О проекте
Меню
На главную
Расширенный поиск
Опубликовать
Помощь экспертов - репетиторов
Учебные материалы
Почитать

Помощь в написании работ

Проект участка ферментации бензилпенициллина с годовой мощностью 430000 млрд. ЕД по готовому продукту

  • Вид работы:
    Курсовая работа (т)
  • Предмет:
    Другое
  • Язык:
    Русский
    ,
    Формат файла:
    MS Word
    125,39 Кб
  • Опубликовано:
    2013-05-21
Все курсовые работы по другим направлениям
Скачать курсовую работу Читать текст online Заказать курсовую
*Помощь в написании! Посмотреть все курсовые работы
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!

Проект участка ферментации бензилпенициллина с годовой мощностью 430000 млрд. ЕД по готовому продукту

Задание на курсовое проектирование

 

1. Студент группы 10БТ1зи специальности 240901 Аржанов Михаил

2. Руководитель работы Яхкинд М. И

3. Тема проекта Проект участка ферментации бензилпенициллина с годовой мощностью 430000 млрд. ЕД по готовому продукту.

Тема утверждена приказом ПГТА от г.

4. Техническое задание на работу (назначение устройства, условия применения, внешние воздействия, специальные требования и т.п.)

Спроектировать участок ферментации бензилпенициллина, провести материальные и тепловые расчеты, рассчитать и выбрать основное оборудование по каталогу, обеспечить безопасность жизнедеятельности на производстве, предложить меры по защите окружающей среды.

5. Объем и содержание основной части работы

. Пояснительная записка (перечень вопросов, подлежащих разработке, расчетов, обоснований, описаний)

1. Анализ технологического процесса получения бензилпенициллина

. Расчет и подбор основного технологического оборудования

. Тепловые и энергетические расчеты

4. Консультанты и содержание дополнительных разделов (указывается конкретное содержание задания)

. По технологическим и конструкторским расчетам. Тема задания: Расчет материального, теплового и энергетического баланса и подбор основного технологического оборудования.

Яхкинд М.И.

ферментация бензилпенициллин участок оборудование

Реферат

 

Пояснительная записка К П:., 6 иллюстраций, 14 таблиц, библиографический список.

Тема: "Проектирование участка ферментации бензилпенициллина с годовой мощностью 430000 млрд. ед по готовому продукту".

Ключевые слова: техногенная нагрузка на ОС, производство субстанций антибиотиков, выбросы в атмосферу, очистка вентиляционного воздуха, технологическая схема, предотвращенный ущерб.

Объектом исследования является цех 2 ОАО "Биосинтез", являющийся крупнотоннажным производством субстанций антибиотиков.

Цель работы - разработка участка ферментации бензилпенициллина.

Проведен анализ техногенной нагрузки на ОС производства субстанций антибиотиков. Наибольшее количество выбросов в атмосферу поступает от цеха 2. Основным ЗВ является бензилпенициллин. Для снижения микробной загрязняемости окружающей среды и удаления неприятных запахов и выходящего воздуха предложена очистка ферментативных выбросов на скрубберах. Промывные воды поступают на усреднение в общезаводскую канализацию.

Перечень принятых обозначений

 

БПК - биологическая потребность кислорода

ВР - вспомогательные работы

БФ - большой ферментатор

КИПиА - контрольно-измерительные приборы и автоматы

ОАО - открытое акционерное общество

ПА - посевной аппарат

ПАВ - поверхностно активные вещества

ПДК - предельно допустимая концентрация

ПИ - полезные ископаемые

ТП - технологический процесс

ФС - фармстатья

ХПК - химическая потребность кислорода

Содержание

Введение

Раздел 1. Анализ технологического процесса получения бензилпенициллина

1.1 Технико - экономическое обоснование выбранного метода ферментации

1.2 Описание технологического процесса

1.3 Характеристика применяемого сырья и вспомогательных материалов

1.5 Процессуальная схема производства

Раздел 2. Материальные расчеты

2.1 Материальный баланс стадии выращивания посевного материала в инокуляторе

2.2 Материальный баланс стадии выращивания посевного материала в посевном аппарате

2.3 Материальный баланс стадии биосинтеза бензилпенициллина в ферментаторе

2.4 Расчет и подбор основного технологического оборудования

2.5 Расчет вместимости реактора фенилуксусной кислоты, м3

2.6 Расчет реактора ортофосфорной кислоты

2.7 Расчет реактора подсолнечного масла

Раздел 3. Тепловые и энергетические расчеты

3.1 Тепловой расчет стерилизации пустого аппарата

3.2 Тепловой расчет стерилизации инокулятора со щелочью

3.3 Тепловой расчет стерилизации питательной среды в инокуляторе

3.4 Тепловой расчет стерилизации пустого аппарата

3.5 Тепловой расчет стерилизации посевного аппарата со щелочью

3.6 Тепловой расчет стерилизации пустого ферментатора

3.7 Тепловой расчет стерилизации ферментатора со щелочью

3.8 Тепловой расчет процесса биосинтеза

3.9 Энергетические расчеты

Заключение

Библиографический список

Введение


Основной целью курсового проекта является рассчитать участок ферментации бензилпенициллина. В проекте предусмотрены материальные, тепловые, энергетические, экономические расчеты, а также расчет и подбор оборудования. В ходе расчетов необходимо определить количество полупродукта, а именно культуральной жидкости бензилпенициллина, используемой для выделения бензилпенициллина натриевой соли, которая в свою очередь является сырьем для получения 6-амминопенициллиновой кислоты.

Бензилпенициллина натриевая соль представляет собой белый порошок, горького вкуса, легко растворимого в воде, в этиловом и метиловом спиртах. Легко разрушается под действием кислот и щелочей, а также при нагревании [1].

Препарат при внесении в пламя окрашивает его в фиолетовый цвет. При взаимодействии с соляной кислотой образуется осадок, растворимый в избытке кислоты. Оптическая плотность 0,18% раствора при длине волны 264 нм должна быть от 0,75 до 0,95. удельное вращение 2% раствора препарата не менее 270ºС. Удельное поглощение, при длине волны 320 нм - не более 0,40 [2].

Препарат оказывает антимикробное действие на грамоположительные и некоторые грамотрицательные микробы, стафиллококи, пневмококки и другие. Препарат применяют при пневмонии, септических заболеваниях, остэомиллите и др. [1].

Раздел 1. Анализ технологического процесса получения бензилпенициллина


1.1 Технико-экономическое обоснование выбранного метода ферментации


Пенициллины - антибиотические вещества, продукты жизнедеятельности некоторых видов плесневого гриба Penicillium. Впервые пенициллин был открыт в 1929 году английским бактериологом Флемингом. Позднее в 1940 году Флори и Чейтн получили пенициллин в чистом виде и установили его молекулярную формулу. В нашей стране З.В. Ермольевой в 1942 году был получен первый отечественный пенициллин-крустозин, сыгравший огромную роль в спасении раненных в годы Великой Отечественной войны. В настоящее время известно, что пенициллин могут образовывать многие виды Penicillium, Asperqillus и другими грибами. Первые штаммы Penicillium образовывали не более 20 единиц антибиотика на 1 мл, сейчас эта цифра возрасла до 28 тыс. ед/мл [3].

Наиболее перспективным методом выращивания продуцентов антибиотиков признан метод глубинного культивирования, который включает четыре модификации: периодическое культивирование, объемный метод, батарейный метод, непрерывное культивирование продуцентов [4].

В данном проекте принят метод полунепрерывного регулируемого процесса биосинтеза бензилпенициллина, основанный на постоянном дозировании питательных веществ (жира, глюкозы, предшественника и др.) и поддержании их концентрации на оптимальном уровне. Применение этого метода позволяет поддерживать развитие продуцента на определенной стадии его роста, что позволяет повысить выход антибиотика.

Так, например, дозирование глюкозы со скоростью 0,032% в час повышает выход пенициллина на 15% по сравнению с лактозной технологией [4].

1.2 Описание технологического процесса


ТП.1 Биосинтез бензилпенициллина

Технологический процесс биосинтеза бензилпенициллина состоит из

следующих стадий:

ТП.1.1 Выращивание посевного материала в инокуляторе.

ТП.1.2 Выращивание посевного материала в посевном аппарате.

ТП.1.3 Биосинтез бензилпенициллина в ферментаторе.

ТП.1.1 Выращивание посевного материала в инокуляторе

Процесс выращивания посевного материала в инокуляторе состоит из следующих операций:

ТП.1.1.1 Подготовка инокулятора к загрузке.

ТП.1.1.2 Приготовление питательной среды, загрузка в инокулятор и стерилизация.

ТП.1.13 Засев питательной среды и ведение технологического процесса.

ТП.1.1.1 Подготовка инокулятора к загрузке

Инокулятор после освобождения от предыдущей загрузки тщательно промывают водой из шланга, проверяют включением исправность работы мешалки, чистоту барботера. Промывание воды с помощью вакуум-насоса передают в сборник.

Если предыдущая операция была нестерильной, то перед сливом содержимого производят проверку аппарата на герметичность при давлении воздуха 1,2 - 1,5 кгс/см2, затем массу нагревают до (100±5) ºС и выдерживают 30 минут. Содержимое аппарата после предварительной убивки выводят в специально отведенное место.

После освобождения промытый питьевой водой аппарат подвергают мойке (4±1) % раствором едкого натра. Щелочь нагревают острым паром до температуры (95±5) ºС и выдерживают в течение 1 часа, при этом осуществляют барботаж подачей воздуха через барботер, промывают выхлоп и пробник. Затем содержимое после охлаждения сливают на станцию биологической очистки и начинают ремонт аппарата. При этом производят внутренний осмотр аппарата, проверяют крепление трубы барботера, лопастей и муфт мешалки, уплотнение вала, заменяют прокладки вентилей и посевного штуцера.

По окончании ремонта закрывают люк и проводят проверку аппарата и

воздушного фильтра на герметичность, для чего в аппарате и фильтре создают сжатым воздухом давление от 1,2 до 1,5 кгс /см2. давление на фильтре должно быть больше, чем на аппарате. Резиновой грушей на фланцевые соединения, сальниковые уплотнения, прокладку люка и посевного штуцера, сварные швы наносят мыльный раствор. Появление пузырьков свидетельствует о негерметичности. После ликвидации пропусков аппарат и фильтр снова проверяют на герметичность и выдерживают под воздушным давлением 30 минут. Падение давления недопустимо.

По окончании проверки на герметичность снимают воздушное давление и приступают к стерилизации. Для этого аппарат и все прилегающие к нему коммуникации нагревают острым паром, подавая его через загрузочную, посевную линии, барботер и пробник. При достижении температуры 125ºС стерилизуют посевной штуцер в течение 20-30 минут, открыв его на полоборота, после чего закрывают. При температуре (132±2) ºС отмечают начало стерилизации. Стерилизуют 1 час при температуре (132±2) ºС и давлении 1,9-2,2 кгс/см2. По окончании стерилизации вентиля подачи пара в аппарат закрывают и при снижении давления от 0,6 до0,8 кгс/см2 производят смену парового давления на воздушное. В подготовленной к загрузке инокулятор загружают питательную среду по предварительно простерилизованному коллектору.

ТП.1.1.2 Приготовление питательной среды, загрузка в инокулятор и стерилизация

Концентрат питательной среды готовят в отделении средоприготовления. Требования предъявляемые к нестерильной питательной среде: рН (6,1±0,3); содержание углеводов от 5,7 до 6,1%; температура (75±5) ºС.

Питательную среду центробежным насосом передают по заранее простерилизованной загрузочной линии в инокулятор, отбирают пробу для определения рН, загружают жир. После этого аппарат со средой стерилизуют в течении 20-30 минут при температуре от 120 до 125ºС и давлении 1,0 - 1,4 кгс/см2

при непрерывно работающей мешалке. По окончании стерилизации при снижении давления до 0,8-1,0 кгс/см2 открываем вентиль подачи воздуха на барботер. После этого охладить среду до (25±1) ºС подачей воды в рубашку аппарата. Требования предъявляемые к стерильной питательной среде: рН от 5,8 до 6,4; содержание углеводов от 3,7 до 4,3%; температура (25±1) ºС.

Перед посевом отобрать пробу питательной среды.

ТП.1.1.3 Засев питательной среды и ведение технологического процесса

Для засева инокулятора используют сухие споры Penicillium Chrysoqenum, штамп 19, выращенный на пшене. Во время посева отключить мешалку. Снять давление с аппарата до 0,05 кгс/см2. Поставить ширму. Вокруг посевного штуцера создать кольцевую зону пламени с помощью факела, осторожно открыть посевной штуцер, быстро и аккуратно из колбы пересыпать посевной материал в аппарат. Обжечь колпачок в зоне пламени и закрыть посевной штуцер. Установить оптимальный режим выращивания посевного материала согласно контрольному направлению микробиолога. Процесс выращивания вести при непрерывном перемешивании. Температура на режиме (25±1) ºС, давление 0,4 - 0,5 кгс/см2. Количество подаваемого воздуха - 2 объема воздуха на 1 объем среды в минуту. Температура подаваемого в аппарат воздуха 50 - 60 ºС. Посевной материал должен быть стерильным и к моменту передачи в посевной аппарат иметь рН от 5,8 до 6,2, биомассу не ниже 30%, стадию развития III, IV. Процесс выращивания длится от 40 до 60 часов. Каждые 8 часов отбирают пробы для определения рН, стерильности, биохимических показателей.

