Проект цеха (концентрирование культуральной жидкости методом выпаривания и распылительной сушки) ферментного препарата Глюковамарин Г3х, мощностью 10м^3 в сутки для продуцента Aspergillus awamori

Принимаем к установке инокулятор объемом V2 = 1 м³. Техническая характеристика инокулятора:

Объем, м3 1Диаметр, мм 1100.

Высота, мм 28 452.

4 Количество посевных аппаратов (n):n1 = n х τ3 / 24 = 1,1×60 / 24 = 2,75где n — количество ферментаций в сутки;τ3 — полный цикл работы посевного аппарата;

Принимаем к установке 3 инокулятора и 1 запасной. Итого: 4 инокулятора.

3. Расчет реакторов для приготовления компонентов среды для производственных ферментёров. 3.

1. Объем среды, который необходимо приготовить, равен полезномуобъему ферментёра: Q7 = V х 0,7 = 10×0, 7 = 7 м³, где V — объем ферментёра; 0,7 — коэффициент заполнения. На 1,045 м3На 7 м3Солодовые ростки32,6 кг 218,4 кг.

Свекловичный жом 39,2 кг262,6 кг.

Кукурузный экстракт28,5 кг191 кгNаH2PO417,4кг116,6 кгMgSO42,35 кг15,7 кг.

Итого Q80,12м30,73м3Вода (всего) Q9 0,925 м35 -0,73 = 4,27м33.

2. Во время стерилизации среды происходит ее разбавление конденсатом на 10% в связи с этим, объем воды, используемый для приготовления среды, должен быть уменьшен на 10% и составит: Q10 = Q9 — (Q9 х 0,1) = 6,27 — (4,27×0,1) = 5,6 м³.

3.3. Объем среды составляет (вода +сухие компоненты):Q11 = Q10+Q8 = 5,6 + 0,73= 6,3 м³.

3.4. Полный объем реактора V3 при коэффициенте заполнения 0,7 составит: V3 = Q11 / 0,7 = 6,3 / 0,7 = 9 м³. Выбираем для установки реактор с мешалкой объемом 10 м3Техническая характеристика реактора — смесителя:

Поверхность теплообмена, м2 16Мощность привода, КВт 17Число оборотов перемешивающего устройства в мин, 125Максимальная высота, мм 5850.

Наружный диаметр, мм 24 003.

5. Определим необходимое количество реакторов при оборачиваемости реактора- 6часов. n2 = n х 6 / 24 = 1,1×6 / 24 = 0,28.Выбираем 1 реактор-смеситель и 1 запасной.

4. Стерилизация питательной среды в установке непрерывной стерилизации (УНС).

4.1. Количество среды, поступающей на стерилизацию в сутки Q17. Q12 = Q11 = 6,3 м³.

4.2. Время стерилизации среды не должно превышать 2ч. В соответствии с этим, производительность (q1) УНС должна составлять: q1 = Q12 / 2 = 6,3 / 2 = 3,15 м3/ч.По рассчитанной производительности выбираем установку УНС-5 с фактической производительностью 5м3/ч.

4.3 Общее время занятости УНС составляет:

мойка- 1ч;ревизия арматуры-1ч;проверка на герметичность-1ч;стерилизация УНС-1ч;стерилизация среды- 0,6ч (Время непосредственной стерилизации питательной среды:τ4=)Итого: 4,6 часов (τ5).Принимаем к установке 1 УНС-5 и 1 запасную. Техническая характеристика УНС-5:Производительность, м3/ч 5Расход пара, кг/ч 1000.

Разбавление среды конденсатом, % 10Нагреватель: Время нахождения среды в нагревателе, с 19 Объем, м3 0,025Высота, мм 400Диаметр, мм 235Выдерживатель: Тип выдерживателя змеевик.

Средняя скорость среды в выдерживателе, м/c 0,28Объем, м3 0,17 Количество витков 11Охладитель (труба в трубе):Площадь охлаждения, м2 20Длина, мм 3750.

Высота, мм 1850.

Ширина, мм 790Диаметр труб, мм 76/68, 133/1255.

