3.9 Матеріальний баланс

При виробництві гінзенозиду основним технологічним етапом, від якого залежать усі наступні стадії та результат процесу в цілому є ферментація. Саме тому є доцільним розрахувати матеріальний баланс біосинтезу . Співвідношення речовин, затрачених та отриманих у процесі основної ферментації подано у вигляді таблиці (3.3). Розрахунок проводився на 1 кг готової продукції.

Таблиця 3.3 ― Матеріальний баланс ферментації

Затрачено		Отримано
Сировина	Маса, кг	Продукт	Маса, кг
Штам R1 клітин женьшеню	80	Синтезована біомаса каллуса женьшеня	12600
Казеїну гідролізат 80-1204	0,4
Суцільний гомогенат клітин калуса	28
Густий екстракт панаксозидів	170	Діоксид вуглецю	807
Спирт етиловий 70%	2700	Вода	18466,8
Сахароза	23000
Тіаміну гідрохлорид	0,25
Піридоксину гідро-хлорид	0,6
Нікотинова кислота 0,4-0,6	0,5

3.9.1Тепловий баланс біореактору

У біореакторі під час процесу життєдіяльности виділяється тепло, при підвищенні температури зростаючої культури її зріст сповільнюється, а потім можлива й загибель. Для запобігання цього біореактори повинні бути обладнані теплознімним пристроями (сорочки, змієвики та ін.). Кількість тепла, відводи мого від зростаючої культури, та витрати охолодженої води визначають з теплового балансу.

Теплові потоки працюючого біореактору показані на рисунку 3.10

Рисунок 3.10. Теплові потоки біореактору

Загальний тепловий баланс процесу ферментації у реакторі можна надати у наступному вигляді:

_(3.1)

Де -тепло біосинтезу;

-тепло від мішалки;

- сумарне тепло, яке приноситься керуючим повітрям та живильним середовищем;

- тепло, яке підводиться (відводиться) через сорочку та ін.. пристрої

- акумульоване тепло в системі;

- тепло, яке втрачається під час випарювання;

- тепло, яке відводиться технологічними потоками;

- теплові втрати.

Значеннями , та можна знехтити в порівнянні . Тому, рівняння теплового балансу можна спростити.

_(3.2)

_{Прихід тепла за 1 годину}

_{1. З поживним середовищем}

_(3.3)

де - маса живильного середовища, =165 кг;

- питома теплоємність живильного середовища, =4,6кДж/кг∙К;

- температура живильного середовища, =37°С;

=165×4,6×37 = 28083 (кДж)

2. тепло, яке виділяється під час біосинтезу

Де - середня кількість тепла під час зростання культури,

=63×10³ кДж/кг∙год

- приріст біомаси, =0,055 кг/год

=63×10³×0,055 = 3465 (кДж)

3. тепло, яке приноситься разом з охолоджуваною водою

_(3.3)

де - маса охолоджуваної води, =13,1кг;

- питома теплоємність охолоджуваної води, =4,49 кДж/кг∙К;

- температура води спочатку, = 35°С;

=13,1×4,49×35 = 2058,67 (кДж)

4. тепло, яке приноситься з повітрям

_,

_де - витрати повітря;

- ентальпія свіжого повітря

=0,15×1,293×71×4,19×13,2×10^-3 = 0,76 кДж

_{Витрати тепла за 1 годину}

_{1. З готовою культурою}

_(3.4)

Де - маса готової продукції =4,3кг;

- питома теплоємність готової культури, =0,92 кДж/кг∙К;

- температура готової культури, =37°С;

=4,3×0,92×37 = 146,36

2. з охолодженою водою

_(3.5)

=13,1×4,49× ( 35 – 30 ) = 294 (кДж)

3. з повітрям, яке продувається

,

=0,15×71×1,293×24×4,19×10^-3 = 1,39 кДж

4. витрати тепла у навколишнє середовище

, (3.6)

Де - коефіцієнт тепловіддачи від ферментера у навколишнє середовище,

- площа ферментера

- різниця температур, ферментер-повітря;

=3600×4×10^-4×1,98× 10 = 28,5 (кДж)

Рівняння теплового балансу ферментеру має вигляд:

_(3.7)

Позначимо праву частину рівняння через Q, тоді витрати охолоджуваної води складає:

Площа поверхні теплопередачі ферментеру

,

F= 0,29 м²