Элементный баланс процессов микробиологического синтеза
CаHmOl + X1 NH3 + X2 O2 = X3 CHpOnNq + X4 CO2 + X5 H2О
С12Н22О11+ X1 NH3 + X2 O2 = X3 СН1,77О0,49N0,16 + X4 CO2 + X5 H2О
1.1. Через экономический коэффициент определяют коэффициент X3
,
где mwS и mwБ - молекулярные массы субстрата и биомассы:
mwS = 12. 12 + 16. 11 + 22 =342;
mwБ = 12 + 1,77 + 16. 0,49 + 14. 0,16 = 23,85
1.2. Составляют балансовые соотношения по элементам и из них находят оставшиеся неизвестные коэффициенты уравнения:
- баланс по углероду: а= X3 + X4,
X4 = a - X3 = 12 – 7,17 = 4,83
- баланс по азоту: X1 = q X3.
X1 = 0,16. 7,17 = 1,15
- по водороду: m + 3X1 = p X3 + 2X5 ,
- по кислороду: l + 2X2 = n X3 + 2X4 + X5,
.
Потребность в кислороде и тепловой эффект реакции
2.1. Определяется потребность в кислороде на синтез 1 г биомассы (расходные коэффициенты):
2.2. Тепловой эффект ферментации рассчитывается по формуле
=14,45. 0,8 = 11,57 (кДж/грам),
где 14,45 - величина удельного тепловыделения при биоокислении (кДж/грам восстановленного микроорганизмами кислорода).
Выбирается геометрия аппарата, и устанавливаются его размеры.
V = 20 M3 - объем аппарата;
j = 0,7 - коэффициент заполнения,
Руководствуясь представлениями об особенностях протекающих в аппарате процессов и особенностях его эксплуатации, выбирают в соответствии с ГОСТ 9931-79 тип конструкции корпуса и размеры D и L (таблица 1 приложения)
Таблица 1 - Основные размеры корпусов типов ГЭЭ и ВЭЭ (ГОСТ 9931-79)
| Vном, м3 | Dв, мм | l, мм | Fв, м2 |
| 20,0 | 39,8 |
Размеры днищ приведены в таблице 2 приложения.
Таблица 2 - Размеры эллиптических отбортованных днищ с внутренними базовыми размерами (ГОСТ 6533-78)
| D, мм | S, мм | hэ, м | hц, м | HД, м | FД, м2 | VД, м3 |
| 8 - 10 | 6,54 | 1,9823 |
Определяется высота жидкости в аппарате, степень утилизации кислорода.
4.1. Объем жидкости в аппарате:
Vж=Vj = 20. 0,7 = 14 (м3),
где V - объем аппарата
j - коэффициент заполнения аппарата.
11. Высота уровня жидкости Нж вычисляется по формуле
(M)
где VДн и HДн – Обьем и высота днищ
Vж - Объем жидкости в аппарате
D – внутренний диаметр аппарата
4.2. Степень утилизации кислорода
| Степень утилизации кислорода в аппарате данного типа |  = 0,05 - 0,3
(зависит от конструкции аппарата)
|
Выполняется материальный баланс процесса, и определяются его важнейшие показатели – съем целевого продукта и расход воздуха на аэрацию
Рис. 1. Схема потоков. V - объем, м3 или объемный расход, м3/ч; r - плотность, кг/м3; С - концентрация, кг/м3; U - объемная доля компонента в смеси. Индексы: S - субстрат; X - биомасса; Y - компонент питания; G - воздух аэрирующий; А - отработанный воздух.
Исходные данные для расчета.
Таблица 0. Общие для всех заданий данные и величины физических констант для раздела 2 работы 1
| Величины | Значения |
Элементный состав биомассы:  - массовые доли основных компонентов и макроэлементов в биомассе.
|  =0,485;  =0,285;  =0,094;  =0,073;  =0,028;  =0,002;  =0,0004;  =0,003;  =0,0001;  =0,0002.
|
Концентрации остаточного субстрата и компонентов питания в микробной суспензии, не снижающие активности роста культуры -  и 
| =0,5 кг/м3;  =0,05;  =0,05;  =0,018;  =0,009;  =0,017;  =0,008;  =0,006 кг/м3.
|
| Степень утилизации субстрата hs | hs = 0,99 |
| Степень утилизации кислорода в аппарате данного типа | = 0,132
(зависит от конструкции аппарата)
|
| Доли кислорода и углекислого газа в аэрирующем воздухе |  = 0,21;  = 0,0003.
|
Плотности субстратов, биомассы, воздуха, кислорода, углекислого газа и компонентов питания [4]:  кг/м3
|  = 1562 кг/м3;  =770 кг/м3;
 = 780 кг/м3;  =780 кг/м3;
 = 1588 кг/м3; rX=1050 кг/м3; rB=1,29 кг/м3;
 =1,43 кг/м3;  =1,98 кг/м3;
 =1130 кг/м3;  =1870 кг/м3;
 = 1990 кг/м3;  = 1900;  = 1680;  = 2090;
 = 1970 кг/м3.
|
Массовые доли компонентов (элементов) питания во вспомогательном материале -  кгYi/кг ВМi
|   
   
|
Концентрация вспомогательных материалов в питательной смеси в объеме смеси питательных веществ  , кг/м3
|  =200;  =730;  =20;  =20  =20  =20  =20
|