ТП.1.2 Выращивание посевного материала в посевном аппарате

Процесс выращивания посевного материала в посевном аппарате состоит из следующих операций:

ТП.1.2.1 Подготовка посевного аппарата к загрузке. Осуществляют аналогично стадии подготовки инокулятора к загрузке.

ТП.1.2.2 Приготовление, прием и стерилизация питательной среды.

ТП 1.2.3 Засев питательной среды и выращивание посевного материала.

ТП 1.2.2 Приготовление, прием и стерилизация питательной среды

Приготовление питательной среды производят в отделении средоварки. После приготовления проверяют значение рН (6,1±0,3). Центробежным насосом среду передают на установку непрерывной стерилизации (УНС). Температура подаваемой на УНС среды (75±5) ºС. Требования, предъявляемые к нестерильной питательной среде: рН от 5,8 до 6,4; содержание углеводов от 4,7 до 4,9%; температура 70-80ºС.

Стерилизацию среды для посевных аппаратов осуществляют на УНС, которая состоит из нагревательной колонки и выдерживателя. Концентрат питательной среды подают в колонку, куда одновременно подается пар при давлении 4,5 - 5 кгс/см2. Из колонки среда поступает в выдерживатель. Разбавление концентрата среды происходит за счет конденсата, образующегося при стерилизации. Объем среды поступающей в посевной аппарат определяют визуально через смотровое стекло. Среду в посевном аппарате охлаждают путем подачи воды в змеевики до температуры (25±1) ºС, поддерживая при этом стерильным сжатым воздухом давление в аппарате от 0,4 до 0,5 кгс/см2.

Перед засевом среды из аппарата отбирают пробу для определителя рН, содержания углеводов и стерильности. Стерильная среда должна иметь следующие показатели: рН от 5,8 до 6,4; содержание углеводов от 3,7 до 4,3%.

ТП.1.2.3 Засев питательной среды и выращивание посевного материала

Посевным материалом для засева питательной среды в посевном аппарате служит посевной мицелий, выращенный в инокуляторе в количестве 12 - 14% от объема среды. Засев производят по предварительно простерилизованному коллектору за счет разности давления в инокуляторе (1,3 кгс/см2) и в посевном

аппарате (0,3 кгс/см2). Окончание передачи посевного материала определяют по падению давления в инокуляторе или по времени от 5 до 10 минут после того, как посевная линия станет холодной. После посева отбирают пробу для определения рН и стерильности и устанавливают режим выращивания.

Во время выращивания держать под паровой завесой линию слива в канализацию, пробник, посевные и загрузочную линии, выхлоп.

Температурный режим выращивания (25±1) ºС. Количество подаваемого воздуха - 1 объем воздуха на 1 объем среды в минуту. Давление на режим 0,4-0,5 кгс/см2. перемешивание непрерывное. Каждые 8 часов отбирать пробы для контроля за развитием мицелия, отсутствием посторонней микрофлоры и изменением рН. Перед передачей в ферментатор рН естественный. Время выращивания посевного материала от 16 до 24 часов. Допускается хранение в захоложенном состоянии от 6 до 12 часов при температуре 20-22ºС. Заключение о пересеве в ферментатор даст микробиолог по совокупности следующих данных:

внешний вид - хлопьевидная масса средней густоты, заполняет весь объем пробы;

уровень биомассы не ниже 35%;

стадия развития III, IV;

отсутствие посторонней микрофлоры;

рН от 5,8 до 6,2.

ТП.1.3 Биосинтез бензилпенициллина в ферментаторе

Технологический процесс биосинтеза бензилпенициллина в ферментаторе состоит из следующих операций:

ТП.1.3.1 Подготовка ферментатора к загрузке.

ТП.1.3.2 Приготовление питательной среды.

ТП.1.3.3 Стерилизация питательной среды и загрузка ее в ферментатор.

ТП.1.3.4 Засев питательной среды и ведение процесса биосинтеза бензилпенициллина.

ТП.1.3.1 Подготовка ферментатора к загрузке

Подготовка ферментатора к загрузке включает следующие операции:

.        Промывка аппарата питьевой водой;

2.      Промывка аппарата моющим раствором и проверка работы барботера;

.        Профилактический ремонт и внутренний осмотр;

.        Проверка на герметичность (при давлении 1,2 - 1,5 кгс/см2, выдержка 30 минут);

.        Проверка вентилей паром;

.        Стерилизация воздушного фильтра (при давлении 1,8 - 2,0 кгс/см2 в течение 1-1,5 часа);

.        Стерилизация аппарата (при температуре 135-140ºС в нижней зоне аппарата и давлении 2,5 - 2,7 кгс/см2 в течении 15-30 минут);

.        Охлаждение аппарата водой.

По специальному графику и после нестерильных операций проводят мойку ферментатора (4±1) % раствором едкого натра при температуре 100ºС в течение 1 часа при этом осуществляют барботаж подачей воздуха на барботер.

ТП.1.3.2 Приготовление питательной среды

В аппарат для приготовления питательной среды загружают воду, подогревают острым паром до (37,5±2,5) ºС, через люк загружают расчетное количество муки соевой и мела химически осажденного, по материальной линии кукурузный экстракт. При работающей мешалке смесь подогревают острым паром до (100±1) ºС, кипятят 50-60 минут, затем продувают сжатым воздухом в течение 80-90 минут. После охлаждения содержимого до (75±5) ºС загружают по материальной линии питьевую воду, а через люк аммоний сернокислый, магний сернокислый; калий фосфорнокислый тиосульфат натрия, глюкозу кристаллическую. Загружают (40±2) % раствор натра едкого для доведения рН от 5,7 до 6,2. Через люк загружают фенилуксусную кислоту, затем среду передают через фильтр-ловушку в аппарат приема среды с помощью насоса. К концентрату среды добавляют жир и пропинол Б-400.

ТП.1.3.3 Стерилизация питательной среды и загрузка ее в ферментатор

Питательную среду из приемника центробежным насосом с температурой 70-80ºС передают на УНС, состоящую из стерилизационной колонки, выдерживателя и теплообменника типа "труба в трубе". Предварительно всю УНС вместе с линией подачи среды в ферментатор проверяют на герметичность и стерилизуют при 131-135ºС и давлении 1,9-2,2 кгс/см2 в течение часа.

Концентрат среды в колонке нагревают до (127±1) ºС, откуда среда поступает в выдерживатель, где выдерживается 8-10 минут при (127±1) ºС. Затем среда поступает в теплообменник, где охлаждается до (25±1) ºС после чего загружается в ферментатор. При приеме среды поддерживать в ферментаторе давление 0,5-0,6 кгс/см2 периодически включая мешалку, устанавливают оптимальный расход воздуха.

После загрузки концентрата через УНС загружают промывные воды, которые стерилизуют при 132-135 ºС. Объем загруженной среды контролируют визуально через смотровые стекла. По окончании загрузки УНС продувают паром (30±5) минут. В случае необходимости среду дополнительно охлаждают в ферментаторе до (24,5±0,5) ºС. После загрузки среды отбирают пробу для определения стерильности и биохимического анализа.

Ферментационная среда должна иметь следующие показатели:

рН 5,8-6,2;

содержание углеводов 1,3-1,7%;

содержание фосфора минерального 110-130 мг %;

содержание азота аммонийного110-130 мг %;

температура перед посевом 24,5±0,5ºС.

ТП.1.3.4 Засев питательной среды и ведение процесса биосинтеза бензилпенициллина

Посевным материалом для засева питательной среды в ферментатор служит мицелий, выращенный в посевном аппарате. Засев производят по предварительно

простерилизованному посевному коллектору за счет разницы давления в аппаратах. После засева устанавливают оптимальный режим ферментации:

температура выращивания 24±1ºС;

избыточное давление в аппарате 0,3-0,5 кгс/см2;

непрерывная работа мешалки с частотой вращения 3с-1;

режим операции: до (13±1) и роста - 1 объем воздуха на 1 объем среды в минуту, затем по мере накопления биомассы 1,5 объема воздуха на 1 объем среды в минуту;

температура подаваемого воздуха 50-60ºС.

разу после засева подключить дозацию жира (подсолнечного масла) до конца ферментации. Предварительно простерилизовать коллектор в течение 30-40 минут при давлении 1,9-2,2 кгс/см2.

Начиная с (14±2) и роста подключить дозацию 32% раствора глюкозы по возрастающей программе.

Дозирование вести под контролем вязкости, объемной биомассы и рН. При вязкости 7-10 с и биомассе 32-35% скорость подачи раствора постепенно уменьшить.

Начиная с 20 часов роста при достижении объемной биомассы 20-25% подключить дозацию предшественника - 8% раствора натриевой соли фенилуксусной кислоты. Одновременно до начала дозирования при необходимости вывести рН культуральной жидкости до значения 6,5 раствором аммиака. Скорость подачи предшественника зависит от характера развития продуцента, накопления биомассы и концентрации его в культуральной жидкости, которая должна быть в пределах от 0,08 до 0,12%.

Регулирование содержания аммонийного азота осуществляют подачей (12±1) % раствора серного аммония. В период от 45 до 60 часов роста при снижении содержания аммонийного азота до 40 мг % подключить дозацию раствора серного аммония. Содержание аммонийного азота поддерживать на уровне 20-40 мг %.

В процессе биосинтеза необходимо поддерживать оптимальный уровень рН 6,5-6,7. При значении рН ниже 6,5 подключить дозацию 25% раствора аммиака. При рН 6,8 и выше увеличить скорость подачи глюкозы и подсолнечного масла, если рН не снижается, то при рН выше 7,0 разовыми подачами подать (10±1) % раствор фитофосфорной кислоты.

Систематическое дозирование питательных веществ приводит к

увеличению объема культуральной жидкости в аппарате. В связи с этим начиная (75±5) ч роста при достижении активности 12000 Ед/мл и выше из ферментатора производить отливы культуральной жидкости. За операцию произвести 5-6 отливов.

Для предупреждения и в случае избыточного накопления биомассы, повышения вязкости культуральной жидкости и ингибирования биосинтеза недостатком кислорода произвести долив стерильной водой, или раствором иносульфата натрия (0,1% к объему питательной среды).

В случае слабого развития гиф, увеличения лизированных участков, снижения биомассы ниже 30%, слабом потреблении азота произвести долив кукурузным экстрактом (0,6% к объему культуральной жидкости).

Каждые 8 часов проводят отбор проб. Определяют рН, стерильность, уровень биомассы, вязкость, активность бензилпенициллина, содержание углеводов, аммонийного азота, предшественника, стадию развития. Для оперативного контроля пробы отбирают каждые 4 часа.

Процесс биосинтеза продолжается (190±10) часов. По распоряжению микробиолога прекратить дозацию и слить культуральную жидкость на фильтрацию. Культуральная жидкость перед сливом должна иметь следующие показатели:

рН от 6,5 до 6,8;

активность не ниже 11000Ед/мл;

содержание пенициллоподобных веществ не более 900 Ед/мл [1].

1.3 Характеристика применяемого сырья и вспомогательных материалов


Таблица 1 - Характеристика применяемого сырья и материалов


1.5 Процессуальная схема производства




на Т.П.3

Рисунок 1 - Процессуальная схема производства

Раздел 2. Материальные расчеты


Предварительные расчеты

.6.1.1 Расчет количества ферментаторов

.6.1.1.1 Определяем суточную мощность производства по готовому продукту, Gсут. г. п.; млрд. Ед

Gсут. г. п. =  (млрд. Ед),

где N2 - годовая мощность производства, млрд. ЕД;

N2 =430000 млрд. ЕД (по заданию);

Праб. дн. = Пдн. - Пппр;

где Пдн. = 365 дней;

Пппр - число дней на планово-предусмотрительный ремонт оборудования, составит 5% от общего календарного времени;

Праб. дн. = 365 - 0,05 х 365 = 346,75 дней.

Gсут. г. п. =

.6.1.1.2 Определяем суточную мощность наработки культуральной жидкости:

Gк. ж. =

где Gсут. г. п. = 1240,086∙109 млрд. Ед (1.6.1.1.1);

nобщ. - выход готового продукта от культуральной жидкости, %;

nобщ. = 57,5% [1].

Gсут.к. ж. =

.6.1.1.3 Определяем суточный объем культуральной жидкости

Uсут.к. ж =  (м3),

где Gсут.к. ж. = 2156,6722 ∙ 109 млрд. Ед (1.6.1.1.2);

Ак. ж. = активность культуральной жидкости, ЕД/м3;

Ак. ж. = 26,146∙ 109 ЕД/м3 [1].

