Расчет питательной среды для посевного материала
Материальный баланс
Расчет материального баланса представлен для производства кормового концентрата лизина (ККЛ).
1. Производственная мощность предприятия по лизину– 4,0 тыс. т/год
2. Время работы оборудования в году – 345 дней.
3. Продуктивность культуры (содержание лизина в культуральной жидкости (КЖ)) – 40 кг/м3.
4. Объем ферментатора – 100 м3.
5. Продолжительность ферментации – 60 ч.
6. Оборот ферментатора – 78 ч.
7. Коэффициент заполнения ферментатора – 0,7.
8. Объем исходной питательной среды (ИПС) – 40 м3, в том числе посевного материала – 5 м3.
9. Состав питательной среды для приготовления посевного материала кг/м3:
меласса 170;
кислотный гидролизат кормовых дрожжей – 20 (в расчете на товарные кормовые дрожжи);
хлорид аммония – 5;
двухзамещенный фосфат калия – 0,5;
пропинол Б-400 – 1,0;
вода (конденсат ВВУ) – остальное.
10. Состав исходной питательной среды, кг/м3:
меласса – 170;
кислотный гидролизат кормовых дрожжей – 20 (в расчете на товарные кормовые дрожжи);
хлорид аммония – 5;
двухзамещенный фосфат калия – 0,5;
пропинол Б-400 – 1,0;
вода (конденсат ВВУ) – остальное.
11. Состав подпитки, кг/м3:
меласса – 400;
кислотный гидролизат кормовых дрожжей – 15 (в расчете на товарные кормовые дрожжи);
хлорид аммония – 12;
двухзамещенный фосфат калия – 0,3;
аммиачная вода – 6,5 (в расчете на аммиак);
пропинол Б-400 – 1,0;
вода (конденсат ВВУ) – остальное.
12. Испарение и каплеунос при ферментации – 8 % от КЖ.
|
|
|
13. Потери лизина в производстве на технологических стадиях, %:
стабилизации и подкисления КЖ – 2;
упаривания КЖ – 6;
сушки концентрата – 4 (потери при сушке принимаются в зависимости от типа сушилки);
упаковки продукта – 1.
Объем производства лизина составляет 4000 т/год, или
4000:345 = 11,59 т/сут. (3.1)
Необходимо получить лизина на стадии ферментации с учетом производственных потерь:
т/сут, (3.2)
где 0,99; 0,96; 0,94; 0,98 – коэффициенты, учитывающие потери лизина
на технологических стадиях;
Количество КЖ, получаемой с одной операции по биосинтезу лизина, с учетом испарения жидкости и каплеуноса в процессе ферментации составит:
70∙(1 – 0,08) = 64,4 м3, (3.3)
где 70 – общий объем ИПС и подпитки, м3.
Количество лизина в КЖ с одной операции:
64,4∙40=2576 кг, (3.4)
где 40 – содержание лизина в КЖ, кг/м3.
Требуемое число операций за сутки (число сливов КЖ):
13,24∙103:2576=6. (3.5)
Ферментация
Расчет потребности производства в компонентах питательных сред производят на одну операцию по биосинтезу лизина (на одну загрузку ферментатора) исходя из прописи среды.
|
|
|
Для приготовления исходной питательной среды объемом 35 м3 требуется:
– мелассы:
35∙170 = 5950 кг, или
5950:1300 = 4,6 м3, (3.6)
где 1300 – плотность мелассы, кг/м3.
– кормовых дрожжей
35∙20 = 700 кг, (3.7)
или нейтрализованного кислотного гидролизата кормовых дрожжей
(700 + 700∙4):1020 = 3,4 м3, (3.8)
где 4 – гидромодуль обработки дрожжевой массы по нейтрализованному гидролизату;
1020 – плотность нейтрализованного гидролизата, кг/м3.
