Приготовление питательной среды для культивирования продуцентов лизина

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 = = 21,9 м³                                 (4.1.10)

Принимаем аппарат номинальным  объемом V = 25 м³ [6]. Аппарат с номинальным объемом 25 м³ имеет диаметр D = 2800 мм, L = 3135 мм.

4.1.2 Подбор емкости для  стерильной подпитки 

Определим объем стерильной подпитки V_п, м³:

V_п = V₁ + V₂,                                                     (4.1.2.1)

где V₁ – объем мелассы и воды с учетом потерь питательной среды в процессе ее подготовки и передачи на ферментацию и коэффициента заполнения аппарата, 29,4 м³; V₂- объем кормовых дрожжей, питательных солей и воды с учетом потерь питательной среды в процессе ее подготовки и передачи на ферментацию и коэффициента заполнения аппарата, 21,9 м³

V_п = 29,4 + 21,9 = 51,3 м³                                             (4.1.2.2)

Принимаем аппарат номинальным  объемом V = 63 м³ [6]. Аппарат с номинальным объемом 63 м³ имеет диаметр D = 3200 мм, L = 6775 мм.

 

 

 

4.2 Установка непрерывной стерилизации жидких питательных сред

Исходные данные для расчета  установки:

- производительность установки по исходной среде: G, м³/ч - 100;

- плотность плотность ИПС r, кг/м³ - 1046;

- удельная теплоемкость среды с, Дж/кг·К - 4´10³;

- динамическая вязкость среды m, Па´с - 0,00045;

- начальная температура среды t_н, °С - 80;

- конечная температура среды t_к, °С - 124;

- давление среды абс. Р, МПа - 0,5;

- давление пара Р_п, МПа - 0,55;

- температура пара t_п, °С – 154,6;

- плотность насыщенного пара r_п, кг/м³ - 2.93;

- температура конденсации пара t_к.п, °С – 150,5 (при Р = 0,55 МПа);

- теплоемкость конденсата (при t_ср = (150,6 + 124) : 2 = 137.3°С) с_к, Дж/кг´К - 4,19´10³;

- энтальпия пара при t = 154,6°С I, Дж/кг - 2760·10³;

- энтальпия пара при t = 150,5°С I₁, Дж/кг - 2754·10³;

- плотность конденсата при t = 124°С r_к, кг/м³ - 940.

 

Подбор нагревателя

Количество тепла, необходимое  для нагревания среды и расход пара на стерилизацию приведен в разделе 3.2.2.

Скорость  истечения пара из отверстий нагревателя:

w_п = 1,268 · φ · = 1,268 · 0,9 · ⁼ 88,4 м/c   (4.2.1)

где j - коэффициент скорости.

Суммарная площадь отверстий в нагревателе, необходимых для ввода пара

f = L_п : w_п = 0,64: 88,4 = 0,007 м²                                       (4.2.2)

С учетом запаса производительности (1,1) f = 7700 мм².

Площадь одного отверстия диаметром 7 мм

f_о = 3,14 ´ 7² : 4 = 38,465 мм                                          (4.2.3)

Количество  отверстий диаметром 7 мм для ввода  пара в среду

n = f : f_о = 7700 : 38,465 = 200                                        (4.2.4)

Диаметр внутренней трубы нагревателя:

D =                                               (4.2.5)

Принимаем ω = 1 м/с, тогда

D = = 0,175 м                                       (4.2.6)

Принимаем D = 200 мм.

На внутренней трубе нагревателя  D = 200 мм принимаем 20 рядов отверстий. Число отверстий в одном ряду 200: 20 = 10

Принимаем длину внутренней трубы 0,6 м.

Диаметр штуцера для входа пара в нагреватель

D_п =                                                (4.2.7)

Принимаем w_п = 42 м/с, тогда

D_п = = 0,139                                   (4.2.8)

Принимаем D_п = 200 мм.

Диаметр наружной трубы  нагревателя принимают

D_нар = 1,75 · D                                                        (4.2.9)

D_нар = 1,75 ´ 200 = 350 мм                                            (4.2.10)

Емкостную часть нагревателя выбирают по ГОСТ 9931-86: объем 0,25 м³; диаметр 600 мм; высота 975 мм.

Объем пара, сконденсировавшегося в нагревателе

V_к = 1,9 : 935 = 0,002 м³/с = 7,2 м³/ч                              (4.2.11)

Объем среды, выходящей из нагревателя

V_ср = 60 + 14,9 = 74,9 м³/ч                                          (4.2.12)

Время пребывания среды в нагревателе

τ = = 12 с                                               (4.2.13)

Диаметр штуцера для вывода среды

D = ₌ = 0,129 м                     (4.2.14)

Принимаем D = 150 мм.