Uсут.к. ж =

.6.1.1.4 Определим рабочую вместимость ферментатора

Uраб. ф. = Uф. ∙сл. (м3),

где Uф. = 100 м3 (по заданию);

сл. - коэффициент заполнения аппарата перед сливом;

сл. = 0,75 [1];

Uраб. ф. = 100 ∙ 0,75 = 75 м3

.6.1.1.5 Определяем количество ферментаторов к установке

nф. =  (единиц),

где Uсут.к. ж = 82,485м3 (1.6.1.1.3);

Uраб. ф. = 75 м3 (1.6.1.1.4);

τцикла. ф. = τферментации + τподготовки, часов;

τферментации = 185 часов [1];

τподготовки, часов = 17 часов [1];

τцикла. ф. = 185 + 17 = 202 часа.

nф. = единиц.

Принимаем к установке 15 ферментаторов.

.6.1.1.6 Определим число сливов в сутки

nсл. сут. =  (сливов),

где Uкж. сут. = 82,485 м3 (1.6.1.1.3);

Uраб. ф. = 75 м3 (1.6.1.1.4);

nсл. сут. =  слива.

.6.1.2 Расчет посевных аппаратов.

.6.1.2.1 Определяем загрузочную вместимость ферментатора

Uзагр. ф. = Uф. ∙ загр. ф. (м3),

где Uф. = 100 м3, загр. ф. - коэффициент загрузки ферментатора;

загр. ф. = 0,64 [1].

загр. ф. = 100 ∙ 0,64 = 64 м3.

.6.1.2.2 Определяем рабочую вместимость посевного аппарата.

Принимаем процент посевного материала от загрузочной вместимости ферментатора равным 0,1% [1].

Uраб. пос. ап. = Uзагр. ф. ∙ 0,1 (м3),

где Uзагр. ф. = 64 м3 (7.1.2.1).

Uраб. пос. ап. = 64 ∙ 0,1 = 6,4 м3

.6.1.2.3 Определяем вместимость посевного аппарата.

Uп. а. =  (м3),

где Uраб. п. ап. = 6,4 м3 (1.6.1.2.2);

φсл. п. ап. = 0,5 [1].

Uп. а. =  м3.

По [5] принимаем к установке посевной аппарат вместимостью 15 м3.

.6.1.2.4 Определяем количество посевных аппаратов.

nп. ап. =  (единиц),

где К - коэффициент нестерильности, принимаем 15-20% [1].

nф. = 15 единиц (1.6.1.1.5); τцикла. ф. = 185 часа (1.6.1.1.5);

τцикла. п. ап. = τрежима. + τподготовки, часов.;

τрежима. = 24 часа [1];

τподготовки, часов. = 10 часов [1];

τцикла. п. ап. = 24 + 10 = 34 часа.

nп. ап. =  единицы.

Принимаем к установке 3 посевных аппарата.

.6.1.13 Расчет инокуляторов.

.6.1.3.1 Определяем рабочую вместимость инокулятора.

Uраб. ин. = Uп. а. ∙ φсл. п. ап. ∙ 0,2 (м3),

где Uп. а. = 12,8 м3 (1.6.1.2.3);

φсл. п. ап. = 0,5 [1];

,2 - объем посевного материала инокулятора от загрузочной вместимости посевного аппарата.

Uраб. ин. = 12,8 ∙ 0,5 ∙ 0,2 =1, 28 м3.

.6.1.3.2 Определяем вместимость инокулятора.

Uин. =  (м3),

где Uраб. ин. = 1,28 м3 (1.6.1.3.1); φсл. ин. = 0,5 [1];

Uин. =  м3.

По [5] принимаем к установке инокулятор вместимостью 3 м3.

.6.1.3.3 Определяем количество инокуляторов к установке.

nин. =  (единиц),

где К = 15% [1];

nп. ап. = 3 единицы (1.6.1.2.4);

τцикла. п. ап. = 34 часа (1.6.1.2.4);

τц. ин. = τрежима. + τподготовки, часов.;

τрежима. = 55 часов [1];

τподготовки, часов. = 10 часов [1];

τц. ин. = 55 + 10 = 65 часов.

nин. =  единицы.

Принимаем к установке 7 инокуляторов.

2.1 Материальный баланс стадии выращивания посевного материала в инокуляторе

Уравнение материального баланса.

mкомп. пит. ср. + mконд. + mводы разб. комп. + mцех. пос. мат. = mвент. пос. мат. + mбрызг + mмех. пот.,

где mкомп. пит. ср. - масса компонентов питательной среды, кг;

mконд. - масса конденсата, кг;

mводы разб. комп. - масса воды на разбавление компонентов, кг;

mисх. пос. мат. - масса исходного посевного материала, кг;

mвент. пос. мат. - масса вегетативного посевного материала, кг;

mбрызг - масса брызгоуноса, кг;

mмех. пот. - масса механических поетрь, кг.

.6.2.1 Определяем объем питательной среды для инокулятора.

Uпит. ср. = Uраб. ин. - Uисх. пос. мат. (м3),

где Uраб. ин. = 2 м3 (1.6.1.3.1);

Uисх. пос. мат. - этой величиной мы принебригаем, так как засев производим сухими спорами в количестве 16 флаконов по 20 г.

Uпит. ср. = 2 м3.

.6.2.2 Определяем массу рабочей загрузки инокулятора.

mраб. загр. = Uраб. ин. ∙ ρпит. ср. (кг),

где Uраб. ин. = 2 м3 (1.6.1.3.1);

ρпит. ср. - плотность питательной среды, кг/м3;

ρпит. ср. = 1010 кг/м3 [1].

mраб. загр. = 2 ∙ 1010 = 2020 кг.

.6.2.3 Определяем массу питательной среды.

mпит. ср. = mраб. загр. - mисх. пос. мат. (кг),

где mраб. загр. = 2020 кг (7.2.2); mисх. пос. мат. = 0,32 кг [1];

mпит. ср. = 2020 - 0,32 = 2019,68 кг.

.6.2.4 Определяем массу компонентов питательной среды.

По [1] принимаем пропись питательной среды и производим расчет

mпкомп. =  (кг),

где mпит. ср. = 2019,68 кг (7.2.3);

С - содержание компонента в питательной среде, %;

n - содержание компонента в исходном сырье, %.

m кукурузного экстракта =  кг.

Аналогично по прописи производим расчет массы остальных компонентов.

Определим массу едкого натра на доведение рН от 6,0 до 6,4 на действующем производстве на 1000 л среды - 5 л 42% NaOH, в проецируемом на2019,68л среды - x л 42% NaOH, х = 10 л

m 42% NaOH = 42% NaOH х ρ42% NaOH (кг),

где ρ42% NaOH = 1,450 кг/л [6];

m 42% NaOH = 10 ∙ 1,450 = 14,5000 кг.

Расход компонентов входящих в состав питательной среды для инокулятора представлен в таблице 1

Таблица 1-Расход компонентов входящих в состав питательной среды для инокулятора.

Наименование компонента

Содержание компонета в сырье, %

Содержание компонета в среде, С,%

Масса на одну загрузку, кг

Масса на сутки, кг

Масса на год, кг

2

3

4

5

6

7

Кукрузный экстракт

48,0

2,0

84,1533

59,1093

21574,886

Зеленая патока

42,3

2,5

119,3664

83,8429

30602,68

Молочный сахар

92,0

1,5

32,9296

23,1298

8442,359

Селитра аммиачная

Т. м.

0,4

8,0787

5,6745

2071,184

Жир морских млекопитающих

Т. м.

0,5

10,0984

7,0931

2588,987

Мел химически осажденный

0,5

10,2522

7, 2011

2628,4179

Диаммоний фосфат

Т. м.

0,2

4,0394

2,8372

1035,6751

Натрия тиосульфат

Т. м.

0,15

3,0295

2,1279

776,6910

Натрий сернокислый

Т. м.

0,05

1,0098

0,7092

258,888

Магний сернокислый

Т. м.

0,025

0,5049

0,3546

129,444

Натр едкий технический

42,0

До рН 6,0-6,4

14,5000

10, 1948

3717,452

ИТОГО:



287,9622

202,274

73826,664


.6.2.5 Определяем массу конденсата.

Масса конденсата составляет 10% от массы загрузки питательной средой [1].

mконд. = mпит. ср. (кг), где mпит. ср. = 2019,68 (1.6.2.3).

mконд. = 0,1∙2019,68 = 201,9680 кг.

.6.2.6 Определяем массу воды на разбавление компонентов среды.

mводы на разб. = mпит. ср. - mкомп. - mконд. (кг),

где mпит. ср. = 2019,68 (1.6.2.3);

mкомп. = 287,9622 кг (1.6.2.4);

mконд. = 201,9680 кг (1.6.2.5).

mводы на разб. = 2019,68 - 287,9622 - 201,9680 = 1529,7498 кг.

.6.2.7 Определяем массу брызгоуноса.

Масса брызг составляет 5% от загрузки питательной средой.

mбрызг = 0,05 ∙ mпит. ср. (кг),

где mпит. ср. = 2019,68 (1.6.2.3);

mбрызг = 0,05 ∙2019,68 = 100,984 кг.

.6.2.8 Определяем массу механических потерь.

mмех. пот. =  (кг),

где τвыр. ин. = 55 часов [1];

,5 - масса одной пробы, кг.

mмех. пот. =

.6.2.9 Из уравнения материального баланса определяем массу вегетативного посевного материала.

mвег. пос. мат. = mкомп. пит. ср. + mконд. + mводы на разб. + mисх. пос. мат. - mбрызг - mмех. пот. (кг),

где mкомп. пит. ср. = 287,9622 кг (1.6.2.4);

mконд. = 201,9680 кг (7.2.5);

mводы на разб. = 1529,7498 кг (1.6.2.6);

mисх. пос. мат. = 0,32 кг;

mбрызг = 100,984 кг (1.6.2.7);

mмех. пот. = 14,8125 кг (1.6.2.8).

mвег. пос. мат. = 287,9622 + 201,9680 + 1529,7498 + 0,32 - 100,984 - 14,8125= =1904, 2035 кг.

Материальный баланс стадии выращивания посевного материала бензилпенициллина в инокуляторе представлен в таблице 2.

Таблица 2-Материальный баланс стадии выращивания посевного материала бензилпенициллина в инокуляторе

2.2 Материальный баланс стадии выращивания посевного материала в посевном аппарате


Уравнение материального баланса.

mкомп. пит. ср. + mконд. + mводы на разб. + mвегет. пос. мат. из. ин = mвегет. пос. мат. + mбрызг + mмех. пот.;

Объяснение уравнения в пункте (1.6.2).

.6.3.1 Определяем объем питательной среды для посевного аппарата.

Uпит. ср. п. а. = Uраб. п. а. - Uвегет. пос. мат. из ин. (м3),

где Uвегет. пос. мат. из ин. = 1,8135 м3 (таб.2);

Uраб. п. а. = Uп. а. ∙ φсл., м3;

Uп. а. = 15 м3 (1.6.1.2.3);

φсл. = 0,5 [1];

Uп. а. = 15∙0,5 = 7,5 м3.

Uпит. ср. п. а. = 7,5 - 1,8135 = 5,6865 м3

Определяем массу питательной среды.

пит. ср. = Vпит. ср. * ρпит. ср (кг),

где Vпит. ср. =5,6865м3;

ρпит. ср = 1010 кг/ м3 [1].

mпит. ср. = 5,6865* 1010 = 5743,365кг.

.6.3.2 Определяем массу компонентов питательной среды

По [1] принимаем пропись питательной среды и производим расчет компонентов по формуле:

mпкомп. =  (кг),

где mпит. ср. = 5743,365 кг (1.6.3.2).

mкукурузного экстракта =

Аналогично по прописи производим расчет остальных компонентов среды.

Определяем массу едкого натра на доведение рН от 6,0 до 6,4.

На действующем производстве на 6000 л среды - 13,8 л 42% NaOH,

В проектируемом на 5743,365 л среды - х л 42% NaOH.

Х = 13, 2097 л.

m 42% NaOH = U 42% NaOH ∙ ρ 42% NaOH (кг),

где ρ 42% NaOH = 1,450 кг/л [6].

m 42% NaOH = 13, 2097 ∙ 1,450 = 19,15 кг.

Расчет компонентов на одну загрузку представлен в таблице 3

Таблица 3 - Расчет компонентов на одну загрузку

Наименование компонента

Содержание компонета в сырье, %

Содержание компонета в среде, С,%

Масса на одну загрузку, кг

2

3

4

5

Кукурузный экстракт

48,0

2,5

299,1336

Селитра аммиачная

Т. м.

0,5

28,7168

Мел химически осажденный

98,5

0,5

28,7168

Диаммоний фосфат

Т. м.

0,2

11,4867

Подсолнечное масло

Т. м.

0,5

28,7168

Зеленая патока

42,3

4,0

543,1078

Натр едкий технический

42,0

рН 6,0 - 6,4

19,15

ИТОГО:



939,0285


.6.3.4 Определяем массу конденсата.

mконд. = 0,1∙mпит. ср. (кг),

где mпит. ср. = 5743,365 кг (7.3.2);

mконд. = 0,1 ∙ 5743,365 = 574,3368 кг.

