2. Как определяется мощность двигателя машин в биотехнологии?

Машины и аппараты отличаются друг от друга по структурной форме. Машина, как правило, состоит из трех частей:

 рабочего органа установленного внутри рабочей камеры;

 передаточного механизма, передающего движение рабочему органу;

 и источника движения, т.е. двигателя.

Таким образом, в машине обработка сырья происходит в результате преобразования в движение механической работы двигателя.

В аппарате обработка сырья происходит под влиянием движущей силы или разности потенциала процесса.

Под движущей силой процессов понимается разность:

 давлений – для гидродинамических;

 температур – для тепловых;

 плотностей – для процессов разделения жидких неоднородных сред;

 концентраций – для массообменных;

 сил – для механических процессов (измельчения, дробления и резания).

Аппарат по своей структурной форме может состоять:

 из рабочей камеры

 и рабочих органов.

Двигательный и передаточный механизмы могут

• либо вообще отсутствовать,

• либо выполнять какие-то вспомогательные функции.

Например, в распылительной сушилке основной процесс сушки происходит под влиянием разности температур горячего воздуха и жидкого сырого продукта. Распыливание же жидкости происходит с помощью быстровращающегося диска, который приводится во вращение от двигателя и передаточного механизма.

Уровень 3

3. Как устроен и как работает флотатор белково-витаминных концентратов вниИсинтезбелок.

Он предназначен для производства белково-витаминных концентратов.

Работает данный флотатор следующим образом:

- культуральная жидкость представляющая собой дрожжевую суспензию подается во флотатор через трубные коллекторы 6 и 10;

- центробежным насосом 1 дрожжевая суспензия прокачивается через струйные насосы – эжекторы 3;

- здесь в эжекторах 3 суспензия интенсивно насыщается мелкодиспергированным воздухом;

- далее смесь жидкости и воздуха направляется на направляющие пластины 11, с помощью которых пузырьки воздуха увлекают клетки дрожжевой суспензии;

- она, т.е. дрожжевая суспензия поступает предварительно из ферментатора в нижний стакан флотатора 13;

- отсюда образовавшаяся пена направляется в верхний сосуд 4 флотатора;

- здесь она равномерно проходит между витками шнека 5, поднимаясь вверх,

- одновременно обедненная культуральная жидкость устремляется по виткам шнека вниз;

- по мере продвижения по центральному стакану 7, пена дополнительно насыщается пузырьками воздуха;

- в верхней части пена гасится с помощью механического пеногасителя 8, который получает вращение от привода 9;

- концентрат дрожжей, оседающий в центральном стакане 7, выводится через нижний штуцер флотатора 12;

- часть обедненной культуральной жидкости удаляется из флотатора,

- другая же часть обедненной культуральной жидкости вновь подается в эжектор для дополнительного насыщения воздухом.

25 Билет

Уровень 1

1. Ответьте на следующие вопросы:

1.1. Как определяется истинная производительность теплового оборудования?

Истинная производительность ТО.

Производительность определяется:

1) либо по скорости кинетики процесса,

2) либо по скорости движения продукта внутри рабочего органа машины.

В первом случае производительность называется истинной.

Во втором случае она называется пропускной способностью.Так, для теплового оборудования.

Истинная производительность определяется по уравнению неразрывности.

М_ист.= F·^* = F·Q/F· = Q/, Дж/с = вт (1)

где F- площадь теплопередачи, м²;

Q – количество тепла, Дж;

 - время на процесс, с.

То есть истинная производительность – это способность теплового аппарата передать тепло продукту.

1. Для оборудования, в котором происходит:

• массообмен, (например сушилка)

• либо разделение жидких и твердых фаз под влиянием разности плотностей в центробежном или гравитационном поле, (например сепаратор)

• либо прессование, т.е. выделение жидкой фазы из некого продукта с получением сухой или твердой ракушки,

истинная производительность определяется.

М_ист.= F·^* = F·G/F· = G/, кг/с (2)

То есть истинная производительность:

• массообменного аппарата (сушилки или вакуум-выпарного аппарата);

• отстойника или сепаратора, или центрифуги;

• пресса,

это его способность выделить определенную массу в единицу времени из исходного продукта.

Например, для сушилки – это количество воды испарившейся из продукта в ед. времени.

Для отстойника или центрифуги – это количество твердого осадка, выделившегося из исходной суспензии в ед. времени.

