Проектирование участка ферментации нистатина с годовой мощностью 430000 млрд. ед. по готовому продукту

V_сут = V_{на 1 опер}. *n, м³; V_{на 1 опер.} = 11,47 м^{3 (}1.6.4, таб.9);

n _сл. =1,8 V_сут = 11,47*1,8 =20 м³;

ц = 0,85; n =1; V_раб. = = 24м³.

По [5] принимаем к установке аппарат вместимостью 25 м³.

Расчет количества аппаратов к установке,

n _ап. = V_сут · (1 + Z) · ф_ц. / 24 · V_кат. (ед),

где Z - коэффициент запаса мощности оборудования;

Z = 0,2 (по данным комбината);

ф_{ц. -} время оборачиваемости аппарата, ч;

ф_ц. = 24ч (по данным комбината);

n _ап. = 20 · (1 + 0.2) · 24/24 ·25 =0,96 ед

Уточняем количество аппаратов: n _ут. =1 ед.;

2.6 Расчет реактора ортофосфорной кислоты

V_раб. = (м³),

где V_сут - суточный объем, м³;

V_сут = V_{на 1 опер}. *n, м³;

V_{на 1 опер.} = 0,0178 м^{3 (}1.6.4, таб.9); n _сл. =1,8_сут = 0,0178*1,8 =0,03м³; ц = 0,85; n =1;_раб. = = 0,035 м³.

По [5] принимаем к установке аппарат вместимостью 0,25м³, (d =0,7 м).

Расчет количества аппаратов к установке,

n _ап. = V_сут · (1 + Z) · ф_ц. / 24 · V_кат. (ед),

где Z - коэффициент запаса мощности оборудования;

Z = 0,2 (по данным комбината);

ф_ц. - время оборачиваемости аппарата, ч;

ф_ц. = 24ч (по данным комбината);

n _ап. = 0,03 · (1 + 0.2) · 24/24 · 0,25 = 0,1 ед.

Уточняем количество аппаратов: n _ут. =1 ед.;

2.7 Расчет реактора подсолнечного масла

V_раб. = (м³),

где V_сут - суточный объем, м³;

V_сут = V_{на 1 опер}. *n, м³; V_{на 1 опер.} = 13,9392 м³ (таб. 10); n _сл. =1,8

V_сут = 13,9392*1,8 =25 м³; ц = 0,85; n =1; V_раб. = = 29 м³.

По [5] принимаем к установке 2 аппарата вместимостью 30 м³, (Спецификация представлена в таблице 1

Раздел 3. Тепловые и энергетические расчеты

Тепловой расчет стадии выращивания вегетативного посевного материала в инокуляторе

3.1 Тепловой расчет стерилизации пустого аппарата

режим - нагрев: t_н = 20 С; t_к = 132 С;

II режим - выдержка: t = 132 C; ф_выд = 60 мин.;

III режим - охлаждение: t_н = 132 С; t_к = 40 C;

Уравнение теплового баланса

Q_общ = Q₁ + Q₂ + Q_3,

где Q₁ - тепло, необходимое на нагрев, Дж;

Q_{2 -} тепло, необходимое на выдержку, Дж;

Q_{3 -} тепло, отводимое, Дж;

I Режим - нагрев пустого аппарата

Расчет тепла, необходимого на нагрев Q₁, Дж,

Q₁ = Q_ап + Q_изол + Q_пот,

Расчет количества тепла, необходимого на нагрев аппарата Q_ап, Дж,

Q_ап = m_ап · С_ст · (t_к - t_н),

где m_ап - масса аппарата, кг;

С_ст - теплоемкость стали, Дж/кг · С;

С_ст = 502 Дж/кг · С [9];

t_к - конечная температура стерилизации, С;

t_к = 132 С [9];

t_{н -} начальная температура, С;

t_н = 20 С [9];

Определяем массу аппарата

m_ап=[р·D_ап·Н_ап I_ап +2р·(r_ап²+h_ап²) I_ап + р · (r_р.2 + h_{сф. р.2}) I_р +р·D_р. · Н_р I_р] с_cn,

где р - постоянная величина; р = 3.14;

D_ап - диаметр аппарата, м; D_ап = 1,6 м [5];

I_ап - толщина стенки аппарата, м; I_ап =0,014м [5];

Н_ап - высота аппарата, м; H_ап = 1,9905 м;

с_cт - плотность стали, кг/м³; с_cт =7850 кг/м³ [9];

г_{сф. ап} - радиус аппарата (D_ап / 2), м; r_{сф. ап} = 0,8 м;

h_{сф. ап} - высота сферической части аппарата (7% от H_ап), м; h_{сф. ап} = 0,1592 м;

D_{р. -} диаметр аппарата с рубашкой (D_ап + 0.1 м), м; D_р. = 1,7 м [5];

Н_{р. -} высота аппарата с рубашкой (2/3 · H_ап), м; Н_р. = 1,327 м;

r_{р. -} радиус аппарата с рубашкой (D_р. / 2), м; r_р. = 0,85 м;

h_{сф. р. -} высота сферической части рубашки (7% от H_р.), м; h_{сф. р.} = 0,1062 м;

I_р =0,008м [5];

m_ап = [3,14 · 1,9905 · 0,014• 1,6 +2· 3,14 (0,8 ² + 0,1592²) 0,014 + 3,14 · (0,85² + 0,1062²) •0,008 +3,14 · 1,7 · 1,327• 0,008_] •7850 =2147,7717 кг.

Q_ап = 2147,7717 · 502 · (132 - 20) = 120,7563 ·10⁶ Дж.

Расчет тепла, необходимого на нагрев изоляции Q_изол, Дж,

Q_изол = F_из · у_из · с_из · С_из · (t_{из. ср} - t_{н. из}),

где F_из - площадь поверхности изоляции, м²;

у_из - толщина изоляции, м;

у_из = 0,12 м [5];

с_из - плотность изолирующего материала, кг/м³;

с_из = 1500 кг/м³ [9];

С_из - теплоемкость изолирующего материала, Дж/кг С;

С_из = 920 Дж/кг С [9];

t_{из. ср -} температура изоляции средняя, С;

t_{из. ср} = (t_выд. + t_{н. из}) / 2,

где

t_{выд. -} температура выдержки, С; t_выд. = 132 С (по данным комбината); t_{н. из} - начальная температура изоляции, С; t_{н. из} = 40 С (по данным комбината);

t_{из. ср} = (132 + 40) / 2 = 86 С

Определяем площадь поверхности изоляции

F_из = р · D_ап · Н_ап + р · (r_{сф. ап} ² + h_{сф. ап}²) + р · D_р. · Н_р. + р · (r_р.2 + h_{сф. р.2}),

Объяснение величин входящих в формулу в пункте 3.1.1.2.1

F_из = 3,14 · 1,6 · 1,9905 +3,14 · (0,8 ² + 0,1592²) + 3,14 · 1,7 · 1,327 + 3.14

· (0,85 ² + 0,1062 ²) = 22, 1933 м²

Q_изол = 22, 1933 · 0,12 · 1500 · 920 · (86 - 40) = 169,0597 · 10⁶ Дж.