– хлорида аммония
35∙5 = 175 кг, или
175:1526 = 0,12 м3, (3.9)
где 1526 – плотность хлорида аммония, кг/м3.
– двухзамещенного фосфата калия
35∙0,5 = 17,5 кг, или
17,5:2340 = 0,0075 м3, (3.10)
где 2340 – плотность фосфата калия, кг/м3.
– пропинола Б-400
35∙1,0 = 35 кг, или
35:990 = 0,035 м3, (3.11)
где 990 – плотность пропинола Б-400, кг/м3.
Для корректировки рН исходной питательной среды требуется 1 м3 аммиачной воды (22 % аммиака), или
1∙916 = 916 кг, (3.12)
где 916 – плотность аммиачной воды, кг/м3.
|
|
|
Общий объем всех компонентов с учетом посевного материала составит:
5,0 + 4,6 + 3,4 + 0,12 + 0,0075 + 0,035 + 1,0 = 14,16 м3. (3.13)
Количество воды (конденсата ВВУ) для приготовления среды:
40 – 14,16 = 25,84 м3. (3.14)
Для приготовления подпитки объемом 30 м3 требуется:
– мелассы
30∙400 = 12000 кг, или
12000:1300 = 9,2 м3, (3.15)
– кормовых дрожжей
30∙15 = 450 кг, (3.16)
или нейтрализованного гидролизата кормовых дрожжей
(450 + 450∙4):1020 = 2,2 м3, (3.17)
– хлорида аммония
30∙12 = 360 кг, или
360:1526 = 0,24 м3. (3.18)
– двухзамещенного фосфата калия
30∙0,3 = 9 кг, или
9:2340 = 0,004 м3, (3.19)
– аммиачной воды
30∙6,5∙100:22 = 866 кг, или
866:916 = 0,96 м3, (3.20)
где 22 – содержание аммиака в аммиачной воде, %; 916 – плотность аммиачной воды, кг/м3.
– пропинола Б-400
30∙1,0 = 30 кг, или
30:990 = 0,03 м3. (3.21)
Общий объем всех компонентов:
9,2 + 2,2 + 0,24 + 0,004 + 0,96 + 0,03 = 12,7 м3. (3.22)
Количество воды (конденсата ВВУ) составит:
30 - 12,7 = 17,3 м3. (3.23)
|
|
|
Полученные данные сводят в таблицу 3.1. Суточный расход компонентов определяют исходя из потребности в них на одну операцию и числа операций (сливов КЖ) за сутки.
Таблица 3.1 – Материальный баланс процесса ферментации
| Наименование компонентов | Количество на одну операцию | Количество за сутки | ||
| по массе, кг | по объему, м3 | по массе, т | по объему, м3 | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Приход | ||||
| Исходная питательная среда: | ||||
| – меласса | 5950 | 4,6 | 35,7 | 27,6 |
| – нейтрализованный гидролизат кормовых дрожжей | 700 | 3,4 | 4,2 | 20,4 |
| – хлорид аммония | 175 | 0,12 | 1,05 | 0,72 |
| – двухзамещенный фосфат калия | 17,5 | 0,0075 | 0,105 | 0,045 |
| – пропинол Б-400 | 35 | 0,035 | 0,21 | 0,21 |
| – аммиачная вода | 916 | 1,0 | 5,5 | 6,0 |
| – вода (конденсат ВВУ) | 25840 | 25,84 | 155,0 | 155,0 |
| – посевной материал | 4905 | 5,0 | 29,43 | 30,0 |
| Всего: | 38538,5 | 40 | 231,195 | 239,975 |
| Подпитка: | ||||
Продолжение таблицы 3.1
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| – меласса | 12000 | 9,2 | 72,0 | 55,2 |
| – нейтрализованный гидролизат кормовых дрожжей | 2250 | 2,2 | 13,5 | 13,2 |
| – хлорид аммония | 360 | 0,24 | 2,16 | 1,44 |
| – двухзамещенный фосфат калия | 9 | 0,004 | 0,054 | 0,024 |
| – пропинол Б-400 | 30 | 0,03 | 0,18 | 0,18 |
| – аммиачная вода | 886 | 0,96 | 5,3 | 5,76 |
| – вода (конденсат ВВУ) | 17300 | 17,3 | 103,8 | 103,8 |
| Всего: | 32835 | 30,0 | 197,0 | 180,0 |
| Итого: | 71373,5 | 70,0 | 428,195 | 420,0 |
| Расход | ||||
| Жидкость на испарение и каплеунос | 5709,76 | 5,6 | 34,258 | 33,6 |
| Культуральная жидкость | 65662,24 | 64,4 | 393,97 | 386,4 |
| Всего: | 71373,5 | 70,0 | 428,228 | 420,0 |
