Автор работы: Пользователь скрыл имя, 03 Февраля 2014 в 17:53, курсовая работа
Для прямого биологического синтеза L-лизина в данном курсовом проекте используем Brevibacterium flavum H-1013, так как рост и биосинтез этого продуцента зависит от содержания в питательной среде: гомосерина, биотина, тиамина (в отличие от других видов), имеет продуктивность 43 г/л L-лизина.
Лизин и другие аминокислоты могут быть использованы в качестве обогатителя пищевых растительных продуктов для повышения их питательной ценности и для сбалансирования пищи по незаменимым аминокислотам.
Лизин (гистидин, аланин, пролин, валин, лейцин) могут с успехом ис-пользоваться не только для повышения питательной ценности пищевого продукта, но и как соединения, помогающие снять неприятные или нежелательные запахи.
В пищевой промышленности лизин (глицин, метионин, триптофан, аргинин, аспаргин, изолейцин) применяют в качестве антиокислителя. [2]
Mср
= =
31976,8 кг
ρср = = 1008,7 кг/м3 (3.2.1.2.6)
tн - начальная температура среды, 40 °С.
Q1 = 31,7 · 1008,7 · 4 · 40 = 5 116 126,4 кДж (3.2.1.2.7)
Количество тепла, уносимого из аппарата средой
Q4 = 31,7 · 1008,7 · 4 · 80 = 10 232 252,8кДж, (3.2.1.2.8)
где 80 - конечная температура среды, °С.
Тепловой эффект процесса Q3 = 0.
Расход тепла на нагрев емкости
Q5 = М · са · ( tк - tн) = 7030 · 0,5 (80 - 40) = 140 600 кДж, (3.2.1.2.9)
где М = 7030 - масса аппарата, кг [6];
са - теплоемкость материала емкости, кДж/кг·К.
Тепло, теряемое аппаратом в окружающую среду:
Q6 = a · F · (tст.нар - tвозд) · t, (3.2.1.2.10)
где tст.нар - температура наружной поверхности стенки аппарата, 30°С;
tвозд - температура окружающего воздуха, 20°С;
F - поверхность аппарата, м2 (F = 51,5 м2) [6];
a - коэффициент теплоотдачи, Вт/м2·К;
t - продолжительность пребывания среды в емкости, ч.
a = 9,74 + 0,07 · (tст.нар - tвозд) [3]; (3.2.1.2.11)
a = 9,74 + 0,07 · (30 -20) = 10,44 Вт/м2·К; (3.2.1.2.12)
Q6 = 10,44 · 10-3 · 51,5 · (30-20) · 0.5 · 3600 = 9 677,88 кДж (3.2.1.2.13)
Количество тепла, которое необходимо подвести к емкости:
Q2 = Q4
+ Q5 + Q6 - Q1 = 10 232 252,8 + 140 600
+ 9 677,88 – 5 116 126,4 =
= 5 266 404,28 кДж.
Тепловой поток:
Ф = Q2 : t; (3.2.1.2.15)
Ф = 5 266 404,28: (0,5·3600) = 2 925,78 кВт (3.2.1.2.16)
Расход пара на нагревание среды в емкости:
L = = 1,34 кг/с = 0,87 м3/с = 3 152,9 м3/ч (3.2.1.2.17)
где 2 17 1000- теплота конденсации пара при Р = 0,2 МПа; плотность пара при этом давлении 1,53 кг/м3
3.2.1.3 Тепловой баланс емкостного аппарата (поз. 3)
Тепловой баланс емкостного аппарата:
Q1+ Q2 + Q3 = Q4 + Q5 + Q6 (3.2.1.3.1)
Количество тепла, вносимого в аппарат:
Q1 = Vср · ρср · 4 · tн, (3.2.1.3.2)
где Vср - объем мелассы и воды, 29,4 м3 (раздел 4.1), м3;
ρср – плотность среды r, кг/м3:
ρср = , (3.2.1.3.3)
Из формулы (4.1.7) выразим массу:
Mср = (3.2.1.3.4)
где ρв – плотность воды, 1000 кг/м3; ρм – плотность мелассы, 1300 кг/м3; Vв – объем воды 8 м3 ; 0,7 – коэффициента заполнения аппарата; 1,2 - потери питательной среды в процессе ее подготовки и передачи на ферментацию Vм – объем мелассы, 9,2 м3. (из разделов 4.1, 3.1.1)
Mср = = 34 217,1кг (3.2.1.3.5)
ρср = = 1163,8 кг/м3 (3.2.1.3.6)
tн - начальная температура среды, 40 °С.
Q1 = 29,4· 1163,8 · 4 · 40 = 5 474 515,2 кДж (3.2.1.3.7)
Количество тепла, уносимого из аппарата средой
Q4 = 29,4 · 1163,8 · 4 · 80 = 10 949 030,4 кДж, (3.2.1.3.8)
где 80 - конечная температура среды, °С.
