Материальные расчеты по проектируемым стадиям

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 7Следующая ⇒

4.7.1 Материальный баланс стадии <номер и название стадии по заданию>

4.7.1.1 Материальный баланс приготовления и стерилизации питательных сред

Расчёты приводятся для получения 1 колбы маточной культуры (V_{мат.к-ры}= ? л).

Материальный баланс приготовления и стерилизации питательной среды с солодовым экстрактом

где: m_{стер.ПС} – масса стерильной питательной среды с солодовым экстрактом, кг;

m_{нестер.ПС} – масса нестерильной питательной среды с солодовым экстрактом, кг;

m_{р-ра сэ}– масса раствора солодового экстракта, кг;

m_(NH4)2SO4 – масса (NH₄)₂SO₄, кг;

m_(NH4)2HPO4 – масса (NH₄)₂HPO₄, кг;

m_MgSO₄– масса MgSO₄, кг;

m_{мол.кты}– масса молочной кислоты, кг.

Массой молочной кислоты пренебрегаем в виду её малости.

Масса стерильной питательной среды с солодовым экстрактом, кг:

где: V_{стер.ПС} – объём стерильной питательной среды с солодовым экстрактом, м³;

ρ_{стер.ПС} – плотность стерильной питательной среды с солодовым экстрактом, кг/м³.

Плотность принимаем по данным завода равной ρ_{стер.ПС} = 1010 кг/м³.

0,045 кг

Масса (NH₄)₂SO₄:

По данным завода на приготовление 4,5 л питательной среды идёт 14,85 г (NH₄)₂SO₄.

Находим через пропорцию

Объём питательной среды, л	m₍_NH₄₎₂_SO₄, г
4,5	14,85
0,045	m₍_NH₄₎₂_SO₄

Масса (NH₄)₂HPO₄:

По данным завода на приготовление 4,5 л питательной среды идёт 30,20 г (NH₄)₂HPO₄.

Находим через пропорцию

Объём питательной среды, л	m₍_NH₄₎₂_HPO₄, г
4,5	30,20
0,045	m₍_NH₄₎₂_HPO₄

Масса MgSO₄:

По данным завода на приготовление 4,5 л питательной среды идёт 7,50 г MgSO₄.

Находим через пропорцию

Объём питательной среды, л	M_MgSO4, г
4,5	7,50
0,045	m_M_gSO₄

Масса раствора солодового экстракта, кг:

Масса солодового экстракта, кг:

где: m_сэ – масса солодового экстракта, кг;

СВ_{р-ра сэ} – сухое вещество раствора солодового экстракта, %;

СВ_сэ – сухое вещество солодового экстракта, %.

СВ_сэ = 82 % - по данным завода.

СВ_{р-ра сэ} = 13 % - по данным завода.

Масса воды питьевой, кг:

Таблица 4.7.1.1.1 – Таблица материального баланса стадии ТП.3 приготовления и стерилизации питательной среды с солодовым экстрактом в автоклаве

Наименование

полупродуктов и сырья

Содержание основного вещества,

Масса

Объём, м³

Плотность, кг/м³

кг

кг основного вещества

Израсходовано на стадии (суммарно)

А) Полупродукты: а) Раствор солодового экстракта

0,044

- солодовый экстракт

6,98*10^-3

6,3*10^-3

5*10^-6

1350

- вода питьевая

100

0,037

37*10^-6

1000

Б) Сырьё: 1. Компоненты питательной среды, в том числе:

а) (NH₄)₂SO₄

0,15*10^-3

б) (NH₄)₂HPO₄

0,30*10^-3

в) MgSO₄

0,08*10^-3

г) Молочная кислота 80 %

- (пренебрегаем)

Итого:

∑=0,045

Получено на стадии (суммарно)

А) Полупродукты: 1. Стерильная питательная среда

0,045

0,045*10^-3

1010

Б) Отходы

В) Потери

Итого:

∑=0,045

Материальный баланс приготовления и стерилизации питательной среды с солодовым экстрактом и мелассой

где: m_{стер.ПС} – масса стерильной питательной среды с солодовым экстрактом и мелассой, кг;

m_{нестер.ПС} – масса нестерильной питательной среды с солодовым экстрактом и мелассой, кг;

m_р-ра _сэ– масса раствора солодового экстракта и мелассы, кг;

m_(NH4)2SO4 – масса (NH₄)₂SO₄, кг;

m_(NH4)2HPO4 – масса (NH₄)₂HPO₄, кг;

m_MgSO₄– масса MgSO₄, кг;

m_{мол.к-ты} – масса молочной кислоты, кг.