Из приведенного в таблице материального баланса следует, что плотность ферментационной среды составит в среднем:
71373,5:70 = 1019,6кг/м3. (3.24)
Расчет потребности в компонентах питательной среды для получения посевного материала производят таким же образом, как и для рабочей ферментационной среды. Количество посевного материала составляет 5-10 % от общего объема питательной среды в ферментаторе.
Учитывая потери питательной среды в процессе ее подготовки и передачи
на ферментацию, а также расход ее на нестерильные операции, общую потребность в среде увеличивают на 20 % от расчетной.
5∙1,2 = 6 м3 (3.25)
Расчет питательной среды для посевного материала
Для приготовления посевного материала объемом 6 м3 требуется:
– мелассы:
6∙170 = 1020 кг, или
1020:1300 = 0,78 м3, (3.26)
где 1300 – плотность мелассы, кг/м3.
– кормовых дрожжей
6∙20 = 120 кг, (3.27)
или нейтрализованного кислотного гидролизата кормовых дрожжей
(120 + 120∙4):1020 = 0,47 м3, (3.28)
где 4 – гидромодуль обработки дрожжевой массы по нейтрализованному гидролизату;
1020 – плотность нейтрализованного гидролизата, кг/м3.
– хлорида аммония
6∙5 = 30 кг, или
35:1526 = 0,02 м3, (3.29)
где 1526 – плотность хлорида аммония, кг/м3.
– двухзамещенного фосфата калия
6∙0,5 = 3 кг, или
3:2340 = 0,0013 м3, (3.30)
где 2340 – плотность фосфата калия, кг/м3.
– пропинола Б-400
6∙1,0 = 6 кг, или
6:990 = 0,006 м3, (3.31)
где 990 – плотность пропинола Б-400, кг/м3.
Для корректировки рН исходной питательной среды требуется 0,17 м3 аммиачной воды (22 % аммиака), или
0,17∙916 = 155,72 кг, (3.32
где 916 – плотность аммиачной воды, кг/м3.
Общий объем всех компонентов составит:
0,78 + 0,47 + 0,02 + 0,0013 + 0,006 + 0,17 = 1,45 м3. (3.33)
Количество воды (конденсата ВВУ) для приготовления среды:
6 - 1,45 = 4,55 м3. (3.34)
Таблица 3.2 – Материальный баланс питательной среды для посевного материала
| Наименование компонентов | Количество на одну операцию | Количество за сутки | ||
| по массе, кг | по объему, м3 | по массе, т | по объему, м3 | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Питательная среда: | ||||
| – меласса | 1020 | 0,78 | 6,12 | 4,68 |
| – нейтрализованный гидролизат кормовых дрожжей | 120 | 0,47 | 0,72 | 2,82 |
Продолжение таблицы 3.2
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| – хлорид аммония | 30 | 0,02 | 0,18 | 0,12 |
| – двухзамещенный фосфат калия | 3 | 0,0013 | 0,018 | 0,0078 |
| – пропинол Б-400 | 6 | 0,006 | 0,036 | 0,036 |
| – аммиачная вода | 155,72 | 0,17 | 0,93 | 1,02 |
| – вода (конденсат ВВУ) | 4550 | 4,55 | 27,3 | 27,3 |
| Всего: | 5884,72 | 6,0 | 35,3 | 35,98 |
Из приведенного в таблице материального баланса следует, что плотность суспензии посевного материала составит в среднем:
5884,72:6 = 981 кг/м3. (3.24)
Тепловой баланс
Ферментация
Уравнение теплового баланса процесса ферментации в общем виде можно представить выражением:
, (3.35)
где 
– количество тепла, вносимого в ферментатор соответственно
за счет жизнедеятельности продуцентов лизина (биологическое тепло), перемешивающим устройством и со стерильным воздухом;
– количество тепла, отводимого от ферментатора отработанным воздухом и охлаждающей водой;
–потери тепла в окружающую среду.