Сборник для культуральной жидкости. Необходимый объем сборника при коэффициенте 0,8:V4 = Q3 / 0,8 = 6,3 / 0,8 = 7,9 м³ .Q3 — количество культуральной жидкости в сутки;

0,8 — коэффициент заполнения. Принимаем к установке сборник Vкж = 8 м³ .Vп = Vполн * 0,8 = 8*0,8 = 6,4 м³, гдеVполн — полный объем сборника, 0,8 — коэффициент заполнения. Количество сборников: n2= V4/ Vп = 7,9/6,4 = 1,2 где Q8 — необходимый объем сборников, м3;Vп — полезный объем сборника, м3. Устанавливаем 2 сборника и 1 запасной. Итого: 3 сборника. Внутренний диаметр сборника — Dвн = 2000 мм. Эллиптические днища для сборника с таким диаметром имеют следующие размеры (ГОСТ 6533 — 78): высота эллиптической части hв = 0,25 х Dвн = 0,25∙2000 = 500 мм; высота отбортовкиh ≥ 2,5 S; принимаем h = 25 мм (S — толщина стенки днища, S = 6 мм).Внутренняя поверхность Fвн = 21,3 м². Высота цилиндрической части сборника:

Нц = 2215 м. Общая высота сборника:

Нобщ = Нц + 2 х (hв+h) = 2,2+2 х (0,5+0,025) = 3,25 м.

6. Отделение биомассы.

6.1. На отделение поступает 6,3 м3/сут.

Фильтрующее оборудование выбираем по поверхности фильтрации. S = Q3 / g * τ6 = 6,3/1*5 = 1,26 м², гдеQ3 — количество культуральной жидкости в сутки, м3;g — скорость фильтрации, м/ч;τ6 — время работы фильтра, ч. Принимаем 1 барабанный вакуум-фильтр БОК-3−1,75 с поверхностью фильтрации 3 м2и 1 запасной. Итого: 2 фильтра.

6.2. Сборник фильтрата культуральной жидкости. Количество фильтрата с учетом промывных вод (гидромодуль 1:0,5) и выхода по объему k %:Q13 = (Q3 + Q3 * 0,5) * k = (6,3+6,3*0,5)*0,9 = 8,5 м³, гдеQ3 — количество культуральной жидкости в сутки;k — коэффициент, учитывающий выход фильтрата на стадии. Выбираем сборник цилиндрический со сферическим днищем и рубашкой для охлаждения, объемом 12,5 м³. Полезный объем сборника: Vп = Vполн * 0,9 =12,5*0,8 = 10 м3Количество сборников: n3 = Q13 / Vп = 8,5/10 = 0,85, гдеQ13 — общее количество фильтрата;Vп — полезный объем сборника. Принимаем к установке 1 сборник и 1 запасной. Итого: 2 сборника фильтрата культуральной жидкости.

6.3. Малый сборник 2 для фильтрата: Q14 = 8,5 / 2 = 4,25 м3Выбираем сборник объемом 5 м³. Полезный объем сборника: Vп = Vполн * 0,9 = 5*0,8 = 4,0 м3Количество сборников: n3 = Q14 / Vп = 4/4,5 = 0,88, гдеQ14 — общее количество фильтрата;Vп — полезный объем сборника. Принимаем к установке 1 сборник и 1 запасной. Итого: 2 сборника фильтрата культуральной жидкости.

6.4. Сборник биомассыQос = 0,01 м3Vп = Vполн * 0,8 = 0,01*0,8 =0,008 м3Nn = Qос/ Vп = 0,01/0,008 = 1,25Принимаем к установке 2 сборника и 1 запасной. Итого: 3 сборника биомассы.

7. Концентрирование фильтрата. Количество фильтрата, поступающего на концентрирование 8,5 м³.Время работы установки в сутки 5 ч. Кратность концентрирования 10.

7.1. Количество концентрата: Q15 = Q13 /nк = 8,5/10 = 0,85 м³, гдеQ13 — общее количество фильтрата;nк — степень концентрирования.

7.2. Количество испаренной влаги: Q16 = Q14 — Q15 = 4,25 — 0,85 = 3,4 м³, гдеQ14 — общее количество фильтрата;Q15 — количество концентрата.

