Metod_Dipl_bak_2017_РВЦ (3)
.pdf
|
|
|
|
|
|
|
Продовження табл. 2.5 |
||
1 |
|
2 |
|
3 |
|
4 |
|
5 |
|
Сечовина |
|
10 |
|
24,51 |
|
|
|
|
|
MgSO4 × 7H2О |
|
0,2 |
|
0,490 |
|
Б |
|
509 |
|
CaCl2 × 2H2О |
|
0,05 |
|
0,123 |
|
|
|
|
|
Вода |
|
|
|
484 |
|
|
|
|
|
КН2РО4 |
|
3 |
|
7,352 |
|
|
|
|
|
К2НРО4 |
|
6 |
|
14,705 |
|
В |
|
448 |
|
Вода |
|
|
|
426 |
|
|
|
|
|
Разом: |
|
|
|
2 450 |
|
|
|
2 450 |
|
3. Розрахунок |
напівпродуктів та баластних речовин в культуральній рідині |
||||||||
після виробничого біосинтезу |
|
|
|
|
|
|
|||
В результаті |
біосинтезу |
компоненти |
поживного |
середовища у ферментері |
|||||
перетворюються на біомасу, цільовий продукт та баластні речовини. При цьому частина компонентів втрачається через краплевинос, частина ростового субстрату (джерела вуглецю) окислюється до вуглекислого газу і води для одержання енергії (генерації АТФ), необхідної для процесів конструктивного метаболізму. Ці втрати залежать як від складу поживного середовища, так і виду біологічного агена і особливостей його метаболізму. Для спрощення розрахунків ці втрати Ебс можна прийняти в діапазоні від 20 до 60%.
3.1. Кількість абсолютно сухих речовин в поживному середовищі для виробничого
біосинтезу Gзагф = 1 271 кг (див.п.2.3)
3.2. Кількість абсолютно сухих речовин в посівному матеріалі з врахуваням втрат при
вирощуванні в інокуляторі геометричним об’ємом 5 м3 |
Еін =0,1 (частка) |
|
Gзаг =129 кг (див.п.2.4.) |
|
|
Gзагп = Gзаг(1-Еп) = 116 кг. |
|
|
3.3.Загальна кількість абсолютно сухих речовин |
Gсрф у середовищі для виробничого |
|
біосинтезу становить |
|
|
Gсрф = Gзагф + Gзагп =1271+116 =1387 кг |
|
|
3.4. Кількість втрат абсолютно сухих речовин Gвтб |
у культуральній рідині в процесі |
|
виробничого біосинтезу з врахуванням коефіцієнта втрат |
Ебс =0,5 (частка). |
|
Gвтб=Gсрф·Ебс= 1387·0,6 = 694 кг
3.5. Кількість абсолютно сухих речовин в культуральній рідині, що йде на подальшу переробку, становить:
Gсркр =Gсрф - Gвтб =1387 – 694 = 694 кг.
3.6. Кількість культуральної рідини після виробничого біосинтезу, кг:
Gкр = Vкр ·ρкр = 25,6·1050 = 26880 кг, де ρкр – середня густина культуральної рідини
(ρкр = (1020…1050 кг/м3).
3.7.Визначаємо кількість абсолютно сухої біомаси (АСБ) в культуральній рідині
Gасб = Vкр·Хкр = 25,6·3=409,6 = 77 кг
3.8.Визначаємо кількість абсолютно сухого ферменту (АСФ) в культуральній
рідині
Gасф = Vкр·Ркр = 25,6·1,5=39 кг
3.9. Кількість абсолютно сухих баластних речовин в культуральній рідині становить
Gбрв = Gсркр – Gасб – Gасф = 694 – 77 – 39 = 578 кг.
3.10. Кількість води, що міститься в культуральній рідині, складе
Gводи = Gкр – Gасб – Gасф – Gбрв = 26880 – 77 – 39 – 578 = 26186 кг.
41
4.Стадія ТП. Виділення, очищення та фасування готової продукціі
4.1.Відділення біомаси фільтруванням
4.1.1.Об'єм суспензії культуральної рідини , що йде на подальшу переробку складає
Vкр = 25,6 м3.
4.1.2.Біомаса містить вологи від 65…85% вологи, приймемо Wкл=0,70 (частка), тоді
кількість вологої біомаси в культуральній рідині становитиме:
Gвб = Gасб/(1-Wкл)= 77/(1-0,70) =257 кг.
4.1.3. Вологий осад містить 10…15 % міжклітинної вологи, приймаємо Wмв= 0,12 (частка), тоді загальна кількість вологого осаду, що видаляється з культуральної рідини Vкр складе:
Gосв = Gвб /(1- Wмв) = 257/(1-0,12) = 292 кг.
4.1.4. Маса вологого осаду, який одержують під час фільтрування 1 м3 суспензії
mо =Gосв /Vкр = 292 /25,6 = 11 кг/м3.
