Материальный баланс стадии ТП.2 выращивания вегетативного посевного материала в инокуляторе

 

Уравнение материального баланса стадии:

 

m _{ст. п. ср.} + m _{пос.мат. колб.} + m _{ст. пен.} + m _{О потр.} + m _влаги. = m _инок + m _{СО +} m _брызг,

 

где: m _{ст. п. ср.} – масса стерильной питательной среды в инокуляторе, кг;

m_{пос.мат. колб} – масса инокулюма из колб, загружаемая в инокулятор, кг;.

m _{ст. пен.} – масса стерильного пеногасителя, кг;

m_{О потр} – масса кислорода, потребленного из воздуха в процессе выращивания инокулема, кг;

m_влаги. – масса влаги, принесенной воздухом, кг;

m _{к. ж.} – масса выращенного инокулема, кг;

m_СО - масса диоксида углерода, выделившегося в процессе выращивания инокулема, кг;

m _брызг – масса жидкости, унесенной из инокулятора в виде брызг, кг.

 

1. Масса стерильной питательной среды, кг:

m _{ст. п. ср.} = 60, 6 кг (из материального баланса стадии приготовления и стерилизации питательной среды для инокуляторов). [с.68]

 

1. Масса инокулюма из колб, кг:

m_{инок.колб}=V_{инок. колб} ∙ ρ _{инок.колб}

где: ρ _{инок.колб}—плотность инокулюма из колб, кг/м³;

ρ _{инок. колб}=1000 кг/м³;

m_{инок.колб}=0, 5 ∙ 10^-3 ∙ 1000=0, 5 кг.

1. Масса стерильного пеногасителя, кг:

Пеногаситель добавляют при приготовлении питательной среды, поэтому при выращивании инокулюма его не учитываем.

 

1. Расчет массы поглощенного кислорода и выделившегося углекислого газа, кг:

Масса входящего воздуха

Таблица 11.3

Время, ч	Расход воздуха, об.возд./ об.мин	Расход воздуха, м3/мин	Расход воздуха за период, м3
	0, 65	0, 02

 

m _возд = V_возд ∙ ρ _возд ,

где: V_возд - объем подаваемого воздуха;

ρ _возд - плотность воздуха. [14, стр.513]

 

m _возд = 60 ∙ 1, 293 = 77, 58 кг

 

1. Масса кислорода, содержащегося в подаваемом воздухе, кг:

m_О = m _возд ∙ α _О ,

где: α _О - содержание кислорода в воздухе, равное 23, 15% [3]

m_О = 77, 58 ∙ 0, 2315 = 17, 96 кг

Масса углекислого газа:

Для определения количества потребленного кислорода и выделившегося диоксида углерода в процессе выращивания инокулема необходимо предварительно рассчитать тепловой эффект жизнедеятельности Q_б/за, кДж.

Расчет проводится по закону Гесса: тепловой эффект реакции не зависит от ее пути, а зависит от начального и конечного состояния системы.

 

Q_б/с = q_s - q_m - 2 q_р,

 

где: q_m – теплота сгорания вновь образованного мицелия, кДж;

q_р – теплота сгорания целевого продукта, кДж.

Т.к. при выращивании инокулюма еще не образуется целевой продукт, то уравнение теплового эффекта реакции будет иметь вид:

 

Q_б/с = q_s - q_m

1. Теплота сгорания субстратов, кДж:

 

q_s = ∑ H_i ∙ m_i,

где: H_i – удельная теплота сгорания компонентов питательной среды, кДж/кг;

m_i – масса соответствующих компонентов питательной среды, кг.

 

 

Таблица 11.4

Компоненты питательной среды	Масса энергоемких компонентов на одну загрузку, кг	Удельная теплота сгорания компонентов Н, кДж/ кг	Теплота сгорания компонентов, qs = m ∙ Н, кДж
1. Кукурузная мука   2. Кукурузный экстракт   Итого:	2, 02   0, 23	17, 5 × 103 16, 5 × 103	35, 350× 103   3, 795× 103     39, 145× 103

 

1. Теплота сгорания вновь образованного мицелия, кДж:

 

q_m = Н_{м. кон} ∙ m _{миц. кон.} - Н_{м. о} ∙ m _{миц. о.},

 

где: Н_{миц. кон} и Н_{миц. нач} – удельные теплоты сгорания мицелия в конце и в начале процесса, кДж/кг;

Н_{миц. кон} = Н_{миц. нач} = 4750 ккал/кг

Н_{миц. кон} = Н_{миц. нач} = 4750 ∙ 4, 19 = 19902, 5 кДж/кг;

m _{миц. кон} и m _{миц. нач.} – масса сухого мицелия в начале и в конце процесса, кг.