Расчет количества потерь тепла в окружающую среду Q_пот, Дж,

Q_пот = 10% · (Q_ап + Q_изол) (Дж),

где Q_ап - тепло, необходимое на нагрев аппарата, Дж;

Q_ап = 120,7563 · 10⁶ Дж;

Q_{изол -} тепло, необходимое на нагрев изоляции, Дж;

Q_изол = 169,0597 · 10⁶ Дж;

Q_пот = 0.1 (120,7563·10⁶ + 169,0597· 10⁶) = 28,9816·10⁶Дж.

Q₁ = 120,7563· 10⁶ + 169,0597· 10⁶ + 28,9816· 10⁶= 318,7976 · 10⁶Дж.

II Режим - выдержка пустого аппарата

Расчет тепла, необходимого на выдержку Q₂, Дж, Q₂ = Q_{пот. выд. (}Дж), расчет потерь тепла Q_{пот. выд}, Дж,

Q_{пот. выд.} = б · F_из · (t_{н. из. -} t_возд) · ф_выд (Дж),

где б - коэффициент лучеиспускания, Вт/м² · с;

б = 9.74 + 0.07 (t_{н. из. -} t_возд),

где t_{н. из. -} начальная температура изоляции, С;

t_{н. из} = 40 С;

t_возд - температура воздуха, С;

t_возд = 20 C;

б = 9,74 + 0,07 (40 _- 20) = 11,14 Вт/м² · с.

F_из - площадь наружной поверхности изоляции, м²;

F_из = 22, 1933 м²;

ф_выд - время выдержки, с;

ф_выд = 3600 c [1];

Q₂ = Q_{пот. выд.} = 11,14 · 22, 1933 · (40 - 20) · 3600 = 17,8008 · 10⁶Дж.

Расчет массы пара m_пара, кг,

m_пара = Q₁ + Q_2/ (J_пара - J_конд),

где Q₁ - тепло, необходимое на нагрев, Дж;

Q₁ = 318,7976 · 10⁶ Дж;

Q₂ - тепло, необходимое на выдержку, Дж;

Q₂ = 17,8008 · 10⁶ Дж;

J_пара - энтальпия пара, Дж/кг;

J_пара = 2728,8 · 10³ Дж/кг [8];

J_конд - энтальпия конденсата, Дж/кг;

J_конд = 555,36 · 10³ Дж/кг [8];

m_пара = 318,7976 · 10⁶ + 17,8008 · 10^6/ (2728,8 · 10³ - 555,36 · 10³) = 154,8689 кг.

III Режим - охлаждение пустого аппарата

Расчет тепла, необходимого на охлаждение Q₂, Дж,

Q₃ = Q_ап + Q_изол (Дж),

где Q_ап - тепло, отводимое от аппарата, Дж;

Q_изол - тепло, отводимое от изоляции, Дж;

Q_изол = 169,0597 · 10⁶ Дж;

Расчет тепла, отводимого от аппарата Q_ап, Дж,

Q_ап = m_ап · С_ст · (t_н - t_к) (Дж),

где m_{ап -} масса аппарата, кг;

m_ап = 2147,7717 кг;

С_ст - теплоемкость стали, Дж/кг;

С_ст = 502 Дж/кг [9];

t_к - конечная температура, С;

t_к = 40С;

t_{н -} начальная температура, С;

t_н = 132С;

Q_ап = 2147,7717 · 502 · (132 - 40) = 99, 1927 · 10⁶ Дж

Q₃ = 99, 1927· 10⁶ + 169,0597· 10⁶ = 268,2524· 10⁶ Дж.

Расчет воды на охлаждение аппарата m_воды, кг,

m_воды = Q_3/ (t_{к. в} - t_{н. в}) 4190 (кг),

где Q₃ - тепло, уносимое при охлаждении, Дж;

Q₃ = 268,2524· 10⁶ Дж;

t_{к. в} - конечная температура воды, С;

t_{к. в} = 20 C [1];

t_{н. в} - начальная температура воды, С;

t_{н. в} = 8 С [1];

m_воды = 268,2524· 10^6/ (20 - 8) 4190 = 5335,1 кг.

Q_общ = 318,7976 · 10⁶+ 17,8008 · 10⁶+ 268,2524· 10⁶ = 604,850800· 10⁶ Дж.

3.2 Тепловой расчет стерилизации инокулятора со щелочью

Уравнение теплового баланса

Q_общ = Q₁ + Q₂ + Q_{3 (}Дж),

где Q₁ - тепло, необходимое на нагрев, Дж;

Q_{2 -} тепло, необходимое на выдержку, Дж;

Q_{3 -} тепло, отводимое, Дж;

I Режим - нагрев пустого аппарата

Расчет тепла, необходимого на нагрев Q₁, Дж,

Q₁ = Q_ап + Q_изол + Q_пот + Q_{ср. (}Дж),

Расчет количества тепла, необходимого на нагрев аппарата Q_ап, Дж,

Q_ап = m_ап · С_ст · (t_к - t_н) (Дж),

где m_ап - масса аппарата, кг; m_ап = 2147,7717 кг;

С_ст - теплоемкость стали, Дж/кг · С; С_ст = 502 Дж/кг · С [9];

t_к - конечная температура стерилизации, С; t_к = 100 С;

t_{н -} начальная температура, С; t_н = 20 С;

Q_ап = 2147,7717· 502· (100 - 20) = 86,2545· 10⁶ Дж.

Расчет тепла, необходимого на нагрев изоляции Q_изол, Дж,

Q_изол = F_из · у_из · с_из · С_мат · (t_{из. ср} - t_{н. из}) (Дж),

где F_из - площадь наружной поверхности изоляции, м²; F_из = 22, 1933 м²; у_из - толщина изоляции, м; у_из = 0,12 м [1]; с_из - плотность изолирующего материала, кг/м³; с_из = 1500 кг/м³ [9]; С_мат - теплоемкость изолирующего материала, Дж/кг С; С_мат = 920 Дж/кг С [9]; t_{из. ср -} температура изоляции средняя, С;

t_{из. ср} = (t_выд. + t_{н. из}) / 2,

где t_{выд. -} температура выдержки, С;

t_выд. = 100 С; t_{н. из} - начальная температура изоляции, С; t_{н. из} = 40 С;

t_{из. ср} = (100 + 40) / 2 = 70 С.

Q_изол = 22, 1933 · 0,12 · 1500 · 920 · (70 - 40) = 110,2563 · 10⁶ Дж.

Расчет тепла, необходимого на нагрев среды в аппарате Q_ср., Дж,

Q_ср. = m_ср · С_ср · (t_к - t_н) (Дж),

где m_{ср. -} масса раствора щелочи, кг; m_ср. = 4160 кг [1];

С_ср - теплоемкость среды, Дж/кг С; С_ср = 4190 Дж/кг С [7];

t_к = 100 С [1];

t_{н -} начальная температура, С; t_н = 20 С [1];

Q_ср. = 4160 · 4190 · (100 - 20) = 1394,432· 10⁶ Дж.