4.1.5. Об'єм волого осаду в суспензії становить Vосв = Gосв·1000/ρос = =292·1000/1050 = 278 л
4.1.6. Втрати суспензії при фільтруванні складають Vвтф=Vкр·1000·Ефт=
= 25,6·1000 ·0,07 = 1792 л, де Ефт=0,07 (коефіцієнт втрат при фільтруванні, частка). 4.1.7. Об'єм отриманого фільтрату з урахуванням втрат при фільтруванні
Vфгм=Vкр –Vосв –Vвтф= 25600 – 278 – 1792 = 23530 л.
4.1.8. Маса абсолютно сухих речовин у фільтраті становить, кг
Gфт = (Gсркр - Gасб) = 694 – 77 = 617 кг,
4.1.9. Вміст сухих речовин у фільтраті становить СРф=Gфт·100/Vфгм = 617·100/23 530= 2,6 мас.%
4.2. Концентрування розчину ферменту методом ультрафільтрації
4.2.1. Приймаємо ступінь концентрування Kуф= 2
4.2.2. Об'єм концентрату ферменту з врахуванням коефіцієнта втрат при ультрафільтрації Eуф= 0,02 (частка) складатиме
Vкон = Vфгм ·(1-Eуф)/Kуф = 23530·(1-0,02)/2 = 11530 л.
4.2.3. Втрати об’єму концентрату при ультрафільтрації
Vвтуф = Vфгм·Еуф = 23530·0,02 = 471 л.
4.2.4. Маса абсолютно сухих речовин в концентраті з врахуванням втрат ультрафільтрації Eуф= 0,02 (частка) складає
Gаск= (Gфт– (Gбрв·Еоч) )·(1–Eуф) = (617–(578·0,7))· (1-0,02) = 208 кг.
4.2.5. Вміст сухих речовин в концентраті становить,
СРкон=Gаск·100/Vкон =208·100/11530 = 1,8 мас.%. 4.2.6. Маса баластних речовин в пермеаті
Gбр = Gфт – Gаск = 617 –208 = 409 кг. 4.2.7. Об'єм пермеату після концентрування
Vпер = Vфгм –Vкон –Vвтуф =23530 – 11530 – 471 = 11529 л.
4.3. Сушіння концентрату методом розпилювання
4.3.1. Масу концентрату, що йде на сушіння, при його густині ρуф (1050 ...1100), приймаємо ρуф= 1050 кг/м3
Gкон =Vкон·ρуф/1000 =11530·1050/1000 =12107 кг.
4.3.2. Маса висушеного препарату з врахуванням коефіцієнта втрат при сушінні Есш =0,1 (частка) сухої речовини з повітрям, що виходить з сушарки, при стандартному вмісті сухих речовин в готовому продукті СРгп =(1-Wв)=0,88 (частка)
Gcш = Gаск·(1-Есш)/СРгп =208(1-0,1)/0,88 = 213 кг
4.3.3. Маса води, що підлягає видаленню з врахуванням коефіцієнта втрат при сушінні Есш =0,1 (частка)
42
Wсш = Gкон·(1- Есш) – Gcш = 12107·(1-0,1) –213 = 10683 кг
4.4. Розрахунок активності ферменту по стадіях виділення
4.4.1. Активність ферменту в культуральній рідин Aкр = 34,5 од/мл
4.4.2. Активність ферментуа у фільтраті з урахуванням коефіцієнта втрат при фільтруванні Еаф = 0,05 (частка)
Афт = Акр – (Акр·Еаф) = 34,5 – (34,5·0,05) = 33 од/мл
4.4.3. Активність ферменту в концентраті з урахуванням коефіцієнта втрат при ултрафільтруванні Еауф = 0,03 (частка)
Ауф = Афт ·Kуф – (Афт ·Еауф·Kуф) = 33·2 – 33·0,03·2 = 64 од/мл
4.4.4. Активність ферменту з урахуванням коефіцієнта втрат при сушці Еасш= 0,1 (частка)
Асш = Ауф ·Wсш/Gсш – (Еасш·Ауф·(ρгп /ρкон) =
= 64·10683/213 – (0,1·64·10683/213)·(1200/1050) = 3302 од/г
де густина висушеного ферменту, кг/м3 (1100…1300), приймаємо ρгп = 1200 кг/м3.
4.5. Розрахунок кількості наповнювача (NaCl) до стандартної активності готового ферментного препарату Аст = 1000 од. ГцС/г
4.5.1. Розраховуємо витрати наповнювача
Gнап = Gcш·Асш/Aст – Gcш = 213·3302/1000 –213 = 490 кг
4.6. Стадія ПМВ. Пакування, маркування, відвантаження
4. 6.1. Препарат розфасовують в поліетиленові пакети по 10 кг, а потім у крафт-мішки. Втрати при фасуванні складають Еуп= 0,01
Кількість ферменту для фасування з урахуванням втрат складає
Gуп = (Gcш + Gнап)·(1-Еуп) = (213+490)· (1–0,01) = 696 кг
або кількість крафт-мішків при заповненні Nп = 10 кг складає
Nпк = Gуп /Nп = 696/10 = 70 крафтмішків
4.6.2. Механічні втрати фементу при фасуванні становлять
Gвтм = (Gcш+ Gнап) – Gуп = = (213+490) –696 = 7 кг Похибка продуктового розрахунку складає
=(GупGцк)·100/Gуп = (679 – 696)·100/679 = 2,4 % , що значно менше заданої точності ± 10 %.
