2.5.1. Розрахунок обладнання

Обсяг виробництва (Q) – 12,426 т/рік.

Кількість робочих днів в році (τ днів) - 340.

Вихід препарату з 1м³ культуральної рідини (q) – 0,0012 т/м³.

Для розрахунку обладнання приймаємо: коефіцієнт заповнення для змішувачів в процесі приготування поживного середовища і реакторів для обробки культуральної рідини - 0,7; збірників фільтратів і концентратів - 0,8.

Ферментер для аеробного біосинтезу комбінованого типу перемішування – 0,5.

1.Розрахунок основного обладнання

1.1. Виробничі ферментери.

0. Обсяг виробництва препарату за добу (Q₁):

Q₁= Q/ τ = 12,426 /340 = 0,036 т/добу,

де Q - обсяг виробництва препарату за рік;

τ - кількість робочих днів на рік. Кількість робочих днів на рік розраховується з врахуванням витрат часу на ремонти (планові , капітальні).

1.2. Кількість культуральної рідини за добу, (Q₂) що необхідна для забезпечення річного обсягу виробництва

Q₂= Q₁/ q= 0,036/0,0012=30 м³

де Q₁ - обсяг виробництва за добу;

q - вихід препарату з 1м³ культуральної рідини.

Для розрахованої кількості культуральної рідини за добу вибирають ферментер, об'єм (V) якого при коефіцієнті заповнення 0,5 близький до об'єму Q₂. Отже обираємо ферментер об’ємом 63м³.

1.3. Кількість культуральної рідини з однієї ферментації з врахуванням втрат під час ферментації (10%) становитиме:

Q₃ = V × 0,5 × О,9=63×0,5×0,9=28,35 м³.

де Q₃ кількість культуральної рідини з одної ферментації;

V - геометричний об'єм ферментера, м³;

0,5 - коефіцієнт заповнення ферментера

0,9 - коефіцієнт, що враховує вихід культуральної рідини з урахуванням 10 % втрат.

1.4. Кількість ферментацій за добу (n):

n = Q₂ /Q₃=30/28,35=1,058

де Q₂ - необхідна кількість культуральної рідини за добу;

Q₃ - кількість культуральної рідини з одної ферментації.

1.5. Кількість культуральної рідини в рік (Q₄):

Q₄ = Q/ q=12,426/0,0012=10355 м³

де Q - обсяг виробництва препарату, т/рік;

q - вихід препарату з 1 м³ культуральної рідини, т/ м³.

1.6. Тривалість циклу (обороту) одного ферментера (τ ), повний цикл роботи одного ферментер складається з блоків стандартних робіт підготовчого характеру та основного виробництва:

– тривалість виробничої ферментації (20 - 72) години;

– злив (вивантаження) культуральної рідини (2 - 5) годин;

– миття ферментеру(2 - 3) години;

– перевірка ферментеру на герметичність (1 - 2) години;

– стерилізація ферментеру (1 - 2) години;

– заповнення ферментеру поживним середовищем (2 – 2,5) годин;

– засів посівним матеріалом (0,1 – 0,5) годин;.

1.7. Кількість робочих годин в рік (τ₂):

τ₂ = τ × 24=340×24=8160 годин,

де τ - кількість робочих днів на рік.

1.8. Необхідна кількість ферментерів (N):

N = Q₄ × τ₁/ Q₃ × τ₂=10355×340/28,3×8160=3,874=4

де Q₄ - кількість культуральної рідини за рік, м³;

τ₁ - тривалість циклу (обороту) одного ферментера, годин;

τ₂ - кількість робочих годин на рік, годин;

Q₃ - кількість культуральної рідини з 1- ї ферментації.

Приймаємо 4 ферментери і один запасний.

2. Посівні апарати

Кількість посівних апаратів може бути визначене двома способами: або вони встановлюються індивідуально до кожного виробничого ферментера, якщо цього вимагають спеціальні умови, або їх розраховують залежно від кількості ферментацій за добу і циклу посівного апарату. В останньому випадку посівний матеріал з одного посівного апарату може поступати у групу виробничих ферментерів.

2.1. Повний цикл роботи одного ферментера складається з блоку стандартних робіт підготовчого характеру:

– миття апарату (0,5 – 1,0) година;

– перевірка на герметичність (0,5 – 1,0) година;

– стерилізація пустого апарату (0,5 – 1,0) година;

– приготування поживного середовища у посівному апараті (1,5 –2,0) години;

– стерилізація поживного середовища у посівному апараті (0,5 – 1,0) година;

– тривалість вирощування посівного матеріалу (12 - 24) години;

– внесення посівного матеріалу у виробничий ферментер (0,5 – 1,0) година;

2.2. Кількість посівного матеріалу на завантаження одного виробничого ферментеру:

Q₅ = V × 0,5 × с=63×0,5×0,063=1,9845 м³,

де V - повний об'єм ферментеру, м³;

0,5 - коефіцієнт заповнення;

с - кількість посівного матеріалу в %.