Расчет количества потерь тепла в окружающую среду Q_пот, Дж,

Q_пот = 10% · (Q_ап + Q_изол+ Q_ср) (Дж),

где Q_ап - тепло, необходимое на нагрев аппарата, Дж; Q_ап=86,2545·10⁶ Дж;

Q_{изол -} тепло, необходимое на нагрев изоляции, Дж; Q_изол=110,2563·10⁶ Дж;

Q_ср - тепло, необходимого на нагрев среды в аппарате, Дж; Q_ср =1394,4320· 10⁶ Дж;

Q_пот = 0,1 (86,2545·10⁶+110,2563·10⁶+1394,4320· 10⁶) = 159,0943· 10⁶Дж.

Q₁=86,2545·10⁶+1394,4320·10⁶+110,2563·10⁶+159,0943·10⁶= 1750,0371·10⁶Дж.

II Режим - выдержка аппарата со щелочью

Расчет тепла, необходимого на выдержку Q₂, Дж,

Q₂ = б · F_из · (t_{н. из. -} t_возд) · ф_выд (Дж),

где б - коэффициент лучеиспускания, Вт/м²·с; б=11,14 Вт/м²· с ;

F_из - площадь наружной поверхности изоляции, м²;

F_из = 22, 1933 м² ;

t_{н. из. -} начальная температура изоляции, С; t_{н. из} = 40 С;

t_возд - температура воздуха, С; t_возд = 20 C;

ф_выд - время выдержки, с; ф_выд = 3600 c [1];

Q₂ = 11,14 · 22.1933 · (40 - 20) · 3600 =17,8008 · 10⁶Дж.

Расчет массы пара m_пара, кг,

m_пара = Q₁ + Q_2/ (J_пара - J_конд),

где J_пара - энтальпия пара, Дж/кг; J_пара = 2678,5 · 10³Дж/кг [8];

J_конд - энтальпия конденсата, Дж/кг; J_конд = 419· 10³ Дж/кг [8];

m_пара=1750,0371·10⁶ +17,8008·10^6/ (2678,5 · 10³ - 419· 10³) = 782,4022 кг.

Щелочь водой не охлаждаем. После мойки передаем в другой аппарат (но не более 5 операций). При снижении концентрации её разбавляют водой или нейтрализуют кислотой и сливают на очистные сооружения.

3.3 Тепловой расчет стерилизации питательной среды в инокуляторе

Уравнение теплового баланса

Q_общ = Q₁ + Q₂ + Q_{3 (}Дж),

где Q₁ - тепло, необходимое на нагрев, Дж;

Q_{2 -} тепло, необходимое на выдержку, Дж;

Q_{3 -} тепло, отводимое, Дж;

I Режим - нагрев аппарата с питательной средой

Расчет тепла, необходимого на нагрев Q₁, Дж,

Q₁ = Q_ап + Q_изол + Q_пот + Q_{ср. (}Дж),

Расчет количества тепла, необходимого на нагрев аппарата Q_ап, Дж,

Q_ап = m_ап · С_ст · (t_к - t_н) (Дж),

где m_ап - масса аппарата, кг; m_ап = 2147,7717 кг;

С_ст - теплоемкость стали, Дж/кг · С; С_ст = 502 Дж/кг · С [9];

t_к - конечная температура стерилизации, С; t_к = 126 С;

t_{н -} начальная температура, С; t_н = 70 С;

Q_ап = 2147,7717 · 502 · (126 - 70) = 60,3781· 10⁶ Дж.

Расчет тепла, необходимого на нагрев изоляции Q_изол, Дж,

Q_изол = F_из · у_из · с_из · С_мат · (t_{из. ср} - t_{н. из}) (Дж),

где t_{из. ср -} температура изоляции средняя, С;

t_{из. ср} = (t_выд. + t_{н. из}) / 2,

где t_{выд. -} температура выдержки, С; t_выд. = 126 С;

t_{н. из} - начальная температура изоляции, С; t_{н. из} = 40 С;

t_{из. ср} = (126 + 40) / 2 = 83 С.

Q_изол = 22, 1933 · 0,12 · 1500 · 920 · (83 - 40) = 158,0340 · 10⁶ Дж.

Расчет тепла, необходимого на нагрев среды в аппарате Q_ср., Дж,

Q_ср. = m_ср · С_ср · (t_к - t_н) (Дж),

где m_{ср. -} масса питательной среды, кг; m_ср. = 287,9622 кг;

С_ср - теплоемкость среды, Дж/кг С; С_ср = 4190 Дж/кг С [7];

t_к = 126 С;

t_{н -} начальная температура, С; t_н = 70 С;

Q_ср. = 287,9622 · 4190 · (126 - 70) = 473,8977· 10⁶ Дж.

Расчет количества потерь тепла в окружающую среду Q_пот, Дж,

Q_пот = 10% · (Q_ап + Q_изол) (Дж),

Q_пот =0,1 (60,3781· 10⁶ + 158,0340· 10⁶ +473,8977· 10⁶) = 69,2319· 10⁶Дж.

Q₁ = 60,3781· 10⁶ + 158,0340 ·10⁶ + 473,8977 ·10⁶ + 69,2319·10⁶ = 761,5408· 10⁶Дж

II Режим - выдержка аппарата с питательной средой

Расчет тепла, необходимого на выдержку Q₂, Дж,

Q₂ = б · F_из · (t_{н. из. -} t_возд) · ф_выд (Дж),

где ф_выд - время выдержки, с; ф_выд = 1800 c [1];

Q₂ =11,14 · 22, 1933· (40 - 20) · 1800 = 8,9004· 10⁶Дж.

Расчет массы пара m_пара, кг,

m_пара = Q₁ + Q_2/ (J_пара - J_конд),

где Q₁ - тепло, необходимое на нагрев, Дж; Q₁ =761,5408· 10⁶ Дж;

Q₂ - тепло, необходимое на выдержку, Дж; Q₂ = 8,9004· 10⁶Дж;

J_пара - энтальпия пара, Дж/кг; J_пара = 2719,6 · 10³ Дж/кг [8];

J_конд - энтальпия конденсата, Дж/кг; J_конд = 531,176 · 10³ Дж/кг [8];

m_пара=761,5408·10⁶+8,9004·10^6/ (2719,6· 10^{3 -} 531,176 · 10³) = 352,0529 кг.

III Режим - охлаждение аппарата с питательной средой

Расчет тепла, необходимого на охлаждение Q₂, Дж,

Q₃ = Q_ап + Q_изол + Q_{ср. (}Дж),

где Q_изол - тепло, отводимого от изоляции, Дж; Q_изол = 158,0340· 10⁶ Дж;

Расчет тепла, отводимого от аппарата Q_ап, Дж,

Q_ап = m_ап · С_ст · (t_н - t_к) (Дж),

где t_к - конечная температура, С; t_к = 25С;

t_{н -} начальная температура, С; t_н = 126С;

Q_ап = 2147,7717 · 502· (126 - 25) = 108,8963· 10⁶ Дж.