Робимо висновок , що продуктовий розрахунок зроблено вірно.
5. Матеріальний баланс на один виробничий цикл одержання готового продукту
Матеріальний баланс складається у вигляді таблиці. Вихідні дані для заповнення таблиці беруться з продуктового розрахунку. Матеріальний баланс вважається складеним правильно, якщо кількість готового продукту, одержаного за цикл в процесі фасування та упакування на останньому етапі технологічного процесу (в кінці таблиці балансу) практично дорівнює кількості продукту визначеного на стадії розрахунку партій продукту. Розбіжність (похибка продуктового розрахунку) має знаходитись в межах ± 10 %.
|
|
|
|
Таблиця 5.1. |
|
|
Матеріальний баланс на один виробничий цикл |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
№ з/п |
Використано |
|
Отримано |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Кількість, |
Кінцевий продукт, |
Кількість, |
|
|
Сировина і напівпродукт |
кг, дм³ |
|
||
|
кг, дм³ |
відходи та втрати |
|
||
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
43 |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
|
|
|
1. |
ПРИГОТУВАННЯ ПОЖИВНОГО СЕРЕДОВИЩА ДЛЯ ВИРОЩУВАННЯ |
|||
|
ПОСІВНОГО МАТЕРІАЛУ В КОЛБАХ , г (мл) |
|
||
1.1. |
Пшеничні висівки |
73,5 |
Нестерильне ПС |
2 450 |
|
|
|
|
|
1.2. |
Сечовина |
24,5 |
|
|
|
|
|
|
|
1.3. |
КН2РО4 |
7,35 |
|
|
1.4. |
К2НРО4 |
14,7 |
|
|
1.5. |
МgSO4·7H2O |
0,49 |
|
|
1.6. |
CaCl2·2H2O |
0,123 |
|
|
1.7. |
Вода |
2 329 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Всього |
2 450 |
Всього |
2 450 |
|
|
|
|
|
2. |
СТЕРИЛІЗАЦІЯ ПОЖИВНОГО СЕРЕДОВИЩА В АВТОКЛАВІ |
|
||
|
|
|
|
|
2.1. |
Нестерильне ПС |
2 450 |
Стерильне ПС |
2 450 |
|
|
|
|
|
|
Всього |
2 450 |
Всього |
2 450 |
|
|
|
|
|
3. |
ВИРОЩУВАННЯ ПОСІВНОГО МАТЕРІАЛУ В КОЛБАХ НА КАЧАЛЦІ, г(мл) |
|||
|
|
|
|
|
3.1. |
Стерильне ПС |
2 450 |
Посівний матеріал |
2 722 |
|
|
|
|
|
3.2. |
Посівний матеріал з колб |
300 |
|
|
|
|
|
|
|
3.3. |
Втрати (частка) |
0,01 |
|
28 |
|
|
|
|
|
|
Всього |
2 750 |
|
2 750 |
|
|
|
|
|
4. |
ПРИГОТУВАННЯ ПОЖИВНОГО СЕРЕДОВИЩА ДЛЯ ІНОКУЛЯТОРА |
|||
|
ГЕОМЕТРИЧНИМ ОБ’ЄМОМ 40 л , кг (дм3) |
|
||
4.1. |
Пшеничні висівки |
0,80 |
Нестерильне ПС |
24,3 |
|
|
|
|
|
4.2. |
Сечовина |
0,27 |
|
|
|
|
|
|
|
4.3. |
КН2РО4 |
0,08 |
|
|
4.4. |
К2НРО4 |
0,16 |
|
|
4.5. |
МgSO4·7H2O |
0,005 |
|
|
4.6. |
CaCl2·2H2O |
0,001 |
|
|
4.13. |
Вода |
23,00 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Всього |
24,3 |
Всього |
24,3 |
|
|
|
|
|
5. |
СТЕРИЛІЗАЦІЯ ПОЖИВНОГО СЕРЕДОВИЩА ДЛЯ ІНОКУЛЯТОРА |
|||
|
ГЕОМЕТРИЧНИМ ОБ’ЄМОМ 40 л |
|
||
5.1. |
Нестерильне ПС |
24,3 |
Стерильне ПС |
27,0 |
|
|
|
|
|
5.2. |
Конденсат |
2,7 |
(втрат немає) |
0,0 |
|
|
|
|
|
|
Всього |
27,0 |
Всього |
27,0 |
|
|
|
|
|
6. |
ВИРОЩУВАННЯ ПОСІВНОГО МАТЕРІАЛУ В ІНОКУЛЯТОРІ |
|||
|
ГЕОМЕТРИЧНИМ ОБ’ЄМОМ 40 л |
|
||
6.1. |
Стерильне ПС |
27,0 |
Посівний матеріал |
26,8 |
|
|
|
|
|
6.2. |
Посівний матеріал |
2,8 |
|
|
|
|
|
|
|
6.3. |
Втрати (частка) |
0,10 |
|
2,98 |
|
|
|
|
|
|
Всього |
29,8 |
|
29,8 |
|
|
|
|
|
7. |
