Материальные расчеты по проектируемым стадиям
4.7.1 Материальный баланс стадии ТП.3 выращивания маточной культуры в лаборатории Расчёты приводятся для получения 1 колбы маточной культуры (Vмат.к-ры = 4,53 л). 4.7.1.1 Материальный баланс приготовления и стерилизации питательных сред
где: mстер.ПС – масса стерильной питательной среды с солодовым экстрактом, кг; mнестер.ПС – масса нестерильной питательной среды с солодовым экстрактом, кг; mр-ра сэ – масса раствора солодового экстракта, кг; m(NH4)2SO4 – масса (NH4)2SO4, кг; m(NH4)2HPO4 – масса (NH4)2HPO4, кг; mMgSO4 – масса MgSO4, кг; mмол.кты – масса молочной кислоты, кг.
Массой молочной кислоты пренебрегаем в виду её малости.
где: Vстер.ПС – объём стерильной питательной среды с солодовым экстрактом, м3; ρстер.ПС – плотность стерильной питательной среды с солодовым экстрактом, кг/м3. Плотность принимаем по данным завода равной ρстер.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
Масса (NH4)2HPO4: По данным завода на приготовление 4,5 л питательной среды идёт 30,20 г (NH4)2HPO4. Находим через пропорцию
Масса MgSO4: По данным завода на приготовление 4,5 л питательной среды идёт 7,50 г MgSO4. Находим через пропорцию
Масса раствора солодового экстракта, кг:
где: mсэ – масса солодового экстракта, кг; СВр-ра сэ – сухое вещество раствора солодового экстракта, %; СВсэ – сухое вещество солодового экстракта, %. СВсэ = 82 % - по данным завода. СВр-ра сэ = 13 % - по данным завода.
Таблица 4.7.1.1.1 – Таблица материального баланса стадии ТП.3 приготовления и стерилизации питательной среды с солодовым экстрактом в автоклаве
где: mстер.ПС – масса стерильной питательной среды с солодовым экстрактом и мелассой, кг; mнестер.ПС – масса нестерильной питательной среды с солодовым экстрактом и мелассой, кг; mр-ра сэ – масса раствора солодового экстракта и мелассы, кг; m(NH4)2SO4 – масса (NH4)2SO4, кг; m(NH4)2HPO4 – масса (NH4)2HPO4, кг; mMgSO4 – масса MgSO4, кг; mмол.к-ты – масса молочной кислоты, кг.
где: Vстер.ПС – объём стерильной питательной среды с солодовым экстрактом и мелассой, м3; ρстер.ПС – плотность стерильной питательной среды с солодовым экстрактом и мелассой, кг/м3. Плотность принимаем по данным завода равной ρстер.ПС = 1020 кг/м3. 4,6 кг
где: mсэ – масса солодового экстракта, кг; mмел. – масса мелассы, кг; СВсэ – сухое вещество солодового экстракта, %; СВмел. – сухое вещество мелассы, %; СВр-ра сэ и мел. – сухое вещество раствора солодового экстракта и мелассы, %. СВсэ = 82 % - по данным завода. СВмел. = 74 % - по данным завода. СВр-ра сэ и мел. = 13 % - по данным завода.
где: Vмол.к-ты – объём молочной кислоты 80 %, м3; ρмол.к-ты – плотность молочной кислоты 80 %, кг/м3. По данным завода принимаем ρмол.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:
Тогда Масса (NH4)2SO4: По данным завода на приготовление 4,5 л питательной среды идёт 14,85 г (NH4)2SO4. Находим через пропорцию
Масса (NH4)2HPO4: По данным завода на приготовление 4,5 л питательной среды идёт 30,20 г (NH4)2HPO4. Находим через пропорцию
Масса MgSO4: По данным завода на приготовление 4,5 л питательной среды идёт 7,50 г MgSO4. Находим через пропорцию
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:
Таблица 4.7.1.1.2 – Таблица материального баланса стадии ТП.3 приготовления и стерилизации питательной среды с солодовым экстрактом и мелассой в автоклаве
4.7.1.2 Материальный баланс культивирования маточной культуры Расчёты приводятся для получения 1 колбы маточной культуры
где: mПС-I – масса питательной среды с солодовым экстрактом, используемой на I стадии, кг; mПМ – масса посевного материала, кг; mСД-I – масса суспензии дрожжей I стадии, кг; mCO2-I – масса углекислого газа, выделившегося при культивировании I стадии, кг; mпотерь-I – масса потерь I стадии, кг.
