Производство нистатина. Ферментация с получением мицелиальной массы

х_р=0,622* кг/кг

х_вх=0,622* кг/кг

m_вл=61427,84*(0,0038-0,015)=--688 - делаем вывод, что у нас влагоунос.

4.Масса брызг.

m_бр=V_бр*ρ_бр

m_бр- масса брызг, кг;

V_бр- объём брызг, м³, V_бр=5% от рабочего объёма ферментатора (д.з.)

ρ_бр- плотность брызг, кг/м³.

ρ_бр=

ρ_бр= кг/м³

V_бр=0,05*8=0,4 м³

m_бр=0,4*1025=410 кг

5.Масса доливов питательной  среды

По данным завода на объем  ферментатора равный 50 м³ необходимо 3,5 м³ долива питательной среды, следовательно на загрузочный объем ферментатора равный 8 м³ понадобиться 0,56 кг

6. Масса стерильного  пеногасителя

По данным завода на объем 50 м³ требуется 87,5 кг пеногасителя адеканоля, следовательно на 8 м³ необходимо будет 14 кг.

7. Теплота биосинтеза.

Q_б/с=q_s-q_миц.-2q_пр

Q_б/с- таплота биосинтеза, кДж

 q_s, q_миц- теплоты сгорания субстрата и мицелия соответственно, кДж.

А.Субстрат

 

 

 

 

Субстрат	Содержание осн. в-ва	Удельная теплота сгорания кДж/кг	Масса энергет. компонента на 1 загрузку, кг	Теплота сгорания ком-та, кДж
глюкоза	91%	15,6*103	636,9	9,98*106
Кукурузный экстракт	48%	16,5*103	88,19	1,46*106
Соевая мука	т.м.	16,5*103	154,64	2,55*106
доливы глюкозы	91%	15,6*103	107,7	1,68*106
Итого				1,57*107

 

m_ком=

m_кэ=7575*0,52/0,48*100=82,06 кг

m_{кэ в доливе}=1010*0,56*0,52/100*0,48=6,13 кг

m_см=7575*1,9/100=143,9 кг

m_{см в доливе}=0,56*100*1,9/100=10,74кг

m_гл=7575*7,12/100*0,91=592,68 кг

m_{гл в доливе}=0,56*1010*7,12/100*0,91=44,25 кг

m_{гл дозация}=280*35/0,91*100=107,7 кг

Б. Мицелий.

q_миц= m_{миц. кон}* Н_{миц. кон}- m_{миц. нач}*Н_{миц. нач}

Н_{миц. нач}=11903 кДж/кг

Н_{миц. кон}=21788 кДж/кг

m_миц- масса мицелия, кг;

Н- Удельная теплота сгорания. кДж/кг

 m_{миц. сух.}=8 кг

m_миц=

m_{миц. влаж}=

q_миц=21788*240-11903*8=5,13*10⁶ кДж

В.Продукт.

q_р=Н_р*m_р

Н_р=204,2*n+44,4*m+∑х

С₄₇Н₇О₁₇N+58,25О₂=47СО₂+NО₂+37,5Н₂О

n=58,2*2

m=37,5

∑х=87,9*6(связи С=С)+87,9*2(простой эфир)+50,2*10(спиртовая группа)+50,2*2(кето-группа)=1305,6

Н_р=1,48*10⁴ кДж/кг

m_р=V*А_к.ж./γ

γ=4500Ед/мг (д.з.)

m_р=8*85000/4500=151,1кг

n_p=m/M=151,1/926,1*10^-3=163,16

q_р=163,16*1,48*10⁴=2,4*10⁶ кДж

Q_б/с=1,57*10⁷-5,13*10⁶-2*2,4*10⁶=5,8*10⁶ кДж

8.Выбираем самый энергоёмкий компонент. У нас это глюкоза

M_экв.= Q_б/с/Н_гл.

M_экв =5,8*10⁶/15,6*10³=371,8 кг

С₆Н₁₂О₆+6О₂→ 6СО₂+6Н₂О

N_экв=

N_экв= моль

n_кисл=2065,6*6=12393моль

n_{уг.газа}=12393 моль

m_{кислорода}=12393 *32=396587 г=397 кг

m_{уг.газа}=12393*44=545,3 кг

9. Масса культуральной жидкости.

m_к.ж=7575+505+14+0,56+397-688-545,3-410=6848,26 кг

 

Таблица материального  баланса стадии ферментации

 

Израсходовано на стадии
Наименование п/прод. и сырья	А,Ед/мл	Масса		Объём, м3	Плотность кг/м3
		кг	Общая активность
А. П/продукты
1. Стерильная пит. среда		7575		7,5	1010
2.Посевной материал		505		0,5	1010
3Доливы пит.среды		0,56
4.Пеногаситель		14
5.Кислород		397
Итого		8491,56
Получено на стадии
А.П/продукт
1.Культуральная жидкость	85000	6848,26		6,58	1040
2.Брызги		410		0,4	1025
Б. Отходы
2.Влагоунос		688
3.Выделившийся СО2		545,3
В. Потери
Итого		8491,56

 

Съём с ферментатора.