ПРИГОТУВАННЯ ПОЖИВНОГО СЕРЕДОВИЩА ДЛЯ ІНОКУЛЯТОРА |
|||
|
ГЕОМЕТРИЧНИМ ОБ’ЄМОМ 0,4 м3 |
|
||
7.1. |
Пшеничні висівки |
7,7 |
Нестерильне ПС |
239 |
|
|
|
|
|
7.2. |
Сечовина |
2,7 |
|
|
|
|
|
|
|
7.3. |
КН2РО4 |
0,8 |
|
|
44
7.4. |
К2НРО4 |
|
1,6 |
|
|
7.5. |
МgSO4·7H2O |
|
0,053 |
|
|
7.6. |
CaCl2·2H2O |
|
0,013 |
|
|
7.13. |
Вода |
|
226 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Всього |
|
239 |
Всього |
239 |
|
|
|
|
|
|
8. |
СТЕРИЛІЗАЦІЯ ПОЖИВНОГО СЕРЕДОВИЩА ДЛЯ ІНОКУЛЯТОРА |
||||
|
|
ГЕОМЕТРИЧНИМ ОБ’ЄМОМ 0,4 м3 |
|
||
8.1. |
Нестерильне ПС |
|
239 |
Стерильне ПС |
266 |
|
|
|
|
|
|
8.2. |
Конденсат |
|
27 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Всього |
|
266 |
Всього |
266 |
|
|
|
|
|
|
9. |
ВИРОЩУВАННЯ ПОСІВНОГО МАТЕРІАЛУ В ІНОКУЛЯТОРІ |
||||
|
|
ГЕОМЕТРИЧНИМ ОБ’ЄМОМ 0,4 м3 |
|
||
9.1. |
Стерильне ПС |
|
266 |
Посівний матеріал |
264 |
|
|
|
|
|
|
9.2. |
Посівний матеріал |
|
27 |
|
|
|
|
|
|
|
|
9.3. |
Втрати (частка) |
|
0,10 |
|
29 |
|
|
|
|
|
|
|
Всього |
|
293 |
|
293 |
|
|
|
|
|
|
10. |
ПРИГОТУВАННЯ ПОЖИВНОГО СЕРЕДОВИЩА ДЛЯ ІНОКУЛЯТОРА |
||||
|
|
ГЕОМЕТРИЧНИМ ОБ’ЄМОМ 5 м3 |
|
||
10.1. |
Пшеничні висівки |
|
79 |
Нестерильне ПС |
2 363 |
|
|
|
|
|
|
10.2. |
Сечовина |
|
26 |
|
|
|
|
|
|
|
|
10.3. |
КН2РО4 |
|
7,8 |
|
|
10.4. |
К2НРО4 |
|
15,6 |
|
|
10.5. |
МgSO4·7H2O |
|
0,5 |
|
|
10.6. |
CaCl2·2H2O |
|
0,1 |
|
|
10.13. |
Вода |
|
2 234 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Всього |
|
2 363 |
Всього |
2 363 |
|
|
|
|
|
|
11. |
СТЕРИЛІЗАЦІЯ ПОЖИВНОГО СЕРЕДОВИЩА ДЛЯ ІНОКУЛЯТОРА |
||||
|
|
ГЕОМЕТРИЧНИМ ОБ’ЄМОМ 5 м3 |
|
||
11.1. |
Нестерильне ПС |
|
2 363 |
Стерильне ПС |
2 626 |
|
|
|
|
|
|
11.2. |
Конденсат |
|
263 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Всього |
|
2 626 |
Всього |
2 626 |
|
|
|
|
|
|
12. |
ВИРОЩУВАННЯ ПОСІВНОГО МАТЕРІАЛУ В ІНОКУЛЯТОРІ |
||||
|
|
ГЕОМЕТРИЧНИМ ОБ’ЄМОМ 5 м3 |
|
||
12.1. |
Стерильне ПС |
|
2 626 |
Посівний матеріал |
2 601 |
|
|
|
|
|
|
12.2. |
Посівний матеріал |
|
264 |
|
|
|
|
|
|
|
|
12.3. |
Втрати (частка) |
|
0,10 |
Втрати (кількість) |
289 |
|
|
|
|
|
|
|
Всього |
|
2 890 |
Всього |
2 890 |
|
|
|
|
|
|
13. |
ПРИГОТУВАННЯ ПОЖИВНОГО СЕРЕДОВИЩА ДЛЯ ВИРОБНИЧОГО |
||||
|
|
|
БІОСИНТЕЗУ |
|
|
13.1. |
Пшеничні висівки |
|
774,5 |
Нестерильне ПС |
20 600 |
|
|
|
|
|
|
13.2. |
Сечовина |
|
258 |
|
|
|
|
|
|
|
|
13.3. |
КН2РО4 |
|
77,4 |
|
|
13.4. |
К2НРО4 |
|
154,8 |
|
|
13.5. |
МgSO4*·7H2O |
|
5,2 |
|
|
13.6. |
CaCl2*·2H2O |
|
1,3 |
|
|
45
13.13. |
Вода |
|
19 329 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Всього |
|
20 600 |
Всього |
|
20 600 |
|
|
|
|
|
||
14. |
СТЕРИЛІЗАЦІЯ ПОЖИВНОГО СЕРЕДОВИЩА ДЛЯ ВИРОБНИЧОГО |
|||||
|
|
|
БІОСИНТЕЗУ |
|
||
14.1. |
Нестерильне ПС |
|
20 600 |
Стерильне ПС |
|
25 800 |
|
|
|
|
|
|
|
14.2. |
Конденсат - 20% |
|
5 200 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Всього |
|
25 800 |
Всього |
|
25 800 |
|
|
|
|
|
|
|
15. |
|
ВИРОБНИЧИЙ БІОСИНТЕЗ |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
15.1. |
Стерильне ПС |
|
25 800 |