где: mПС-II – масса питательной среды с солодовым экстрактом, используемой на II стадии кг; mСД-I – масса суспензии дрожжей I стадии, кг; mСД-II – масса суспензии дрожжей II стадии, кг; mCO2-II – масса углекислого газа, выделившегося при культивировании II стадии, кг; mпотерь-II – масса потерь II стадии, кг.
где: mПС-III – масса питательной среды с солодовым экстрактом и мелассой, используемой на III стадии, кг; mСД-II – масса суспензии дрожжей II стадии, кг; mСД-III – масса суспензии дрожжей III стадии, кг; mCO2-III – масса углекислого газа, выделившегося при культивировании III стадии, кг; mпотерь-III – масса потерь III стадии, кг.
где: mПС-IV – масса питательной среды с солодовым экстрактом и мелассой, используемой на IV стадии, кг; mСД-III – масса суспензии дрожжей III стадии, кг; mмат.к-ры – масса маточной культуры, кг; mCO2-IV – масса углекислого газа, выделившегося при культивировании IV стадии, кг; mпотерь-IV – масса потерь IV стадии, кг.
Массой посевного материала mПМ, которым является чистая культура дрожжей на скошенном агаре, можно пренебречь в виду её малости.
где: qs – теплота сгорания субстратов, кДж; qбм – теплота сгорания вновь образованной биомассы, кДж;
где: Hi – удельная теплота сгорания i-ого компонента, кДж/кг; mi – масса i-ого компонента, кг. Таблица 4.7.1.2.1 – Расчёт теплоты сгорания субстратов
где: Hбм – удельная теплота сгорания биомассы, кДж/кг; mбм.к. – масса сухой биомассы в суспензии дрожжей в конце культивирования, кг; mбм.н. – масса сухой биомассы в суспензии дрожжей в начале культивирования, кг. Принимаем по данным справочной литературы Hбм = 4750 ккал/кг = 19,9*103 кДж/кг.
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:
где: СВ – сухое вещество биомассы, %. СВ = 30 % по данным завода.
τ=20-1=19 ч
τ=22-1=21 ч
τ=24-1=23 ч
Массой чистой культуры, вносимой петлёй в питательную среду на I стадии, можно пренебречь в виду её малости.
где: Hэкв – 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
где: mмальт. – масса мальтозы, кг; Ммальт. – молярная масса мальтозы, г/моль; МCO2 – молярная масса углекислого газа, г/моль.
где: mиспар. – масса потерь маточной культуры за счёт испарения, кг; mпроб – масса потерь маточной культуры за счёт отбора проб, кг.
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 ρпара=0,03036 кг/м3.
Таблица 4.7.1.2.2 – Таблица материального баланса стадии ТП.3 процесса выращивания маточной культуры дрожжей
где: mстер.ПС – масса стерильной питательной среды в аппарате ЧК-I, кг; 2 – коэффициент, учитывающий, что на засев аппарата ЧК-I идёт две колбы маточной культуры; mмат.к-ры – масса маточной культуры дрожжей, полученной в лаборатории, кг; mстер.лапр. – масса стерильного лапрола, кг; mH2SO4 – масса серной кислоты 98 %, потраченной для поддержания рН, кг; mO2 – масса кислорода, потреблённого из воздуха в процессе культивирования, кг; mвл.возд. – масса влаги, унесённой воздухом, кг; mСД ЧК-I – масса суспензии дрожжей ЧК-I, кг; mCO2 – масса углекислого газа, выделившегося в процессе культивирования, кг; mбр. – масса жидкости, унесённой из аппарата ЧК-I в виде брызг, кг.
Массами брызг, лапрола ПД-1 и H2SO4 можно пренебречь в виду их малости.
где: VЧК-I сл. – объём аппарата ЧК-I на сливе, м3; ρСД ЧК-I – плотность суспензии дрожжей ЧК-I, кг/м3. По расчётным данным на стр. 31 VЧК-I сл.=7 м3, по данным завода принимаем плотность ρСД ЧК-I=1007 кг/м3. Тогда
где: Vстер.ПС – объём стерильной питательной среды, м3; ρстер.ПС – плотность стерильной питательной среды, кг/м3. По данным завода принимаем Vстер.ПС=6,5 м3.
где: qs – теплота сгорания субстратов, кДж; qбм – теплота сгорания вновь образованной биомассы, кДж;
где: Hi – удельная теплота сгорания i-ого компонента, кДж/кг; mi – масса i-ого компонента, кг.
где: mмел. – количество мелассы, кг; Д – ожидаемое количество дрожжей, кг; 46 – содержание сахара в условной мелассе, %; B – выход дрожжей, %; С – содержание сахара в натуральной мелассе, %. По данным завода принимаем В=35%, С=48%.