.6.3.5 Определяем массу воды на разбавление компонентов среды.

mводы на разб. = mпит. ср. - mкомп. - mконд. (кг),

где mпит. ср. = 5743,365 кг (1.6.3.2);

mкомп. = 939,0285 кг (таб.3);

mконд. = 574,3368 кг (1.6.3.4).

mводы на разб. = 5743,365 - 939,0285 - 574,3368 = 4229,9997 кг.

.6.3.6 Определяем массу брызгоуноса.

mбрызг = 0,05 ∙ mпит. ср. (кг),

где mпит. ср. = 5743,365 кг (1.6.3.2);

mбрызг = 0,05 ∙ 5743,365 = 287,1683 кг.

.6.3.7 Определяем массу механических потерь.

mмех. пот. =  (кг),

где τвыращ. в п. а. = 24 часа [1].

mмех. пот. =  кг.

.6.3.8 Определяем массу вегетативного посевного материала.

mвег. пос. мат. = mкомп. пит. ср. + mконд. + mводы на разб. + mвегет. пос. мат. из ин. - mбрызг - mмех. пот. (кг),

где mкомп. пит. ср. = 939,0285 кг (таб.3);

mконд. = 547,3368 кг (1.6.3.4);

mводы на разб. = 4229,9997 кг (1.6.3.5);

mвегет. пос. мат. из ин. = 1904, 2035 кг (таб.2);

mбрызг = 287,1683 кг (1.6.3.6);

mмех. пот. = 9 кг (1.6.3.7).

mвег. пос. мат. = 939,0285 + 547,3368 + 4229,9997 + 1904, 2035 - 287,1683 - 9,0 = 7324,4002кг.

Материальный баланс стадии выращивания посевного материала в посевном аппарате представлен в таблице 4.

Таблица 4 - Материальный баланс стадии выращивания посевного материала в посевном аппарате.

№ п/п

Наименование полупродуктов, отходов, потерь

Содержание основного вещества, %

Получено




Масса, кг

Объем, л

Плотность кг/л




Техническая

100% осн. вода



1

2

3

4

5

6

7

 1

А. Полупродукт Посевной материал из инокулятора

 Т. м.

 1904, 2035

 

 1999,4137

 1,050

 1

Б. Сырье Компоненты питательной среды


 939,0285





Кукурузный экстракт

48,0

299,1336


370,9257

1,2400


Селитра аммиачная

Т. м.

28,7168





Мел химически осажденный

98,5

28,7168





Диаммоний фосфат

Т. м.

11,4867





Подсолнечное масло

Т. м.

28,7168





Зеленая патока

42,3

543,1078


776,6441

1,4300


Натр едкий технический

42,0

19,15


27,7675

1,450

2

конденсат

Т. м.

547,3368


547,3368

1,000

3

Вода для разбавления компонентов среды

Т. м.

4229,9997


4229,9997

1,000


Итого:


7620,5685




 1

А. Полупродукт Посевной материал

 Т. м.

 7324,4002

 

 7690,6202

 1,050

 1

Б. Потери Брызгоунос

 Т. м.

 287,1683


 301,5267

 1,050

2

Механические потери

Т. м.

9,0000


9,45

1,050


ИТОГО:


7620,5685





2.3 Материальный баланс стадии биосинтеза бензилпенициллина в ферментаторе


Уравнение материального баланса.

mпит. ср. + mпос. мат. из п. а. + mподк. + mкомп. пит. ср. + mО2 = mкж ± mвлаж. + mСО2 + mбрызг + mмех. пот.,

где mпит. ср. - масса питательной среды, кг;

mпос. мат. из п. а. - масса посевного материала, кг;

mподк. - масса подкормок, кг;

mО2 - масса кислорода, кг;

mкж - масса культуральной жидкости, кг;

mвлаж. - масса влажности, кг;

mСО2 - масса углекислого газа, кг;

mбрызг - масса брызгоуноса, кг;

mмех. пот. - масса механических потерь, кг.

.6.4.1 Определяем загрузочную вместимость ферментатора.

Uзагр. ф. = Uф ∙φзагр. (м3),

где Uф = 100 м3 (по заданию),

φзагр. = 0,64 [1].

Uзагр. ф. = 100∙0,64 = 64 м3.

mзагр. ф. = Uзагр. ф. ∙ ρпит. ср. (кг);

ρпит. ср. = 1010 кг/ м3 [1].

mзагр. ф. = 64 ∙ 1010 = 64640 кг.

.6.4.2 Определяем массу питательной среды.

mпит. ср. = mзагр. ф. - mпос. мат. (кг),

где mзагр. ф. = 64640 кг (1.6.4.1);

mпос. мат. = 7324,4002кг (таб.4);

mпит. ср. = 64640 - 7324,4002 = 57315,5998 кг.

.6.4.3 Определяем массу компонентов питательной среды.

mкомп. =  (кг),

где mпит. ср. = 57315,5998 кг (1.6.4.2);

mкукур. экстракта =

Аналогично производим расчет остальных компонентов. Определяем массу фенилуксусной кислоты. На действующем производстве на 32320 кг - 30 кг фенилуксусной кислоты, в проектируемом на 57315,5998 кг - х кг. х = 53, 2014 кг. Определяем массу едкого натра на доведение рН от 5,7 до 6,3. на действующем производстве на 32320 кг - 65 кг 100% NaOH; в проектируемом на 57315,5998 кг - х кг. х = 115,2696 кг.

m 42% NaOH = 115,2696 ∙= 274,4514 кг.

Полученные данные сводим в таблицу.

Таблица 5 - Расход компонентов входящих в состав питательной среды для ферментатора.

Наименование компонента

Содержание компонета в сырье, %

Содержание компонета в среде, С,%

Масса на одну загрузку, кг

2

3

4

5

Кукрузный экстракт

48,0

1,8

2149,3349

Сернокислый аммоний

Т. м.

0,5

286,5779

Мел химически осажденный

98,5

1,0

581,8843

Магний сернокислый

Т. м.

0,07

40,1209

Глюкоза кристаллическая

91,0

1,0

629,8418

Калий фосфорнокислый

Т. м.

0,4

229,2624

Тиосульфат натрия

Т. м.

0,7

401, 2092

Соевая мучка

Т. м.

1,8

1031,6808

Жир животный технический

Т. м.

0,38

217,797

Пропинол Б-400

Т. м.

0,038

217,797

Фенилуксусная кислота

Т. м.


53, 2014

Натр едкий технический

42,0

До рН 5,7-6,1

274,4514

ИТОГО:



6113,1662


.6.4.4 Материальный баланс стадии приготовления питательной среды и стерилизация ее на установке непрерывный стерилизации.

Уравнение материального баланса.

mпит. ср. = mкомп + mводы на разб. комп. и пром. УНС. + mконденсата

где mпит. ср. = 57315,5998 кг (1.6.4.2);

mкомп = 6113,1662кг (таб.5);

mводы на разб. комп. и пром. УНС. - масса воды на разбавление компонентов и промывку УНС, кг.

.6.4.4.1 Определяем массу конденсата из теплового баланса процесса нагрева питательной среды.

Q1 = Q2,где Q1 - тепло отдаваемое паром среде, Дж;

Q1 = mконд. х (in - iконд.) (Дж);

Q2 - тепло принимаемое средой, Дж;

Q2 = (mпит. ср. - mконд.) х Сср. х (t2 - t1) (Дж);

mконд. х (in - iконд.) = (mпит. ср. - mконд.) х Сср. х (t2 - t1)

mконд. =  (кг),

где mпит. ср. = 57315,5998 кг (1.6.4.2); Сср. = 4190 Дж/кг, ºС [7]; t1 - начальная температура среды, ºС; t1= 80 ºС [1]; t2 - конечная температура среды, ºС; t2 = 127 ºС [1]; in - энтальпия пара, Дж/кг; in = 2754 ∙ 103 Дж/кг [8]; iконд. - энтальпия конденсата, Дж/кг;

iконд. = 533,78 ∙ 103 Дж/кг [8].

mконд. = 4669,6155 кг.

.6.4.4.2 Определяем массу воды на разбавление компонентов и промывку установки непрерывной стерилизации.

mводы. = mпит. ср. - mкомп. - mконд. (кг),

где mпит. ср. = 57315,5998 кг (1.6.4.2);

mкомп. = 6113,1662 кг (таб.5);

mконд. = 4669,6155 кг (1.6.4.4.1);

mводы. = 57315,5998 - 6113,1662 - 4669,6155 = 46532,8181 кг.

% воды используется на разбавление компонентов среды, а 30% на промывку УНС.

mводы на разб. = 0,7 ∙ 46532,8181 =32572,9727 кг.

mводы на пром. УНС. = 0,3 ∙ 46532,8181 = 13959,8454 кг.

Материальный баланс стадии приготовления и стерилизации питательной среды представлен в таблице 6.

Таблица 6-Материальный баланс стадии приготовления и стерилизации питательной среды.

№ п/п

Наименование полупродуктов, отходов, потерь

Содержание основного вещества, %

Получено




Масса, кг

Объем, м3

Плотность кг/м3




Техническая

100% осн. вода



1

2

3

4

5

6

7

1

Компоненты среды: Кукурузный экстракт

 48,0

 2149,3349

 988,0173

 1,7333

 1240,00


Сернокислый аммоний

Т. м.

286,5779





Мел химически осажденный

98,5

581,8843





Магний сернокислый

Т. м.

40,1209





Глюкоза кристаллическая

91,0

629,8418

548,8985




Калий фосфорнокислый

Т. м.

229,2624





Тиосульфат натрия

Т. м.

401, 2092





Соевая мучка

Т. м.

1031,6808





Жир животный технический

Т. м.

217,797





Пропинол Б-400

Т. м.

217,797


0,2185

997,00


Фенилуксусная кислота

Т. м.

53, 2014





Натр едкий

42,0

274,4514

110,3911



2

Конденсат

Т. м.

4669,6155


4,6696

1000,00

3

Вода на разбавление компонентов среды

Т. м.

32572,9727


32,573

1000,00

4

Вода на помывку УНС

Т. м.

13959,8454


13,959

1000,00


ИТОГО:


57315,5998




1

Стерильная питательная среда

Т. м.

57315,5998


56,748

1010,00


ИТОГО:


57315,5998





.6.4.5 Определяем массу подкормок.

Определяем массу 12% раствора сернокислого аммония на действующем производстве на 31307,125 кг - 310 кг сернокислого аммония (техническая масса), в проектируемом на 57315,5998 кг - х кг.

х = 567,53 кг (техническая масса)

m12% раствора сернок. амм. =

mводы = mраствора - mтехн. (кг).

mводы = 4729,4167 - 567,53 = 4161,8867 кг.

Определяем массу 8% раствора фенилуксусной кислоты на действующем производстве на 31307,125 кг - 510 кг ФУК, в проектируемом на 57315,5998 кг - х кг.

х = 933,6838 кг (техническая масса)

m8% раствора ФУК =  кг.

mводы = 24171,0475 - 933,6838 = 23237,3637 кг.

Определяем массу 32% раствора глюкозы на действующем производстве на 31307,125 кг - 5600 кг глюкозы (т. м.), в проектируемом на 57315,5998 кг - х кг.

х = 10252 кг.

m32% раствора глюкозы =  кг.

mводы = 29154,125 - 10252 = 18902,125 кг.

Определяем массу подсолнечного масла на действующем производстве на 31307,125 кг - 750 кг подсолнечного масла, на проектируемом на 57315,5998 кг - х кг.

х = 13702,5779 кг.

Определяем массу аммиака водного 25% на действующем производстве на 31307,125 кг - 530 кг, на проектируемом на 57315,5998 кг - х кг.

х = 970,2989 кг.

Определяем массу 10% раствора ортофосфорной кислоты на действующем производстве на 31307,125 кг - 17,8 кг ортофосфорной кислоты, на проектируемом на 57315,5998 кг - х кг.

х = 32,58 кг (т. м.).

m10% раствора ортофосфорной кислоты =  кг.

mводы = 237,834 - 32,58 = 205,254 кг.

Определяем массу пропинола Б-400 на действующем производстве на 31307,125 кг - 13 кг пропинола, на проектируемом на 57315,5998 кг - х кг.

х = 24 кг.

Расход компонентов на дозацию представлен в таблице 7

Таблица 7 - Расход компонентов на дозацию.

Наименование компонентов

Техническая масса, кг

Масса раствора, кг

Масса воды, кг

2

3

4

5

Сернокислый аммоний

567,53

4729,4167

4161,887

Фенилуксусная кислота

933,6838

24171,0475

23237,3637

Глюкоза

10252

29154,125

18902,125

Масло подсолнечное

13702,5779

13702,5779

-

 Аммиак водный

 970,2989

 970,2989

-

Ортофосфорная кислота

32,58

237,834

205,254

Пропинол Б-400

24,000

24,000

-

ИТОГО:

26482,6748

72989,9901

46506,6297


.6.4.6 Определяем массу потребленного кислорода и выделившегося углекислого газа.

mглюкозы = mглюкозы в осн. ср. + mглюкозы в подкормках (кг),

где mглюкозы в осн. ср. = 629,8418 кг (таб.5);

mглюкозы в подкормках = 10252 кг (таб.7);

mглюкозы = 629,8418 + 10252 = 10881,8418 кг.