КР на фільтрацію |
|
25 561 |
|
|
|
|
|
|
|
15.2. |
Посівний матеріал |
|
2 601 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
15.3. |
Втрати (частка) |
|
0,1 |
Втрати (кількість) |
|
2 840 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Всього |
|
28 401 |
Всього |
|
28 401 |
|
|
|
|
|
|
|
16. |
ФІЛЬТРУВАННЯ КУЛЬТУРАЛЬНОЇ РІДИНИ |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
16.1. |
КР на фільтрацію, м3 |
|
25 600 |
Нативний розчин |
|
23 530 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вологий осад |
|
278 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Втрати (частка) |
|
0,07 |
Втрати |
|
1 792 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Всього: |
|
25 600 |
Всього: |
|
25 600 |
|
|
|
|
|
||
17. |
КОНЦЕНТРУВАННЯ РОЗЧИНУ ФЕРМЕНТУ МЕТОДОМ |
|||||
|
|
|
УЛЬТРАФІЛЬТРАЦІЇ |
|
||
|
Фільтрат, дм3 |
|
23 530 |
Концентрат |
|
11 530 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пермеат |
|
11 529 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Втрати |
|
0,02 |
Втрати |
|
471 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Всього |
|
23 530 |
Всього |
|
23 530 |
|
|
|
|
|
|
|
18. |
|
СУШІННЯ КОНЦЕНТРАТУ |
|
|||
|
|
|
|
|
||
|
Концентрат, кг |
|
12107 |
Сухий фермент |
|
213 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Видалена волога, кг |
|
10 683 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Втрати |
|
0,10 |
Втрати |
|
1 211 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Всього: |
|
12107 |
Всього: |
|
12 107 |
|
|
|
|
|
|
|
19. |
СТАНДАРТИЗАЦІЯ ГОТОВОГО ПРОДУКТУ |
|
||||
|
|
|
|
|
||
|
Сухий готовий продукт |
|
213 |
Готовий продукт |
|
703 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Наповнювач (NaCl) |
|
490 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Всього: |
|
703 |
Всього: |
|
703 |
|
|
|
|
|
|
|
20. |
ФАСУВАННЯ, УПАКУВАННЯ ГОТОВОГО ПРОДУКТУ |
|
||||
|
|
|
|
|
||
|
Готовий продукт |
|
703 |
Упакований продукт |
|
696 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Краф-мішки (10 кг) |
|
|
|
|
70 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Втрати |
|
0,01 |
Втрати |
|
7,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Всього: |
|
703 |
Всього: |
|
703 |
|
|
|
|
|
|
|
Похибка розрахунку балансу = (Gуп – Gцкгп)*100/ Gцкгп = (696 – 679)*100/696 = 2,4%
Оскільки відносна похибка розрахунку матеріального балансу не перевищує 10% , вважаємо що матеріальний баланс партії зроблено вірно.
46
6.Розрахунок обладнання
6.1.Розрахунок ферментаційної та ємнісної апаратури
За результатами продуктового розрахунку та матеріального балансу здійснюють розрахунок ферментаційної та ємнісної апаратури для приготування та стерилізації компонентів поживного середовища. Приймають наступні коефіцієнти заповнення апаратури К:
Kф - коефіціент заповнення ферментера, посівного апарата, інокулятора, частка:
−барботажного - 0,45 - 0,55
−комбінованого (з механічним перемішуванням) - 0,5 - 0,65. Коефіцієнт заповнення качалочних колб Ккол = 0,18-0,2
Коефіцієнт заповнення збірників - 0,7- 0,85.