С_{Ед. к.ж.}=6,58*85000*10⁶=559*10⁹Ед

Число сливов в сутки  уточнённое.

n_{сл. сут.=}

n_{сл. сут}=

Сливы делают через 43,6 часов

 

МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС СТАДИИ ФИЛЬТРАЦИИ КУЛЬТУРАЛЬНОЙ ЖИДКОСТИ

 

m_кж.+m_{вода на промывку.}=m_вл.миц.+m_{нат.ра-ра}+m_{воды после пром.}

 

m_кж- масса культуральной жидкости, кг;

m_вл.миц- масса влажного мицелия, кг;

m_{нат.рас-ра}- масса нативного раствора, кг

m_воды - масса воды на промывку, кг.

1.Масса культуральной  жидкости

Mкж=6848,26кг(из мат.баланса ферментации)

        2. Масса влажного мицелия

m_вл.миц=

С_ед.миц= С_ед.кж*η_ф

С_ед.миц=294*10⁹*0,98=288*10⁹ Ед

m_вл.миц=

_{3.Масса нативного раствора}

m_{нат.рас-ра}=m_кж- m_вл.миц

m_{нат.рас-ра}=6848,26-480=6368,26 кг

С_ед.= С_ед.кж- С_вл.миц

С_ед=294*10⁹-288*10⁹=6*10⁹ Ед

  4.Масса воды на промывку

m_воды= m_{воды после промывки}

По данным завода  на промывку 37000 кг мицелия требуется 1000 л воды, следовательно на промывку 6848,26кг мицелия необходимо 185 кг воды

 

Таблица материального  баланса стадии фильтрации культуральной  жидкости

Израсходовано на стадии
Наименование п/прод. и сырья	А,Ед/мл	Масса		Объём, м3	Плотность кг/м3
		кг	Общая активность Сед*109
А. П/продукты
1.Культуральная жидкость	85000	6848,26	294	6,58	1040
Б. Сырьё
2.Вода на промывку		185		0,185	1000
Итого		7033,26	294
Получено на стадии
А.П/продукт
1.Влажный мицелий	600 Ед/мг	480	288
Б. Отходы
2.Нативный раствор		6368,26		6,18	1030
3. Вода на промывку		185
В. Потери
4. Целевой продукт  с нативным раствором			6
Итого		7033,26	294

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10.ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС  СТАДИИ ФЕРМЕНТАЦИИ

 

Q_ферм = Q_охл.

Q_ферм = Q_б/с*1,3+ Q_перем+ Q_возд- Q_исп- Q_пот

 

1. Q_б/с = 5,8*10⁶ кДж

 

2)  Q_перем =  N_г-ж τ_перем*3600 мешалка турбинная 2-х ярусная 

      τ_перем = 110 ч.

• dм/ dапп=0,3-0,4

  Диаметр ферментатора  по каталогу для 10 м³  - 1800 мм

  dм = 0,3*1800=540м м               

•  n = 160 об/мин

• V_л = π*dм*n = 3,14*0,54*2,7 = 4,5 м/с

• q₂ = м³/с

V_возд = 47508 м³  (из мат. баланса ферментации)

 τ _ф = 110 ч. (по д.з.)

•

• =1-0,26*0,282=0,64

•N_ж1 = K_n*ρ_ж*n³*dм⁵ = 5,5*1040*2,7³*0,54⁵ = 5169,6 Вт – для 1 яруса

ρ_ж = 1040 кг/м³

K_n = 5,5 – для турбин

N_ж2 = 10,4 к Вт – для 2-х ярусов

N_г-ж = 1-1,26*

N_г-ж =  = 0,64*10,4=6,656 кВт

•Q_пер = 6,656*110*3600 = 2,6*10⁶ кДж

 

Проверочный расчет мощности электродвигателей

N_дв. – N_хол >N_г-ж

N_{дв =} 22 кВт по каталогу

N_хол=0,1* N_дв=0,1*22=2,2 кВт

22-2,2>6,656 кВт

 

3)Q_возд = m_возд*с_возд*

    m_возд = 61427,84  кг        (из мат. бал. ферм.)

