Материальные расчеты по проектируемым стадиям
4.7.1 Материальный баланс стадии <номер и название стадии по заданию>
4.7.1.1 Материальный баланс приготовления и стерилизации питательных сред
Расчёты приводятся для получения 1 колбы маточной культуры (Vмат.к-ры = ? л).
Материальный баланс приготовления и стерилизации питательной среды с солодовым экстрактом
где: mстер.ПС – масса стерильной питательной среды с солодовым экстрактом, кг;
mнестер.ПС – масса нестерильной питательной среды с солодовым экстрактом, кг;
mр-ра сэ – масса раствора солодового экстракта, кг;
m(NH4)2SO4 – масса (NH4)2SO4, кг;
m(NH4)2HPO4 – масса (NH4)2HPO4, кг;
mMgSO4 – масса MgSO4, кг;
mмол.кты – масса молочной кислоты, кг.
Массой молочной кислоты пренебрегаем в виду её малости.
Масса стерильной питательной среды с солодовым экстрактом, кг:
где: Vстер.ПС – объём стерильной питательной среды с солодовым экстрактом, м3;
ρстер.ПС – плотность стерильной питательной среды с солодовым экстрактом, кг/м3.
Плотность принимаем по данным завода равной ρстер.ПС = 1010 кг/м3.
0,045 кг
Масса (NH4)2SO4:
По данным завода на приготовление 4,5 л питательной среды идёт 14,85 г (NH4)2SO4.
Находим через пропорцию
Объём питательной среды, л | m(NH4)2SO4, г |
4,5 | 14,85 |
0,045 | m(NH4)2SO4 |
Масса (NH4)2HPO4:
По данным завода на приготовление 4,5 л питательной среды идёт 30,20 г (NH4)2HPO4.
Находим через пропорцию
Объём питательной среды, л | m(NH4)2HPO4, г |
4,5 | 30,20 |
0,045 | m(NH4)2HPO4 |
|
|
Масса MgSO4:
По данным завода на приготовление 4,5 л питательной среды идёт 7,50 г MgSO4.
Находим через пропорцию
Объём питательной среды, л | MMgSO4, г |
4,5 | 7,50 |
0,045 | mMgSO4 |
Масса раствора солодового экстракта, кг:
Масса солодового экстракта, кг:
где: mсэ – масса солодового экстракта, кг;
СВр-ра сэ – сухое вещество раствора солодового экстракта, %;
СВсэ – сухое вещество солодового экстракта, %.
СВсэ = 82 % - по данным завода.
СВр-ра сэ = 13 % - по данным завода.
Масса воды питьевой, кг:
Таблица 4.7.1.1.1 – Таблица материального баланса стадии ТП.3 приготовления и стерилизации питательной среды с солодовым экстрактом в автоклаве
Наименование полупродуктов и сырья | Содержание основного вещества, % | Масса | Объём, м3 | Плотность, кг/м3 | |||
кг | кг основного вещества | ||||||
Израсходовано на стадии (суммарно) | |||||||
А) Полупродукты: а) Раствор солодового экстракта | - | 0,044 | - | - | - | ||
- солодовый экстракт | 90 | 6,98*10-3 | 6,3*10-3 | 5*10-6 | 1350 | ||
- вода питьевая | 100 | 0,037 | 0,037 | 37*10-6 | 1000 | ||
Б) Сырьё: 1. Компоненты питательной среды, в том числе: | |||||||
а) (NH4)2SO4 | 99 | 0,15*10-3 | 0,15*10-3 | - | - | ||
б) (NH4)2HPO4 | 99 | 0,30*10-3 | 0,30*10-3 | - | - | ||
в) MgSO4 | 99 | 0,08*10-3 | 0,08*10-3 | - | - | ||
г) Молочная кислота 80 % | 80 | - (пренебрегаем) | - | - | - | ||
Итого: | ∑=0,045 | ||||||
Получено на стадии (суммарно)
| |||||||
А) Полупродукты: 1. Стерильная питательная среда | - | 0,045 | - | 0,045*10-3 | 1010 | ||
Б) Отходы | - | - | - | - | - | ||
В) Потери | - | - | - | - | - | ||
Итого: | ∑=0,045 |
Материальный баланс приготовления и стерилизации питательной среды с солодовым экстрактом и мелассой
где: mстер.ПС – масса стерильной питательной среды с солодовым экстрактом и мелассой, кг;
mнестер.ПС – масса нестерильной питательной среды с солодовым экстрактом и мелассой, кг;
mр-ра сэ – масса раствора солодового экстракта и мелассы, кг;
m(NH4)2SO4 – масса (NH4)2SO4, кг;
m(NH4)2HPO4 – масса (NH4)2HPO4, кг;
mMgSO4 – масса MgSO4, кг;
mмол.к-ты – масса молочной кислоты, кг.