7.3. Вакуум-выпарная установка выбирается по производительности: G1 = Q16 / τч = 3,4/5 = 0,68 м3/ч, гдеQ16 — количество испаренной влаги;τч — время работы установки в сутки. Выбираем вакуум-выпарную установку УВВ-850 производительностью 0,85 м3/ч.Длина 0,43мШирина 3,1мВысота 5,46мПоверхность теплообмена 4 м2Необходимое количество аппаратов: n4 = Q16 / G1= 3,4/0,68 = 5Принимаем 5 установок и 1 запасную. Итого: 6 вакуум-выпарных установок.

8. Сборник концентрата. Полный объем сборника при коэффициенте заполнения 0,8:V3 = Q15 / 0,8 = 0,85/0,8 = 1,06 м³, гдеQ15 — количество концентрата;

0,8 — коэффициент заполнения. Выбираем сборник объемом 1 м³ и 1 запасной. Итого: 2 сборника концентрата.

9. Сушка концентрата Количество концентрата, поступающего на сушку — Q15 = 0,85 м3Содержание сухих веществ в концентрате с1 = 22,4%Содержание сухих веществ в готовом продукте с2 = 92%Время работы сушилки в сутки τ = 5 часов9.

1. Количество испаренной влаги: Q17 = Q15 * (1 — с1/с2) = 0,85 * (1 — 22,4/92) = 0,6 т9.

2. Производительность сушилки по испаренной влаге: Q18 = Q17/τ = 0,6/5 = 0,12 т/чВыбираем распылительную сушилку производительностью 0,12 т/ч9.

3. Количество высушенного (базового) препарата: Q19 = (Q15 * с1 * 0,97)/с2 = (0,85*22,4*0,97)/92 = 0,2 тВыбираем сушилку марки СРЦ-2,5/15 производительностью по испаренной влаге 150 кг/ч.Габариты:

Внутренний диаметр = 2500 мм.

Высота цилиндрической части = 3000 мм.

Рабочий объем = 15 м3Масса = 7500 кг. Устанавливаем сушилку и 1 запасную. Всего — 2 сушилки.

10. Стандартизация.

Количество наполнителя: Qн = Q — Q19 = 0,47 — 0,2 = 0,27 тНа стандартизацию поступает 0,47 т базового препарата и 0,2 т наполнителя. Всего Q20 = Q19 + Qн = 0,2 + 0,27 = 0,47 тВыбираем смеситель — измельчитель СИ-5 производительностью 0,5 т/чВремя смешения продуктов: τ = Q20 / g = 0,47/0,5 = 0,94 чВремя загрузки, выгрузки и ревизии 1 чОборачиваемость смесителя: τ+1 = 1,94 ч11. Фасовка и упаковка.

Суточное производство по готовой продукции 470 кг.

Фасовка препарата по 10 кг в одну упаковку.

Количество упаковок в сутки: nуп. = Q20/qф = 470/10 = 47 уп./сут.Выбираем 1 упаковочную линию В6-ВРАпроизводительность 95−120 уп/сут. габариты: 4630×2655×3570(с запасом — 50 упаковок в сутки с учетом расширения производства и брака упаковки).Расчет и выбор вспомогательного оборудования.

К вспомогательному оборудованию относят: — насосы (для подачи среды в УНС, для перекачки культуральной жидкости, фильтратов, концентратов и др. жидкостей);

— бункера (для хранения сырья, для сбора влажной биомассы и др.);емкости для вспомогательных растворов. 1. Насосы. Выбираются по производительности и по величине напора, которая учитывает перепад высоты линии подачи материала из одной емкости в другую (складывается из высоты этажей): Qн = Q/, гдеQ — количество продукта, которое необходимо перекачать, — время работы насоса (как правило, не должно превышать 2−2,5 ч) Примечание. Для перекачивания жидкостей биотехнологических производств устанавливаются насосы, предназначенные для передачи агрессивных сред. Расчет центробежного насоса для подачи питательной среды в УНС. Выбираем диаметр трубопровода. Принимаем скорость компонентов питательной среды во всасывающем и нагнетательном трубопроводе для перемещения жидкости одинаковой, равной 2 м/с. Тогда диаметр трубопровода определяем по формуле: d = √4Q/π ω =√4×0,32/3,14×2=0,028 мгде Q — объемный расход, м3/с; Q = G/ρ*3600 =0,97*10−4/1100*3600 = 0,32 м3/сG = 5 м3/сут.= 0,97*10−4ω - скорость суспензии, ω=2 м/с;ρ - плотность среды, ρ=1100 кг/м3Принимаем трубопровод марки Х18Н10Т диаметром 45 мм.