Переводим массу глюкозы в 100% содержание.

mглюкозы 100%=  кг.

mО2 =  кг. mСО2 =  кг.

.6.4.7 Расчет массы брызгоуноса.

Масса брызг за счет частичного уноса культуральной жидкости с воздухом составляет 1,8-3,0% от массы рабочей загрузки ферментатора.

mраб. загр. = mпит. ср. + mпос. мат. + mподк. (кг),

где mпит. ср. = 57315,5998 кг (1.6.4.2);

mпос. мат. = 7324,4002 кг (таб.4);

mподк. = 26482,6748кг (таб.7);

mраб. загр. = 57315,5998 + 7324,4002 + 26482,6748 =91122,6748 кг.

Mбрызг=91122,6748*0, 19=173,1329

.6.4.8 Определяем массу влаги уносимой из аппарата.

mвлаж. = Uвозд. ∙ρвозд. х (х2 - х1) (кг),

где Uвозд. - общий расход воздуха на режиме, м3;

ρвозд. - плотность воздуха на режиме, кг/м3;

х2 - влагосодержание выходящего воздуха, кг вод. пара/кг сух. возд.;

х1 - влагосодержание входящего воздуха, кг вод. пара/кг сух. возд.

Расчет общего расхода воздуха представлен в таблице 8

Таблица 8 - Расчет общего расхода воздуха.

Время ферментации

Расход воздуха


Об. возд/об. среды в минуту

м3/ч

На операцию, м3

0 - 14 15 - 185

1 х 75 = 75 1,5 х 75 = 112,5

4500 6750

63000 1147500

ИТОГО:



1210500


.6.4.8.1 Определяем плотность воздуха на режиме.

ρвозд. =  (кг/м3),

где ρ0. = 1,29 кг/м3 [9];

То = 273 К;

Т - температура воздуха на режиме, К;

Т = 297,5 К;

Ро - абсолютное давление воздуха, МПа;

Ро = 0,1 МПа;

Р - давление воздуха на режиме, МПа;

Р = 0,14 МПа [1];

ρвозд. =  кг/м3.

.6.4.8.2 Определяем влагосодержание воздуха.

х1,2 =  (кг вод. пара/кг сух. возд.),

где α - относительная влажность воздуха, на входе в аппарат - 45%,

на выходе - 95%;

Рнас. - давление насыщенного водяного пара при температуре воздуха, на входе в аппарат при 50ºС - 0,012 МПа, на выходе при 40ºС - 0,0064 МПа [8];

,622 - постоянная величина, характеризующая отношение

молекулярной массы воздуха и водяного пара;

П - давление паровоздушной смеси под крышкой аппарата, МПа;

П = 0,14 МПа [1];

х1 =  (кг вод. пара/кг сух. возд.);

х2 =  (кг вод. пара/кг сух. возд.);

mвлаж. = 1210500 х 1,66 х (0,0282 - 0,0250) = 6430,176 кг.

.6.4.9 Определяем массу механических потерь.

mмех. пот. =  (кг),

где τферм. = 185 часов [1];

mмех. пот. =  кг.

Из уравнения материального баланса определяем массу культуральной жидкости.

mк. ж. = mпит. ср + mпос. мат. + mподк. + mО2. ± mвлаж. - mсо2. - mбрызг. - mмех. пот. (кг),

где mпит. ср = 57315,5998 кг (1.6.4.2);

mпос. мат. = 7324,4002 кг (таб.4);

mподк. = 26482,6748 кг (1.6.4.5);

mО2. = 10562,64 кг (1.6.4.6);

mвлаж. = 6430,1760 кг (1.6.4.8);

mсо2. = 14524 кг (1.6.4.6);

mбрызг. = 173,1329 кг (1.6.4.7);

mмех. пот. = 73,8750 кг (1.6.4.9);

mк. ж. = 57315,5998 + 7324,4002 + 26482,6748 + 10562,64 - 6430,176 - 14524 - 173,1329 - 73,8750 = 80484,1309 кг.

Материальный баланс стадии биосинтеза бензилпенициллина в ферментаторе представлен в таблице 9

Таблица 9-Материальный бал баланс стадии биосинтеза бензилпенициллина в ферментаторе:

I. Израсходовано на стадии:



II. Получено на стадии.


Определяем съем культуральной жидкости с одной операции:

G = A ∙ Uк. ж. (млрд. ЕД),

где А = 26,146 ЕД/м3 = 26,146 ∙ 109 ЕД/м3 [1];

Uк. ж. = 74,5223 м3 (таб.9).

G = 26,146 ∙ 74,5223 = 1948,4601 млрд. ЕД.

Уточняем число сливов в сутки:

nсл. сут. =  (сливов),

где Uк. ж. сут. = 130,4426м3 (7.1.1.3)

nсл. сут. = 130,4426/74,5223 = 1,8 сливов

Так как постоянная дозация компонентов приводит к увеличению объема культуральной жидкости, а рабочий объем ферментатора 75 м3 (1.6.1.14), необходимо произвести 5 отливов по 4 м3 при активности не менее 12000 ЕД/мл.

2.4 Расчет и подбор основного технологического оборудования


2.1 Расчет инокуляторов, посевных аппаратов и ферментаторов в разделе 1.6 "Предварительные расчеты".

.2 Расчет сборника аммиака водного.

.2.1 Определяем вместимость аппарата

Vраб. = ,

где Vсут - суточный объем перерабатываемого продукта, м3;

Vсут =Vна 1опер. *nсл. сут, м3;

Vна 1опер. = 1,0781 м3 (1.6.4, таб.9);

nсл. сут. =1,8 (1.6.4);

Vсут =1,0781*1,8 =1,9 м3;

Z - запас сырья, принимаем равным 2 дням;

n - предлагаемое количество аппаратов, ед;

n = 1 ед.;

φ - коэффициент заполнения аппарата;

φ =0,9

Vраб. =  = 4 м3,По [5] принимаем аппарат вместимостью 4 м3

.2.2 Расчет количества аппаратов к установке,

n ап. = ,

где Z - коэффициент запаса мощности оборудования;

Z = 0,2 (по данным комбината);

n ап. = = 2 ед.

Принимаем к установке 2 сборник аммиака.

.3 Расчет реактора глюкозы, м3,Vраб. =  (м3),

где Vсут - суточный объем раствора глюкозы, м3;

Vсут = Vна 1 опер. *n, м3; Vна 1 опер. = 21,8128 м3 (таб.9); n сл. =1,8

Vсут = 21,8128∙1,8 =39,26 м3;

φ = 0,85; n =1; Vраб. = = 46 м3.

По [5] принимаем к установке 2 аппарата вместимостью 25 м3, (d =2,2 м)

.4 Расчет реактора сернокислого аммония,

Vраб. =  (м3),

где Vсут - суточный объем, м3;

Vсут = Vна 1 опер. *n, м3;

Vна 1 опер. = 8,4 м3 (1.6.4, таб.9);

n сл. =1,8сут = 8,4*1,8 =15 м3;

φ = 0,85;=1;

раб. = = 17м3,По [5] принимаем к установке аппарат вместимостью 20 м3.

.4.1 Расчет количества аппаратов к установке,

n ап. = Vсут · (1 + Z) · τц. / 24 · Vкат.,

где Z - коэффициент запаса мощности оборудования;

Z = 0,2 (по данным комбината);

τц. - время оборачиваемости аппарата, ч;

τц. = 24ч (по данным комбината);

n ап. = 15 · (1 + 0,2) · 24/24 · 20 = 0,9 ед.

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

2.5 Расчет вместимости реактора фенилуксусной кислоты, м3


Vраб. =  (м3),

где Vсут - суточный объем, м3;

Vсут = Vна 1 опер. *n, м3; Vна 1 опер. = 11,47 м3 (1.6.4, таб.9);

n сл. =1,8 Vсут = 11,47*1,8 =20 м3;

φ = 0,85; n =1; Vраб. = = 24м3.

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

.5.1 Расчет количества аппаратов к установке,

n ап. = Vсут · (1 + Z) · τц. / 24 · Vкат. (ед),

где Z - коэффициент запаса мощности оборудования;

Z = 0,2 (по данным комбината);

τц. - время оборачиваемости аппарата, ч;

τц. = 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


Vраб. =  (м3),

где Vсут - суточный объем, м3;

Vсут = Vна 1 опер. *n, м3;

Vна 1 опер. = 0,0178 м3 (1.6.4, таб.9); n сл. =1,8сут = 0,0178*1,8 =0,03м3; φ = 0,85; n =1;раб. = = 0,035 м3.

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

.6.1 Расчет количества аппаратов к установке,

n ап. = Vсут · (1 + Z) · τц. / 24 · Vкат. (ед),

где Z - коэффициент запаса мощности оборудования;

Z = 0,2 (по данным комбината);

τц. - время оборачиваемости аппарата, ч;

τц. = 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


Vраб. =  (м3),

где Vсут - суточный объем, м3;

Vсут = Vна 1 опер. *n, м3; Vна 1 опер. = 13,9392 м3 (1.6.4, таб.9); n сл. =1,8

Vсут = 13,9392*1,8 =25 м3; φ = 0,85; n =1; Vраб. = = 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: tн = 20 С; tк = 132 С;

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

III режим - охлаждение: tн = 132 С; tк = 40 C;

Уравнение теплового баланса

Qобщ = Q1 + Q2 + Q3, 

где Q1 - тепло, необходимое на нагрев, Дж;

Q2 - тепло, необходимое на выдержку, Дж;

Q3 - тепло, отводимое, Дж;

Расчет тепла, необходимого на нагрев Q1, Дж,

Q1 = Qап + Qизол + Qпот,

.1.1.2 Расчет количества тепла, необходимого на нагрев аппарата Qап, Дж,

Qап = mап · Сст · (tк - tн),

где mап - масса аппарата, кг;

Сст - теплоемкость стали, Дж/кг · С;

Сст = 502 Дж/кг · С [9];

tк - конечная температура стерилизации, С;

tк = 132 С [9];

tн - начальная температура, С;

tн = 20 С [9];

.1.1.2.1 Определяем массу аппарата

mап = [π · Dап · Нап Iап +2π · (rап 2 + hап2) Iап + π · (rр.2 + hсф. р.2) Iр +

+π · Dр. · Нр Iр] ρcn,

где π - постоянная величина;

π = 3.14;

Dап - диаметр аппарата, м;

Dап = 1,6 м [5];

Iап - толщина стенки аппарата, м;

Iап =0,014м [5];

Нап - высота аппарата, м;

Hап = 1,9905 м;

ρcт - плотность стали, кг/м3;

ρcт =7850 кг/м3 [9];

гсф. ап - радиус аппарата (Dап / 2), м;

rсф. ап = 0,8 м;

hсф. ап - высота сферической части аппарата (7% от Hап), м;

hсф. ап = 0,1592 м;

Dр. - диаметр аппарата с рубашкой (Dап + 0.1 м), м;

Dр. = 1,7 м [5];

Нр. - высота аппарата с рубашкой (2/3 · Hап), м;

Нр. = 1,327 м;

rр. - радиус аппарата с рубашкой (Dр. / 2), м;

rр. = 0,85 м;

hсф. р. - высота сферической части рубашки (7% от Hр.), м;

hсф. р. = 0,1062 м;

Iр =0,008м [5];

mап = [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.