При виборі геометричного об’єму ферментаційної та ємнісної апаратури керуються даними виробника або стандартними таблицями (див.Таблиця 11.1. [1]).
Якщо перевірочний коефіцієнт не вкладається у вибрані межі, то змінють кількість апаратів і відповідно їх сумарний геометричний об’єм.
6.1.1 Уточнюючий розрахунок кількості ферментерів
Приблизний загальний геометричний об’єм ферментерів при заданому Кз = 0,6:
Vгф = Vф/Кз = 28,4/0,6 = 47,3 м3.
Вибираємо з Таблиці 11.1. [1] найближчий за номінальним об’ємом ферментер: Vнф = 50 м3.
Кількість виробничих ферментерів при заданому Кз: Nфр = Vгф/ Vнф = 47,3/50 = 0,95 – приймаємо 1
Уточнюємо коефіцієнт заповнення вибраних з таблиці ферментерів:
Кзф = Vф/(VнфNфр) = 28,4/50·1 = 0,57.
Оскільки уточнений коефіцієнт заповнення не перевищує заданих меж (0,5 – 0,65), то приймаємо до установки ферментерів Nфр + 1 запасний.
6.1.2. Уточнюючий розрахунок кількості інокуляторів для отримння інокуляту об’ємом 2 89 м3
Приблизний загальний геометричний об’єм посівного апарата при заданому Кз = 0,6:
Vгпа = Vпа/Кз = 2,89/0,6 = 4,82 м3.
Вибираємо з Таблиці 11.1. [1] найближчий за номінальним об’ємом апарат: Vнпа = 5,0 м3. Кількість посівних апаратів при заданому Кз:
Nпар = Vгпа /Vнпа = 4,82/5,0 = 0,9 – приймаємо 1
Уточнюємо коефіцієнт заповнення вибраних з таблиці посівних апаратів:
Кзпа = Vпа/ (Vнпа Nпар) = 2,89/(5,0·1) = 0,58.
Оскільки уточнений коефіцієнт заповнення не перевищує заданих меж (0,5 – 0,65), то приймаємо до установки посівних апаратів Nпар + 1 запасний.
6.1.3. Уточнюючий розрахунок кількості інокуляторів для отримння інокуляту об’ємом 292 л
Приблизний загальний геометричний об’єм інокулятора при заданому Кз = 0,6:
Vгін1 = Vін/Кз = 292/0,6 = 487 л.
Вибираємо з Таблиці 11.1. [1] найближчий за номінальним об’ємом інокулятор: 630 л.
Кількість інокуляторів при заданому Кзін:
Nінр = Vгін/ Vнін = 488/630 = 0,78 – приймаємо 1
Уточнюємо коефіцієнт заповнення вибраних з таблиці інокуляторів:
Кзін = Vін/ (VнінNінр) = 292/(630) = 0,5.
Оскільки уточнений коефіцієнт заповнення не перевищує задані межі (0,5 – 0,65),
Vнін1 =
47
приймаємо до установки інокуляторів Nінр + 1 запасний.
6.1.4. Уточнюючий розрахунок кількості інокуляторів для отримння інокуляту об’ємом 29,6 л
Приблизний загальний геометричний об’єм інокулятора при заданому Кз = 0,6:
Vгін = Vін/Кз = 29,6/0,6 = 49,3 л.
Вибираємо з Таблиці 11.1. [1] найближчий за номінальним об’ємом інокулятор:
Vнін = 40 л.
Кількість інокуляторів при заданому Кз:
Nінр = Vгін/ Vнін = 49,3/40 = 1,2 – приймаємо 1
Уточнюємо коефіцієнт заповнення вибраних з таблиці інокуляторів:
Кзін = Vін/ (Vнін Nінр) = 29,6/(40·1) = 0,74.