Уточняем скорость движения раствора:ω = Q/S=4Q/πd2=4*0,32/(3,14*0,0452) = 0,21 м/с 2. Определение потерь на трение и местные сопротивления:

Определяем величину критерия Рейнольдса: Re = ωdэρ/μ = 0,21*0,045*1100/1,1*10−3 = 9450 — режим турбулентный. Где: ρ - 1100 кг/м — плотность питательной среды;μ=1,1*10−3 Па*с — вязкость питательной среды. Абсолютная шероховатость стенок труб е = 0,2 мм, степень шероховатости dэ/е = 45/0,2 = 225. Находим значение коэффициента трения λ = 0,031Определяем сумму коэффициентов местных сопротивлений:

Всасывающая линия:

Вход в трубу (с острыми краями) ς =0,5Нормальный вентиль (d = 0,045 м) ς = 4,9Колено под углом 90° ς=1,6 (5), тогда∑ςвс = 0,5+4,9 + 1,6*5 = 13,4Нагнетающая линия: Выход из трубы ς=1; Нормальный вентиль ς=2,0; Дроссельная заслонка ς = 0,9 при, а = 15ºКолено под углом 90° ς=1,6 (6), тогда∑ςнаг= 1+4,9+0,9 +1,6*6 = 16,4Определение потерь на всасывание и нагнетание: h = (λ *l / dэ + ∑ς) ω2/(2g)где l — длина трубопровода, м. На всасывании, lвс = 90 м: hвс = (0,031*90/0,045 + 13,4)*0,212/(2*9,81) = 0,17мНа нагнетании, lнаг = 80 мhнаг = (0,031*80/0,045+16,4)*0,212/(2*9,81) = 0,16 мОбщие потери напора: hпот = hвс + hнаг = 0,17+0,16 = 0,33 м 3. Выбор насоса:

Определение полного напора: H = (р2-р1)/ρg +H1+hп = 0,1*106/(1100*9,81) + 2,0 + 0,33 = 11,6 мГде р1 и р2 — давление в аппарате, из которого перекачивают жидкость, давление в аппарате, в который перекачивают жидкость;H1 — геометрическая высота подъема жидкости, мhп — потери напора на всасывающей и нагнетающей линиях. Полезная мощность насоса: Nп = ρ*g*H*Q/1000=1100*9,81*11,6*0,32/1000 = 0,04 кВтМощность, которую должен развивать электродвигатель насоса на выходном валу при установившемся режиме работы: Nдв = Nп/(ηн*ηп) = 0,04/(0,6*1) = 0,066 кВтГде: ηн = 0,6 — КПД насоса;ηп = 1 — КПД передачи.

С учетом коэффициента запаса мощности β = 1,5 устанавливаем двигатель мощностью: Nуст = Nдв * β = 0,066 *1,5 = 0,099 кВтУстанавливаем 2 центробежных насоса (1 основной и 1 запасной) марки Х2/25 со следующей характеристикой:

Производительность насоса — 2 м3/ч; напор — 25 м; насос снабжен электродвигателем 4А71В2 номинальной мощностью 1,1 кВт.

2.Бункера.На 1,045 м3На 7 м3Солодовые ростки32,6 кг 218,4 кг.

Свекловичный жом 39,2 кг262,6 кг.

Кукурузный экстракт28,5 кг191 кгNаH2PO417,4кг116,6 кгMgSO42,35 кг15,7 кг.