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

.1.1.3 Расчет тепла, необходимого на нагрев изоляции Qизол, Дж,

Qизол = Fиз · σиз · ρиз · Сиз · (tиз. ср - tн. из),

где Fиз - площадь поверхности изоляции, м2;

σиз - толщина изоляции, м;

σиз = 0,12 м [5];

ρиз - плотность изолирующего материала, кг/м3;

ρиз = 1500 кг/м3 [9];

Сиз - теплоемкость изолирующего материала, Дж/кг С;

Сиз = 920 Дж/кг С [9];

tиз. ср - температура изоляции средняя, С;

tиз. ср = (tвыд. + tн. из) / 2,

где

tвыд. - температура выдержки, С; tвыд. = 132 С (по данным комбината); tн. из - начальная температура изоляции, С; tн. из = 40 С (по данным комбината);

tиз. ср = (132 + 40) / 2 = 86 С

.1.1.3.1 Определяем площадь поверхности изоляции

Fиз = π · Dап · Нап + π · (rсф. ап 2 + hсф. ап2) + π · Dр. · Нр. + π · (rр.2 + hсф. р.2),

Объяснение величин входящих в формулу в пункте 3.1.1.2.1

Fиз = 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

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

.1.1.4 Расчет количества потерь тепла в окружающую среду Qпот, Дж,

Qпот = 10% · (Qап + Qизол) (Дж),

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

Qап = 120,7563 · 106 Дж (3.1.1.2);

Qизол - тепло, необходимое на нагрев изоляции, Дж;

Qизол = 169,0597 · 106 Дж (3.1.1.3);

Qпот = 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

3.1.1.5 Расчет тепла, необходимого на выдержку Q2, Дж, Q2 = Qпот. выд. (Дж), расчет потерь тепла Qпот. выд, Дж,

Qпот. выд. = α · Fиз · (tн. из. - tвозд) · τвыд (Дж),

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

α = 9.74 + 0.07 (tн. из. - tвозд),

где tн. из. - начальная температура изоляции, С;

tн. из = 40 С;

tвозд - температура воздуха, С;

tвозд = 20 C;

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

Fиз - площадь наружной поверхности изоляции, м2;

Fиз = 22, 1933 м2 3.1.1.3.1);

τвыд - время выдержки, с;

τвыд = 3600 c [1];

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

.1.1.5.1 Расчет массы пара mпара, кг,

mпара = Q1 + Q2/ (Jпара - Jконд),

где Q1 - тепло, необходимое на нагрев, Дж;

Q1 = 318,7976 · 106 Дж (3.1.1.1);

Q2 - тепло, необходимое на выдержку, Дж;

Q2 = 17,8008 · 106 Дж (3.1.1.5);

Jпара - энтальпия пара, Дж/кг;

Jпара = 2728,8 · 103 Дж/кг [8];

Jконд - энтальпия конденсата, Дж/кг;

Jконд = 555,36 · 103 Дж/кг [8];

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

III Режим - охлаждение пустого аппарата

3.1.1.6 Расчет тепла, необходимого на охлаждение Q2, Дж,

Q3 = Qап + Qизол (Дж),

где Qап - тепло, отводимое от аппарата, Дж;

Qизол - тепло, отводимое от изоляции, Дж;

Qизол = 169,0597 · 106 Дж (3.1.1.3);

Расчет тепла, отводимого от аппарата Qап, Дж,

Qап = mап · Сст · (tн - tк) (Дж),

где mап - масса аппарата, кг;

mап = 2147,7717 кг (3.1.1.2.1);

Сст - теплоемкость стали, Дж/кг;

Сст = 502 Дж/кг [9];

tк - конечная температура, С;

tк = 40С;

tн - начальная температура, С;

tн = 132С;

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

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

.1.1.7.1 Расчет воды на охлаждение аппарата mводы, кг,

mводы = Q3/ (tк. в - tн. в) 4190 (кг),

где Q3 - тепло, уносимое при охлаждении, Дж;

Q3 = 268,2524· 106 Дж (9.1.6);

tк. в - конечная температура воды, С;

tк. в = 20 C [1];

tн. в - начальная температура воды, С;

tн. в = 8 С [1];

mводы = 268,2524· 106/ (20 - 8) 4190 = 5335,1 кг.

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

3.2 Тепловой расчет стерилизации инокулятора со щелочью


График режима стерилизации аппарата со щелочью представлен на рисунке 2

Рисунок 2 - График режима стерилизации аппарата со щелочью.

режим - нагрев: tн = 20 С; tк = 100 С;

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

III режим - охлаждение: tн = 100 С; tк = 40 C;

Уравнение теплового баланса

Qобщ = Q1 + Q2 + Q3 (Дж),

где Q1 - тепло, необходимое на нагрев, Дж;

Q2 - тепло, необходимое на выдержку, Дж;

Q3 - тепло, отводимое, Дж;

I Режим - нагрев пустого аппарата

3.1.2.1 Расчет тепла, необходимого на нагрев Q1, Дж,

Q1 = Qап + Qизол + Qпот + Qср. (Дж),

.1.2.2 Расчет количества тепла, необходимого на нагрев аппарата Qап, Дж,

Qап = mап · Сст · (tк - tн) (Дж),

где mап - масса аппарата, кг;

mап = 2147,7717 кг (3.1.1.2.1);

Сст - теплоемкость стали, Дж/кг · С;

Сст = 502 Дж/кг · С [9];

tк - конечная температура стерилизации, С;

tк = 100 С;

tн - начальная температура, С;

tн = 20 С;

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

.1.2.3 Расчет тепла, необходимого на нагрев изоляции Qизол, Дж,

Qизол = Fиз · σиз · ρиз · Смат · (tиз. ср - tн. из) (Дж),

где Fиз - площадь наружной поверхности изоляции, м2; Fиз = 22, 1933 м2 (3.1.1.3.1); σиз - толщина изоляции, м; σиз = 0,12 м [1]; ρиз - плотность изолирующего материала, кг/м3; ρиз = 1500 кг/м3 [9]; Смат - теплоемкость изолирующего материала, Дж/кг С; Смат = 920 Дж/кг С [9]; tиз. ср - температура изоляции средняя, С;

tиз. ср = (tвыд. + tн. из) / 2,где tвыд. - температура выдержки, С;

tвыд. = 100 С; tн. из - начальная температура изоляции, С;  tн. из = 40 С;

tиз. ср = (100 + 40) / 2 = 70 С.

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

.1.2.4 Расчет тепла, необходимого на нагрев среды в аппарате Qср., Дж,

Qср. = mср · Сср · (tк - tн) (Дж),

где mср. - масса раствора щелочи, кг;

mср. = 4160 кг [1];

Сср - теплоемкость среды, Дж/кг С;

Сср = 4190 Дж/кг С [7];

tк = 100 С [1];

tн - начальная температура, С;

tн = 20 С [1];

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

Расчет количества потерь тепла в окружающую среду Qпот, Дж,

Qпот = 10% · (Qап + Qизол+ Qср) (Дж),

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

Qап = 86,2545· 106 Дж (3.1.2.2);

Qизол - тепло, необходимое на нагрев изоляции, Дж;

Qизол = 110,2563· 106 Дж (3.1.2.3);

Qср - тепло, необходимого на нагрев среды в аппарате, Дж;

Qср =1394,4320· 106 Дж (3.1.2.4);

Qпот = 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

3.1.2.6 Расчет тепла, необходимого на выдержку Q2, Дж,

Q2 = α · Fиз · (tн. из. - tвозд) · τвыд (Дж),

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

α = 11,14 Вт/м2 · с (3.1.1.5);

Fиз - площадь наружной поверхности изоляции, м2;

Fиз = 22, 1933 м2 (3.1.1.3.1);

tн. из. - начальная температура изоляции, С;

tн. из = 40 С;

tвозд - температура воздуха, С;

tвозд = 20 C;

τвыд - время выдержки, с;

τвыд = 3600 c [1];

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

.1.2.6.1 Расчет массы пара mпара, кг,

mпара = Q1 + Q2/ (Jпара - Jконд),

где Jпара - энтальпия пара, Дж/кг;

Jпара = 2678,5 · 103Дж/кг [8];

Jконд - энтальпия конденсата, Дж/кг;

Jконд = 419· 103 Дж/кг [8];

mпара = 1750,0371 · 106 + 17,8008 · 106/ (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


График режима стерилизации питательной среды в инокуляторе

Рисунок 3 - График режима стерилизации питательной среды в инокуляторе.

режим - нагрев: tн = 70 С; tк = 126 С;

II режим - выдержка: t = 126 C; τвыд = 30 мин.;

III режим - охлаждение: tн = 126 С; tк = 25 C;

Уравнение теплового баланса

Qобщ = Q1 + Q2 + Q3 (Дж),

где Q1 - тепло, необходимое на нагрев, Дж;

Q2 - тепло, необходимое на выдержку, Дж;

Q3 - тепло, отводимое, Дж;

I Режим - нагрев аппарата с питательной средой

3.1.3.1 Расчет тепла, необходимого на нагрев Q1, Дж,

Q1 = Qап + Qизол + Qпот + Qср. (Дж),

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

Qап = mап · Сст · (tк - tн) (Дж),

где mап - масса аппарата, кг; mап = 2147,7717 кг (3.1.2.1);

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

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

tн - начальная температура, С; tн = 70 С;

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

.1.3.3 Расчет тепла, необходимого на нагрев изоляции Qизол, Дж,

Qизол = Fиз · σиз · ρиз · Смат · (tиз. ср - tн. из) (Дж),

где tиз. ср - температура изоляции средняя, С;

tиз. ср = (tвыд. + tн. из) / 2,

где tвыд. - температура выдержки, С; tвыд. = 126 С;

tн. из - начальная температура изоляции, С; tн. из = 40 С;

tиз. ср = (126 + 40) / 2 = 83 С.

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

.1.3.4 Расчет тепла, необходимого на нагрев среды в аппарате Qср., Дж,

Qср. = mср · Сср · (tк - tн) (Дж),

где mср. - масса питательной среды, кг;

mср. = 287,9622 кг (1.6.2.3);

Сср - теплоемкость среды, Дж/кг С;

Сср = 4190 Дж/кг С [7];

tк = 126 С;

tн - начальная температура, С;

tн = 70 С;

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

.1.3.5 Расчет количества потерь тепла в окружающую среду Qпот, Дж,

Qпот = 10% · (Qап + Qизол) (Дж),

Qпот = 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

3.1.3.6 Расчет тепла, необходимого на выдержку Q2, Дж,

Q2 = α · Fиз · (tн. из. - tвозд) · τвыд (Дж),

где τвыд - время выдержки, с;

τвыд = 1800 c [1];

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

.1.3.6.1 Расчет массы пара mпара, кг,

mпара = Q1 + Q2/ (Jпара - Jконд),

где

Q1 - тепло, необходимое на нагрев, Дж;

Q1 =761,5408· 106 Дж (3.1.3.1);

Q2 - тепло, необходимое на выдержку, Дж;

Q2 = 8,9004· 106Дж (3.1.3.6);

Jпара - энтальпия пара, Дж/кг;

Jпара = 2719,6 · 103 Дж/кг [8];

Jконд - энтальпия конденсата, Дж/кг;

Jконд = 531,176 · 103 Дж/кг [8];

mпара = 761,5408· 106 + 8,9004· 106/ (2719,6· 103 - 531,176 · 103) = 352,0529 кг.

III Режим - охлаждение аппарата с питательной средой

3.1.3.7 Расчет тепла, необходимого на охлаждение Q2, Дж,

Q3 = Qап + Qизол + Qср. (Дж),

где Qизол - тепло, отводимого от изоляции, Дж;

Qизол = 158,0340· 106 Дж (3.1.3.3);

.1.3.8 Расчет тепла, отводимого от аппарата Qап, Дж,

Qап = mап · Сст · (tн - tк) (Дж),

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

tн - начальная температура, С; tн = 126С;

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

.1.3.9 Расчет количества тепла, отводимого от среды Qср., Дж,

Qср. = mср · Сср · (tн - tк) (Дж),

где mср. - масса питательной среды, кг;

mср. = 2019,68 кг (1.6.2.3);

Сср - теплоемкость среды, Дж/кг С;

Сср = 4190 Дж/кг С [7];

tк = 25 С;

tн - начальная температура, С;

tн = 126 С;

Qср. = 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 mводы, кг,

mводы = Q3/ (tк. в - tн. в) 4190 (кг),

где tк. в - конечная температура воды, С; tк. в = 20 C [1]; tн. в - начальная температура воды, С; tн. в = 8 С [1];

mводы = 1121,6386· 106/ (20 - 8) 4190 = 22307,8 кг.

Qобщ = 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


График режима стерилизации пустого аппарата представлен на рисунке 4

Рисунок 4 - График режима стерилизации пустого аппарата.

режим - нагрев: tн = 20 С; tк = 132 С; II режим - выдержка: t = 132 C; τвыд = 60 мин.; III режим - охлаждение: tн = 132 С; tк = 30 C;

Уравнение теплового баланса

Qобщ = Q1 + Q2 + Q3 (Дж),

где Q1 - тепло, необходимое на нагрев, Дж;

Q2 - тепло, необходимое на выдержку, Дж;

Q3 - тепло, отводимое, Дж;

I Режим - нагрев пустого аппарата

3.2.1.1 Расчет тепла, необходимого на нагрев Q1, Дж,

Q1 = Qап + Qизол + Qпот (Дж),

.2.1.2 Расчет количества тепла, необходимого на нагрев аппарата Qап, Дж,

Qап = mап · Сст · (tк - tн),

где mап - масса аппарата, кг;

Сст - теплоемкость стали, Дж/кг · С;

Сст = 502.8 Дж/кг · С [9];

tк - конечная температура стерилизации, С;

tк = 132 С [1];

tн - начальная температура, С;

tн = 20 С;

.2.1.2 Определяем массу аппарата

mап = mпуст. ап + mзмеев (кг),

.2.1.3 Определяем массу пустого аппарата

mпуст. ап = [π · Dап · Нап Iап +2π · (rап 2 + hап2) Iап] ρcn (кг),

где Dап - диаметр аппарата, м;

Dап = 2,4 м [1];

Iап - толщина стенки аппарата, м;

Iап =0,016м [5];

Нап - высота аппарата, м;

Hап = 4,4332 м;

ρcт - плотность стали, кг/м3;

ρcт =7850 кг/м3 [1];

гсф. ап - радиус аппарата (Dап / 2), м;

rсф. ап = 1,2 м;

hсф. ап - высота сферической части аппарата (7% от Hап), м;

hсф. ап = 0,3539 м;

mпуст. ап = [3,14 · 2,4 · 4,4232∙ 0,016 +2· 3,14 (1,2 2 + 0,35392) 0,016] ∙7850 =5420,9839 кг.