 

Масса мицелия в начале процесса равна 0.

Масса мицелия в конце процесса:

m_{миц.кон.} =

 

где: С = 8% - содержание мицелия в инокуляторе в конце процесса выращивания инокулема; [по д.з]

 

m _{миц.кон.} = кг

где: C _миц = концентрация влажного мицелия, равна 8%; [по д.з.]

φ _миц – влажность мицелия; [по д.з]

10⁶ – перевод м³ в мл.

 

q_m = 19902, 5 ∙ 1, 6 = 31, 844 ∙ 10³ кДж

 

Вычислим общее тепло, выделившееся в процессе биосинтеза леворина:

 

Q_б/с = 39, 145 ∙ 10³ – 31, 844 ∙ 10³ = 7, 301∙ 10³ кДж

 

Массу всех углеродсодержащих компонентов среды, в результате окисления которых получен тепловой эффект Q_б/за, можно выразить через эквивалентное количество одного наиболее энергоемкого углеродсодержащего соединения (крахмала), входящего в компонентный состав среды:

 

m _{экв. крахм.} = кг,

 

где: Н_{экв. крахм.} = 17, 5 ∙ 10³ кДж – удельная теплота сгорания эквивалентного компонента, кДж. [1, приложение №4, стр.50]

В качестве наиболее энергоемкого углеродсодержащего компонента используем крахмал.

Уравнение горения крахмала выглядит следующим образом:

 

C₆ H₁₀ O₅ + 6 O₂ → 6СО₂ + 5 Н₂О

m 0, 42 Х кг Y кг

М 162 6 × 32 6 × 44

Х_О = кг

кг

 

1. Масса влаги, унесенной (принесенной) воздухом, кг:

Воздух, поступающий в ферментатор, может приносить с собой либо уносить из ферментатора определенное количество влаги.

Масса влаги, уносимая (приносимая) воздухом, зависит от его среднегодовой влажности, температуры, давления и расхода и может быть рассчитана по уравнению:

m_влаги = m_возд (х_вх – х_вых),

где: m_возд – масса воздуха, подаваемого в инокулятор за период выращивания инокулема, кг;

х_вх, х_вых – влагосодержание воздуха, поступающего и уходящего из инокулятора, кг вод. пара/кг сух. возд.

m_возд = V_возд ∙ ρ _возд,

 

где: V_возд – объём воздуха, подаваемого в инокулятор, м³;

ρ _возд - плотность воздуха, кг/м³.

ρ _возд=1, 29 кг/м³ [14, стр. 513]

 

Таблица расхода воздуха:

Таблица 11.5

Время выращивания инокулема, ч	Расход воздуха, об/об. мин	Расход воздуха, м3/мин	Расход воздуха за период выращивания инокулема, м3
0-50	0, 65	0, 65 ∙ 0, 1 = 0, 065	0, 065 ∙ 50 ∙ 60 = 195

 

 

m_возд = 195 ∙ 1, 29 = 251, 55 м³

 

где: - содержание кислорода в воздухе в %, справочная величина;

= 0, 2315 [7]

кг

 

Проектируем завод в городе Пенза.

Влагосодержание воздуха:

X = 0, 622∙ , ,

где: 0, 622 – соотношение молекулярных масс водяного пара и воздуха;

φ = 50% - влажность воздуха при t= 55 , показывает сколько кг влаги может содержать 1 кг воздуха так, чтобы из него не выпала влага на фильтрах очистки воздуха;

Р_нас- давление насыщенного водяного пара в воздухе, принимается по температуре стерильного воздуха, подаваемого в инокулятор, атм.

П- общее давление паровоздушной смеси, атм.

Для расчета Х необходимо определить относительную влажность воздуха φ _, общее давление паровоздушной смеси П и давление насыщенного водяного пара Р_нас в зависимости от условий, в которых находится воздух.