Итого Q80,12м30,73м3Вода (всего) Q9 0,925 м37−0,73 = 6,27м3Приемные бункера для сыпучих компонентов выбираются по рассчитанной вместимости либо из типовых бункеров, либо из вновь проектируемых. Бункера проектируются либо цилиндрические с коническим днищем, либо прямоугольные с пирамидальным днищем. Вместимость бункера (Vб) рассчитывают по формуле: Vб = Q / (k x n), гдеQ — количество продукта для хранения (2−3 суточный запас), тk — коэффициент заполнения бункера (0,6)n — плотность продукта, т/м3. Бункер для БВК: Vсып. = 0,22*3/(0,6*1)=1,1 м3Принимаем к установке бункер Vб = 2 м3Бункер для свекловичного жома: Vс = 0,26*3/(0,6*0,25)=5,2 м3Принимаем к установке бункер Vб =6 м3Бункер для NaH2PO4: V=0,116*3/(0,6*1,9)=0,3 м3Принимаем к установке бункер V=0,4 м³ Бункер для MgSO4: V=0,015*3/(0,6*2,66)=0,028 м3Принимаем к установке бункер V=0,03 м3Бункер для CaCO3V=0,013*3/(0,6*2,8)=0,23 м3Принимаем к установке бункер V=0,3 м3№ п/пНаименование показателей.

ЗначениеБункер для солодовых ростков.

Общий объем, м321Длина, м12Ширина, м13Высота, м2Бункер для свекловичного жома Общий объем, м3 61Длина, м22Ширина, м13Высота, м3 Бункер для NaH2PO4 Общий объем, м3 0,4 1 Длина, м 1 2 Ширина, м 0,4 3 Высота, м 1 Бункер для MgSO4 Общий объем, м3 0,03 1 Длина, м 1 2 Ширина, м 0,1 3 Высота, м 0,3 3. Емкости для вспомогательных растворов.

К вспомогательным растворам относятся растворы для корректировки рН, раствор пеногасителя и др. Емкости для этих растворов должны вмещать 5-суточный запас того или иного компонента. Для расчета объема емкости (Vе) используются данные из описания технологического процесса: Vе = Q / k, где: Q — объем, рассчитанный на 5-тисуточный запас раствора, тk — коэффициент заполнения емкости. 3.

1.Ёмкость для кукурузного экстракта: V=0,19*5/0,6 =1,58 м3Принимаем к установке ёмкость V= 2 м3Внутренний диаметр емкости — Dвн = 1400 мм. Эллиптические днища для емкости с таким диаметром имеют следующие размеры (ГОСТ 6533 — 78): внутренний диаметр Dвн = 1400 мм, высота эллиптической части hв = 0,25 х Dвн = 0,25×1400 = 350 мм; высота отбортовкиh ≥ 2,5 S; принимаем h = 25 мм (S — толщина стенки днища, S = 4 мм).Внутренняя поверхность Fвн = 8,35 м². Высота цилиндрической части емкости:

Нц = 1,07 м. Общая высота емкости:

Нобщ = Нц + 2 х (hв+h) = 1,07+2 х (0,35+0,025) = 1,82 м. Устанавливаем 1 емкость.

3.2. Емкость для пеногасителя.

Расход пеногасителя 0,5% к объему КЖ.-Производственная ферментация:

Объем ферментационной среды Q2 = 6,3 м³, Кол-во пеногасителяQп = 6,3×0,005=0,0315 м³.-Посевные аппараты: Q6 = 1 м³, Qп = 1×0,005=0,005 м³.-Общее количество пеногасителя: Qп2/6 = 0,005 + 0,0315 = 0,0365 м³,Vп = Qп / 0,6 = 0,0365*5/ 0,6 = 0,3 м³.Qкж — количество пеногасителя.

0,6 — коэффициент заполнения.

Принимаем к установке емкость Vп = 0,4 м³.Внутренний диаметр емкости — Dвн = 800 мм. Эллиптические днища для емкости с таким диаметром имеют следующие размеры (ГОСТ 6533 — 78): внутренний диаметр Dвн = 800 мм, высота эллиптической части hв = 0,25 х Dвн = 0,25×800 = 200 мм; высота отбортовкиh ≥ 2,5 S; принимаем h = 25 мм (S — толщина стенки днища, S = 4 мм).Внутренняя поверхность Fвн = 2,86 м². Объем днища Vдн = 0,021 м³. Полный объем емкости состоит из объема цилиндрической части Vц и объема эллиптических днищ Vдн: V = Vц+2 х Vдн = 0,4 м³, отсюда Vц = 0,4 — 2 х Vдн = 0,4 — 2×0,021 = 0,158 м³. Высота цилиндрической части емкости:

Нц = 0,66 м. Общая высота емкости:

Нобщ = Нц + 2 х (hв+h) = 0,66+2 х (0,2+0,025) = 1,11 м. Устанавливаем 1 емкость.

