4. Определяется высота жидкости в аппарате, степень утилизации кислорода.

4.1. Объем жидкости в аппарате:

V_ж=V = 20 . 0,7 = 14 (м³),

где V - объем аппарата

 - коэффициент заполнения аппарата.

11. Высота уровня жидкости Н_ж вычисляется по формуле

(M)

где V_Дн и H_Дн – Обьем и высота днищ

V_ж - Объем жидкости в аппарате

D – внутренний диаметр аппарата

4.2. Степень утилизации кислорода

Степень утилизации кислорода в аппарате данного типа

= 0,05 - 0,3 (зависит от конструкции аппарата)

5. Выполняется материальный баланс процесса, и определяются его важнейшие показатели – съем целевого продукта и расход воздуха на аэрацию

Рис. 1. Схема потоков. V - объем, м³ или объемный расход, м³/ч;  - плотность, кг/м³; С - концентрация, кг/м³; U - объемная доля компонента в смеси. Индексы: S - субстрат; X - биомасса; Y - компонент питания; G - воздух аэрирующий; А - отработанный воздух.

Исходные данные для расчета.

Таблица 0. Общие для всех заданий данные и величины физических констант для раздела 2 работы 1

Величины	Значения
Элементный состав биомассы: - массовые доли основных компонентов и макроэлементов в биомассе.	=0,485; =0,285; =0,094; =0,073; =0,028; =0,002; =0,0004; =0,003; =0,0001; =0,0002.
Концентрации остаточного субстрата и компонентов питания в микробной суспензии, не снижающие активности роста культуры - и	=0,5 кг/м3; =0,05; =0,05; =0,018; =0,009; =0,017; =0,008; =0,006 кг/м3 .
Степень утилизации субстрата s	s = 0,99
Степень утилизации кислорода в аппарате данного типа	= 0,132 (зависит от конструкции аппарата)
Доли кислорода и углекислого газа в аэрирующем воздухе	= 0,21; = 0,0003.
Плотности субстратов, биомассы, воздуха, кислорода, углекислого газа и компонентов питания [4]: кг/м3	= 1562 кг/м3; =770 кг/м3; = 780 кг/м3; =780 кг/м3; = 1588 кг/м3; X=1050 кг/м3; B=1,29 кг/м3; =1,43 кг/м3; =1,98 кг/м3; =1130 кг/м3; =1870 кг/м3; = 1990 кг/м3; = 1900; = 1680; = 2090; = 1970 кг/м3.
Массовые доли компонентов (элементов) питания во вспомогательном материале - кгYi/кг ВМi
Концентрация вспомогательных материалов в питательной смеси в объеме смеси питательных веществ , кг/м3	=200; =730; =20; =20 =20 =20 =20

Последовательность расчета

5.1. Концентрация субстрата в питательной среде

(кг/м³)

5.2. Концентрация биомассы в микробной суспензии

= (50 – 0,5 ) . 0,5 = 24,75 (кг/м³)

5.3. Производительность аппарата по биомассе

А_Х=V_F = 14 . 24,75 = 346,5 (кг).

Где V_F = V_ж – Обьем биомассы на выходе

5.4. Остаточные концентрации питательных веществ в суспензии

.

= 0,06 + 0,156 + 0,034 + 0,045 + 0,175 + 0,035 + 0,026 = 0,531 (кг/м³)

= + + + + + + = 3,11 . 10^-4

5.5. Плотность микробной суспензии

Где = = 1588 (кг/м³)

5.6. Расход питательной среды на ферментацию (без учета потери влаги на испарение)

V₀ = V_F = 14 (м³)

5.7. Концентрации компонентов питания в питательной среде

=24,75 . 0,094 + 0,05 = 2,377 (кг/м³)

=24,75 . 0,028 + 0,05 = 0,743 (кг/м³)

=24,75 . 0,002 + 0,018 = 0,068 (кг/м³)

=24,75 . 0,0004 + 0,009 = 0,019 (кг/м³)

=24,75 . 0,003 + 0,017 = 0,091 (кг/м³)

=24,75 . 0,0001 + 0,008 = 0,011 (кг/м³)

=24,75 . 0,0002 + 0,006 = 0,011 (кг/м³)

5.8. Концентрация питательных веществ в питательной среде

.

= 2,864 + 2,322 + 0,128 + 0,095 + 0,91 + 0,048 + 0,048 = 6,415 (кг/м³)

= + + + + + + = 4,48 . 10^-3

5.9. Плотность питательной среды

.

Где = С_Хн = 4 (кг/м³) - Начальная концентрация биомассы

5.10. Расход субстрата

.

5.11. Концентрация компонентов питания в объеме смеси питательных веществ .

5.12. Расход питательных веществ на ферментацию

.

5.13. Плотность смеси питательных веществ

.

= 200 + 730 + 20 +20 +20 + 20 + 20 = 1030 (кг/м³)

5.14. Расход посевного материала

.

5.15. Расход О₂ и выделение СО₂ на 1 кг биомассы рассчитывается исходя из стехиометрических соотношений в уравнении суммарной реакции биосинтеза по основным ее элементам

СH_mO_l + X₁ NH₃ + X₂ O₂ = X₃ CH_рО_nN_q + X₄ CO₂ + X₅ H₂O ,

С + NH₃ + O₂ = СН_1,77О_0,49N_0,16 + CO₂ + H₂О

где m, l, р, n, q -число атомов O, H, N, приходящихся на 1 атом углерода в субстрате и биомассе:

где - массовые доли C, H, О и N в биомассе.

5.16. Расход воздуха на аэрацию

.

5.17. Расход выходящего газа

.

5.18. Доля О₂ в выходящем газе

.

5.19. Доля СО₂ в выходящем газе

.

5.20. Плотность выходящего газа

.

_{Где ρG = ρB – плотность воздуха}

5.21. Расход технологической воды

.

Результаты расчета сводятся в таблицу материального баланса.

Таблица 2. Таблица материального баланса

Наименование сырья и компонентов	Объем, м3	Плотн., кг/м3	Масса, кг	Наименование продуктов	Объем, м3	Плотн., кг/м3	Масса, кг
1.Субстрат	0,44	1588	698,72
2.Посевная биомасса	0,053	1050	55,65
3.Смесь питательных веществ, в т.ч.	1,105	1030	1138,15	1.Микробная суспензия, в т.ч. дрожжи	14	1001,58	14022,1
4.Технологическая вода	12,31	1000	12310	2.Испаряемая влага	…….	…….	…….
5.Аэрирующий воздух	7115,38	1,29	9178,8	3.Отходящий газ	7147,39	1,31	9363,1
Итого:			23381,3	Итого:			23385