Расчет количества тепла, отводимого от среды Q_ср., Дж,

Q_ср. = m_ср · С_ср · (t_н - t_к) (Дж),

где m_{ср. -} масса питательной среды, кг; m_ср. = 2019,68 кг;

С_ср - теплоемкость среды, Дж/кг С; С_ср = 4190 Дж/кг С [7];

t_к = 25 С;

t_{н -} начальная температура, С; t_н = 126 С;

Q_ср. = 2019,68· 4190 · (126 - 25) = 854,7083· 10⁶ Дж.

Q₃ = 108,8963· 10⁶ + 158,0340· 10⁶ + 854,7083· 10⁶ = 1121,6386· 10⁶ Дж.

Расчет воды на охлаждение аппарата m_воды, кг,

m_воды = Q_3/ (t_{к. в} - t_{н. в}) 4190 (кг),

где t_{к. в} - конечная температура воды, С; t_{к. в} = 20 C [1]; t_{н. в} - начальная температура воды, С; t_{н. в} = 8 С [1];

m_воды = 1121,6386· 10^6/ (20 - 8) 4190 = 22307,8 кг.

Q_общ = 761,5408· 10⁶ + 8,9004· 10⁶ + 1121,6386· 10⁶ = 1892,0798· 10⁶ Дж.

Тепловой расчет выращивания посевного материала в посевном аппарате.

3.4 Тепловой расчет стерилизации пустого аппарата

Режим - нагрев: t_н = 20 С; t_к = 132 С; II режим - выдержка: t = 132 C; ф_выд = 60 мин.; III режим - охлаждение: t_н = 132 С; t_к = 30 C;

Уравнение теплового баланса

Q_общ = Q₁ + Q₂ + Q_{3 (}Дж),

где Q₁ - тепло, необходимое на нагрев, Дж;

Q_{2 -} тепло, необходимое на выдержку, Дж;

Q_{3 -} тепло, отводимое, Дж;

I Режим - нагрев пустого аппарата

Расчет тепла, необходимого на нагрев Q₁, Дж,

Q₁ = Q_ап + Q_изол + Q_пот (Дж),

Расчет количества тепла, необходимого на нагрев аппарата Q_ап, Дж,

Q_ап = m_ап · С_ст · (t_к - t_н),

где m_ап - масса аппарата, кг;

С_ст - теплоемкость стали, Дж/кг · С; С_ст = 502.8 Дж/кг · С [9];

t_к - конечная температура стерилизации, С; t_к = 132 С [1];

t_{н -} начальная температура, С; t_н = 20 С;

Определяем массу аппарата

m_ап = m_{пуст. ап} + m_{змеев (}кг),

Определяем массу пустого аппарата

m_{пуст. ап} = [р · D_ап · Н_ап I_ап +2р · (r_ап ² + h_ап²) I_ап] с_cn (кг),

где D_ап - диаметр аппарата, м; D_ап = 2,4 м [1];

I_ап - толщина стенки аппарата, м; I_ап =0,016м [5];

Н_ап - высота аппарата, м; H_ап = 4,4332 м;

с_cт - плотность стали, кг/м³; с_cт =7850 кг/м³ [1];

г_{сф. ап} - радиус аппарата (D_ап / 2), м; r_{сф. ап} = 1,2 м;

h_{сф. ап} - высота сферической части аппарата (7% от H_ап), м; h_{сф. ап} = 0,3539 м;

m_{пуст. ап}=[3,14·2,4·4,4232•0,016+2·3,14(1,2²+0,3539²)0,016]•7850 =5420,98 39 кг.

Определяем массу змеевиков

m_змеев =р · l · (R² +r ²) •с_cn (кг),

где с_cт - плотность стали, кг/м³; с_cт =7850 кг/м³ [1];

г - радиус внутреннего диаметра трубы змеевика, м; r = 0,025 м [10];

R - радиус наружного диаметра змеевика, м; R = 0,0285 м [10]

l - длина змеевика;

Расчет длины труб змеевика, м

l = F_охл /р?d (м),

где F_охл = 16,8 м² [5];

р - постоянная величина; р = 3,14;

d - наружный диаметр трубы змеевика, м; d = 0,057 м [10];

l = 16,8 /3,14•0,057 =93,8652 м.

m_змеев =3,14 · 93,8652· (0,0285² +0,025²) •7850 =462,7363 кг.

m_ап = 5420,9839 + 462,7363 =5883,7202 кг.

Q_ап = 5883,7202· 502 · (132 - 20) = 330,8063· 10⁶ Дж.

Расчет тепла, необходимого на нагрев изоляции Q_изол, Дж,

Q_изол = F_из · у_из · с_из · С_мат · (t_{из. ср} - t_{н. из}),

Определяем площадь наружной поверхности изоляции, F_из, м²;

F_из = р · D_ап · Н_ап + р · (r_{сф. ап} ² + h_{сф. ап}²) (м²),

F_из = 3.14 · 2,4 · 4,4232 + 3.14 · (1,2 ² + 0,3539²) = 38,2479 м².

Q_изол = 38,2479 · 0,12 · 1500 · 920 · (86 - 40) = 291,3572· 10⁶ Дж.

Расчет количества потерь тепла в окружающую среду Q_пот, Дж,

Q_пот = 10% · (Q_ап + Q_изол) (Дж),

где Q_ап - тепло, необходимое на нагрев аппарата, Дж; Q_ап =330,8063·10⁶ Дж;

Q_{изол -} тепло, необходимое на нагрев изоляции, Дж; Q_изол=291,3572·10⁶ Дж;

Q_пот = 0.1 (330,8063· 10⁶ + 291,3572· 10⁶) = 62,2164· 10⁶Дж.

Q₁ = 330,8063 · 10⁶ + 291,3572· 10⁶ + 62,2164· 10⁶= 684,3799· 10⁶Дж.

II Режим - выдержка пустого аппарата

Расчет тепла, необходимого на выдержку Q₂, Дж,

Q₂ = б · F_из · (t_{н. из. -} t_возд) · ф_выд (Дж),

где F_из = 38,2479 м²;

Q₂ = 11,14 · 38,2479 · (40 - 20) · 3600 = 30,6778· 10⁶Дж.

Расчет массы пара m_пара, кг,

m_пара = Q₁ + Q_2/ (J_пара - J_конд) (кг),

где J_пара - энтальпия пара, Дж/кг; J_пара = 27,28,8·10³ Дж/кг [8];

J_конд - энтальпия конденсата, Дж/кг; J_конд = 555,36·10³ Дж/кг [8];

m_пара =684,3799·10⁶+30,6778·10^6/ (27,28,8·10³ - 555,36·10³) = 328,9981 кг

III Режим - охлаждение пустого аппарата

Расчет тепла, необходимого на охлаждение Q₃, Дж,

Q₃ = Q_ап + Q_изол (Дж),

где Q_ап - тепло, отводимое от аппарата, Дж;

Q_изол - тепло, отводимое от изоляции, Дж; Q_изол = 291,3572· 10⁶ Дж;

Расчет тепла, отводимого от аппарата Q_ап, Дж,

Q_ап = m_ап · С_ст · (t_н - t_к) (Дж),

где t_к - конечная температура, С; t_к = 30С [1];

t_{н -} начальная температура, С; t_н = 132С [1];

Q_ап = 5883,7202 · 502· (132 - 30) = 301,2700· 10⁶ Дж.

Q₃ = 291,3572· 10⁶ + 301,2700· 10⁶ = 592,6272· 10⁶ Дж.

Расчет воды на охлаждение аппарата m_воды, кг,

m_воды = Q_3/ (t_{к. в} - t_{н. в}) 4190,где t_{к. в} - конечная температура воды, С;

t_{к. в} = 20 C [1];

t_{н. в} - начальная температура воды, С; t_{н. в} = 8 С [1];

m_воды = 592,6272· 10^6/ (20 - 8) 4190 = 11786,5000 кг.

Q_общ = 684,3799 · 10⁶ + 30,6778· 10⁶ + 592,6272· 10⁶ = 1307,6849· 10⁶ Дж.

3.5 Тепловой расчет стерилизации посевного аппарата со щелочью

Уравнение теплового баланса

Q_общ = Q₁ + Q₂ + Q_3,г

де Q₁ - тепло, необходимое на нагрев, Дж;

Q_{2 -} тепло, необходимое на выдержку, Дж;

Q_{3 -} тепло, отводимое, Дж;

I Режим - нагрев пустого аппарата

Расчет тепла, необходимого на нагрев Q₁, Дж,

Q₁ = Q_ап + Q_изол + Q_пот + Q_{ср. (}Дж),

Объяснение в пункте 3.1.2.1

Расчет количества тепла, необходимого на нагрев аппарата Q_ап, Дж,

Q_ап = m_ап · С_ст · (t_к - t_н) (Дж),

где t_к - конечная температура стерилизации, С; t_к = 100 С [1];

t_{н -} начальная температура, С; t_н = 20 С [1];

Q_ап = 5883,7202· 502 · (100 - 20) = 236,2902· 10⁶ Дж.

Расчет тепла, необходимого на нагрев изоляции Q_изол, Дж,

Q_изол = F_из · у_из · с_из · С_мат · (t_{из. ср} - t_{н. из}) (Дж),

где F_из - площадь наружной поверхности изоляции, м²; F_из = 38,2479 м² ;

Q_изол = 38,2479 · 0,12 · 1500 · 920 · (70 - 40) = 190,0156· 10⁶ Дж.

Расчет тепла, необходимого на нагрев среды в аппарате Q_ср., Дж,

Q_ср. = m_ср · С_ср · (t_к - t_н) (Дж),

где m_{ср. -} масса раствора щелочи, кг; m_ср. = 15600 кг [1];

Q_ср. = 15600 · 4190 · (100 - 20) = 5229,12· 10⁶ Дж.

Расчет количества потерь тепла в окружающую среду Q_пот, Дж,

Q_пот = 10% · (Q_ап + Q_изол) (Дж),

где Q_ап = 236,2902 · 10⁶ Дж;

Q_изол = 190,0156 · 10⁶ Дж;

Q_ср. = 5229,12· 10⁶ Дж

Q_пот =0.1(236,2902·10⁶+ 5229,12· 10⁶ +190,0156 · 10⁶) = 565,5426· 10⁶Дж.

Q₁ = 236,2902· 10⁶ + 190,0156· 10⁶ + 5229,12 · 10⁶ + 565,5426· 10⁶ =

= 6220,9684· 10⁶Дж.

II Режим - выдержка аппарата со щелочью

Расчет тепла, необходимого на выдержку Q₂, Дж,

Q₂ = б · F_из · (t_{н. из. -} t_возд) · ф_{выд (}Дж),

где F_из - площадь наружной поверхности изоляции, м²; F_из = 38,2479 м²;

Q₂ = 11.14 · 38,2479· (40 - 20) · 3600 = 30,6778· 10⁶Дж.

Расчет массы пара m_пара, кг,

m_пара = Q₁ + Q_2/ (J_пара - J_конд) (кг),

где Q₁ - тепло, необходимое на нагрев, Дж; Q₁ =6220,9684 · 10⁶ Дж;

Q₂ - тепло, необходимое на выдержку, Дж; Q₂ = 30,6778 · 10⁶ Дж;

J_пара - энтальпия пара, Дж/кг; J_пара = 2678,5·10³ Дж/кг [8];

J_конд - энтальпия конденсата, Дж/кг; J_конд = 419·10³ Дж/кг [8];

m_пара =6220,9684·10⁶+30,6778· 10^6/ (2678,5·10³ - 419·10³) = 2766,8272 кг

3.6 Тепловой расчет стерилизации пустого ферментатора

режим - нагрев: t_н = 20 С; t_к = 135 С;

II режим - выдержка: t = 135 C; ф_выд = 25 мин.;

III режим - охлаждение: t_н = 135 С; t_к = 30 C;

Уравнение теплового баланса

Q_общ = Q₁ + Q₂ + Q₃ (Дж),

где Q₁ - тепло, необходимое на нагрев, Дж;

Q_{2 -} тепло, необходимое на выдержку, Дж;

Q_{3 -} тепло, отводимое, Дж;

I Режим - нагрев пустого аппарата

Расчет тепла, необходимого на нагрев Q₁, Дж,

Q₁ = Q_ап + Q_изол + Q_пот (Дж),

Расчет количества тепла, необходимого на нагрев аппарата Q_ап, Дж,

Q_ап = m_ап · С_ст · (t_к - t_н) (Дж),

где m_ап - масса аппарата, кг;

Определяем массу аппарата

m_ап = m_{пуст. ап} + m_змеев (кг),

Определяем массу пустого аппарата

m_{пуст. ап}=[р·D_ап·Н_ап I_ап +2р·(r_ап ² + h_ап²) I_ап+р·(r_р ² +h_р²) I_р+ р · D_р · Н_р I_р] с_cn

где D_ап - диаметр аппарата, м; D_ап = 3,5 м [5];

I_ап - толщина стенки аппарата, м; I_ап =0,016м [5];

Н_ап - высота аппарата, м; H_ап = 10,3991 м;

с_cт - плотность стали, кг/м³; с_cт =7850 кг/м³ [9];

г_{сф. ап} - радиус аппарата (D_ап / 2), м; r_{сф. ап} = 1,75 м;

h_{сф. ап} - высота сферической части аппарата (7% от H_ап), м; h_{сф. ап} = 0,8319 м;

D_р = 3,6 м [5];

r_р = 1,8 м [5];

I_р =0,008м [5];

H_р = 6,9327м;

h_р = 0,5546 м;

m_{пуст. ап} = [3,14 · 3,5 · 10,3991• 0,016 +2· 3,14 (1,75 ² + 0,8319²) 0,016+3,14 (1,8 ² + 0,5546²) 0,008+3,14 · 3,6 · 6,9327• 0,008] •7850 =22936,915 кг

Определяем массу змеевиков

m_змеев =р · l · (R² +r ²) •с_cn,

Расчет длины труб змеевика, м

l = F_охл /р?d,

где F_охл = 166 м² [5]; d - наружный диаметр трубы змеевика, м;

d = 0,057 м [10]; l = 166 /3,14•0,057 =927,4779 м,

m_змеев =3,14 · 927,4779· (0,0285² +0,025²) •7850 =4572,2803 кг.

m_ап = 22936,915+ 4572,2803 =27509, 195 кг.

Q_ап = 27509, 195 · 502 · (135 - 20) = 1588,1057· 10⁶ Дж.

Расчет тепла, необходимого на нагрев изоляции Q_изол, Дж,

Q_изол = F_из · у_из · с_из · С_мат · (t_{из. ср} - t_{н. из}) (Дж),

где t_{из. ср -} температура в средней точке изоляции, С;

t_{из. ср} = (t_выд. + t_{н. из}) / 2,t_{из. ср} = (135 + 40) / 2 = 87.5 С

Определяем площадь наружной поверхности изоляции, F_из, м²;

F_из = р · D_ап · Н_ап + р · (r_{сф. ап} ² + h_{сф. ап}²) + р · D_р · Н_р + р · (r_р ² + h_р²),

F_из = 3.14 · 3,5 · 10,3991+ 3.14· (1,75² + 0,8319²) + 3.14 · 3,6 · 6,9327+ 3.14· (1,8² + 0,5546²) = 215,5822 м².

Q_изол = 215,5822 · 0,12 · 1500 · 920 · (87.5 - 40) = 1695,7653· 10⁶ Дж.

Расчет количества потерь тепла в окружающую среду Q_пот, Дж,

Q_пот = 10% · (Q_ап + Q_изол) (Дж),

где Q_ап - тепло, необходимое на нагрев аппарата, Дж; Q_ап = 1588,1057· 10⁶ Дж;

Q_{изол -} тепло, необходимое на нагрев изоляции, Дж; Q_изол = 665 · 10⁶ Дж;

Q_пот = 0,1 (1588,1057· 10⁶ + 1695,7653 · 10⁶) = 328,3871· 10⁶Дж.

Q₁ =1588,1057· 10⁶ + 1695,7653 · 10⁶ + 328,3871· 10⁶= 3612,2581· 10⁶Дж.

II Режим - выдержка пустого аппарата

Расчет тепла, необходимого на выдержку Q₂, Дж,

Q₂ =_. б · F_из · (t_{н. из. -} t_возд) · ф_{выд (}Дж),

где F_из - площадь наружной поверхности изоляции, м²;

F_из = 215,5822 м^{2 (}9.6.3.1);

ф_выд - время выдержки, с; ф_выд = 1500 c [1];

Q₂ = 11.14 · 215,5822 · (40 - 20) · 1500 = 72,0476 · 10⁶Дж.

Расчет массы пара m_пара, кг,

m_пара = Q₁ + Q_2/ (J_пара - J_конд) (кг),

где J_пара - энтальпия пара, Дж/кг; J_пара = 2733·10³ Дж/кг [8];

J_конд - энтальпия конденсата, Дж/кг; J_конд = 568,2·10³ Дж/кг [8];

m_пара =3612,2581· 10⁶ + 72,0476· 10^6/ (2733·10³ - 568,2·10³) = 1701,915 кг

III Режим - охлаждение пустого аппарата

Расчет тепла, необходимого на охлаждение Q₃, Дж,

Q₃ = Q_ап + Q_изол (Дж),

где Q_ап - тепло, отводимое от аппарата, Дж;

Q_изол - тепло, отводимое от изоляции, Дж; Q_изол = 1695,7653 · 10⁶ Дж;

Расчет тепла, отводимого от аппарата Q_ап, Дж,

Q_ап = m_ап · С_ст · (t_н - t_к) (Дж),

где m_{ап -} масса аппарата, кг; m_ап = 27509, 195 кг;

t_к - конечная температура, С; t_к = 30С [1];

t_{н -} начальная температура, С; t_н = 135С [1];

Q_ап = 27509, 195 · 502 · (135 - 30) = 1450,0095 · 10⁶ Дж.

Q₃ = 1450,0095 · 10⁶ + 1695,7653 · 10⁶ = 3145,7748· 10⁶ Дж.

Расчет воды на охлаждение аппарата m_воды, кг,

m_воды = Q_3/ (t_{к. в} - t_{н. в}) 4190 (кг),

где t_{к. в} - конечная температура воды, С; t_{к. в} = 20 C [1];

t_{н. в} - начальная температура воды, С; t_{н. в} = 8 С [1];

m_воды = 3145,7748· 10^6/ (20 - 8) 4190 = 62565,1 кг.

Проводим проверку площади поверхности теплообмена

F_охл = Q₃ /К·Д t_ср ·ф_охл (м²),

где Q₃ - тепло, уносимое при охлаждении, Дж; Q₃ = 3145,7748 · 10⁶ Дж;

К - коэффициент теплопередачи, Вт/ (м²к); К =300 Вт/ (м²к) [11];

Д t_ср - средний температурный напор, С;

Определяем средний температурный напор, С,

t_ап 135°С - 30°С

t_воды 20°С - 8°С

Д t_кон 115°С - 22°С Д t_нач

Д t_ср = Д t_{кон -} Д t_нач /2,3 lg Д t_нач / Д t_кон

Д t_ср = 115 _- 22 /2,3 lg 115/22 =56,2923°С.

F_охл = 3145,7748 · 10⁶ /300·56,2923·1500 =124,1 м².

3.7 Тепловой расчет стерилизации ферментатора со щелочью

I режим - нагрев: t_н = 20 С; t_к = 100 С;

II режим - выдержка: t = 100 C; ф_выд = 60 мин.;

III режим - охлаждение: t_н = 100 С; t_к = 40 C;

Уравнение теплового баланса

Q_общ = Q₁ + Q_{2 (}Дж),

где Q₁ - тепло, необходимое на нагрев, Дж;

Q_{2 -} тепло, необходимое на выдержку, Дж;

I Режим - нагрев пустого аппарата

Расчет тепла, необходимого на нагрев Q₁, Дж,

Q₁ = Q_ап + Q_изол + Q_пот + Q_{ср. (}Дж),

Расчет количества тепла, необходимого на нагрев аппарата Q_ап, Дж,

Q_ап = m_ап · С_ст · (t_к - t_н) (Дж),

где t_к - конечная температура стерилизации, С; t_к = 100 С [1]; t_{н -} начальная температура, С; t_н = 20 С [1];

Q_ап = 27509, 195 · 502 · (100 - 20) = 1104,7692· 10⁶ Дж.

Расчет тепла, необходимого на нагрев изоляции Q_изол, Дж,

Q_изол = F_из · у_из · с_из · С_мат · (t_{из. ср} - t_{н. из}) (Дж),

Q_изол = 215,5822 · 0,12 · 1500 · 920 · (70 - 40) = 1071,0097· 10⁶ Дж.

Расчет тепла, необходимого на нагрев среды в аппарате Q_ср., Дж,

Q_ср. = m_ср · С_ср · (t_к - t_н) (Дж),

Объяснение в пункте 9.2.4, где m_{ср. -} масса раствора щелочи, кг; m_ср. = 72800 кг [1],

Q_ср. = 72800 · 4190 · (100 - 20) = 24402,56· 10⁶ Дж.