где: 2 – коэффициент, учитывающий, что на засев аппарата ЧК-I идёт две колбы маточной культуры. mдр=179,97 кг (стр. 31) mIV=1,44 (из таблицы материального баланса на стр. 47)
Таблица 4.7.2.1 – Расчёт теплоты сгорания субстратов
где: Hбм – удельная теплота сгорания биомассы, кДж/кг; mбм.к. – масса сухой биомассы в суспензии дрожжей в конце культивирования, кг; mбм.н. – масса сухой биомассы в суспензии дрожжей в начале культивирования, кг. Принимаем по данным справочной литературы Hбм = 4750 ккал/кг = 19,9*103 кДж/кг.
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 2 колбах:
где: СВ – сухое вещество биомассы, %. СВ = 30 % по данным завода.
где: СВ – сухое вещество биомассы, %. СВ = 30 % по данным завода.
где: Hэкв – удельная теплота сгорания наиболее энергоёмкого компонента питательной среды, кДж/кг. Наиболее энергоёмким компонентом является меласса. Уравнение окисления сахарозы: С12H22O11 + 17,5 O2 –> 12 CO2 + 11 H2O
где: mсахар. – масса сахарозы, кг; Мсахар. – молярная масса сахарозы, г/моль; МO2 – молярная масса кислорода, г/моль.
где: mсахар. – масса сахарозы, кг; Мсахар. – молярная масса сахарозы, г/моль; МCO2 – молярная масса углекислого газа, г/моль.
где: Хвх – влагосодержание, воздуха, поступающего в аппарат ЧК-I, кг вод. пара/ кг сух. возд;
где: Vвозд. – объём воздуха, м3; ρвозд. – плотность подаваемого воздуха, кг/м3. По справочным данным принимаем ρвозд.=1,2929 кг/м3. По справочным данным на 1 кг мелассы (С=50 %) расходуется 19 м3 воздуха. Тогда на 1 кг мелассы (С=48 %) расходуется объём воздуха а на 484,89 кг мелассы (С=48 %) Тогда
где: 0,622 – соотношение молекулярных масс водяного пара и воздуха; φ – относительная влажность воздуха, доли; П – общее давление паро-воздушной смеси, МПа; Рнас – давление насыщенного водяного пара, МПа. Необходимо рассчитать три различных влагосодержания – влагосодержание наружного воздуха, влагосодержание регламентного воздуха и влагосодержание выходящего воздуха. Для расчёта влагосодержания наружного воздуха находим Рнас и φср..
где: tзим – температура воздуха зимой, 0С; tлет – температура воздуха летом, 0С. Так как производство расположено в г. Санкт-Петербург, по справочным данным принимаем tзим= -7,7 0С; tлет = 17,5 0С. Тогда по справочным данным принимаем Рнас = 6,54 мм рт. ст. = 871,78 Па. П=Ратм=1,01*105 Па
где: φзим – относительная влажность воздуха зимой, %; φлет – относительная влажность воздуха летом, %. Так как производство расположено в г. Санкт-Петербург, по справочным данным принимаем φзим= 87 %; φлет = 69 %. Тогда Для расчёта влагосодержания регламентного воздуха, зная его температуру, находим Рнас. tвозд = 80 0С, следовательно по справочным данным принимаем Рнас=355,1 мм рт. ст. = 47,33*103 Па По данным завода П=0,25*106 Па. Тогда Сравниваем влагосодержание наружного и регламентного воздуха: 0,0042<0,07 Хнар < Хрегл Следовательно, Хвх=Хнар=0,0042. Для расчёта влагосодержания выходящего воздуха, зная его температуру, находим Рнас. tвозд = 32 0С, следовательно по справочным данным принимаем Рнас=35,66 мм рт. ст. = 4,75*103 Па По данным завода П=0,13*106 Па Тогда Знак «минус» означает, что происходит влагоунос. Тогда
Таблица 4.7.2.2 – Таблица материального баланса стадии ТП.7.1 выращивания маточных дрожжей ЧК-I
Популярное: Личность ребенка как объект и субъект в образовательной технологии: В настоящее время в России идет становление новой системы образования, ориентированного на вхождение... Как распознать напряжение: Говоря о мышечном напряжении, мы в первую очередь имеем в виду мускулы, прикрепленные к костям ... Почему двоичная система счисления так распространена?: Каждая цифра должна быть как-то представлена на физическом носителе... Как вы ведете себя при стрессе?: Вы можете самостоятельно управлять стрессом! Каждый из нас имеет право и возможность уменьшить его воздействие на нас... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (251)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |