Массообмен в энергоресурсосберегающей технологии
Анализ метода синтеза модели процесса культивирования, что позволяет регулировать степень аэрации и учитывать ее количество, способствует удалению от клеток микроорганизма продуктов обмена и лизиса. Ознакомление с основными параметрами ферментатора.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 28.01.2021 |
| Размер файла | 130,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
ФГБОУ ВО Якутская ГСХА
Массообмен в энергоресурсосберегающей технологии
Кокиева Г.Е., доктор технических наук Профессор кафедры «Прикладная механика»
Дондоков Ю.Ж., кандидат технических наук
Россия, Якутск
Аннотация
В данной статье описывается синтез модели процесса культивирования. Этот метод позволяет регулировать степень аэрации и учитывать ее количество. Способствует удалению от клеток микроорганизма продуктов обмена и лизиса, с также обеспечивает равномерное распределение кислорода в культуральную жидкости по всему объему ферментатора.
Ключевые слова: ферментатор, микробиологическое производство, принцип газлифта, конструктивная особенность оборудования.
Abstract
This article describes the synthesis of the cultivation process model. This method allows you to adjust the degree of aeration and take into account its amount. It helps to remove from the cells of the microorganism products of metabolism and lysis, C also provides a uniform distribution of oxygen in the culture fluid throughout the volume of the fermenter.
Keywords: fermenter, microbiological production, gas lift principle, design feature of the equipment.
Ферментатор является основным аппаратом любого микробиологического производства и в значительной степени определяет его экономическую эффективность. В основном, они осуществляют подвод кислорода, так как это является неотъемлемой частью в конструктивной особенности оборудования, основанных на микробном синтезе. Наибольшая часть данных процессов протекают как с участием газовых компонентов, так и жидких или твёрдых веществ [3,4]. На данное время существует множество работ, посвященных определению величины газосодержания, его взаимосвязи с физико-химическими свойствами среды и режимными параметрами посвящены работы многих исследователей. Основу конструирования аппаратов для культивирования микроорганизмов осуществляющих подвод кислорода составляет принцип газлифта. Одним из основных гидродинамических параметров, характеризующих данные ферментатора является газосодержание и массообмен в культуральной жидкости, скорость жидкой и газовой фаз, кратности и скорости циркуляции. Кислород плохо растворяется в воде, и его концентрация в воде составляет 8,1 мг/л. Следовательно, для обеспечения процесса ферментации кислородом необходима непрерывный подвод кислорода в культуральную жидкость[1,2]. Применение в производстве барботажных ферментаторов имеет ряд своих преимуществ:
Применение в производстве барботажных ферментаторов имеет ряд своих преимуществ:
Возможность конструирования деталей в различных частях оборудования, в частности аэратора, осуществляющего подвод кислорода и поддержание температуры культивируемой среды, за счет возможности применения теплообменной аппаратуры в различных зонах аппарата для культивирования микроорганизмов;
Устройство механического перемешивания культуральной жидкости позволяет интенсивно производить перемешивание по всему объему полезного объема ферментатора, что в свою очередь увеличивает биомассу продукции кормового белка;
- Защита оборудования от агрессивных сред;
- Удобство вспомогательного оборудования;
Основу конструирования оборудования осуществляющих подвод кислорода составляет принцип газлифта. Одним из основных гидродинамических параметров, характеризующих данные ферментатора является газосодержание и массообмен в культуральной жидкости, скорость жидкой и газовой фаз, кратности и скорости циркуляции [1,2].
Процесс культивирования микроорганизмов сопровождается большим ростом популяции аэробных микроорганизмов в котором необходим подвод кислорода, под действием кислорода происходит окисление органических субстратов и обеспечение клеток необходимой для нее энергией [3].
Кислород плохо растворяется в воде, и его концентрация в воде составляет 8,1 мг/л. Следовательно, для обеспечения процесса ферментации кислородом необходим непрерывный подвод кислорода в культуральную жидкость [1,5]. культивирование аэрация лизис ферментатор
При подводе кислорода происходят два процесса: абсорбция кислорода ферментационной жидкостью из пузырьков воздуха и усвоение растворённого кислорода в жидкости.
В таблице 1 приведены расчётные формулы для определения массоотдачи для жидкой фазы.
Таблица 1 - Расчётные формулы для определения массоотдачи и поверхности раздела фаз
|
№п/п |
Вид расчетной формулы |
Примечание |
|
|
1-1 |
уравнение массоотдачи для жидкой фазы где: М - концентрация кислорода, кг; вЖ - коэффициент массоотдачи в жидкой фазе, м/ч; хр-равновесные концентрации кислорода, кг/м3; х - рабочая концентрация кислорода в жидкой фазе, кг/м3; F - площадь поверхности массоотдачи, м2; ф - продолжительность процесса, ч. |
||
|
1-2 |
площадь поверхности раздела фаз .Рв барботажныхаппаратах где: Vр- рабочий объем ферментатора, м3; а - удельная площадь поверхности массоотдачи, м2/м3/ |
На процесс культивирования микроорганизмов большое влияние оказывает процесс перемешивания ферментационной жидкости.
На рис. 1 приведена структурная схема ферментатора, состоящая из трёх зон: Зона 1 - зона интенсивной массопередачи. Зона 2 - зона охлаждения, включающая объём биореактора, в корпусе которого (рис.1) находится теплообменник. В этой зоне наряду с массопередачей и биосинтезом происходит охлаждение среды. Зона 3 - циркуляционная зона.
В этой зоне уменьшается газосодержание среды и интенсивность массопередачи [1,2,3].
Рис 1. Структурная схема аппарата для культивирования микроорганизмов: 1 -зона интенсивной массопередачи; 2 - зона охлаждения; 3 -зона циркуляции
Графики на рис.1-2 иллюстрируют зависимости выхода биомассы, ее концентрацию, концентрацию субстрата и кислорода в жидкой фазе на выходе из биореактора.
Рисунок 2. Зависимость выхода биомассы
Рисунок 3.Зависимость концентрации биомассы
Анализ рассмотренных теоретических данных материалов показывает, что процессы гидродинамики и массопередачи в аппаратах с мешалками и ферментаторах типа ФЖГМ широко используются. К настоящему времени четко выделены основные гидродинамические и массообменные параметры, характеризующие перемешивание и массообмен.
Список литературы
1. Кокиева, Г.Е. Пат. 2565557 Российская федерация, МПК С 12 М 1/02, С 12 М 1/04, С 12 М 1/21. Аппарат для культивирования микроорганизмов / Кокиева Г.Е., Шагдыров И.Б., Шагдыров Б. И., Болохоев В. С.; Заявитель и патентообладатель Бурят.гос. с.-х. акад. им. В. Р. Филиппова. - № 2014127113/10; заявл. 02.07.14; опубл. 20.10.15, Бюл. № 29. - 7 с. : ил.
2. Яковлев Н.А., Соломаха Г.П. Об учете энергии газового потока при изучении массопереноса в аппаратах с мешалками. -Тезисы докладов III Всесоюзной конференции по теории и практике перемешивания в жидких средах. -М.: НИИТЭхим. - 1976 с.123-126.
3. Якушкин В.А. Исследование и разработка методики расчета трубчатых газлифтных аппаратов для выращивания кормовых дрожжей. Автореферат канд. Дисс. ЛТИ им. Ленсовета.-Л., 1974, -23 с.
4. Янчевский В.К., Коваленко В.И., Шевченко В.И. Интенсификация биосинтеза дрожжевой биомассы в бродильных производствах/ Обз. Инф. АгроНИИТЭИПП. Спиртовая и ликероводочная промышленность, 1984. - № 4. - с. 20.
5. Oxygen transfer and agitation in submerged fermentation / W.H. Bartolomew, E.O. Karow, M.R. Sfat, R.H. Wilhelm // Industrial & Engineering Chemistry Research. - 1950. - № 42. - P.1801.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Расчет основных параметров двигателя ЗИЛ-130. Детали, механизмы, модели основных систем двигателя. Количество воздуха, участвующего в сгорании 1 кг топлива. Расчет параметров процесса впуска, процесса сгорания. Внутренняя энергия продуктов сгорания.
контрольная работа [163,7 K], добавлен 10.03.2013Классификация методов лабораторных коррозионных испытаний, способы удаления продуктов коррозии после их проведения. Растворы и режимы обработки для химического и электрохимического методов. Составление протокола (отчета) по удалению продуктов коррозии.
курсовая работа [769,0 K], добавлен 06.03.2012Применение электрических полей для воздействия на процессы самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). История открытия метода СВС, его преимущества по сравнению с традиционными технологиями. Рентгенофазовый анализ продуктов СВС.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 19.02.2016Изготовление биопрепаратов для очистки нефтезагрязненных грунтов и водоемов. Процесс получения микроорганизмов, их продуктов жизнедеятельности. Проведение комплекса мероприятий по удалению загрязнений, содержащихся в бытовых и промышленных сточных водах.
отчет по практике [1,4 M], добавлен 19.10.2014Определение горючей массы и теплоты сгорания углеводородных топлив. Расчет теоретического и фактического количества воздуха, необходимого для горения. Состав, количество, масса продуктов сгорания. Определение энтальпии продуктов сгорания для нефти и газа.
практическая работа [251,9 K], добавлен 16.12.2013Описание аппарата синтеза метанола из конвертированного газа на медьсодержащем катализаторе. Теоретический анализ процесса. Обоснование оптимальных технологических параметров. Описание технологической схемы синтеза, анализ экологической безопасности.
курсовая работа [389,7 K], добавлен 23.06.2014Ознакомление с содержанием и особенностями применения фотолитографического метода. Анализ загрязняющих веществ, сбрасываемых в канализационные сети. Рассмотрение реагентного, ионообменного и адсорбционного способов очистки производственных сточных вод.
курсовая работа [3,4 M], добавлен 27.02.2012Получение органических соединений, материалов и изделий посредством органического синтеза. Основные направления и перспективы развития органического синтеза. Группы исходных веществ для последующего органического синтеза. Методика органического синтеза.
реферат [1,6 M], добавлен 15.05.2011Тенденции развития органического синтеза. Синтез-газ как альтернатива нефти. Получение этанола прямой каталитической гидратацией этилена. Замена двухстадийного процесса синтеза ацетальдегида из этилена через этанол одностадийным окислительным процессом.
курсовая работа [116,4 K], добавлен 27.02.2015Критерии эффективности химико-технологического процесса, его классификация и стадии. Экзотермические и эндотермические химические процессы. Процессы разложения, нейтрализации, замещения, обмена, окисления, восстановления, присоединения (синтеза).
лекция [1,3 M], добавлен 09.10.2009Роль систем автоматизированного производства в проектировании. Аммиак и его свойства, способы хранения. Расчёт химических параметров реакции образования аммиака. Создание модели теплообменного аппарата. Проектирование базы данных процесса ректификации.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 08.02.2016Анализ конструкции и технологии изготовления фрез, преимущества метода охватывающего фрезерования. Требования к точности и стойкости фрез. Недостатки технологии изготовления корпуса сборной кассетной фрезы с внутренним зацеплением, порядок их устранения.
дипломная работа [1,3 M], добавлен 07.08.2009Хлеб как один из наиболее важных продуктов питания, знакомство с основными способами производства и ассортиментом. Общая характеристика технологического процесса приготовления хлебобулочных изделий. Рассмотрение особенностей приготовления ржаного хлеба.
реферат [21,6 K], добавлен 08.03.2015Химические и физико-химические методы модифицирования поверхности алмазных материалов. Разработка процесса модификации поверхности наноалмазов детонационного синтеза с целью их гидрофобизации и совместимости с индустриальными и автомобильными маслами.
дипломная работа [1,6 M], добавлен 17.12.2012Эксплуатационное назначение отливки. Выбор метода изготовления детали. Определение плоскости разъема модели, припусков на механическую обработку. Выбор опок и модельных плит. Расчет литниковой системы. Разработка технологии сборки и заливки форм.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 09.11.2013Математическая и физическая модели массообмена, описание процессов, происходящих в биореакторе. Рекомендации по биоконверсии органического сырья в биотопливо при изменении различных параметров в ситуации многокомпонентности и неоднородности сырья.
дипломная работа [3,3 M], добавлен 03.04.2015Анализ методики автоматизированной разработки конструкции и технологии изготовления узла коллиматора встроенного визира оптического устройства. Ознакомление с техническим нормированием времени операций. Рассмотрение процесса выбора режимов резания.
дипломная работа [5,8 M], добавлен 12.08.2017Системы теплообмена установок первичной переработки нефти. Методы решения задачи синтеза тепловых систем. Разработка компьютерной модели технологического процесса теплообмена. Описание схемы и общая характеристика установки ЭЛОУ-АТ-6 Киришского НПЗ28.
дипломная работа [1,9 M], добавлен 10.07.2015Анализ систем-прототипов и выбор структуры системы управления участком. Исследование характеристик входящих в систему устройств и возможностей информационного обмена между ними. Состав и количество технического оборудования, интерфейсные решения.
дипломная работа [1,1 M], добавлен 20.03.2017Технология и химические реакции стадии производства аммиака. Исходное сырье, продукт синтеза. Анализ технологии очистки конвертированного газа от диоксида углерода, существующие проблемы и разработка способов решения выявленных проблем производства.
курсовая работа [539,8 K], добавлен 23.12.2013