Расчет количества потерь тепла в окружающую среду Q_пот, Дж,

Q_пот = 10% · (Q_ап + Q_изол) (Дж),

где Q_ап - тепло, необходимое на нагрев аппарата, Дж; Q_ап=1104,7692· 10⁶ Дж;

Q_{изол -} тепло, необходимое на нагрев изоляции, Дж; Q_изол = 1071,0097 · 10⁶ Дж;

Q_ср - тепла, необходимого на нагрев среды в аппарате_., Дж;

Q_ср., = 24402,56· 10⁶ Дж (3.3.3.4); Q_пот = 0,1 (1104,7692 · 10⁶ + 1071,0097 · 10⁶+24402,56· 10⁶) = 2657,8338· 10⁶Дж.

Q₁ = 1104,7692 · 10⁶ + 1071,0097 · 10⁶ + 24402,56 · 10⁶ + 2657,8338· 10⁶ =

= 29239,172 · 10⁶Дж.

II Режим - выдержка аппарата со щелочью

Расчет тепла, необходимого на выдержку Q₂, Дж,

Q₂ = б · F_из · (t_{н. из. -} t_возд) · ф_выд (Дж),

где F_из - площадь наружной поверхности изоляции, м²; F_из=215,5822 м²;

Q₂ = 11,14 · 215,5822 · (40 - 20) · 3600 = 172,9141· 10⁶Дж.

Расчет массы пара m_пара, кг,

m_пара = Q₁ + Q_2/ (J_пара - J_конд) (кг),

где J_пара - энтальпия пара, Дж/кг; J_пара = 2678,5·10³ Дж/кг [8];

J_конд - энтальпия конденсата, Дж/кг; J_конд = 419·10³ Дж/кг [8];

m_пара=29239,172·10⁶+172,9141· 10^6/ (2678,5·10^{3 -} 419·10³) = 13015,740 кг.

3.8 Тепловой расчет процесса биосинтеза

Q_биос. = Q_перем. + Q_возд. + Q_жиз. (Дж),

где Q_{перем. -} тепло, образовавшееся за счет вращения мешалки аппарата, Дж;

Q_{возд. -} тепло, приносимое в аппарат с воздухом, Дж;

Q_{жиз. -} тепло, выделенное продуцентом в результате жизнедеятельности, Дж;

Расчет тепла, выделяющегося при перемешивании Q_перем., Дж,

Q_перем. = N_дв. · 10³ · ф · ? · 3600 (Дж),

где N_дв. - мощность, затраченная на перемешивание, кВт; N_дв. = 120 кВт [1]; ф - время ферментации, ч;ф = 185 ч; ? - коэффициент полезного действия; ? = 0,85 [11];

Q_перем. = 120 · 10³ · 185 · 0,85 · 3600 = 67932· 10⁶ Дж.

Расчет тепла, приносимого в аппарат с воздухом Q_возд., Дж,

Q_возд = V_возд. · с_возд. · С_возд. · (t_{вх. -} t_вых.) (Дж),

где V_возд - объем воздуха, м³; V_возд = 1210500 м³ (1.6.4, таб. 9);

с_{возд. -} плотность воздуха, кг/м³; с_возд. = 1,66 кг/м³;

С_{возд. -} теплоемкость воздуха, Дж/кг С; С_возд. = 1000 Дж/кг С [12];

t_{вх. -} температура воздуха, входящего в аппарат, С; t_вх. = 55 С [1];

t_{вых. -} температура воздуха, выходящего из аппарата С; t_вых. = 40 C;

Q_возд = 1210500· 1,66 · 1000 · (55 - 40) = 30141,45· 10⁶ Дж.

Расчет тепла, выделенного продуцентом в результате жизнедеятельности Q_жиз. Дж,

Q_жиз. = V • g • ф (Дж),

где V - объем культуральной жидкости, м³; V= 94,2241 м^{3 (}7.4, таб.9); g - теплоемкость, Дж/кг С; g = 3,9386· 10⁶ Дж/м³ч (экспериментальные данные); ф - время ферментации, ч; ф = 185 ч [1];

Q_жиз. = 94,2241• 3,9386· 10⁶ • 185 = 68655,542 · 10⁶ Дж.

Q_биос. = 67932· 10⁶ + 30141,45· 10⁶ + 68655,542 · 10⁶ = 166728,99· 10⁶ Дж.

Расчет воды на охлаждение аппарата m_воды, кг,

m_воды = Q_биос / (t_{к. в} - t_{н. в}) С_в (кг),

где t_{к. в} - конечная температура воды, С; t_{к. в} = 20 C [1];

t_{н. в} - начальная температура воды, С; t_{н. в} = 8 С [1];

m_воды = 166728,99· 10^6/ (20 - 8) •4190 = 3316010,00 кг.

Расчет необходимой поверхности теплообмена

F_охл = Q_биос /К·Д t_ср ·ф_охл (м²),

где К - коэффициент теплопередачи, Вт/ (м²к); К =300 Вт/ (м²к) [11]; ф _сек= 666000 сек [1];

Д t_ср - средний температурный напор, С;

t_кж 24,5°С - 24,5°С

t_воды 20°С - 8°С

Д t_кон 4°С - 16°С Д t_нач

Д t_ср = Д t_{кон -} Д t_нач /2,3 lg Д t_нач / Д t_кон

Д t_ср = 16 _- 4 /2,3 lg 16/4 =8,6667°С.

F_охл = 166728,99· 10⁶ /300·8,6667·666000 =96,2 м².

3.9 Энергетические расчеты

Расчет расхода пара

Определим общую массу пара m_п, кг;

m_п=m_{пара на стер. ин}+m_{пара при мойке ин.} +m_{пара на стер. пит. ср. в ин.} +m_{пара на стер. п. а.} +m_{пара при мойке п. а.} +m_{пара на стер. ферм.} +m_{пара при мойке ферм. (}кг),

где m_{пара на стер. ин} =154,8689 кг

m_{пара при мойке ин.} =782,4022 кг

m_{пара на стер. пит. ср. в ин}=352,0529 кг

m_{пара на стер. п. а}=328,9981 кг

m_{пара при мойке п. а}=2766,8272 кг

m_{пара на стер. ферм.} =1701,915 кг

m_{пара при мойке ферм}=13015,749 кг

m_п=154,8689+782,4022+352,0529+328,9981+2766,8272+1701,915+

+13015,749=19102,813 кг.

В связи с учетом вспомогательных операций массу пара увеличиваем на 25%

m_{пара общ} =19102,813· 1,25 =23878,516 кг.

Осуществляем перевод пара в Гкал

кг пара=0,667 Гкал, 23878,516 кг - х Гкал

х=23878,516 *0,667/1000=15,92697 Гкал.

Расчет нормы расхода пара N_{р. п}, Гкал/ млрд. Ед;

N_{р. п}=х/ G_{кж с 1 опер},

где G_{кж с 1 опер} =2463,5833 млрд. Ед (7.4);

N_{р. п}=15,92697 /2463,5833 =0,0065 Гкал/млрд. Ед.