Масса стерильной питательной среды с солодовым экстрактом и мелассой, кг:

где: V_{стер.ПС} – объём стерильной питательной среды с солодовым экстрактом и мелассой, м³;

ρ_{стер.ПС} – плотность стерильной питательной среды с солодовым экстрактом и мелассой, кг/м³.

Плотность принимаем по данным завода равной ρ_{стер.ПС} = 1020 кг/м³.

4,6 кг

Масса раствора солодового экстракта и мелассы, кг:

где: m_сэ – масса солодового экстракта, кг;

m_мел. – масса мелассы, кг;

СВ_сэ – сухое вещество солодового экстракта, %;

СВ_мел. – сухое вещество мелассы, %;

СВ_р-ра _{сэ и мел.} – сухое вещество раствора солодового экстракта и мелассы, %.

СВ_сэ = 82 % - по данным завода.

СВ_мел. = 74 % - по данным завода.

СВ_{р-ра сэ и мел.} = 13 % - по данным завода.

Масса молочной кислоты, кг:

где: V_{мол.к-ты} – объём молочной кислоты 80 %, м³;

ρ_{мол.к-ты}– плотность молочной кислоты 80 %, кг/м³.

По данным завода принимаем ρ_{мол.к-ты} = 1185 кг/м³.

По данным завода для доведения рН до необходимого значения у 4,5 л питательной среды расходуется 20 мл молочной кислоты 80 %.

Объём молочной кислоты находим через пропорцию:

Объём питательной среды, л	Объём молочной кислоты, мл
4,5	20
4,51	V_{мол.к-ты}

Тогда

Масса (NH₄)₂SO₄:

По данным завода на приготовление 4,5 л питательной среды идёт 14,85 г (NH₄)₂SO₄.

Находим через пропорцию

Объём питательной среды, л	m₍_NH₄₎₂_SO₄, г
4,5	14,85
4,51	m₍_NH₄₎₂_SO₄

Масса (NH₄)₂HPO₄:

По данным завода на приготовление 4,5 л питательной среды идёт 30,20 г (NH₄)₂HPO₄.

Находим через пропорцию

Объём питательной среды, л	m₍_NH₄₎₂_HPO₄, г
4,5	30,20
4,51	m₍_NH₄₎₂_HPO₄

Масса MgSO₄:

По данным завода на приготовление 4,5 л питательной среды идёт 7,50 г MgSO₄.

Находим через пропорцию

Объём питательной среды, л	m_MgSO4, г
4,5	7,50
4,51	m_M_gSO₄

Масса раствора солодового экстракта и мелассы, кг:

По данным завода на приготовление 4,5 л питательной среды идёт 0,75 кг солодового экстракта. На приготовление 4,51 л питательной среды пошло бы солодового экстракта

Мы частично заменяем солодовый экстракт на мелассу. Массу солодового экстракта, массу мелассы и массу воды, необходимые для приготовления раствора, находим с помощью системы уравнений:

Масса воды питьевой, кг:

Таблица 4.7.1.1.2 – Таблица материального баланса стадии ТП.3 приготовления и стерилизации питательной среды с солодовым экстрактом и мелассой в автоклаве

Наименование полупродуктов и сырья	Содержание основного вещества, %	Масса		Объём, м³	Плотность, кг/м³
Наименование полупродуктов и сырья	Содержание основного вещества, %	кг	кг основного вещества	Объём, м³	Плотность, кг/м³
Израсходовано на стадии (суммарно)
А) Полупродукты: а) Раствор солодового экстракта и мелассы	-	4,53	-	-	-
- солодовый экстракт	90	0,42	0,38	311*10^-6	1350
- меласса	47	0,33	0,16	242*10^-6	1365
- вода питьевая	100	3,78	3,78	3780*10^-6	1000
Б) Сырьё: 1. Компоненты питательной среды, в том числе:
а) (NH₄)₂SO₄	99	14,88*10^-3	14,73*10^-3	-	-
б) (NH₄)₂HPO₄	99	30,27*10^-3	29,97*10^-3	-	-
в) MgSO₄	99	7,52*10^-3	7,44*10^-3	-	-
г) Молочная кислота 80 %	80	0,02	0,016	20*10^-6	1185
Итого:		∑=4,60
Получено на стадии (суммарно)
А) Полупродукты: 1. Стерильная питательная среда	-	4,60	-	4,51*10^-3	1020
Б) Отходы	-	-	-	-	-
В) Потери	-	-	-	-	-
Итого:		∑=4,60

4.7.1.2 Материальный баланс культивирования маточной культуры

Расчёты приводятся для получения 1 колбы маточной культуры

I стадия

где: m_ПС-_I – масса питательной среды с солодовым экстрактом, используемой на I стадии, кг;

m_ПМ – масса посевного материала, кг;

m_СД-_I – масса суспензии дрожжей I стадии, кг;

m_CO_2-_I – масса углекислого газа, выделившегося при культивировании I стадии, кг;

m_{потерь-}_I – масса потерь I стадии, кг.

II стадия

где: m_ПС-_II – масса питательной среды с солодовым экстрактом, используемой на II стадии кг;

m_СД-_I – масса суспензии дрожжей I стадии, кг;

m_СД-_II – масса суспензии дрожжей II стадии, кг;

m_CO_2-_II – масса углекислого газа, выделившегося при культивировании II стадии, кг;

m_{потерь-}_II – масса потерь II стадии, кг.

III стадия

где: m_ПС-_III – масса питательной среды с солодовым экстрактом и мелассой, используемой на III стадии, кг;

m_СД-_II – масса суспензии дрожжей II стадии, кг;

m_СД-_III – масса суспензии дрожжей III стадии, кг;

m_CO_2-_III – масса углекислого газа, выделившегося при культивировании III стадии, кг;

m_{потерь-}_III – масса потерь III стадии, кг.

IV стадия

где: m_ПС-_IV – масса питательной среды с солодовым экстрактом и мелассой, используемой на IV стадии, кг;

m_СД-_III – масса суспензии дрожжей III стадии, кг;

m_{мат.к-ры} – масса маточной культуры, кг;

m_CO_2-_IV – масса углекислого газа, выделившегося при культивировании IV стадии, кг;

m_{потерь-}_IV – масса потерь IV стадии, кг.

Если суммировать все 4 уравнения и сократить некоторые члены, то получим общее уравнение

Массой посевного материала m_ПМ, которым является чистая культура дрожжей на скошенном агаре, можно пренебречь в виду её малости.

Для нахождения массы образовавшегося на каждой стадии углекислого газа необходимо рассчитать тепловой эффект жизнедеятельности Q_ж, кДж:

где: q_s – теплота сгорания субстратов, кДж;

q_бм – теплота сгорания вновь образованной биомассы, кДж;

q_p – теплота сгорания целевого продукта, кДж.

где: H_i – удельная теплота сгорания i-ого компонента, кДж/кг;

m_i – масса i-ого компонента, кг.

Таблица 4.7.1.2.1 – Расчёт теплоты сгорания субстратов

Органические компоненты ПС	Масса компонента в ПС, кг	Масса основного вещества, кг	Удельная теплота сгорания H_i, кДж/кг	Теплота сгорания субстратов q_s, кДж
I и II стадия
Солодовый экстракт	6,98*10^-3	6,28*10^-3	16,5*10³	103,62
Итого:				103,62
III и IV стадия
Солодовый экстракт	0,42	0,38	16,5*10³	6270
Меласса	0,33	0,16	16,5*10³	2640
Итого:				8910

Теплота сгорания вновь образованной биомассы, кДж:

где: H_бм – удельная теплота сгорания биомассы, кДж/кг;

m_бм.к. – масса сухой биомассы в суспензии дрожжей в конце культивирования, кг;

m_бм.н. – масса сухой биомассы в суспензии дрожжей в начале культивирования, кг.

Принимаем по данным справочной литературы H_бм = 4750 ккал/кг = 19,9*10³ кДж/кг.

Находим массу дрожжей для засева аппарата ЧК-I (на засев аппарата ЧК-I идёт 2 колбы маточной культуры).

где: А – ожидаемое количество на стадии ЧК-I, кг;

µ - удельная скорость роста, ч^-1;

τ – длительность роста дрожжей без лаг-фазы, ч.

τ=24-1=23 ч

Масса дрожжей в 1 колбе:

Масса сухой биомассы, образовавшейся на IV стадии, кг:

где: СВ – сухое вещество биомассы, %.

СВ = 30 % по данным завода.

Находим массу дрожжей III стадии для засева IV стадии, кг:

τ=20-1=19 ч

Масса сухой биомассы, образовавшейся на III стадии, кг:

Находим массу дрожжей II стадии для засева III стадии, кг:

τ=22-1=21 ч

Масса сухой биомассы, образовавшейся на II стадии, кг:

Находим массу дрожжей I стадии для засева II стадии, кг:

τ=24-1=23 ч

Масса сухой биомассы, образовавшейся на I стадии, кг:

Массой чистой культуры, вносимой петлёй в питательную среду на I стадии, можно пренебречь в виду её малости.

Эквивалентное количество наиболее энергоёмкого компонента питательной среды, кг:

где: H_экв – удельная теплота сгорания наиболее энергоёмкого компонента питательной среды, кДж/кг.

Наиболее энергоёмким компонентом является солодовый экстракт.

Уравнение сбраживания мальтозы:

С₁₂H₂₂O₁₁ + H₂O –> 4 СH₃CH₂OH + 4 CO₂

Масса выделившегося при брожении углекислого газа:

где: m_мальт. – масса мальтозы, кг;

М_мальт. – молярная масса мальтозы, г/моль;

М_CO₂ – молярная масса углекислого газа, г/моль.

Тогда

где: m_испар.– масса потерь маточной культуры за счёт испарения, кг;

m_проб – масса потерь маточной культуры за счёт отбора проб, кг.

Объём маточной культуры, м³:

где: 0,5 – процент потерь маточной культуры за счёт испарения (по данным завода), %;

0,1 – процент потерь маточной культуры за счёт отбора проб (по данным завода), %.

Для нахождения неизвестных элементов уравнения материального баланса составляем систему уравнений с тремя неизвестными:

По справочным данным принимаем ρ_пара=0,03036 кг/м³.

Таблица 4.7.1.2.2 – Таблица материального баланса стадии ТП.3 процесса выращивания маточной культуры дрожжей

Наименование полупродуктов и сырья	Масса, кг	Объём, м³	Плотность, кг/м³
Израсходовано на стадии (суммарно)
А) Полупродукты:
1. Питательная среда с солодовым экстрактом	0,045	0,045*10^-3	1010
2. Питательная среда с солодовым экстрактом и мелассой	4,60	4,51*10^-3	1020
Б) Сырьё:
1. Чистая культура дрожжей на скошенном агаре	- (пренебрегаем)	-	-
Итого:	∑=4,65
Получено на стадии (суммарно)
А) Полупродукты:
1. Маточная культура дрожжей	4,63	4,53*10^-3	1021
Б) Отходы:
1. Выделившийся CO₂	0,014	-	-
В) Потери
1. Испарение	6,91*10^-7 (можно пренебречь)	2,28*10^-5	0,03036
2. Отбор проб	4,65*10^-3	4,555*10^-6	1021
Итого:	∑=4,65

4.7.2 Материальный баланс стадии ТП.7.1 выращивания маточных дрожжей ЧК-I

Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 134; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!