.2.1.4 Определяем массу змеевиков

mзмеев =π · l · (R2 +r 2) ∙ρcn (кг),

где ρcт - плотность стали, кг/м3;

ρcт =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;

.2.1.5 Расчет длины труб змеевика, м

l = Fохл /π∙d (м),

где Fохл = 16,8 м2 [5];

π - постоянная величина;

π = 3,14;

d - наружный диаметр трубы змеевика, м;

d = 0,057 м [10];

l = 16,8 /3,14∙0,057 =93,8652 м.

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

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

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

.2.1.6. Расчет тепла, необходимого на нагрев изоляции Qизол, Дж,

Qизол = Fиз · σиз · ρиз · Смат · (tиз. ср - tн. из),

Объяснение в пункте 3.1.1.3

.2.1.7 Определяем площадь наружной поверхности изоляции, Fиз, м2;

Fиз = π · Dап · Нап + π · (rсф. ап 2 + hсф. ап2) (м2),

Объяснение в пункте 3.1.4.2.2

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

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

.2.1.8 Расчет количества потерь тепла в окружающую среду Qпот, Дж,


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

Qап = 330,8063· 106 Дж (3.1.4.2);

Qизол - тепло, необходимое на нагрев изоляции, Дж;

Qизол = 291,3572· 106 Дж (3.1.4.3);

Qпот = 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

3.2.1.9 Расчет тепла, необходимого на выдержку Q2, Дж,

Q2 = α · Fиз · (tн. из. - tвозд) · τвыд (Дж),

Объяснение в пункте 3.1.1.5

где Fиз = 38,2479 м2;

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

.2.1.10 Расчет массы пара mпара, кг,

mпара = Q1 + Q2/ (Jпара - Jконд) (кг),

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

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

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

III Режим - охлаждение пустого аппарата

3.2.1.11 Расчет тепла, необходимого на охлаждение Q3, Дж,

Q3 = Qап + Qизол (Дж),

где Qап - тепло, отводимое от аппарата, Дж;

Qизол - тепло, отводимое от изоляции, Дж;

Qизол = 291,3572· 106 Дж (3.1.4.3);

.2.1.12 Расчет тепла, отводимого от аппарата Qап, Дж,

Qап = mап · Сст · (tн - tк) (Дж),

где tк - конечная температура, С;

tк = 30С [1];

tн - начальная температура, С;

tн = 132С [1];

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

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

.2.1.13 Расчет воды на охлаждение аппарата mводы, кг,

mводы = Q3/ (tк. в - tн. в) 4190,где tк. в - конечная температура воды, С;

tк. в = 20 C [1];

tн. в - начальная температура воды, С;

tн. в = 8 С [1];

mводы = 592,6272· 106/ (20 - 8) 4190 = 11786,5000 кг.

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

3.5 Тепловой расчет стерилизации посевного аппарата со щелочью


График режима стерилизации аппарата со щелочью представлен на рисунке 5

Рисунок 5 - График режима стерилизации аппарата со щелочью.

режим - нагрев: tн = 20 С; tк = 100 С;

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

III режим - охлаждение: tн = 100 С; tк = 40 C;

Уравнение теплового баланса

Qобщ = Q1 + Q2 + Q3,г

де Q1 - тепло, необходимое на нагрев, Дж;

Q2 - тепло, необходимое на выдержку, Дж;

Q3 - тепло, отводимое, Дж;

I Режим - нагрев пустого аппарата

3.2.2.1 Расчет тепла, необходимого на нагрев Q1, Дж,

Q1 = Qап + Qизол + Qпот + Qср. (Дж),

Объяснение в пункте 3.1.2.1

.2.2.2 Расчет количества тепла, необходимого на нагрев аппарата Qап, Дж,

Qап = mап · Сст · (tк - tн) (Дж),

где tк - конечная температура стерилизации, С;

tк = 100 С [1];

tн - начальная температура, С;

tн = 20 С [1];

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

.2.2.3 Расчет тепла, необходимого на нагрев изоляции Qизол, Дж,

Qизол = Fиз · σиз · ρиз · Смат · (tиз. ср - tн. из) (Дж),

Объяснение в пункте 3.1.2.3

где Fиз - площадь наружной поверхности изоляции, м2;

Fиз = 38,2479 м2 (3.1.4.3.1);

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

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

Qср. = mср · Сср · (tк - tн) (Дж),

Объяснение в пункте 3.2.4

где mср. - масса раствора щелочи, кг; mср. = 15600 кг [1];

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

.2.2.4 Расчет количества потерь тепла в окружающую среду Qпот, Дж,

Qпот = 10% · (Qап + Qизол) (Дж), где Qап = 236,2902 · 106 Дж (3.2.5.2);

Qизол = 190,0156 · 106 Дж (3.2.5.3);

Qср. = 5229,12· 106 Дж (3.2.5.4)

Qпот = 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

3.2.2.5 Расчет тепла, необходимого на выдержку Q2, Дж,

Q2 = α · Fиз · (tн. из. - tвозд) · τвыд (Дж),

Объяснение в пункте 3.1.2.6

где Fиз - площадь наружной поверхности изоляции, м2;

Fиз = 38,2479 м2 (3.2.4.3.1); Q2 = 11.14 · 38,2479· (40 - 20) · 3600 = 30,6778· 106Дж.

.2.2.6 Расчет массы пара mпара, кг,

mпара = Q1 + Q2/ (Jпара - Jконд) (кг),

где Q1 - тепло, необходимое на нагрев, Дж;

Q1 =6220,9684 · 106 Дж (3.2.5.1);

Q2 - тепло, необходимое на выдержку, Дж;

Q2 = 30,6778 · 106 Дж (3.2.5.6);

Jпара - энтальпия пара, Дж/кг;

Jпара = 2678,5·103 Дж/кг [8];

Jконд - энтальпия конденсата, Дж/кг;

Jконд = 419·103 Дж/кг [8];

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

3.6 Тепловой расчет стерилизации пустого ферментатора

режим - нагрев: tн = 20 С; tк = 135 С;

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

III режим - охлаждение: tн = 135 С; tк = 30 C;

Уравнение теплового баланса

Qобщ = Q1 + Q2 + Q3 (Дж),

где Q1 - тепло, необходимое на нагрев, Дж;

Q2 - тепло, необходимое на выдержку, Дж;

Q3 - тепло, отводимое, Дж;

I Режим - нагрев пустого аппарата

3.3.1.1 Расчет тепла, необходимого на нагрев Q1, Дж,

Q1 = Qап + Qизол + Qпот (Дж),

.3.1.2 Расчет количества тепла, необходимого на нагрев аппарата Qап, Дж,

Qап = mап · Сст · (tк - tн) (Дж),

где mап - масса аппарата, кг;

.3.1.3 Определяем массу аппарата

mап = mпуст. ап + mзмеев (кг),

.3.1.4 Определяем массу пустого аппарата

mпуст. ап = [π · Dап · Нап Iап +2π · (rап 2 + hап2) Iап+π · (rр 2 + hр2) Iр+ π · Dр · Нр Iр] ρcn

где Dап - диаметр аппарата, м;

Dап = 3,5 м [5];

Iап - толщина стенки аппарата, м;

Iап =0,016м [5];

Нап - высота аппарата, м;

Hап = 10,3991 м;

ρcт - плотность стали, кг/м3;

ρcт =7850 кг/м3 [9];

гсф. ап - радиус аппарата (Dап / 2), м;

rсф. ап = 1,75 м;

hсф. ап - высота сферической части аппарата (7% от Hап), м;

hсф. ап = 0,8319 м;

Dр = 3,6 м [5];

rр = 1,8 м [5];

Iр =0,008м [5];

Hр = 6,9327м;

hр = 0,5546 м;

mпуст. 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

.3.1.5 Определяем массу змеевиков

mзмеев =π · l · (R2 +r 2) ∙ρcn,

Объяснение в пункте 3.1.4.2.3

.3.1.6 Расчет длины труб змеевика, м

l = Fохл /π∙d,

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

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

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

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

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

.3.1.7 Расчет тепла, необходимого на нагрев изоляции Qизол, Дж,

Qизол = Fиз · σиз · ρиз · Смат · (tиз. ср - tн. из) (Дж),

Объяснение в пункте 9.1.3

где tиз. ср - температура в средней точке изоляции, С;

tиз. ср = (tвыд. + tн. из) / 2,tиз. ср = (135 + 40) / 2 = 87.5 С

.3.1.8 Определяем площадь наружной поверхности изоляции, Fиз, м2;

Fиз = π · Dап · Нап + π · (rсф. ап 2 + hсф. ап2) + π · Dр · Нр + π · (rр 2 + hр2),

Объяснение в пункте 3.2.6.2.2

Fиз = 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.

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

.3.1.9 Расчет количества потерь тепла в окружающую среду Qпот, Дж,

Qпот = 10% · (Qап + Qизол) (Дж),

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

Qап = 1588,1057· 106 Дж (3.3.6.2);

Qизол - тепло, необходимое на нагрев изоляции, Дж;

Qизол = 665 · 106 Дж (3.3.6.3);

Qпот = 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

3.3.1.10 Расчет тепла, необходимого на выдержку Q2, Дж,

Q2 =. α · Fиз · (tн. из. - tвозд) · τвыд (Дж),

Объяснение в пункте 3.1.1.5

где Fиз - площадь наружной поверхности изоляции, м2;

Fиз = 215,5822 м2 (9.6.3.1);

τвыд - время выдержки, с;

τвыд = 1500 c [1];

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

.3.1.11 Расчет массы пара mпара, кг,

mпара = Q1 + Q2/ (Jпара - Jконд) (кг),

где Jпара - энтальпия пара, Дж/кг;

Jпара = 2733·103 Дж/кг [8];

Jконд - энтальпия конденсата, Дж/кг;

Jконд = 568,2·103 Дж/кг [8];

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

III Режим - охлаждение пустого аппарата

3.3.1.12 Расчет тепла, необходимого на охлаждение Q3, Дж,

Q3 = Qап + Qизол (Дж),

где Qап - тепло, отводимое от аппарата, Дж;

Qизол - тепло, отводимое от изоляции, Дж;

Qизол = 1695,7653 · 106 Дж (3.3.6.3);

.3.1.13 Расчет тепла, отводимого от аппарата Qап, Дж,

Qап = mап · Сст · (tн - tк) (Дж),

где mап - масса аппарата, кг;

mап = 27509, 195 кг (3.3.6.2.1);

tк - конечная температура, С;

tк = 30С [1];

tн - начальная температура, С;

tн = 135С [1];

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

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

.3.1.14 Расчет воды на охлаждение аппарата mводы, кг,

mводы = Q3/ (tк. в - tн. в) 4190 (кг),

где tк. в - конечная температура воды, С;

tк. в = 20 C [1];

tн. в - начальная температура воды, С;

tн. в = 8 С [1];

mводы = 3145,7748· 106/ (20 - 8) 4190 = 62565,1 кг.

.3.1.15 Проводим проверку площади поверхности теплообмена

Fохл = Q3 /К·Δ tср ·τохл (м2),

где Q3 - тепло, уносимое при охлаждении, Дж;

Q3 = 3145,7748 · 106 Дж (3.3.7.7);

К - коэффициент теплопередачи, Вт/ (м2к);

К =300 Вт/ (м2к) [11];

Δ tср - средний температурный напор, С;

.3.1.16 Определяем средний температурный напор, С,

tап 135°С - 30°С

tводы 20°С - 8°С

Δ tкон 115°С - 22°С Δ tнач

Δ tср = Δ tкон - Δ tнач /2,3 lg Δ tнач / Δ tкон

Δ tср = 115 - 22 /2,3 lg 115/22 =56,2923°С.

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

3.7 Тепловой расчет стерилизации ферментатора со щелочью


График режима мойки ферментатора со щелочью представлен на рисунке 7

 

Рисунок 7 - График режима мойки ферментатора щелочью.

режим - нагрев: tн = 20 С; tк = 100 С;

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

III режим - охлаждение: tн = 100 С; tк = 40 C;

Уравнение теплового баланса

Qобщ = Q1 + Q2 (Дж),

где Q1 - тепло, необходимое на нагрев, Дж;

Q2 - тепло, необходимое на выдержку, Дж;

I Режим - нагрев пустого аппарата

3.3.2.1 Расчет тепла, необходимого на нагрев Q1, Дж,

Q1 = Qап + Qизол + Qпот + Qср. (Дж),

Объяснение в пункте 3.1.2.1

.3.2.2 Расчет количества тепла, необходимого на нагрев аппарата Qап, Дж,

Qап = mап · Сст · (tк - tн) (Дж),

где

tк - конечная температура стерилизации, С; tк = 100 С [1]; tн - начальная температура, С; tн = 20 С [1];

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

.3.2.3 Расчет тепла, необходимого на нагрев изоляции Qизол, Дж,

Qизол = Fиз · σиз · ρиз · Смат · (tиз. ср - tн. из) (Дж),

Объяснение в пункте 9.2.3

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

.3.2.4 Расчет тепла, необходимого на нагрев среды в аппарате Qср., Дж,

Qср. = mср · Сср · (tк - tн) (Дж),

Объяснение в пункте 9.2.4, где mср. - масса раствора щелочи, кг; mср. = 72800 кг [1],

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

.3.2.5 Расчет количества потерь тепла в окружающую среду Qпот, Дж,

Qпот = 10% · (Qап + Qизол) (Дж),

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

Qап = 1104,7692· 106 Дж (3.3.3.2);

Qизол - тепло, необходимое на нагрев изоляции, Дж;

Qизол = 1071,0097 · 106 Дж (3.3.3.3);

Qср - тепла, необходимого на нагрев среды в аппарате., Дж;

Qср., = 24402,56· 106 Дж (3.3.3.4); Qпот = 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

3.3.2.6 Расчет тепла, необходимого на выдержку Q2, Дж,

Q2 = α · Fиз · (tн. из. - tвозд) · τвыд (Дж),

Объяснение в пункте 3.1.2.6, где Fиз - площадь наружной поверхности изоляции, м2;

Fиз = 215,5822 м2 (3.3.2.1);

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

.3.2.7 Расчет массы пара mпара, кг,

mпара = Q1 + Q2/ (Jпара - Jконд) (кг),

где Jпара - энтальпия пара, Дж/кг;

Jпара = 2678,5·103 Дж/кг [8];

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

mпара = 29239,172· 106 + 172,9141· 106/ (2678,5·103 - 419·103) = 13015,740 кг.