Расчет расхода воды на охлаждение

Находим общую массу воды

m_{общ. в.} =m_{в. на охл. ин.}+m_{в. на охл. пит. ср. в ин.}+m_{в. на охл. пос. а.}+m_{в. на охл. ферм.} +m_{в. на охл. при биос.,}

где m_{в. на охл. ин.} =5335,1 кг;

m_{в. на охл. пит. ср. в ин.} =22307,8 кг;

m_{в. на охл. пос. а.} =11786,5 кг

m_{в. на охл. ферм.} =62565,1 кг

m_{в. на охл. при биос.} =3316010,00 кг

m_{общ. в.}=5335,1+22307,8+11786,5+62565,1+3316010,00=3,4180045тыс. м³.

Расчет нормы расхода воды N_{р. общ. в}, тыс. м³/млрд. Ед;

N_{р. общ. в}= m_{общ. в.} / G_{кж с 1оп.,}

N_{р. общ. в}=3,4180045/2463,5833=0,0014 тыс. м³/млрд. Ед

Расчет расхода питьевой воды

Находим общую массу питьевой воды

m_{общ. в. п.} = m_{в. для пригот пит. ср. ин.} +m_{в. на пригот. пит. ср. в п. а.} +m_{в. на пригот. пит. ср. в ферм}+m_{в. в подк. (}кг),

где m_{в. для пригот пит. ср. ин.} =1529,7498 кг (1.6.2.6);

m_{в. на пригот. пит. ср. в п. а.} =6060,5122 кг (1.6.3.5);

m_{в. на пригот. пит. ср. в ферм.} =44751,151 кг (1.6.4.4.2);

m_{в. в подк.} =37150,946 кг (1.6.4.5);

m_{общ. в.} = 1529,7498 +6060,5122 +44751,151 +37150,946 =89492,359 м³.

В связи с промывкой оборудования и трубопроводов общую массу питьевой воды увеличиваем на 15%

m_{общ. в.} = 89492,359· 1,15 =102916,21 кг =102,91621 м³.

Расчет нормы расхода воды N_{р. общ. в}, м³/млрд. Ед;

N_{р. общ. в}= m_{общ. в.} / G_{кж с 1оп.,}

N_{р. общ. в}=102,91621 /2463,5833=0,0418 м³/млрд. Ед

Расчет расхода воздуха V_{воз. общ}, м³;

V_{воз. общ}= V_{воз. ин} + V_{воз. п. а} + V_{воз. БФ,}

где V_{воз. ин -} расход воздуха в инокуляторе, м³;

V_{воз. п. а -} расход воздуха в посевном аппарате, м³;

V_{воз. БФ} =1210500 м³ ;

Расчет расхода воздуха для инокулятора V_{воз. ин}, м³;

V_{воз. ин}= V_ин ·ц_{сл. ин} ·n_воз ·60·К_ин·К_{п. а.} ·ф_час (м³),

где V_ин =4 м³ (1.6.1.3.2);

ц_{сл. ин} =0,5 [1];

n_воз =1,83 [1];

К_ин=1,2 [1];

К_{п. а.} =1,15 [1];

ф_час=55 ч [1].

V_{воз. ин}= 4 ·0,5 ·1,83 ·60·1,2·1,15 ·55 =16667,64 м³

Расчет расхода воздуха для посевного аппарата V_{воз. п. а.,} м³;

V_{воз. п. а.} = V_{п. а} ·ц_{сл. п. а} ·n_воз ·60·К_{п. а.} ·ф_час (м³),

где V_{п. а} =20 м³;

ц_{сл. п. а.} =0,5 [1];

n_воз =1,67 [1];

К_{п. а.} =1,15 [1];

ф_час=24 ч [1].

V_{воз. ин}= 20 ·0,5 ·1,67 ·60·1,15 ·24 =27655,2 м³

V_{воз. общ}= 16667,64 + 27655,2+ 1210500 =1254822,8 м³

С учетом потерь воздуха на продувки и вспомогательные операции при биосинтезе расход воздуха увеличиваем на 15%.

V_{воз. общ}= 1254822,8 ·1,15 =1443046,2м³ = 1443,0462 тыс. м³

Расчет нормы расхода воздуха N_{р. общ. воз}, тым. м³/млрд. Ед;

N_{р. общ. воз}= V_{общ. воз.} / G_{кж с 1оп.,}

N_{р. общ. в}=1443,0462 /2463,5833=0,5858 тыс. м³/млрд. Ед

Определим расход электроэнергии на технологический процесс.

Таблица 11

Наименование оборудования	Мощность двигателя, кВт	Часы работы двигателя, ч	Расход электроэнергии на 1 операцию, кВт·ч
Инокулятор	4	55	220
Посевной аппарат	10	24	240
Ферментатор	120	185	2220
итого			22660

Расчет фактической потребляемой энергии Е_факт, кВт·ч;

Е_факт = ? Е_факт·К_спроса/ з _сем ·з_двиг,

где К_спроса=0,6;

з _сем =0,98;

з_двиг =0,85 [11];

Е_факт = 22660·0,6/ 0,98 ·0,85 =16321,728 кВт·ч.

Расчет нормы расхода электроэнергии N_{р. эл. эн}, кВт·ч/млрд. Ед;

N_{р. эл. эн} = Е_факт. / G_{кж с 1оп.,}

N_{р. эл. эн} =16321,728 /2463,5833=6,6252 кВт·ч/млрд. Ед.

нистатин ферментатор инокулятор посевной

Заключение

В ходе курсового проекта, темой которого является проектирование участка ферментации нистатина с годовой мощностью 15 000 млрд. ед по готовому продукту, были изучены: применение нистатина, характеристика сырья, полупродуктов и готового продукта, обеспечение безопасности жизнедеятельности, охрана труда и пожарная профилактика, краткая характеристика стадий производства.

В курсовом проекте были выполнены материальные, тепловые и энергетические расчеты, а также расчет и подбор основного и вспомогательного оборудования.

Для ведения процесса необходимо установить 8 единиц больших ферментаторов, 2 единиц посевных аппаратов и 5 инокуляторов.

Для обеспечения заданной мощности необходимы следующие энергоносители: пар, холодная вода, воздух, электроэнергия.

Участок ферментации расположен на площади 3024 м².

Список используемой литературы

1. Промышленный регламент № 64-0206-27-93 на производство нистатина калиевой соли для получения 6-АПК, 1993.

2. Сенов П.Л. Фармацевтическая химия. М.: Медицина, 1981.530 с.

3. Герольд М., Вондрачек М., Нечасек А., Антибиотики: Медицина, 1966. 406с.

4. Егоров Н.С. Основы учения об антибиотиках: Учебник для студентов биологических специальностей университетов - 4-е изд., перераб. И доп. - М.: Высшая шк., 1986.448 с.

5. Стальная эмалированная аппаратура: Каталог. Черкассы: НИИТЭХИМ, 1987.18 с.

6. Рабинович В.А., Ховин З.Л. Краткий химический справочник. Изд.2-е испр и доп.

...