В расчете на одну операцию:
, (3.36)
где 
–тепловыделение в процессе биосинтеза:
– для мелассной среды максимальное тепловыделение 
= 46 МДж/(м3∙ч),
– для ацетатной 
= 62,8 МДж/(м3∙ч);
V – объем среды в ферментаторе, м3.
= 46∙70 = 3220 МДж/ч = 890 кВт
Количество тепла, вносимого в ферментатор перемешивающим устройством:
, (3.37)
где N – мощность привода перемешивающего устройства, кВт (зависит
от объема ферментатора);
– коэффициент полезного действия электропривода.
= 160∙0,8 = 128 кВт. (3.38)
Количество тепла, вносимого в ферментатор воздухом:
= 
, (3.39)
где m – расход воздуха на ферментацию, м3/ч;
– плотность входящего воздуха, кг/м3;
I – теплосодержание входящего воздуха, кДж/кг сухого воздуха.
Влагосодержание воздуха и его энтальпию можно определить по I-x – диаграмме Рамзина или рассчитать аналитически по уравнениям[5]:
(3.40)
I = (1,01 + 1,97∙х)∙t + 2493∙х, (3.41)
где х – влагосодержание воздуха, кг водяного пара/кг сухого воздуха;
t – температура воздуха, ○С;
– давление насыщенного водяного пара при температуре воздуха t, Па;
П – общее давление воздуха, Па;
– относительная влажность воздуха, масс.доли.
Плотность влажного воздуха определяют по уравнению:
= (3,48∙10-3:T)∙(П – 0,378∙ 
∙ 
), (3.42)
гдеТ – температура воздуха, К.
В качестве исходных данных принимаем для расчета следующие параметры входящего воздуха:
t = 60○С = 333 К; 
= 0,4;
= 19,92 кПа (по табл. XXXVIII [5] при 60 ○С).
кг/кг.
Тогда:
I = (1,0 + 1,97∙0,021)∙60 + 2493∙0,021 =
= 63,08 + 52,35 = 115,4 кДж/кг;
кг/м3;
кВт.
где 60 – расход воздуха на ферментацию, м3/(м3∙ч);
70 – объем среды в ферментаторе, м3.
Отработанный воздух имеет следующие параметры:
температура 
= 30○С = 303 К; 
= 1,0;
давление воздуха на выходе из ферментатора П2= 20 кПа;
= 4,2 кПа (по табл. XXXVIII [5] при 30 ○С).
Тогда:
кг/кг;
I = (1,01 + 1,97∙0,165)∙30 + 2493∙0,165 = 451,4 кДж/кг;
кг/м3;
кВт.
Количество тепла, отводимого от ферментатора оборотной водой:
=
= 890 + 128 + 336,6 – 110,595 – 40,6 = 1203,405кВт. (3.43)
Потери тепла в окружающую среду:
= 0,03∙(890 + 128 + 336,6) = 40,6 кВт.
Дата добавления: 2019-07-17; просмотров: 1682; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!