Тепловой эффект процесса Q3 = 0.
Расход тепла на нагрев емкости
Q5 = М · са · ( tк - tн) = 7030 · 0,5 (80 - 40) = 140 600 кДж, (3.2.1.3.9)
где М = 7030 - масса аппарата, кг [6];
са - теплоемкость материала емкости, кДж/кг·К.
Тепло, теряемое аппаратом в окружающую среду:
Q6 = a · F · (tст.нар - tвозд) · t, (3.2.1.3.10)
где tст.нар - температура наружной поверхности стенки аппарата, 30°С;
tвозд - температура окружающего воздуха, 20°С;
F - поверхность аппарата, м2 (F = 51,5 м2) [6];
a - коэффициент теплоотдачи, Вт/м2·К;
t - продолжительность пребывания среды в емкости, ч.
a = 9,74 + 0,07 · (tст.нар - tвозд) [3]; (3.2.1.3.11)
a = 9,74 + 0,07 · (30 -20) = 10,44 Вт/м2·К; (3.2.1.3.12)
Q6 = 10,44 ´ 10-3 · 51,5 · (30-20) · 0.5 · 3600 = 9 677,88 кДж (3.2.1.3.13)
Количество тепла, которое необходимо подвести к емкости:
Q2 = Q4
+ Q5 + Q6 - Q1 = 10 949 030,4 + 140 600
+ 9 677,88 – 5 474 515,2 =
= 5 624 793,08 кДж.
Тепловой поток:
Ф = Q2 : t; (3.2.1.3.15)
Ф = 5 624 793,08: (0,5·3600) = 3124,88 кВт (3.2.1.3.16)
Расход пара на нагревание среды в емкости:
L = = 1,43 кг/с = 0,93 м3/с = 3 364,7 м3/ч (3.2.1.3.17)
где 2 17 1000- теплота конденсации пара при Р = 0,2 МПа; плотность пара при этом давлении 1,53 кг/м3
3.2.1.4 Тепловой баланс емкостного аппарата (поз. 4)
Тепловой баланс емкостного аппарата:
Q1+ Q2 + Q3 = Q4 + Q5 + Q6 (3.2.1.4.1)
Количество тепла, вносимого в аппарат:
Q1 = Vср · ρср · 4 · tн, (3.2.1.4.2)
где Vср - объем гидролизата кормовых дрожжей, питательных солей и воды, 21,9 м3 (раздел 4.1);
ρср – плотность среды r, кг/м3:
ρср = , (3.2.1.4.3)
Из формулы (4.1.10) выразим массу:
Mср = (3.2.1.4.5)
где ρв – плотность воды, 1000 кг/м3; ρд – плотность гидролизата кормовых дрожжей, 1020 кг/м3; ρNH4Cl – плотность NH4Cl, 1526 кг/м3; ρK2HPO4 – плотность K2HPO4 ,2340 кг/м3 ;Vв – объем воды 10,35 м3 ; 0,7 – коэффициента заполнения аппарата; 1,2 - потери питательной среды в процессе ее подготовки и передачи на ферментацию Vд – объем гидролизата кормовых дрожжей, 2,2 м3 ; VNH4Cl – объем NH4Cl, 0,24 м3VK2HPO4. - объем K2HPO4 , 0,004 м3 (из разделов 4.1, 3.1.1)
Mср
= =
22233,6 кг
ρср = = 1015,2 кг/м3 (3.2.1.4.7)
tн - начальная температура среды, 40 °С.
Q1 = 21,9 · 1015,2 · 4 · 40 = 3 557 260,8 кДж (3.2.1.4.8)
Количество тепла, уносимого из аппарата средой
Q4 = 21,9 · 1015,2 · 4 · 80 = 7 114 521,6 кДж, (3.2.1.4.9)
где 80 - конечная температура среды, °С.
Тепловой эффект процесса Q3 = 0.
Расход тепла на нагрев емкости
Q5 = М · са · ( tк - tн) = 5950 · 0,5 (80 - 40) = 119 000 кДж, (3.2.1.4.10)
где М = 5950 - масса аппарата, кг [6];
са - теплоемкость материала емкости, кДж/кг·К.
Тепло, теряемое аппаратом в окружающую среду:
Q6 = a · F · (tст.нар - tвозд) · t, (3.2.1.4.11)
где tст.нар - температура наружной поверхности стенки аппарата, 30°С;
tвозд - температура окружающего воздуха, 20°С;
F - поверхность аппарата, м2 (F = 44,5 м2) [6];
a - коэффициент теплоотдачи, Вт/м2·К;
t - продолжительность пребывания среды в емкости, ч.
a = 9,74 + 0,07 · (tст.нар - tвозд) [3]; (3.2.1.4.12)
a = 9,74 + 0,07 · (30 -20) = 10,44 Вт/м2·К; (3.2.1.4.13)
Q6 = 10,44 · 10-3 · 44,5 · (30-20) · 0.5 · 3600 = 8 343,64 кДж (3.2.1.4.14)
Количество тепла, которое необходимо подвести к емкости:
Q2 = Q4
+ Q5 + Q6 - Q1 = 7 114 521,6 + 119 000
+ 8 343,64 – 3 557 260,8 =
= 3 684 604,44 кДж.
