- •Задание на расчетную работу 1 «Расчет ферментера»
- •1. Элементный баланс процессов микробиологического синтеза
- •2. Расчет материальных потоков на стадии ферментации
- •3. Расчет узла аэрации и мощности привода ферментера
- •4. Тепловой расчет ферментера
- •Тепловой баланс процесса ферментации
- •Расчет теплообменных устройств ферментера
Задание на расчетную работу 1 «Расчет ферментера»
Задание комплексное. Включает в себя решение ряда технологических и проектных задач, начиная со стехиометрии и материального баланса процесса биосинтеза и кончая определением основных конструктивных элементов ферментера. Выполняется на основе материала лекционного курса и практических занятий 1,2,4,5 учебного пособия «Расчет основного оборудования микробиологических производств» [1] и с использованием литературы [2–8].
При выполнении задания последовательно определяются:
1. Стехиометрические коэффициенты реакции.
2. Потребность в кислороде и тепловой эффект реакции.
3. Выбирается геометрия аппарата, и устанавливаются его размеры.
4. Определяется высота жидкости в аппарате, степень утилизации кислорода.
5. Выполняется материальный баланс процесса, и определяются его важнейшие показатели – съем целевого продукта и расход воздуха на аэрацию.
6. Определяется кратность аэрации и время цикла культивирования.
7. Назначаются тип аэрирующего устройства и тип мешалки, и выполняется расчет аэрирующего устройства и расчет мощности привода.
8. Составляется тепловой баланс процесса и определяется тепловая нагрузка.
9. Назначается конструкция теплообменных устройств и выполняется расчет теплообменников.
В табл. 1 приведены исходные данные для выполнения заданий:
1. Субстрат и его химическая формула.
2. Целевой продукт биосинтеза и его суммарная формула.
3. Экономический коэффициент - YX/S(YР/S).
4. Начальная концентрация субстрата СSн.
5. Начальная концентрация биомассы СХн.
6. Константа скорости для экспоненциальной фазы роста .
7. Объем аппарата V.
8. Коэффициент заполнения аппарата φ.
Тип аппарата (барботажный, эрлифтный или другой) назначается дополнительно (влияет на величину φ и на содержание конструкторских расчетов).
В табл. 2 приведены варианты заданий для аппаратов с перемешиванием и барботажем. Номер задания – число, каждая цифра которого указывает на номер строки в столбцах значений исходных величин, например, число 12245678 указывает, что исходными данными являются величины: первая – в первой строке первого столбца, вторая – во второй строке второго столбца, третья – во второй строке третьего столбца и т.д. В табл. 0 приложения – данные, необходимые для выполнения материального баланса.
Таблица 1. Исходные данные для выполнения работы 1
№№ строк |
Субстрат |
Целевой продукт |
YX/S (YР/S) |
СSн, г/л |
СХн, г/л |
, час-1 |
V, м3 |
φ |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
1 |
Глюкоза С6Н12О6 |
Биомасса СН1,77О0,49N0,16 |
0,5 |
30 |
2,0 |
0,08 |
4,0 |
0,4 |
2 |
Гексадекан С16Н34 |
Биомасса СН1,77О0,49N0,16 |
1,1 |
35 |
2,5 |
0,10 |
6,3 |
0,45 |
3 |
Метан СН4 |
Биомасса СН1,77О0,49N0,16 |
0,7 |
40 |
3,0 |
0,12 |
8 |
0,5 |
4 |
Метанол СН3ОН |
Биомасса СН1,77О0,49N0,16 |
0,4 |
45 |
3,5 |
0,14 |
10 |
0,55 |
5 |
Этанол С2Н5ОН |
Биомасса СН1,77О0,49N0,16 |
0,6 |
50 |
4,0 |
0,16 |
16 |
0,6 |
6 |
Меласса (сахароза) С12Н22О11 |
Лизин С6Н14N2О2 (режим синтеза “нормальный”) |
0,15 (0,30) |
55 |
5,0 |
|
20 |
0,65 |
7 |
Меласса (сахароза) С12Н22О11 |
Лизин С6Н14N2О2 (режим синтеза “сильный”) |
0,05 (0,45) |
60 |
|
|
25 |
0,7 |
8 |
Меласса (сахароза) С12Н22О11 |
Лизин С6Н14N2О2 (режим синтеза “слабый”) |
0,4 (0,1) |
|
|
|
40 |
0,75 |
9 |
Меласса (сахароза) С12Н22О11 |
Лимонная кислота С6Н8О7 |
0,15 (0,45) |
|
|
|
50 |
0,8 |
Таблица 2. Варианты заданий к расчетной работе 1
№№ задания |
№№ задания |
№№ задания |
№№ задания |
№№ задания |
11111119 |
22211118 |
44441238 |
55512348 |
61112328 |
11122228 |
22222228 |
44442348 |
55542367 |
61113587 |
11133337 |
22213338 |
44442467 |
55543438 |
61133238 |
11144449 |
22224447 |
44443238 |
55554567 |
61134577 |
11155558 |
22211237 |
44453457 |
55544587 |
61143477 |
11166467 |
22222347 |
44454367 |
55555448 |
61144548 |
11131279 |
22214266 |
44454577 |
55555557 |
61155358 |
11142388 |
22223457 |
44456448 |
55564496 |
61156597 |
11153497 |
22213557 |
44464487 |
55565487 |
61165467 |
11112349 |
22224566 |
44465477 |
55566477 |
61166557 |
11175568 |
22212476 |
44466586 |
55574557 |
61174497 |
11164587 |
22212486 |
44465596 |
55575448 |
61175519 |