Масса стерильной питательной среды с солодовым экстрактом и мелассой, кг:
где: Vстер.ПС – объём стерильной питательной среды с солодовым экстрактом и мелассой, м3;
ρстер.ПС – плотность стерильной питательной среды с солодовым экстрактом и мелассой, кг/м3.
Плотность принимаем по данным завода равной ρстер.ПС = 1020 кг/м3.
4,6 кг
Масса раствора солодового экстракта и мелассы, кг:
|
|
где: mсэ – масса солодового экстракта, кг;
mмел. – масса мелассы, кг;
СВсэ – сухое вещество солодового экстракта, %;
СВмел. – сухое вещество мелассы, %;
СВр-ра сэ и мел. – сухое вещество раствора солодового экстракта и мелассы, %.
СВсэ = 82 % - по данным завода.
СВмел. = 74 % - по данным завода.
СВр-ра сэ и мел. = 13 % - по данным завода.
Масса молочной кислоты, кг:
где: Vмол.к-ты – объём молочной кислоты 80 %, м3;
ρмол.к-ты – плотность молочной кислоты 80 %, кг/м3.
По данным завода принимаем ρмол.к-ты = 1185 кг/м3.
По данным завода для доведения рН до необходимого значения у 4,5 л питательной среды расходуется 20 мл молочной кислоты 80 %.
Объём молочной кислоты находим через пропорцию:
Объём питательной среды, л | Объём молочной кислоты, мл |
4,5 | 20 |
4,51 | Vмол.к-ты |
Тогда
Масса (NH4)2SO4:
По данным завода на приготовление 4,5 л питательной среды идёт 14,85 г (NH4)2SO4.
Находим через пропорцию
Объём питательной среды, л | m(NH4)2SO4, г |
4,5 | 14,85 |
4,51 | m(NH4)2SO4 |
Масса (NH4)2HPO4:
По данным завода на приготовление 4,5 л питательной среды идёт 30,20 г (NH4)2HPO4.
Находим через пропорцию
Объём питательной среды, л | m(NH4)2HPO4, г |
4,5 | 30,20 |
4,51 | m(NH4)2HPO4 |
Масса MgSO4:
|
|
По данным завода на приготовление 4,5 л питательной среды идёт 7,50 г MgSO4.