Тепловой поток:
Ф = Q2 : t; (3.2.1.4.16)
Ф = 3 684 604,44 : (0,5·3600) = 2 047,00 кВт (3.2.1.4.17)
Расход пара на нагревание среды в емкости:
L = = 0,94 кг/с = 0,61 м3/с = 2 211,7 м3/ч (3.2.1.4.18)
где 2 17 1000- теплота конденсации пара при Р = 0,2 МПа; плотность пара при этом давлении 1,53 кг/м3
3.2.2 Тепловой баланс УНС
Количество тепла, необходимое для нагревания среды:
Qн = ·ρ ·c·( t2- t1)= ·1046·4·103·(124-80) = 43467111,1 Вт (3.2.2.1)
где 0,85 - коэффициент, учитывающий разбавление среды конденсатом греющего пара; t1 - начальная температура среды, 80°С; t2 - конечная температура среды, 124°С; G - производительность установки; ρ – плотность ИПС, 1046 кг/м3 ; с - удельная теплоемкость среды, 4´103 Дж/кг´К.
Расход тепла на стерилизацию с учетом потерь тепла в окружающую среду в размере 2-3 %
Qст = 1,02 · Qн = 4346711,1 · 1,02 = 4433645,3 Вт. (3.2.14)
Расход пара на стерилизацию (L) определяется из уравнения
Qст
= L ´ ( I1 - I) + L ´ r + L ´ ск ´ (tк - t2);
Lп
= =
= 1,9 кг/с = 0,64 м3/с.
где I1 - энтальпия пара при t = 154,6°С ,2760·103 Дж/кг ; I - энтальпия пара при t = 150,5°С, 2754·103 Дж/кг; r- удельная теплота парообразования, 2125·103 Дж/кг; tк - температура конденсации пара, 150,5°С; ск - теплоемкость конденсата при tср = 137.3°С, 4,27·103 Дж/кг·К.[5]
4. Выбор и расчет основного технологического оборудования
4.1.1 Подбор емкостей для пригтовления питательной среды.
Определим объем мелассы и воды Vср, м3, который необходимо смешать в аппарате при приготовлении ИПС:
Vср = 4,5 + 12 = 16,5 м3
где 12 – объем воды, необходимый для растворения мелассы, м3.
С учетом потерь питательной среды в процессе ее подготовки и передачи на ферментацию (1,2), и коэффициента заполнения аппарата (0,7) имеем объем смесителя:
V = (4.1.2)
V = = 28,3 м3
Принимаем два аппарата номинальным объемом V = 32 м3 [6], (один резервный). Аппарат с номинальным объемом 32 м3 имеет диаметр D = 3200 мм, L = 4420 мм.
Определим объем гидролизата кормовых дрожжей, питательных солей и воды Vср, м3, которые необходимо смешать в аппарате при приготовлении исходной питательной среды:
Vср = 35 – 16,5 = 18,5 м3 (4.1.4)
С учетом потерь питательной среды в процессе ее подготовки и передачи на ферментацию (1,2), и коэффициента заполнения аппарата (0,7) имеем объем смесителя:
V = = 31,7 м3 (4.1.5)
Принимаем два аппарата номинальным объемом V = 32 м3 [6], (один резервный). Аппарат с номинальным объемом 32 м3 имеет диаметр D = 3200 мм, L = 4420 мм.
Определим объем мелассы и воды Vср, м3, который необходимо смешать в аппарате при приготовлении подпитки:
Vп = 9,2 + 8 = 17,2 м3, (4.1.6)
где 8 - объем воды, необходимый для растворения мелассы, м3.
С учетом потерь питательной среды в процессе ее подготовки и передачи на ферментацию (1,2), и коэффициента заполнения аппарата (0,7) имеем объем смесителя:
V = (4.1.7)
V = = 29,4 м3 (4.1.8)
Принимаем аппарат номинальным объемом V = 32 м3 [6]. Аппарат с номинальным объемом 32 м3 имеет диаметр D = 3200 мм, L = 4420 мм.
Определим объем гидролизата кормовых дрожжей, питательных солей и воды Vср, м3, который необходимо смешать в аппарате при приготовлении подпитки:
Vср = 30 – 17,2 = 12,8 м3
Информация о работе Приготовление питательной среды для культивирования продуцентов лизина