3.3. Емкость для кислоты соляной технической (2% от КЖ).Расчет объема емкости: Qк.ж.=6,3 м³. VHCl= QHCl/ (0,6) = (6,3×0,02×5 сут) / (0,6) = 1,05 м³, где QHCl — количество, рассчитаное на 5-ти суточный запас р-ра, м3;0,6 — коэффициент заполнения. Принимаем к установке емкость VHCl = 1,25 м³. Внутренний диаметр емкости — Dвн = 1200 мм. Эллиптические днища для емкости с таким диаметром имеют следующие размеры (ГОСТ 6533 — 78): внутренний диаметр Dвн = 1200 мм, высота эллиптической части hв = 0,25 х Dвн = 0,25×1200 = 300 мм; высота отбортовкиh ≥ 2,5 S; принимаем h = 25 мм (S — толщина стенки днища, S = 4 мм).Внутренняя поверхность Fвн = 6,1 м². Объем днища Vдн = 0,021 м³. Высота цилиндрической части емкости:

Нц = 0,9 м. Общая высота емкости:

Нобщ = Нц + 2 х (hв+h) = 0,9+2 х (0,3+0,025) = 1,55 м. Устанавливаем 1 емкость.

3.4. Емкость для щелочи (2%отQк.ж.).Расчет объема емкости: Qк.ж.=6,3 м³. VNaOH= QNaOH/ (0,6) = (6,3×0,02×5 сут) / (0,6) = 1,05 м³, где QNaOH — количество, рассчитаное на 5-ти суточный запас р-ра, м3;0,6 — коэффициент заполнения. Принимаем к установке емкость VNaOH = 1,25 м³. Внутренний диаметр емкости — Dвн = 1200 мм. Эллиптические днища для емкости с таким диаметром имеют следующие размеры (ГОСТ 6533 — 78): внутренний диаметр Dвн = 1200 мм, высота эллиптической части hв = 0,25 х Dвн = 0,25×1200 = 300 мм; высота отбортовкиh ≥ 2,5 S; принимаем h = 25 мм (S — толщина стенки днища, S = 4 мм).Внутренняя поверхность Fвн = 6,1 м². Объем днища Vдн = 0,021 м³. Высота цилиндрической части емкости:

Нц = 0,9 м. Общая высота емкости:

Нобщ = Нц + 2 х (hв+h) = 0,9+2 х (0,3+0,025) = 1,55 м. Устанавливаем 1 емкость.№ п/пНаименование показателей.

Значение1Емкость для кукурузного экстракта.

Общий объем, м32Диаметр вн, м1,4Высота, м1,822Емкость для щёлочи.

Общий объем, м31,25Диаметр вн, м1,2Высота, м1,553Емкость для кислоты.

Общий объем, м31,25Диаметр вн, м1,2Высота, м1,554Емкость для пеногасителя.

Общий объем, м30,4Диаметр вн, м0,8Высота, м1,1.

Список литературы

Биоинженерия. Методическое пособие к расчетным занятиям для студентов факультета промышленной технологии лекарств. Сост. О. А. Алексинцева. СПб.: Издательство СПХФА, 2002. -.

40 с. Вакуум-барабанные фильтры. Каталог. ООО «УК-проммаштехнология». — 2013.

Выдерживатели колонного типа. Каталог. ООО «Протемол» — 2013. ГОСТ 9931–69 — «Сосуды и аппараты цилиндрические стальные сварные».ГОСТ 20 680−75 — «Аппараты с механическими перемешивающими устройствами».Емкостное оборудование. Каталог: ОАО «Курганхиммаш». — 2011.

Микробная биотехнология: Методическое пособие к лабораторным работам для студентов III курса факультета промышленной технологии лекарств / Сост. проф. Е. П. Яковлева, доц. О.

А. Алексинцева, ст. преп. Н. В. Котова, асс.

В. А. Колодязная. — СПб.: СПХФА, 2008. — 56 с. Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии.

10е изд., перераб. и доп. — Л.: Химия, 1987. — 576 с.