдени от независими полупромишлени опити.

1. Продължава дейността на създадения през 2010 г. Международен научен център по проблемите на енергетиката и инженерната химия съвместно с Академенерго – Казански научен център при Руската академия на науките (гр. Казан). През 2011 г. е организирана работна среща „Преносни процеси в двуфазни потоци“ с участието на 14 учени от Русия, 1 от Израел и 6 от България. Изнесени са 21 доклада. Подготвя се съвместен проект за участие в конкурсите по 7РП.

2. 
   Договор с фирма Екосистем проект ЕООД от 26.03 2007
   

Цената на договора е 25000 лв, а авансът, проведен на ИИХ – 5000 лв. Договорът завършва една година след 72 часовата проба на инсталацията. Той е във връзка с получаване на полезни продукти при обработка на отпадъци и е пряко свързан с опазването на околната среда. Разработена е конструктивна документация на инсталацията.

Ръководител на договора: проф. дтн. Н. Колев,

Брой участници от звеното - 4, проф. д-р Люцкан Люцканов, доц. д-р Светослав Наков, гл. ас. д-р Елена Разказова-Велкова. гл. ас. д-р Даниела Джонова -Атанасова.

iR1-iR3, iD4, iD6, iD7, iM1 /3.2. Process plant Engineering; 3.4.Chemical Technology and Engineering ; 10.2 Environment

Проектът продължава.

Консултантска дейност по договор между УНИТЕХ ООД и АЛМАГЕСТ АД по създаване на нов тип високо икономична инсталация за производство на етилов алкохола с висока чистота с производителност 20000 л/24 ч – предлагане на технологична схема, технологично и инженерно оразмеряване, задание за автоматизация, проектиране и пускане в експлоатация. Проведена е успешна 72-часова проба.

Ръководител на проекта проф. К. Семков, Участници от ИИХ 3 (К. Семков, С. Даракчиев, С. Наков).

Проектът продължава

По граждански договор с фирма “Тихов” беше изследвано семе от шипка (Rosa canina). Определено е масленото съдържание на семките. Установено е, че в екстрактите от смлени шипкови семки се съдържа значително количество витамин С и провитамин А.

Ръководител на проекта – проф. Г. Ангелов. Участници – 3 (Г. Ангелов, С. Георгиева, Т. Попова).

Проектът е приключил.

5. Проект “Получаване на течен екстракт от билкова смес” с възложител фирма Медикофарм ООД.

С многофункционалния екстрактор ROTEX e извършена екстракция на билкова смес, предоставена от възложителя. Полученият течен екстракт е предаден на фирмата.

Ръководител проф. Г. Ангелов, участници 2 (Г. Ангелов, Р. Попов), сума 280 лв.

Проектът е приключил.

По договор с испанска фирма бяха екстрахирани лозови пръчки от винено грозде сорт Гарнача. Приложена е HPLC методика за анализ на съдържанието на резвератрол в екстрактите. Установено е, че неговите екстракти са богат източник на резвератрол. Определено е и съдържанието на полифеноли в екстракта.

Направена е оценка на съдържанието на полифеноли и антиоксидантната активност на билката Кастилия и Леон.

Ръководител на проекта – проф. Д. Янков. Участници – 3 (Д. Янков, С. Георгиева, Т. Попова), сума 240 лв.

Проектът е приключил.
5.3. Отдаване под наем на помещения и материална база – под наем се отдава едно помещение - барчето.

5.4 Сведения за друга стопанска дейност.

През годината дружеството ИХЕМ-БАН ООД, с предмет на дейност “инженерингова дейност в областта на химическата и хранителна промишленост, енергийната ефективност и опазването на околната среда” е в контакт и преговори за внедряване на разработки на ИИХ с 3 външни организации и фирми от страната и чужбина.

Дружеството е подало проект в конкурс „Иновативна преработка на отпадъчен глицерол от производството на биодизел до продукти с висока добавена стойност по биотехнологичен път.“ по Оперативна програма „Развитие на конкурентоспособността на българската икономика” 2007-2013 г. по процедура : BG161PO003-1.1.05 „Разработване на иновации от стартиращи предприятия”.