Находим через пропорцию
Объём питательной среды, л | mMgSO4, г |
4,5 | 7,50 |
4,51 | mMgSO4 |
Масса раствора солодового экстракта и мелассы, кг:
По данным завода на приготовление 4,5 л питательной среды идёт 0,75 кг солодового экстракта. На приготовление 4,51 л питательной среды пошло бы солодового экстракта
Мы частично заменяем солодовый экстракт на мелассу. Массу солодового экстракта, массу мелассы и массу воды, необходимые для приготовления раствора, находим с помощью системы уравнений:
Масса воды питьевой, кг:
Таблица 4.7.1.1.2 – Таблица материального баланса стадии ТП.3 приготовления и стерилизации питательной среды с солодовым экстрактом и мелассой в автоклаве
Наименование полупродуктов и сырья | Содержание основного вещества, % | Масса | Объём, м3 | Плотность, кг/м3 | |
кг | кг основного вещества | ||||
Израсходовано на стадии (суммарно) | |||||
А) Полупродукты: а) Раствор солодового экстракта и мелассы | - | 4,53 | - | - | - |
- солодовый экстракт | 90 | 0,42 | 0,38 | 311*10-6 | 1350 |
- меласса | 47 | 0,33 | 0,16 | 242*10-6 | 1365 |
- вода питьевая | 100 | 3,78 | 3,78 | 3780*10-6 | 1000 |
Б) Сырьё: 1. Компоненты питательной среды, в том числе: | |||||
а) (NH4)2SO4 | 99 | 14,88*10-3 | 14,73*10-3 | - | - |
б) (NH4)2HPO4 | 99 | 30,27*10-3 | 29,97*10-3 | - | - |
в) MgSO4 | 99 | 7,52*10-3 | 7,44*10-3 | - | - |
г) Молочная кислота 80 % | 80 | 0,02 | 0,016 | 20*10-6 | 1185 |
Итого: | ∑=4,60 | ||||
Получено на стадии (суммарно) | |||||
А) Полупродукты: 1. Стерильная питательная среда | - | 4,60 | - | 4,51*10-3 | 1020 |
Б) Отходы | - | - | - | - | - |
В) Потери | - | - | - | - | - |
Итого: | ∑=4,60 |
4.7.1.2 Материальный баланс культивирования маточной культуры
Расчёты приводятся для получения 1 колбы маточной культуры
I стадия
где: mПС-I – масса питательной среды с солодовым экстрактом, используемой на I стадии, кг;
mПМ – масса посевного материала, кг;
mСД-I – масса суспензии дрожжей I стадии, кг;
mCO2-I – масса углекислого газа, выделившегося при культивировании I стадии, кг;
mпотерь-I – масса потерь I стадии, кг.
II стадия
где: mПС-II – масса питательной среды с солодовым экстрактом, используемой на II стадии кг;
mСД-I – масса суспензии дрожжей I стадии, кг;
mСД-II – масса суспензии дрожжей II стадии, кг;
mCO2-II – масса углекислого газа, выделившегося при культивировании II стадии, кг;
mпотерь-II – масса потерь II стадии, кг.
III стадия
где: mПС-III – масса питательной среды с солодовым экстрактом и мелассой, используемой на III стадии, кг;
mСД-II – масса суспензии дрожжей II стадии, кг;
mСД-III – масса суспензии дрожжей III стадии, кг;
mCO2-III – масса углекислого газа, выделившегося при культивировании III стадии, кг;
mпотерь-III – масса потерь III стадии, кг.
IV стадия
где: mПС-IV – масса питательной среды с солодовым экстрактом и мелассой, используемой на IV стадии, кг;
mСД-III – масса суспензии дрожжей III стадии, кг;
mмат.к-ры – масса маточной культуры, кг;
mCO2-IV – масса углекислого газа, выделившегося при культивировании IV стадии, кг;
mпотерь-IV – масса потерь IV стадии, кг.
Если суммировать все 4 уравнения и сократить некоторые члены, то получим общее уравнение
Массой посевного материала mПМ, которым является чистая культура дрожжей на скошенном агаре, можно пренебречь в виду её малости.
Для нахождения массы образовавшегося на каждой стадии углекислого газа необходимо рассчитать тепловой эффект жизнедеятельности Qж, кДж:
где: qs – теплота сгорания субстратов, кДж;
qбм – теплота сгорания вновь образованной биомассы, кДж;
qp – теплота сгорания целевого продукта, кДж.
где: Hi – удельная теплота сгорания i-ого компонента, кДж/кг;
mi – масса i-ого компонента, кг.
Таблица 4.7.1.2.1 – Расчёт теплоты сгорания субстратов
Органические компоненты ПС | Масса компонента в ПС, кг | Масса основного вещества, кг | Удельная теплота сгорания Hi, кДж/кг | Теплота сгорания субстратов qs, кДж |
I и II стадия | ||||
Солодовый экстракт | 6,98*10-3 | 6,28*10-3 | 16,5*103 | 103,62 |
Итого: | 103,62 | |||
III и IV стадия | ||||
Солодовый экстракт | 0,42 | 0,38 | 16,5*103 | 6270 |
Меласса | 0,33 | 0,16 | 16,5*103 | 2640 |
Итого: | 8910 |
Теплота сгорания вновь образованной биомассы, кДж:
где: Hбм – удельная теплота сгорания биомассы, кДж/кг;
mбм.к. – масса сухой биомассы в суспензии дрожжей в конце культивирования, кг;
mбм.н. – масса сухой биомассы в суспензии дрожжей в начале культивирования, кг.