 

Подбор выдерживателя.

Предназначен  для выдержки среды при температуре  стерилизации. Используют выдерживатель  трубчатого типа.

Принимаем скорость движения среды  в выдерживателе w = 0,11 м/с.

Диаметр выдерживателя

D = = = 0,515 м                  (4.2.15)

Принимаем D = 600 мм.

Выбираем  H : D = 10, тогда

Н = 0,6 ´ 10 = 6 м                                                (4.2.16)

Объем выдерживателя

V = 6 = 1,7  м³                                           (4.2.17)

Число выдерживателей при времени выдержки 10 мин

n = = 7,3                                                    (4.2.18)

Число аппаратов  с учетом коэффициента запаса h = 0,15

n = 7,3 · 1,15 = 8,4                                                 (4.2.19)

Принимаем выдерживатель  из 9 трубчатых элементов.

Действительное  время выдержки

τ = = 12 мин                                            (4.2.20)

Подбор теплообменника для охлаждения питательной среды

Для охлаждения питательной среды  устанавливаем теплообменник типа «труба в трубе».

Поверхность охлаждения теплообменника:

F = _,                                            (4.3.1)

где ĸ – коэффициент теплопередачи от среды к воде 650 ккал/(м²·ч·^оС); Δt_ср – средняя логарифмическая разность температур при движении среды и охлаждающей воды; Q – количество тепла, отводимого от охлаждаемой среды.

Количество  тепла, отводимого от охлаждаемой среды

Q_отв = ·ρ ·c·( t₁- t₂),                                    (4.3.2)

где  G – расход питательной среды, поступающей из УНС – 100, 100 м³/ч; t₁ – начальная температура среды, 124 ^оС; t₂ – конечная температура, 35 ^оС.

              Q_отв = ·1046·4·10³·(124-35) = 10426528 Вт = 8972915 ккал/ч     (4.3.2)

Средняя логарифмическая разность температур при противоточном движении среды  и охлаждающей воды ( начальная  температура охлаждающей воды 15 ^оС и конечная температура охлаждающей воды 90 ^оС);

Δt_ср = = 79,03 ^оС                                    (4.3.3)

F = = 174,6м²                                        (4.3.4)

Принимаем шестисекционный теплообменник с поверхностью теплообмена 200 м², общим количеством труб – 66, длинной трубы 9000 мм. Габаритные размеры теплообменника длина 9980 мм, высота 5600 мм, ширина 1500 мм [7].

Таблица 4.1 – Сводная таблица оборудования

Позиция	Наименование аппарата	Количество	Габариты
1	Аппарат-смеситель свекловичной мелассы ИПС	2	D = 3200 мм, L = 4420 мм
2	Аппарат-смеситель кукурузного экстракта и минеральных солей ИПС	2	D = 3200 мм, L = 4420 мм
3	Аппарат-смеситель свекловичной мелассы подпитки	1	D = 3200 мм, L = 4420 мм
4	Аппарат-смеситель кукурузного экстракта и минеральных солей подпитки	1	D = 2800 мм, L = 3135 мм
5	Нагревательная колонка	1	D = 600 мм, H = 975 мм
6	Выдерживатель	1	D = 600 мм, H = 6000 мм
7	Теплообменник «труба в трубе»	1	L = 9980 мм, B = 1500 мм, H = 5600 мм
9	Емкость для стерильной подпитки	1	D = 3200 мм, L = 6775 мм

Список использованных источников информации

1) М.С. Мосичев, А.А. Складнев, В.Б. Котов. Общая технология микробиологических производств. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982.

2) Грачова И. М. Технология микробных белковых препаратов, аминокислот и жиров / И. М. Грачова [и др.].-М., Пищевая промышленность, 1980.

3) Ручай Н.С., Маркевич Р.М. Расчет материальных и тепловых балансов; расчет и подбор оборудования биотехнологических производств. – Минск: БГТУ, 2004

4) Бортников И.И., Босенко А.М. Машины и аппараты микробиологических производств. – Минск: Вышэйшая школа, 1982.

5)  Павлов К.Ф., Романков П.Т., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. – Л.: Химия, 1988.

6) Лащинский А. А. Конструирование сварных химических аппаратов. – Л.: Машиностроение, 1981.

7) Бородулин Д. М. Процессы и аппараты химической технологии / Д. М. Бородулин. – Кемерово, 2007.