     Q_возд = 61427,84*1,01*(70-27) = 2,67*10⁶ кДж

 

4. Q_исп = m_влаги*r

     r = 2435.91 кДж/кг

m_влаги = 688 кг. (из мат. бал. ферм.)

Q_исп = 688*2435,91 = 1,67*10⁶ кДж

Q_ферм = 1,3*5,8*10⁶+2,6*10⁶+2,67*10⁶-1,67*10⁶=1,1*10⁷ кДж

 

Расчет массы воды, необходимой для отведения тепла  в процессе ферментации

mH₂O кг      

V = 525,1 м³

W = =0,078<<[0,3-0,8]

 

n=3 – количество секций (наварной змеевик)

S=πr²/2=3.14*0,06²/2=5,65*^10-3=м²

S – площадь жив.сечения, м²

S= =2,89-2,54=0,35 м²

_{W =0,00379}<<[0,3-0,8]

 

Скорость очень мала, поэтому используем коллектор для  создания пленочного режима охлаждения. Используем  гладкую рубашку.

 

Расчет поверхности  теплообмена

t₁₌27⁰C                t₂=27⁰C

t_кон=19⁰С t_нач=14⁰С

К –коэффициент теплопередачи рубашки = 360 Вт/к*м²

=13       =8

= = =10,2 С

 по каталогу 18,5 м²

 

 

11.ПОДБОР ОБОРУДОВАНИЯ

 

1. Ферментатор (поз.18)

Вертикальный аппарат со сферическим днищем и съемной крышкой, с турбинной двухъярусной мешалкой (частота вращения 160 об/мин), с рубашкой для обогрева и охлаждения( F= 18,5 м²) с барботером и трубой передавливания.

Вместимость – 10 м³

Рабочая вместимость  – 8 м³

Общая высота – 8200 мм

Высота корпуса – 4230 мм

Высота опор(стакан) – 1500 мм

 

Масса – 5250 кг

Материал – Двухслойная  сталь

Мощность электродвигателя – 22 кВт

Диаметр мешалки – 540 мм

 

В количестве 3 шт

 

2. Сборник культуральной жидкости (поз.22)

V_кж=6,58 м³ (из мат.баланса ферментации)

=7,31 м³

V_кж- объем культуральной жидкости;

n- число сливов в сутки, округленное

φ- коэффициент заполнения аппарата, φ=0,9 без мешалки

n_ап- количество сборников, n=1

Выбираем горизонтальный емкостной аппарат вместимостью 8 м³,

D= 1600 мм

l = 3800 мм

L = 4200 мм

 

3 шт.

 

 

3. Сборники нативного раствора (поз.23)

V_н.р.=6,18 м³ (из мат.баланса фильтрации)

  

=6,9 м³

     V_н.р.- объем нативного раствора

      n- число сливов в сутки, округленное

      φ- коэффициент заполнения аппарата, φ=0,9 без мешалки

      n_ап- количество сборников, n=1

      Выбираем горизонтальный емкостной аппарат вместимостью 8 м³,

D= 1600 мм

l = 3800 мм

L = 4200 мм

 

3 шт.

 

4. Мерник глюкозы(поз.20)

=0,048 м³

 

     V_гл.- объем глюкозы,м³

     φ- коэффициент заполнения аппарата, φ=0,9 без мешалки

z- количество загрузок данного сырья

Выбираем вертикальный аппарат со элептическим днищем и крышкой вместимостью 0,063 м³, в количестве 3шт.

D_внут=400 мм

D_нар=426 мм

      l = 300 мм

      L =550 мм

 

5. Пресс-фильтр.

1. Производительность фильтра

        Q= V_ж*(1+z)/ τ_ф

        V_ж – суточный объем жидкости поступающий на фильтрацию(по материальному балансу, кж с 1 слива)

        τ_ф – время фильтрации(по д.з.)

        z – коэффициент запаса мощности(15-20%)

        Q= 6,58*(1+0,2)/4=1,97 м³/ч.

2. Общая поверхность фильтрации

F_ф=

         q - удельная производительность;

          q=0,206 м³/м²*ч

     F_ф=

Выбираем фильтр – ФПАКМ 10-У с F_ф =10м²

     Длина        3450 мм;

высота      2000 мм;

ширина     2991 мм;

В количестве 3 шт.