2.3. Повний об'єм посівного апарату з коефіцієнтом заповнення 0,6:

Q₆ = Q₅ / 0,6=1,9845/0,6=3,30785 м³,

де V - кількість посівного матеріалу на одне завантаження, м³;

0,6 - коефіцієнт заповнення посівного апарату.

2.4. Кількість посівних апаратів:

n₁ = (n × τ₃) / 24 год=(1,058×27)/24=1,19=2

де n - кількість ферментацій за добу:

τ₃ - повний цикл роботи посівного апарату.

Приймаємо для посівного відділення 2 посівних апарати та 1 запасний.

Розрахунок обладнання для приготування поживного середовища для виробничих ферментерів

Для приготування живильного середовища для виробничих ферментерів передбачена роздільна стерилізація із застосування установки безперервної стерилізації вуглеводвмісних компонентів (перша партія) та азотовмісних компонентів (друга партія). Для розчинення використовують окремі місткості і стерилізують водні суміші цих компонентів послідовно в установці безперервної стерилізації.

1. Об’єм живильного середовища, що його треба приготувати, м³, дорівнює корисному об’єму ферментера

V₁=V∙0,5=63∙0,5=31,5 м³

де V – повний об’єм ферментера; 0,5 – коефіцієнт заповнення.

2. Під час стерилізації живильного середовища в установці безперервної стерилізації відбувається його розбавлення конденсатом (орієнтовно на 15 – 20 %), в зв’язку з цим об’єм води, що використовується для приготування середовища, м³, має бути зменшений на 20 %:

V₂= V₁ – ( V₁∙0,2 )=31,5– (31,5∙0,2)=31,5–6,3=25,2 м³

де V₁ – корисний об’єм ферментера; 0,2 – коефіцієнт, що враховує розбавлення середовища конденсатом.

3. Об’єм води для приготування першої партії середовища, м³, становить 65 – 70 % від загального об’єму води:

V₃= V₂∙0,7=25,2∙0,7=17,64 м³

а для приготування другої партії середовища об’єм води, м³,

V₄= V₂∙0,3=25,2∙0,3=7,56 м³

Повний об’єм реактора для першої партії середовища, м³, з коефіцієнтом заповнення 0,7:

V₅= V₃/0,7=17,64/0,7=25,2 м³

а для другої партії середовища:

V₆= V₄/0,7=7,56/0,7=10,08 м³

Встановлюємо реактори з мішалкою V=26 м³ та V=11 м³ і встановлюємо 1 запасний.

4. Стерилізація живильного середовища в установці безперервної стерилізації.

4.1. Кількість середовища, що надходить на стерилізацію за добу,

Q₈= V₂=25,2 м³

Час стерилізації середовища не має перевищувати 3 год. Відповідно до цього продуктивність установки безперервної стерилізації , м³/год,

q₁= Q₈/3=25,2/3=8,4 м³/год

За розрахованою продуктивністю вибираємо установку безперервної стерилізації.

Загальний час зайнятості установки безперервної стерилізації складається з часу на стерилізацію середовища і часу підготовки установки безперервної стерилізації до роботи.

Час підготовки установки безперервної стерилізації складається з ряду допоміжних робіт:

– миття апаратури – (0,5 – 1,0) год;

– ревізія арматури – (0,5 – 1,0) год;

– перевірка на герметичність – (0,5 – 1,0) год;

– стерилізація установки безперервної стерилізації –(0,5 – 1,0) год.

Встановлюємо установку безперервної стерилізації УБС – 20 та одну запасну.

Збірники культуральної рідини

Кількість культуральної рідини за добу Q₂ м³

Необхідний об'єм збірників при коефіцієнті заповнення - 0,8.

Q₉ = Q₂/0,8 =30/0,8=37,5 м³,

де Q₂ – кількість культуральної рідини за добу, м³.

0,8 - коефіцієнт заповнення.

Вибираємо збірник з необхідним корисним об'ємом і розраховуємо їх кількість.

Корисний об'єм збірника (V_п):

V_п = V_повне. × 0,8 =20× 0,8=16 м³

де V_повне - повний об'єм збірника;

0,8 - коефіцієнт заповнення.

Кількість збірників:

n₂ = Q₉/ V_п=37,5/16=2,3

де Q₉ - необхідний об'єм збірників культуральної рідини;

V_п - корисний об'єм збірника.

Приймаємо 3 збірника і один запасний. Всього збірників культуральної рідини 4 штуки, V=20 м³.

Відокремлення біомаси

1. На відокремлення біомаси поступає Q₂ м³/добу.