Принимаем по данным справочной литературы Hбм = 4750 ккал/кг = 19,9*103 кДж/кг.
Находим массу дрожжей для засева аппарата ЧК-I (на засев аппарата ЧК-I идёт 2 колбы маточной культуры).
где: А – ожидаемое количество на стадии ЧК-I, кг;
µ - удельная скорость роста, ч-1;
τ – длительность роста дрожжей без лаг-фазы, ч.
τ=24-1=23 ч
Масса дрожжей в 1 колбе:
Масса сухой биомассы, образовавшейся на IV стадии, кг:
где: СВ – сухое вещество биомассы, %.
СВ = 30 % по данным завода.
Находим массу дрожжей III стадии для засева IV стадии, кг:
τ=20-1=19 ч
Масса сухой биомассы, образовавшейся на III стадии, кг:
Находим массу дрожжей II стадии для засева III стадии, кг:
τ=22-1=21 ч
Масса сухой биомассы, образовавшейся на II стадии, кг:
Находим массу дрожжей I стадии для засева II стадии, кг:
τ=24-1=23 ч
Масса сухой биомассы, образовавшейся на I стадии, кг:
Массой чистой культуры, вносимой петлёй в питательную среду на I стадии, можно пренебречь в виду её малости.
Эквивалентное количество наиболее энергоёмкого компонента питательной среды, кг:
где: Hэкв – удельная теплота сгорания наиболее энергоёмкого компонента питательной среды, кДж/кг.
Наиболее энергоёмким компонентом является солодовый экстракт.
Уравнение сбраживания мальтозы:
С12H22O11 + H2O –> 4 СH3CH2OH + 4 CO2
Масса выделившегося при брожении углекислого газа:
где: mмальт. – масса мальтозы, кг;
Ммальт. – молярная масса мальтозы, г/моль;
МCO2 – молярная масса углекислого газа, г/моль.
Тогда
где: mиспар. – масса потерь маточной культуры за счёт испарения, кг;
mпроб – масса потерь маточной культуры за счёт отбора проб, кг.
Объём маточной культуры, м3:
где: 0,5 – процент потерь маточной культуры за счёт испарения (по данным завода), %;
0,1 – процент потерь маточной культуры за счёт отбора проб (по данным завода), %.
Для нахождения неизвестных элементов уравнения материального баланса составляем систему уравнений с тремя неизвестными:
По справочным данным принимаем ρпара=0,03036 кг/м3.
Таблица 4.7.1.2.2 – Таблица материального баланса стадии ТП.3 процесса выращивания маточной культуры дрожжей
Наименование полупродуктов и сырья | Масса, кг | Объём, м3 | Плотность, кг/м3 |
Израсходовано на стадии (суммарно) | |||
А) Полупродукты: | |||
1. Питательная среда с солодовым экстрактом | 0,045 | 0,045*10-3 | 1010 |
2. Питательная среда с солодовым экстрактом и мелассой | 4,60 | 4,51*10-3 | 1020 |
Б) Сырьё: | |||
1. Чистая культура дрожжей на скошенном агаре | - (пренебрегаем) | - | - |
Итого: | ∑=4,65 | ||
Получено на стадии (суммарно) | |||
А) Полупродукты: | |||
1. Маточная культура дрожжей | 4,63 | 4,53*10-3 | 1021 |
Б) Отходы: | |||
1. Выделившийся CO2 | 0,014 | - | - |
В) Потери | |||
1. Испарение | 6,91*10-7 (можно пренебречь) | 2,28*10-5 | 0,03036 |
2. Отбор проб | 4,65*10-3 | 4,555*10-6 | 1021 |
Итого: | ∑=4,65 |
4.7.2 Материальный баланс стадии ТП.7.1 выращивания маточных дрожжей ЧК-I
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 134; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!