Расчет рабочей вместимости сборника пропилового спирта, Vраб, м3:

, (28)

Где Vпр спирта - объем пропилового спиртата , м3;

Vпр спирта = 0,319 м3 (из материального баланса);

- время оборачиваемости аппарата;

= 130 часов [по д.к.];

- коэффициент заполнения аппарата;

= 0,85;

n - предполагаемое количество аппаратов;

n =1;

V. = 0,319130/(240,851) = 2,03 м3

Уточняю вместимость аппарата по каталогу: Vкат = 5,0 м3 [11].

Расчет количества аппаратов к установке:

, (29)

Где V сут. пр.спирта - суточный объем пропилового спирта ;

z - коэффициент запаса мощности оборудования;

z = 20%[2];

= 130 часа [по д.к.];

Vкат = 5 м3 [10].

шт

Уточняю количество аппаратов: nап. = 1 ед .

Расчет рабочей вместимости сборника Пропинола Б-400 Vраб, м3:

, (30)

Где Vпр Б-400 - объем Пропинола Б-400, м3;

Vпр Б-400 = 0,015 м3 (из материального баланса);

- время оборачиваемости аппарата;

= 130 часов [по д.к.];

- коэффициент заполнения аппарата;

= 0,85;

n - предполагаемое количество аппаратов;

n =1;

V. = 0,015130 /( 240,85 1) = 0,09 м3

Уточняю вместимость аппарата по каталогу: Vкат = 0,63 м3 [11].

Расчет количества аппаратов к установке:

, (31)

Где Vсут. пропинола Б-400 - суточный объем Пропинола Б-400, м3;

z - коэффициент запаса мощности оборудования;

z = 20%[2];

= 130 часа [по д.к.];

Vкат = 0,63 м3 [10].

шт

Уточняю количество аппаратов: nап. = 1 ед .

Расчет рабочей вместимости сборника для подсолнечного масла Vраб, м3:

, (32)

Где Vподсол. масло- объем подсолнечного масла, м3;

Vподсол. масло = 1,79 м3 (из материального баланса);

- время оборачиваемости аппарата;

= 130 часов [по д.к.];

- коэффициент заполнения аппарата;

= 0,85;

n - предполагаемое количество аппаратов;

n =1;

V. = 1,79130 /( 240,85 1) = 11,4 м3

Уточняю вместимость аппарата по каталогу: Vкат = 15 м3 [11].

Расчет количества аппаратов к установке:

, (33)

Где Vсут - суточный объем подсолнечного масла;

z - коэффициент запаса мощности оборудования;

z = 20%[2];

= 130 часа [по д.к.];

Vкат = 15 м3 [10].

шт

Уточняю количество аппаратов: nап. = 2 ед .

Расчет насоса для перекачивания культуральной жидкости.

Расчет высоты подъема жидкости Н, м,

(34)

где - давление на линии нагнетания, МПа;

=5,065*105 Па (по д.к.);

где - давление на линии всасывания, МПа;

=1,013*105 Па (по д.к.);

= 1100 кг/м3;

g = 9,81 м/с2;

Нг - геометрическая высота подъема, м;

Нг = 15 м (по д.к.)

h - общая потеря напора на преодоление местного сопротивления, м;

h = 3,63 м.

Расчет мощности напора N, кВт,

(35)

где Q - производительность насоса, м3/ч;

Q = 0,0139 м3/ч;

- плотность культуральной жидкости, кг/м3;

= 1100 кг/м3;

g = 9,81 м/с2;

- КПД насоса,%;

= 0,87%.

Расчет установочной мощности насоса , кВт

, (36)

где - мощность напора, кВт;

=9,6 кВт;

- коэффициент запаса мощности,%;

=1,2%.

Таким образом, к установке на проектируемом участке принимаю консольный насос марки Х50-50-160 производительностью (Q) 50 м3/час, развивающим полный набор среды (Н) до 50 м, с частотой вращения (?) 2900 об/мин; электродвигатель: тип ИА 160 Мг, мощностью (N) 18,5 кВт.

5. ТЕПЛОВЫЕ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

5.1 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ПРОЦЕССА

Тепловой расчет стерилизации пустого аппарата

Рисунок 2 - режим стерилизации пустого аппарата:

I р. - нагрев: tн = 24C; tк = 132C.

II р. - выдержка: t = 132C; = 60 мин

III р. - охлаждение: tн. = 132C; tк. = 60C

Уравнение теплового баланса

Qобщ = Q1 + Q2 + Q3 (37)

Где Q1 - тепло, необходимое на нагрев, Дж

Q2 - тепло, необходимое на выдержку, Дж

Q3 - тепло, отводимое, Дж

I. Режим - нагрев пустого аппарата

Расчет тепла, необходимого на нагрев

Q1 = Qап. + Qиз. + Qпотерь, (38)

Расчет количества тепла, необходимого на нагрев аппарата Qап, кДж,

Qап = Мап Cст (tк - tн), (39)

где Мап - масса аппарата, кг;

Мап = 15600 кг;

Cст - теплоемкость стали, Дж/кг С;

Cст = 502,8 Дж/кг С;

tк - конечная температура нагрева, С;

tк = 132С (рисунок 1);

tн - начальная температура нагрева; С

tн = 24 С (рисунок 1);

Qап = 15600 502,8 (132 - 24) = 846 106 Дж

Расчет тепла, необходимого на нагрев изоляции, Qиз, кДж,

Qиз. = Fиз. из. из. Cиз. (tизол.ср. - tизол.н..), (40)

где Fиз. - площадь поверхности изоляции, м2;

Fиз. = 30 м2 (по д.к.)

из. - толщина слоя изоляции, м;

из. - 0,09 м [4]

из. - плотность изоляции, кг/м3;

из. - 2600 кг/м3; [3]

Cиз. - теплоемкость изоляции, Дж/кг С;

Cиз. = 840 Дж/кг С

tср. - температура в средней точке изоляции, С;

tср. = (tвыд + tизол.н.) / 2, (41)

где tвыд - температура выдержки, С,

tнаг - 132С; (рисунок 2)

tизол.н. - начальная температура изоляции, С,

tизол.н. = 40 С (для всех режимов принимаем одинаковую)

tср. = (132 + 40) / 2 = 86С.

Qиз. = 30 0,09 2600 840 (86 - 40) = 271 106 Дж

Расчет количества потерь тепла в окружающую среду

Qпот. = 10% (Qап. + Qиз.), (42)

Qпот. = 0,1 (271 106 + 846 106) = 111,7 106 Дж

Q1 = 846 106 + 271 106 + 111,7 106 =1228,7 106 Дж

II. Режим - выдержка пустого аппарата

Q2 = Qпот.выд. (43)

Расчет потерь тепла

Qпот. = Fиз. (tиз.н. - tвозд.) выд., (44)

Где - коэффициент лучеиспускания

= 9,74 + 0,07 (tиз.н. - tвозд.), (45)

Где 9,74 - постоянная величина

0,07 - постоянная величина

tизол.н. - начальная температура изоляции, С,

tизол.н. = 40 С

tвозд. - температура воздуха, С;

tвозд. = 20 С;

= 9,74 + 0,07 (40 - 20) = 11,14 Вт/м2 С

Fиз. - площадь поверхности изоляции, м2;

Fиз. = 30 м2 (87)

выд. - время выдержки, сек;

выд. = 3600 сек; (рисунок 1)

Q2 = Qпот = 11,14 30 (40 - 20) 3600 = 24 106 Дж

Расчет массы пара, кг

, кг (46)

Где Q1 = 1228,7 106 Дж

Q2 = 24 106 Дж

Iп - энтальпия пара

Iп = 2727800 Дж/кг

Iк - энтальпия конденсата

Iк = 553360 Дж/кг;

mп = (1228,7 106 + 24 106) / (2727800 - 553360) = 576,1 кг

III. Режим - охлаждение пустого аппарата

Q3 = Qап + Qиз. , Дж (47)

Расчет количества тепла отводимого от аппарата

Qап = Мап C (tк - tн), (48)

Где Мап = 15600 кг

С = 502,8 Дж/кг С

tн = 40 С; (рисунок 1)

tк = 132 С; (рисунок 1)

Qап = 15600 502,8 (132 - 40) = 721 106 Дж

Qиз. - тепло, отводимое от изоляции, Дж

Qиз. = 162,9 106 Дж

Q3 = 721 106 + 271 106 = 992 106 Дж

Расчет массы воды, кг

(49)

Где Q3 - тепло, отводимое от аппарата, Дж

Q3 = 992 106 Дж

tводы к. - конечная температура воды

tводы к. = 40 С [по д.к.]

tводы н. - начальная температура воды

tводы к. = 8 С [по д.к.]

Своды - теплоемкость воды

Своды = 4190 Дж/кг С [6]

кг

Тепловой расчет стадии стерилизации аппарата

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 3 - режим стерилизации питательной среды:

I Режим - нагрев: tн = 24C; tк = 101C

II Режим - выдержка: tвыд = 101C; = 60 мин

III Режим - охлаждение: tн = 101C; tк = 40C

Уравнение теплового баланса

Qобщ.1. = Q1 + Q2 + Q3 (50)

Где Q1 - тепло, необходимое на нагрев, Дж

Q2 - потери тепла, Дж

Q3 - тепло, которое нужно отвести, Дж

I. Режим - нагрев аппарата с питательной средой

Q1 = Qап. + Qиз. + Qпотерь + Qср (51)

Расчет количества тепла, необходимого на нагрев аппарата

Qап = Мап Cап (tк - tн), (52)

Где Мап = 15600 кг; [11]

Cап = 502,8 Дж/кг С; [6]

tк = 101С (рисунок 3)

tн = 24 С (рисунок 3)

Qап = 15600 502,8 (101 - 24)= 603 106 Дж

Расчет количества тепла, необходимого на нагрев изоляции, Qиз, кДж,

Qиз. = Fиз. из. из. Cиз. (tср. - tн..) ; (53)

Где Fиз. = 30 м2;

из. - 0,09 м [4]

из. - 2600 кг/м3; [5]

Cиз. = 840 Дж/кг С

tср. -температура в средней точке изоляции, С;

tср. = (tвыд.+ tизол.н.) / 2, (54)

где tвыд. = 101 С (рисунок 3)

tизол.н. = 40 С

tср. = (101 + 40) / 2 = 70,5 С

Qиз. = 30 0,09 2600 840 (70,5 - 40)= 179 106 Дж

Расчет тепла, необходимого на нагрев среды в аппарате

Qср. = Мср. * Cср. * (tк - tн), (55)

Где Мср. - масса среды, кг

Мср. = 1/3 * mпит.ср.; (56)

mпит.ср. - масса питательной среды

mпит.ср. = 39507 кг (из материального баланса)

Cср. - теплоемкость среды

Cср. = 4190 Дж/кг С

tк = 101С; (рисунок 3)

tн = 24 С (рисунок 3)

Qср = 39507/3 4190 (101 - 24) = 4248 106 Дж

Расчет потерь тепла в окружающую среду

Qпот. = 10% (Qап. + Qиз.) (57)

Qпот. = 0,1 (603 106 + 179 106) = 782 106 Дж

Q1 = 603106 + 179106 + 4248106 + 782106 = 5812106 Дж

II. Режим - выдержка

Q2 = Qпот.выд. (58)

Qпот.выд. = Fиз. (tиз.н. - tвозд.) выд., Дж (59)

Где = 11,14 Вт/м2 С

Fиз. = 30 м2

выд. = 3600 сек; (рисунок 3)

Q2 = Qпот. = 11,14 30 (40 - 20) 3600 = 24106 Дж

Расчет массы пара, кг

, кг (60)

Где Q1 = 5812 106 Дж

Q2 = 24 106 Дж

Iп = 2727800 Дж/кг [6]

Iк = 553360 Дж/кг [6]

mп = (5812 106 + 24 106) / (2727800 - 553360) = 2684,2 кг

III. Режим - охлаждение аппарата с питательной средой

Q3 = Qап + Qиз. + Qср, Дж (61)

Расчет количества тепла отводимого от аппарата

Qап = Мап Cап (tк - tн), (62)

Где Мап = 15600 кг [11]

С = 502,8 Дж/кг С [6]

tк = 40 С; (рисунок 3)

tн = 101 С; (рисунок 3)

Qап = 15600 502,8 (101 - 40) = 478 106 Дж

Qиз. - тепло, отводимое от изоляции, Дж

Qиз. = 179 * 106 Дж (104)

Расчет количества тепла отводимого от среды

Qср = Мср Cср (tн - tк), (63)

Где Мср. - масса среды, кг

Мср. = 13169 кг

Cср. = 4190 Дж/кг С [6]

tк = 40С; (рисунок 3)

tн = 101 С (рисунок 3)

Qср = 13169 4190 (101 - 40) = 3365 106 Дж

Q3 = 478 106 + 179 106 + 3365 106 =4022 106 Дж

Расчет воды на охлаждение питательной среды

(64)

Где Q3 - тепло, отводимое от аппарата, Дж

Q3 = 4022 106 Дж

tводы к. = 40 С [по д.к.]

tводы к. = 8 С [по д.к.]

Своды = 4190 Дж/кг С [6]

кг

Тепловой эффект процесса биосинтеза

Уравнение теплового эффекта биосинтеза

Qбиос = Qперем + Qвозд + Qконд + Qжизн. - Qисп, (65)

Где Qперем - тепло, образующееся за счет вращения мешалки аппарата, Дж

Qвозд - тепло, приносимое в аппарат с воздухом, Дж

Qконд - тепло, образующееся за счет конденсации, Дж

Qжизн. - тепло, выделяемое продуцентом в результате жизнедеятельности, Дж

Qисп - теплота испарения, Дж

Расчет тепла, выделяющегося при перемешивании Qперем, Дж

Qперем = Nдв 103 3600, (66)

Где Nдв - мощность, затрачиваемая на перемешивание, кВт;

Nдв = 120 кВт [11]

- время ферментации, ч;

= 130 ч [по д.к.]

- коэффициент полезного действия, %

= 0,85 [2]

Qперем = 120 103 130 0,85 3600 = 4916,8 106 Дж

Расчет тепла, приносимого в аппарат с воздухом

Qвозд = Vвозд возд Cвозд (tвх - tвых), (67)

Где Vвозд - объем воздуха, расходуемого на биосинтез, м3;

Vвозд = 218160 м3; (таблица 1)

возд - плотность воздуха, кг/ м3

возд = 1,48 кг/ м3

Cвозд - теплоемкость воздуха, Дж/кг С

Cвозд = 1000 Дж/кг С [6]

tвх - температура входящего воздуха, С

tвх = 60 С [по д.к.]

tвых - температура выходящего воздуха, С

tвых = 40 С [по д.к.]

Qвозд = 218160 1,48 1000 (60 - 40) = 6457,5 106 Дж

Расчет тепла, приносимого в аппарат при конденсации влаги

Qконд = mвл (Iп - Iк), Дж (68)

Где mвл - масса уносимой из аппарата влаги, кг

mвл = 96,86 кг

Iп - энтальпия пара, Дж/кг

Iп = 2727800 Дж/кг [6]

Iк - энтальпия конденсата, Дж/кг

Iк = 553360 Дж/кг [6]

Qконд = 96,86 (2727800 - 553360) = 210,6 106 Дж

Расчет тепла, выделяемого продуцентом в результате жизнедеятельности

Qжизн = V q , Дж (69)

Где V - объем культуральной жидкости олеандомицина, м3

V =34,67 м3

q - теплоемкость, Дж/кг С; q = 940 Ск.ж.

где Ск.ж. - теплоемкость культуральной жидкости олеандомицина, Дж/кг С

Ск.ж. = 4187 Дж/кг С

q =940 * 4187 = 3935780 Дж/кг С

- время ферментации, ч

= 130 ч [по д.к.]

Qжизн = 34,67 3935780 130 = 17739 106 Дж

Расчет потери тепла, расходуемого с испарением, Дж

Qисп = mвл r (70)

Где mвл - масса уносимой из аппарата влаги, кг

mвл = 96,86 кг

r - теплота парообразования, кДж / кг

r = 2425600 кДж / кг [6]

Qисп = 96,86 2425600 = 234,9 106 Дж

Qбиос = 4916,8 106 + 6457,5 106 + 210,6 106 -234,9 106 + 17739 106 = 29809 106 Дж

Qбиос = Qохл (71)

Расчет массы воды , кг

(72)

Где Qохл - теплота охлаждения, Дж;

Qохл = 29809 106 Дж (138)

Св - теплоемкость воды, Дж/кг С

Св = 4190 Дж/кг С

tводы.к. - температура воды на выходе, С

tводы.к. = 40 С [по д.к.]

tводы.н.- температура воды на входе, С

tводы.н. = 8 С [по д.к.]

кг

5.2 ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

Процесс биосинтеза олеандомицина осуществляют в ферментаторе вместимостью 50000 л. Процесс биосинтеза олеандомицина состоит из следующих операций:

1. Подготовка ферментатора к загрузке

2. Приготовление питательной среды

3. Стерилизация питательной среды и загрузка её в ферментатор

4. Стерилизация масла подсолнечного

5 Стерилизация синтетического пеногасителя

6 Засев питательной среды, ведение процесса биосинтеза олеандомицина в ферментаторе

1. Подготовка ферментатора к загрузке

После слива культуральной жидкости в ферментаторе снимают воздушное давление до нуля, проверяют отсутствие давления по манометру и пробнику, получив письменное разрешение мастера смены, открывают люк, промывают аппарат водой с помощью моечной машины или из шланга. Промывную воду сливают в промышленную канализацию.

Затем в аппарат набирают воду до покрытия барботера и проверяют его работу подачей сжатого воздуха. Воздух из отверстий барботера должен выходить равномерно, а при прекращении подачи его на поверхности воды не должно образовываться пузырьков. Воду сливают в промышленную канализацию.

Аппарат продувают воздухом. Затем делают ревизию вентилей на линиях: загрузочной, посевной, выхлопа, подачи пара на выхлоп, пробнике. По письменному распоряжению мастера проводят внутренний осмотр ферментатора. Делают внутренний осмотр, по окончании его ферментатор обрабатывают (4-l) % раствором натра едкого с полным заполнением при температуре (95 ± -1?С).

После инфицированной операции обработку проводят 8 % раствором натра едкого при температуре (95 ± 5) °С в течение 2 ч, затем моющий раствор передают в аппарат, стенки ферментатора промывают из шланга водой пйтьевой.

Воздушный фильтр вскрывают согласно графика, а также в случаях инфицирования культуральной жидкости в аппарате.

2. Приготовление питательной среды

Питательную среду для ферментаторов готовят на централизованном участке приготовления питательных сред в в аппаратах вместимостью 15000 л на расчетный объем 35000 л по следующей прописи:

Предварительно аппараты промывают водой питьевой из шланга, промывную воду сливают в промышленную канализацию. Концентрат питательной среды готовят частями.

3. Стерилизация питательной среды и загрузка её в ферментатор

Из сборника " питательную среду, а затем промывки передают насосом на УНС (установку непрерывной стерелизации среды)

Перед началом стерилизации питательной среды проводят ревизию насосов и контрольно-измерительных приборов на УНС, чистоту ловушек перед насосами .

Питательную среду стерилизуют при температуре от 133 до 137 °С контроль по прибору TIRC и давлении от 027 до 0,39 МПа (от 2,7до 3.9 кгс/см2)

Из колонки среда поступает в выдерживатель скорость подачи среды и количество острого пара регулируют таким образом, чтобы температура среды на выходе из колонки была 135 ± 2 °С.

Объем среды после стерилизации в аппарате контролируют через смотровые стекла по отметкам внутри аппарата. Общая продолжительность стерилизации среды от 3,0 до 3,5 ч. По окончании процесса стерилизации среды УНС продувают паром в течение 30 мин

4. Стерилизация масла подсолнечного

Подсолнечное масло с центрального склада по трубопроводу передают в сборник, из которого сжатым воздухом передают в стерилизатор 1000 л( контроль по мерному стеклу). Стерилизуют масло подсолнечное острым паром при температуре от 132 до 135 ?С и паровом давлении от 0,19 до 0,22 МПа в течении от 3 до 3,5 ч.

5 Стерилизация синтетического пеногасителя

В качестве синтетического пеногасителя при биосинтезе олеандомицина используют пропинол Б-400. Стерилизуют пеногаситель в автоклаве при температуре 127 ?С и паровом давлении от 0,14 до 0,16 МПа в течении 90 мин.

6 Засев питательной среды, ведение процесса биосинтеза олеандомицина в ферментаторе

Посевным материалом для засева питательной среды в ферментаторе служит мицелий, выращенный в посевном аппарате в количестве от 13 до 15 %.

Посев проводят по посевной линии за счет разницы давления воздуха, создаваемой в аппаратах. Посевной коллектор до и после посева стерилизуют острым паром в течение 1 ч. Согласно утвержденному графику через 5 операций производят проверку посевного коллектора на герметичность с помощью сжатого воздуха или азота при давлении от 0,2 до 0,3 МПа .

Один раз в месяц производят замену прокладок вентилей посевного коллектора, проверяют коллектор на герметичность и промывают (9 ± 1) % раствором натра едкого при температуре (95 ± 1) °С.

После засева из ферментатора с соблюдением правил асептики отбирают пробы среды для определения водородного показателя; рН), для контроля стерильности. В качестве источника углеводного питания продуцента используют масло подсолнечное. Начиная с 24 ч роста дозируют в аппарат масло подсолнечное по 4 л/ч. Принцип дозирования основан на автоматическом открытии клапана на линии подачи масла в аппарат. Частота открытия клапана задается по программе.

Бутиловый спирт передают в ферментатор по стерильному коллектору с помощью насоса из мерника . В мерник бутиловый спирт передают из сборника давлением азота.

Для предупреждения сильного вспенивания в первые часы роста и в процессе биосинтеза по указанию микробиолога подают в ферментатор в зоне спиртового факела через дозатор стерильный синтетический пеногаситель пропинол Б-400.

Для компенсации уноса культуральной жидкости с отходящим воздухом за сутки до слива культуральной жидкости по указанию микробиолога производят долив стерильной водой температурой 27 °С в количестве от 1500 до 2500 л.

В процессе биосинтеза олеандомицина с соблюдением правил асептики через каждые 8 ч отбирают пробы культуральной жидкости для проведения информативного контроля, в которых контролируют:

-водородный показатель (pH) - потенциометрически;

-массовую долю углеводов;

-содержание (активность) олеандомицина в культуральной жидкости, начиная с 70 ч роста;

-отсутствие посторонней микрофлоры - высевом на питательные среды.

Момент слива определяют по прекращению накопления олеандомицина в культуральной жидкости. К этому времени:

-массовая доля углеводов не должна превышать 0,5 % ;

-содержание (активность) олеандомицина не ниже 1000 мкг/мл;

ЗАКЛЮЧЕНИЕ