Для пресса – это количество жира выделившегося из мясной шквары в ед. времени

Однако, поскольку в этих трех случаях формула имеет одинаковое написание, но разный физический смысл, есть необходимость в промежуточных формулах.

для массообмена М_ист= F·^* = F·k·C = F·C/R, кг/с (3)

для разделения М_ист= F·^* = F·k· = F·/R, кг/с (4)

для прессования М_ист= F·^* = F·k·Р = F·Р/R, кг/с (5)

В этих формулах:

F- имеет размерность площади,

• но в каждом случае это своя конкретная площадь,

• либо продукта,

• либо площадь дна отстойника,

• либо площадь щелей для выхода жира, м²;

где K – коэффициент массоотдачи, либо интенсивности разделения или прессования.

C, , Р – движущая сила процесса.

R – в каждом случае свое сопротивление оказываемое процессу.

1.2. Что относится к тепловым и холодным способам стерилизации твердых питательных сред и как эти аппараты классифицируются по структуре рабочего цикла, и конструктивному исполнению? Каковы свойства пара?

Для твердых питательных сред используются:

• Тепловые способы.

• Холодные способы.

К тепловым способам стерилизации относятся:

а) стерилизация водяным насыщенным паром

- либо при вакууме,

- либо при атмосферном

- либо при избыточном давлении;

б) стерилизация инфракрасными лучами;

в) стерилизация электронагревом;

г) стерилизация посредством ВЧ нагрева и СВЧ нагрева.

К холодным способам относятся:

а) стерилизация посредством ионизирующего излучения;

б) стерилизация химическая окисью этилена -

- (в газовых шкафных стерилизаторах)

в) ультразвуковая стерилизация;

г) стерилизация посредством радиационного воздействия;

д) фильтрация через стерилизующие фильтры.

Уровень 2

2. Что называется флотацией, в каком производстве в биотехнологии она используется? Что образуется при всплытии воздушных пузырьков, что позволяет получить использование флотации? Что называется коэффициентом флотации?

Флотация используется в основном в многотоннажном дрожжевом производстве для концентрирования дрожжей, а также для очистки сточных вод.

Флотацией называется процесс выделения мелких твердых частиц входящих в состав суспензий, основанный на их способности прилипать к пузырькам воздуха и подниматься вверх, т.е. всплывать, концентрируясь в виде пены.

При всплытии воздушных пузырьков образуется смешанный пенный слой, состоящий из содержащих дрожжи пузырьков воздуха и небольшого количества культуральной жидкости.

В нижней части флотатора остается обедненная культуральная жидкость. В верхней части – концентрация дрожжей в 4 – 6 раз больше чем в исходной культуральной жидкости.

Использование флотаторов в биотехнологии позволяет:

- сократить количество сепараторов;

- значительно снизить общие энергетические затраты на производство;

- и обеспечить непрерывность технологического процесса.

Коэффициентом флотации называется отношение концентрации биомассы в суспензии выходящей из флотатора к концентрации биомассы в исходной суспензии.

К = сВ/си

В производственных условиях коэффициент флотации равен обычно 4 – 6. Увеличение его свидетельствует о снижении производительности аппарата.

Дрожжевые флотаторы классифицируются:

А) По способу насыщения воздухом.

Б) По конструкции аппарата.

По способу насыщения дрожжевые флотаторы делятся на три группы:

- аппараты, в которых исходная культуральная жидкость перед флотацией насыщается воздухом под избыточным давлением около 0,7 МПа до образования пузырьков диаметром 0,01 – 0,1 мм;

- аппараты, в которые с помощью вспомогательных устройств подается диспергированный воздух диаметром до 1,0 мм;

- к третьей же группе относятся т.н. электрофлотаторы в которых на электродах помещенных в культуральной жидкости образуется кислород и водород в виде мелких пузырьков диаметром до 0,05 мм.

Это наиболее эффективные аппараты, но и в то же время взрывоопасные и требующие особых мер безопасности.

По конструкции дрожжевые флотаторы подразделяются на:

- горизонтальные конические флотаторы;

- вертикальные цилиндрические флотаторы;

- флотаторы одноступенчатые с внутренним стаканом;

- двухступенчатые флотаторы.

Помимо дрожжевых в биотехнологии используются также флотаторы для очистки сточных вод.

Для этих целей используются:

- механические;

- и пневмомеханические флотаторы;

- а также пневматические флотационные установки.

Уровень 3