Оскільки уточнений коефіцієнт заповнення перевищує задані межі (0,5 – 0,65), то
обираємо інший геометричний об’єм інокулятора, який замовляємо у виробника, |
Vнін = 50 |
л. Тоді уточнений коефіцієнт заповнення буде |
|
Кзін = Vін/Vнін = 29,6/50 = 0,59. |
|
Отже, приймаємо до установки інокуляторів Nінр + 1 запасний. |
|
6.1.5. Уточнюючий розрахунок кількості качалочних колб |
|
Приблизний загальний необхідний об’єм качалочних колб при заданому |
Кколб = 0,2: |
Vгколб = Vколб/Кколб = 2,7/0,2 = 13,5 л |
|
Об’єм 1 качалочної колби Vнколб = 0,750 л. |
|
Кількість качалочних колб при заданому Кколб |
|
Nколб = Vгколб/ Vнколб = 13,5/0,75 = 18 – приймаємо 18 колб. |
|
6.2. Розрахунок кількості реакторів-змішувачів для |
|
приготування та стерилізації поживного середовища |
|
Для вибору реакторів-змішувачів, збірників користуються таблицями композицій (Табл. 5.1; 5.2.; 5.3.; 5.4.; 5.5.) та таблицею Технічних характеристик ферментерів (Таблиця 11.1. [1])
6.2.1. Уточнюючий розрахунок кількості реакторів-змішувачів для приготування середовища для виробничого біосинтезу в ферментері об’ємом 50 м3
Для приготування композиції А пшеничні висівки попередньо подрібнюють та розварюють в окремому реакторі з сорочкою і після цього подають в реактор-змішувач УБС. Композицію Б готують в окремому реакторі і після приготування подають в реакторзмішувач УБС. Стерилізацію компонентів поживного середовища в об’ємі Vст = Vпс – Vкон = 25,8 – 5,2 = 20,6 м3 проводять в УБС потужністю 20 м3/год. Час стерилізації становить t = 20,6/20 = 1,03 год. Стерильне поживне середовище з УБС передається в попередньо простерилізований ферментер.
а) Підбираємо геометричний об’єм реактора-змішувача УБС. Приблизний геометричний об’єм реактора-змішувача при заданому Кзб = 0,8:
VУБС = Vст/Кзб = 20,6/0,8 = 25,7 м3
Вибираємо з Таблиці 11.1. [1] найближчий за номінальним об’ємом реактор: Vнр = 25 м3. Кількість реакторів при заданому Кзб становить: Nр = VУБС/Vнр = 25,7/25 = 1,02.
Приймаємо до установки 1 реактор.
Уточнюємо коефіцієнт заповнення реактора: |
Кзр = Vст/ (Vнр Nр) = 20,6/(25·1) = 0,82 |
Оскільки уточнений коефіцієнт заповнення |
лежить в заданих межах (0,7 – 0,85), то |
приймаємо до установки кількість реакторів УБС – 1.
б) Підбираємо геометричний об’єм реактора-змішувача для композиції А. Приблизний геометричний об’єм реактора-змішувача при заданому Кзб = 0,8:
VАг = VА/Кзб = 12,55 /0,8 = 15,7 м3
48
Вибираємо з Таблиці 11.1. [1] найближчий за номінальним об’ємом реактор: Vнр = 16 м3. Кількість реакторів при заданому Кзб становить:
NАр = VАг/Vнр = 15,7/16 = 0,98. Приймаємо - 1 од.
Уточнюємо коефіцієнт заповнення реактора:
Кзр = VА/(VнрNАр) = 12,55/(16·1) = 0,78
Оскільки уточнений коефіцієнт заповнення лежить в заданих межах (0,7 – 0,85), приймаємо до установки кількість реакторів для приготування композиції А – 1 + 1 запасний.
в) Підбираємо геометричний об’єм реактора-змішувача для композиції Б. Приблизний геометричний об’єм реактора-змішувача при заданому Кзб = 0,8:
VБг = VБ/Кзб = 8,05/0,8 = 10,0 м3
Вибираємо з Таблиці 11.1. [1] найближчий за номінальним об’ємом реактор:
Vнр = 10 м3
Кількість реакторів при заданому Кзб становить:
NР = VБг/Vнр = 10,0/10,0 = 1,0. Приймаємо – 1 од.
Оскільки номінальний об’єм реактора співпадає з геометричним об’ємом реактора приймаємо до установки кількість реакторів для приготування композиції Б – 1 + 1 запасний.
Для корегування рН в процесі приготування та після стерилізації поживного середовища для виробничого біосинтезу вибираємо ємності для розчинів кислоти та лугу із розрахунку 2 л на 1м3 поживного середовища.
Кількість кислоти для підкислення композиції Б становить = 16,1 л.
Підбираємо геометричний об’єм реактора для кислоти. Приблизний геометричний об’єм мірника при заданому Кзб = 0,8 складе
Vгрк = Vрк/ Кзб = 16,1/0,8 = 20,1 л
Вибираємо з Таблиці 11.1. [1] найближчий за номінальним об’ємом реактор-мірник: Vнрк = 20 л. Уточнюємо коефіцієнт заповнення реактора:
Кзр = Vрк/(Vнр Nр) = 16,1/(20·1) = 0,81, що допустимо. Приймаємо до використання 1 реактор – мірник для розчину кислоти .
Підбираємо геометричний об’єм реактора-мірника для розчину лугу. Кількість 0,6 н розчину гідроксиду натрію становить 52 л.
Приблизний геометричний об’єм мірника при заданому Кзб = 0,8 складе
Vгрк = Vрл/ Кзб = 52/0,8 = 65 л
Вибираємо з Таблиці 11.1. [1] найближчий за номінальним об’ємом реактор-мірник: Vнрк = 60 л. Уточнюємо коефіцієнт заповнення мірника:
Кзр = Vрк/(Vнр Nр) = 52/(60·1) = 0,86, що допустимо. Приймаємо до використання 1 реактор –мірник для приготування та стерилізації розчину лугу.
