«Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики Институт холода и биотехнологии»

Кафедра процессов и аппаратов пищевых производств

Курсовая работа на тему:

«Разработка и проектирование ферментационного оборудования для аэробного культивирования одноклеточных микроорганизмов»

Выполнила:

Студент 344 группы

Кузнецова К.В.

Проверил:

Дужий А.Б.

Оценка:_____________

Санкт-Петербург

2012 г.

Содержание

Введение 3

Разработка и проектирование ферментаторов. 4

Предварительные расчеты требуемых тепло- и массообменных характеристик ферментатора. 4

Определение требуемой массообменной характеристики проектируемого ферментатора. 4

Исходные данные: 5

Тепловой расчет ферментатора 12

Выбор конструкции теплообменных устройств. 13

Введение

Культивирование микроорганизмов осуществляется с целью получения большого количества биомассы и получения продуктов метаболизма.

Для производства некоторых пищевых продуктов используют так называемую специфическую микрофлору, которая осуществляет ферментацию биоматериалов, придавая готовому продукту новые органолептические свойства. Это молочнокислые бактерии в производстве молочных продуктов, дрожжи в пивоварении, виноделии, хлебопечении, а также пропионовокислые бактерии и некоторые мицелиальные грибы.

Производство биомассы осуществляется методом аэробного культивирования, т.е.брожением.

Расчет ферментационного оборудования будет проводиться для хлебопекарных дрожжей (лат. Saccharomyces cerevisiae), которые представляют собой одноклеточные микроскопические (5—10 микрон в диаметре) грибки из рода сахаромицетов, широко используемых в производстве алкогольной и хлебопекарной продукции, а также в научных исследованиях.

Ферментатор - это тепло-массообменный аппарат, в который должен обладать заданными теплообменными и массообменными характеристиками, которые количественно определяются коэффициентами теплопередачи и массопередачи.

Разработка и проектирование ферментаторов.

Предварительные расчеты требуемых тепло- и массообменных характеристик ферментатора.

Для проведения массообменных расчетов ферментатора необходимо знать технологический режим культивирования хлебопекарных дрожжей и конструкцию ферментатора в котором предполагается его реализация.

Технологический режим и конструкция ферментатора являются обязательными пунктами задания на курсовое проектирование, который выдает преподаватель, ведущий данную дисциплину.

Определение требуемой массообменной характеристики проектируемого ферментатора.

Для определения требуемой массообменной характеристики, которой должен обладать проектируемый ферментатор, необходимо вычислить максимальное значение объемного коэффициента массоотдачи в жидкой фазе, т.е. значение β_Vmax

Исходные данные:

Компоненты и показатели	Ед. изм.	0	0-1	1-2	2-3	3-4	4-5	5-6	6-7	7-8	8-9
Меласса (46% сахара)	%	2,95	4,42	5,31	5,91	6,47	7,40	7,97	8,42	8,85	8,85
	кг	178	285	320	356	390	446	482	510	534	534
Диаммонийфосфат	%	22	15,6	15,6	15,6	15,6	15,6
	кг	11	11	11	11	10	10
Сернокислый аммоний	%	4	4	8	8	8	12	12	12	12	8
	кг	15	15	24	24	24	36	36	36	36	24
Набор жидкости в аппарате	м3	57,4	58,0	58,6	59,4	60,1	61,1	62,0	63,0	64,0	64,9
Концентрация среды	% СВ	1,2	1,5	1,8	2,2	2,7	3,2	3,7	4,2	4,7	5,3
Формольное число	См³ 0.1 н. раствора щелочи	0,9	1,0	1,2	1,3	1,4	1,4	1,4	1,3	1,0	0,9
Коэффициент числового прироста		1,05	1,14	1,17	1,16	1,15	1,15	1,14	1,13	1,13	1,12
Биомасса	кг	1470	1676	1961	2274	2615	3008	3430	3875	4378	4905
Концентрация дрожжей	г/дм3	26	29	33	38	43	49	55	61	68	76
Воздух	м3/ч на аппарат	2500	2500	3000	3000	4000	4000	4000	4000	4000	4000

1.Расчет объема газожидкостной смеси V_см

V_см=V_ж / (1-φ_г)

1. 57,4 /(1-0,3) = 82

2. 58/(1-0,3) = 82,9

3. 58,6/(1-0,3) = 83,7

4. 59,4/(1-0,3) = 84,9

5. 60,1/(1-0,3) = 85,9

6. 61,1/(1-0,3) = 87,3

7. 62/(1-0,3) = 88,6

8. 63/(1-0,3) = 90

9. 64/(1-0,3) = 91,4

10. 64,9/(1-0,3) = 92,7

2. Расчет удельной скорости роста дрожжей µ:

µ = ln (D_к / D_н)

1. ln(1676/1479) = 0,13

2. ln(1961/1676) = 0,16

3. ln(2274/1961) = 0,15

4. ln(2615/2274) =0,14

5. ln(3008/2615) = 0,14

6. ln(3430/3008) = 0,13

7. ln(3875/3430) = 0,12

8. ln(4378/3875) = 0,12

9. ln(4905/4378) = 0,11

3. Расчет параметра Y:

1. =57,5

2. =58,1

3. = 58,7

4. =59,5

5. =60,2

6. =61,2

7. =62,1

8. =63,1

9. =64,1

4. Расчет параметра Z:

1. = 0,068

2. =0,081

3. =0,102

4. =0,085

5. =0,120

6. =0,102

7. =0,105

8. =0,105

9. =0,087

5. Расчет объемного коэффициента массоотдачи β_V:

βv =β_ж*а=(0,17Y+0,28Z)*0,0423;

А= 0,17 кг О2/кгД

В=0,28 кг О2/кгД ч.

1. βv = (0,17*57,5+0,28*0,068)*0,0423=0,414 (1/c)

2. βv = (0,17*58,1+0,28*0,081)*0,0423=0,418 (1/c)

3. βv = (0,17*58,7+0,28*0,102)*0,0423=0,423 (1/c)

4. βv = (0,17*59,5+0,28*0,085)*0,0423=0,429 (1/c)

5. βv = (0,17*60,2+0,28*0,12)*0,0423=0,434 (1/c)

6. βv = (0,17*61,2+0,28*0,102)*0,0423=0,441 (1/c)

7. βv = (0,17*62,1+0,28*0,105)*0,0423=0,448 (1/c)

8. βv = (0,17*63,1+0,28*0,105)*0,0423=0,455 (1/c)

9. βv = (0,17*64,1+0,28*0,087)*0,0423=0,468 (1/c)