3.8 Тепловой расчет процесса биосинтеза


Qбиос. = Qперем. + Qвозд. + Qжиз. (Дж),

где Qперем. - тепло, образовавшееся за счет вращения мешалки аппарата, Дж;

Qвозд. - тепло, приносимое в аппарат с воздухом, Дж;

Qжиз. - тепло, выделенное продуцентом в результате жизнедеятельности, Дж;

.3.3.1 Расчет тепла, выделяющегося при перемешивании Qперем., Дж,

Qперем. = Nдв. · 103 · τ · ŋ · 3600 (Дж),

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

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

.3.3.2 Расчет тепла, приносимого в аппарат с воздухом Qвозд., Дж,

Qвозд = Vвозд. · ρвозд. · Свозд. · (tвх. - tвых.) (Дж),

где Vвозд - объем воздуха, м3; Vвозд = 1210500 м3 (1.6.4, таб.8); ρвозд. - плотность воздуха, кг/м3;

ρвозд. = 1,66 кг/м3 (1.6.4.8.1);

Свозд. - теплоемкость воздуха, Дж/кг С;

Свозд. = 1000 Дж/кг С [12];

tвх. - температура воздуха, входящего в аппарат, С;

tвх. = 55 С [1];

tвых. - температура воздуха, выходящего из аппарата С;

tвых. = 40 C;

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

.3.3.3 Расчет тепла, выделенного продуцентом в результате жизнедеятельности Qжиз. Дж,

Qжиз. = V ∙ g ∙ τ (Дж),

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

Qжиз. = 94,2241∙ 3,9386· 106 ∙ 185 = 68655,542 · 106 Дж.

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

.3.3.4 Расчет воды на охлаждение аппарата mводы, кг,

mводы = Qбиос / (tк. в - tн. в) Св (кг),

где tк. в - конечная температура воды, С; tк. в = 20 C [1];

tн. в - начальная температура воды, С; tн. в = 8 С [1];

mводы = 166728,99· 106/ (20 - 8) ∙4190 = 3316010,00 кг.

.3.3.5 Расчет необходимой поверхности теплообмена

Fохл = Qбиос /К·Δ tср ·τохл (м2),

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

Δ tср - средний температурный напор, С;

tкж 24,5°С - 24,5°С

tводы 20°С - 8°С

Δ tкон 4°С - 16°С Δ tнач

Δ tср = Δ tкон - Δ tнач /2,3 lg Δ tнач / Δ tкон

Δ tср = 16 - 4 /2,3 lg 16/4 =8,6667°С.

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

3.9 Энергетические расчеты


Расчет расхода пара

Определим общую массу пара mп, кг;

mп=mпара на стер. ин+mпара при мойке ин. +mпара на стер. пит. ср. в ин. +mпара на стер. п. а. +mпара при мойке п. а. +mпара на стер. ферм. +mпара при мойке ферм. (кг),

где mпара на стер. ин =154,8689 кг

mпара при мойке ин. =782,4022 кг

mпара на стер. пит. ср. в ин=352,0529 кг

mпара на стер. п. а=328,9981 кг

mпара при мойке п. а=2766,8272 кг

mпара на стер. ферм. =1701,915 кг

mпара при мойке ферм=13015,749 кг

mп=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%

mпара 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 Nр. п, Гкал/ млрд. Ед;

Nр. п=х/ Gкж с 1 опер,

где Gкж с 1 опер =2463,5833 млрд. Ед (7.4);

Nр. п=15,92697 /2463,5833 =0,0065 Гкал/млрд. Ед.

Расчет расхода воды на охлаждение

Находим общую массу воды

mобщ. в. = mв. на охл. ин. +mв. на охл. пит. ср. в ин. +mв. на охл. пос. а. +mв. на охл. ферм. +mв. на охл. при биос.,

где mв. на охл. ин. =5335,1 кг;

mв. на охл. пит. ср. в ин. =22307,8 кг;

mв. на охл. пос. а. =11786,5 кг

mв. на охл. ферм. =62565,1 кг

mв. на охл. при биос. =3316010,00 кг

mобщ. в. =5335,1+22307,8+11786,5+62565,1+3316010,00=3,4180045тыс. м3.

Расчет нормы расхода воды Nр. общ. в, тыс. м3/млрд. Ед;

Nр. общ. в= mобщ. в. / Gкж с 1оп.,

Nр. общ. в=3,4180045/2463,5833=0,0014 тыс. м3/млрд. Ед

Расчет расхода питьевой воды

Находим общую массу питьевой воды

mобщ. в. п. = mв. для пригот пит. ср. ин. +mв. на пригот. пит. ср. в п. а. +mв. на пригот. пит. ср. в ферм+mв. в подк. (кг),

где mв. для пригот пит. ср. ин. =1529,7498 кг (1.6.2.6);

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

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

mв. в подк. =37150,946 кг (1.6.4.5);

mобщ. 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%

mобщ. в. = 89492,359· 1,15 =102916,21 кг =102,91621 м3.

Расчет нормы расхода воды Nр. общ. в, м3/млрд. Ед;

Nр. общ. в= mобщ. в. / Gкж с 1оп.,

Nр. общ. в=102,91621 /2463,5833=0,0418 м3/млрд. Ед

Расчет расхода воздуха Vвоз. общ, м3;

Vвоз. общ= Vвоз. ин + Vвоз. п. а + Vвоз. БФ,

где Vвоз. ин - расход воздуха в инокуляторе, м3;

Vвоз. п. а - расход воздуха в посевном аппарате, м3;


Расчет расхода воздуха для инокулятора Vвоз. ин, м3;

Vвоз. ин= Vин ·φсл. ин ·nвоз ·60·Кин·Кп. а. ·τчас (м3),

где Vин =4 м3 (1.6.1.3.2);

φсл. ин =0,5 [1];

nвоз =1,83 [1];

Кин=1,2 [1];

Кп. а. =1,15 [1];

τчас=55 ч [1].

Vвоз. ин= 4 ·0,5 ·1,83 ·60·1,2·1,15 ·55 =16667,64 м3

Расчет расхода воздуха для посевного аппарата Vвоз. п. а., м3;

Vвоз. п. а. = Vп. а ·φсл. п. а ·nвоз ·60·Кп. а. ·τчас (м3),

где Vп. а =20 м3 (7.1.2.3);

φсл. п. а. =0,5 [1];

nвоз =1,67 [1];

Кп. а. =1,15 [1];

τчас=24 ч [1].

Vвоз. ин= 20 ·0,5 ·1,67 ·60·1,15 ·24 =27655,2 м3

Vвоз. 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%.

Vвоз. общ= 1254822,8 ·1,15 =1443046,2м3 = 1443,0462 тыс. м3

Расчет нормы расхода воздуха Nр. общ. воз, тым. м3/млрд. Ед;

Nр. общ. воз= Vобщ. воз. / Gкж с 1оп.,

Nр. общ. в=1443,0462 /2463,5833=0,5858 тыс. м3/млрд. Ед

Определим расход электроэнергии на технологический процесс.

Наименование оборудования

Мощность двигателя, кВт

Часы работы двигателя, ч

Расход электроэнергии на 1 операцию, кВт·ч

1

2

3

4

Инокулятор Посевной аппарат Ферментатор

4 10 120

55 24 185

220 240 22200

итого



22660


Расчет фактической потребляемой энергии Ефакт, кВт·ч;

Ефакт = ∑ Ефакт·Кспроса/ η сем ·ηдвиг,

где Кспроса=0,6;

η сем =0,98;

ηдвиг =0,85 [11];

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

Расчет нормы расхода электроэнергии Nр. эл. эн, кВт·ч/млрд. Ед;

Nр. эл. эн = Ефакт. / Gкж с 1оп.,

Nр. эл. эн =16321,728 /2463,5833=6,6252 кВт·ч/млрд. Ед.

Заключение


В ходе курсового проекта, темой которого является проектирование участка ферментации бензилпенициллина с годовой мощностью 430000 млрд. ед по готовому продукту, были изучены: применение бензилпенициллина, 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.

Библиографический список


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

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

. Герольд М., Вондрачек М., Нечасек А., Антибиотики.: Медицина, 1966.406с.

. 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.

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

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

. Плановский А. Н,, Гуревич Д.А. Аппаратура промышленности органических полупродуктов и органических красителей. М.: Политучтеххимиздат, 1961.504 с.

. Руководство к практическим занятиям процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов (под ред.П.Г. Романкова) - 6 - е изд., перераб. и доп.: Химия, 1990.272 с.

. Лащинский А.А., Гнощинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры.2-е изд. л.: Машиностроение, 1970.752 с.

. Иоффе И.А. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии: Учебник для техникумов-Л.: Химия, 1991.352 с.

. Краткий справочник физико-химических величин.8-е изд., пер. (Под ред.А. А. Равделя) Л.: Химия, 1983.232 с.

. Техника безопасности и охрана труда в производстве антибиотиков. Методическое пособие разработанное на АО "Биосинтез".13.А. А. Пашаян, А.Л. Осиновский, В.П. Гамазин. Очистка сточных вод, содержащих формальдегид. Экология и промышленность России. Москва, октябрь, 2001г., с. 20-22.

. Беккер М.Е. Введение в биотехнологию. - М.: "Пищевая промышденность", 1978.

. Беспамятнов Г.П., Кротов Ю.А. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде, Л.: Химия 1987.

. Воронин Е.С., Тихонов И.В., Грязнева Т.Н. и др. Основы биотехнологических процессов.Ч. II. Промышленное культивирование микроорганизмов // Учебно-методическое пособие по биотехнологии. - М.: МГАВ-МиБ, 2000.

. Воронин Е.С., Тихонов И.В., Грязнева Т.Н. и др. Основы биотехнологических процессов.Ч. III. Выделение, концентрирование и очистка биопреператов // Учебно-методическое пособие по биотехнологии. - М.: МГАВ-МиБ, 2000.

. Елинов Н.П. Основы биотехнологии. Для студентов институтов, аспирантов и практических работников. Изд. фирма "Наука" СПБ 1995, 600 стр, 166 ил.

. Иоффе И. Л." Проектирование процессов и аппаратов химической технологии ": Учебник для техникумов - Л: Химия, 1991 - 352 с., ил.

. Ковалев В.Ф., Тихонов И.В., Симонова Н.И. Проектирование и оборудование биотехнологических предприятий // Практикум по процессам и аппаратам биотехнологии. - Ч.I. - М.: ВУ РХБЗ МО РФ, 2000.

21. Лощинский А.А., Толчинский А.Р. "Основы конструирования и расчета химической аппаратуры", 1970 г.

22. Машковский М. Д." Лекарственные средства". В двух томах. Т.2. -  Издание 13-е, новое - Харьков: Торсинг, 1998 - 592 с.

. Навашин С.М., Бринберг С.Л., Былинкина Е.С., Кузовков А. Д., Майминд С. И." Производство антибиотиков", Изд. "Медицина".

. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А. А." Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии ": Учебное пособие для вузов, Издание 10-е, пер. и доп. Л: Химия, 1987.

25. Пассет Б.В., Воробьева В.Я. "Технология химико-фармацевтических

препаратов", М.; Медицина, 1977 г.

26. Соколов " Примеры и задачи по курсу: Процессы и аппараты".27. Физические величины: Справочник / А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкина, 28. A. M. Братковский и др.; Под. ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. - М; Энергоатомиздат, 1991 г. - 1232 с.

Похожие работы на - Проект участка ферментации бензилпенициллина с годовой мощностью 430000 млрд. ЕД по готовому продукту

 
Нужна качественная работа без плагиата?

Другие курсовые работы по другим направлениям
Не нашли материал для своей работы?
Поможем написать уникальную работу
Без плагиата!
Узнайте


© 2003 - 2022 «Библиофонд»
Обратная связь
Пользовательское соглашение
Политика конфиденциальности
Полная версия
Помощь по учебным работам
Консультация по курсовой работе
Консультация по дипломной работе ВКР
Консультация по реферату
Консультация по отчетам о практике
Рейтинг@Mail.ru