6.2.2. Розрахунок кількості реакторів-змішувачів для приготування середовища для вирощування посівного матеріалу в інокуляторі об’ємом 5 м3
а) Підбираємо геометричний об’єм реактора-змішувача для композиції А. Приблизний геометричний об’єм реактора-змішувача при заданому Кзб = 0,8:
VАг = VА/Кзб = 1600/0,8 = 2 000 л = 2,0 м3
Вибираємо з Таблиці 11.1. [1] найближчий за номінальним об’ємом реактор:
Vнр = 2,0 м3
Оскільки приблизний геометричний об’єм реактора-змішувача дорівнює вибраному номінальному об’єму уточнення коефіцієнта заповнення реактора не проводимо.
Приймаємо до установки кількість реакторів для приготування композиції А – 1. Після приготування композиція А передається до інокулятора, де стерилізується.
б) Підбираємо геометричний об’єм реактора-змішувача для композиції Б. Приблизний геометричний об’єм реактора-змішувача при заданому Кзб = 0,8:
49
VБг = VБ/Кзб = 1026/0,8 =1283 л
Вибираємо з Таблиці 11.1. [1] найближчий за номінальним об’ємом реактор:
Vнр = 1250 л.
Кількість реакторів при заданому Кзб становить:
Nр = VБг/Vнр = 1283/1250 = 1,02. Приймаємо – 1 од.
Уточнюємо коефіцієнт заповнення реактора:
Кзр = VБ/(Vнр Nр) = 1026/(1250·1) = 0,82
Оскільки уточнений коефіцієнт заповнення лежить практично в заданих межах (0,7 – 0,85), то приймаємо до установки кількість реакторів для приготування композиції Б – 1.
Після приготування композиція Б стерилізується в реакторі, а потім передається до інокулятора.
Для корегування рН в процесі приготування та після стерилізації поживного середовища для виробничого біосинтезу вибираємо ємності для розчинів кислоти та лугу із розрахунку 2 л на 1м3 поживного середовища.
Кількість розчину кислоти для для підкислення композиції Б становить 2,1 л, яка вноситься безпосередньо в реактор об’ємом 1250 л.
Підбираємо геометричний об’єм мірника для лугу. Кількість 0,6 н розчину гідроксиду натрію становить 5,2 л. Для стерилізації лугу в автоклаві використовуємо металевий балон геометричним об’ємом 10 л. Після стерилізації луг з балона асептично вносять в інокулятор за допомогою дозуючої системи.
6.2.3.Розрахунок кількості реакторів-змішувачів для приготування середовища для вирощування посівного матеріалу в інокуляторі об’ємом 630 л
Композиції для приготування поживного середовища готуються в реакторах-змішувачах для інокулятора об’ємом 630 л.
а) Підбираємо геометричний об’єм реактора-змішувача для композиції А. Приблизний геометричний об’єм реактора-змішувача при заданому Кзб = 0,8:
VАг = VА/Кзб = 162/0,8 = 202 л
Вибираємо з Таблиці 11.1. [1] найближчий за номінальним об’ємом реактор: Vнр = 250 л Кількість реакторів при заданому Кзб становить:
Nр = VАг/Vнр = 202/250 =0,8. Приймаємо -1 од.
Уточнюємо коефіцієнт заповнення реактора:
Кзр = VА/(Vнр Nр) = 162/(250) = 0,7
Оскільки уточнений коефіцієнт заповнення лежить в заданих межах (0,7 – 0,85), Отже, приймаємо до установки кількість реакторів для приготування композиції А – 1 зап Після приготування композиція А передається в інокулятор, де стерилізується.
б) Підбираємо геометричний об’єм реактора-змішувача для композиції Б. Приблизний
геометричний об’єм реактора-змішувача при заданому |
Кзб = 0,8: |
|
VБг = VБ/Кзб = 104/ 0,8 = 130 л |
|
|
Вибираємо з Таблиці 11.1. [1] найближчий за номінальним об’ємом реактор: |
Vнр = 160 л |
|
Кількість реакторів при заданому Кзб становить: |
|
|
Nр = VБг/Vнр = 130/160 = 0,8. |
|
|
Уточнюємо коефіцієнт заповнення реактора: |
|
|
Кзр = VБ/(Vнр Nр)= 130/160 = 0,81, що допустимо. |
|
|
Приймаємо до установки кількість реакторів для приготування композиції Б – |
1 запасний. |
|
Після приготування композиція Б стерилізується в реакторі і передається до інокулятора для змішування.
Для корегування рН в процесі приготування та після стерилізації поживного середовища для виробничого біосинтезу вибираємо ємності для розчинів кислоти та лугу із розрахунку 2 мл на 1л поживного середовища.
Кількість розчину кислоти для для підкислення композиції Б становить 208 мл, яка вноситься безпосередньо в реактор об’ємом 20 л в процесі приготування композиції Б.
50