При расчете влагосодержания наружного воздуха X_нар. эти величины надо принять по среднегодовой температуре и относительной влажности воздуха того города, для которого разрабатывается проект (г. Пенза).

Средняя температура и относительная влажность атмосферного воздуха в городе Пенза:

Январь: t = -12, 5; φ = 85%;

Июль: t = 20; φ = 66%; [14, стр.538]

Свойства насыщенного водяного пара в зависимости от температуры:

- при t = 55 , Р_нас = 0, 1605 атм; [14, стр. 548]

- при t = 3, 75 (средняя температура воздуха в г.Пенза), Р_нас = 0, 0079 атм;

- при t = 28 (температура выращивания вегетативного мицелия в инокуляторе), Р_нас = 0, 037 атм.

Влагосодержание регламентного воздуха при температуре подаваемого воздуха 55 :

,

где: 2, 2 – давление подаваемого воздуха под крышку аппарата, атм. [по д.з]

Влагосодержание наружного атмосферного воздуха при средней температуре воздуха 3, 75 :

,

где: 1, 0 – атмосферное давление, атм. [по д.з]

 

Влагосодержание воздуха, выходящего из инокулятора при температуре 28

 

где: 1, 5 – давление в инокуляторе, атм. [по д.з]

0, 95 – влажность воздуха на выходе из инокулятора, %

 

Т. к. Х_регл > Х_нар (0, 038 > 0, 0037), следовательно, за Х_вх принимаем наружное влагосодержание воздуха:

Х_нар = Х_вх = 0, 0037

m_влаги = 251, 55 ∙ (0, 0037 – 0, 015) = -2, 96 кг

Делаем вывод о том, что в процессе выращивания инокулюма происходит влагоунос.

1. Масса брызг, кг:

В процессе выращивания инокулема некоторое количество влаги уносится из инокулятора в виде брызг. Объём брызг принимается по данным завода. Он составляет 4% от рабочего объёма инокулятора:

 

 

где: V_бр.- объём брызг, равный 4% от загрузочного объема инокулятора, м³; [по д.з]

ρ _бр – плотность брызг берется как средняя между плотностью среды и культуральной жидкости, кг/м³.

 

V_бр. = 0, 04 ∙ V_{загр. инок.} = 0, 04 ∙ 0, 1 = 0, 004 м³,

 

ρ _бр = = 1012, 25 кг/м³

 

Тогда:

 

 

1. Масса инокулема, кг:

Определяется из уравнения материального баланса:

 

m_инок. = m _{ст. п. ср.} + m _{пос.мат.колб.} + m _{ст. пен.} + m _{О потр.} - m _{вл. возд.} - m _{СО -} m _брызг =

= 60, 6 + 0, 5 + 0, 497 – 2, 96 – 0, 684 – 4, 05 = 53, 903 кг

 

Таблица материального баланса стадии ТП.2 выращивания вегетативного посевного материала в инокуляторе

Таблица 11.6

Израсходовано на стадии
Наименование полупрод. и сырья	А Ед/мл	Масса	Объём, м3	Плотность кг/м3
кг	Общая активность
А. Полупродукты:
1. Стерильная пит. среда		60, 6		0, 06
2.Посевной материал из колб		0, 5		0, 5 ∙ 10-3
3. Кислород		0, 497
Итого:		61, 597
Получено на стадии
А.Пполупродукт
1.Инокулюм		53, 903		0, 053
2.Брызги		4, 05
Б. Отходы
2.Влагоунос		2, 96
3.Выделившийся СО2		0, 684
В. Потери в т.ч.
Итого:		61, 597

 

⇐ Предыдущая3456789101112Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. H. Изложение учебного материала
2. I. По времени сохранения материала
3. III. Повторение пройденного материала.
4. J. Изложение учебного материала
5. L. Изложение учебного материала
6. P. Изложение учебного материала
7. V. Закрепление изученного материала
8. Агрегированный баланс по состоянию на 01.01.2016 (тыс.руб.)
9. Алгоритм расчета доз органических и минеральных удобрений по прогнозному ротационному балансу элементов питания растений
10. Алкогольная зависимость. Клинические проявления и стадии алкоголизма.
11. АНАЛИЗ АКТИВА БАЛАНСА КОММЕРЧЕСКОГО БАНКА
12. Анализ баланса реактивной мощности