11. Материальные расчеты

11.1 Материальный баланс стадии тп.2.2 приготовления и стерилизации питательной среды для инокуляторов

Уравнение материального баланса:

m _{ст. п. ср.} = m _комп. + m_общ. + m _конд

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

m _комп. – масса компонентов питательной среды, кг;

m _общ – масса воды для разбавления компонентов питательной среды, кг;

m _конд.– масса конденсата, образовавшегося при нагреве питательной среды паром, кг.

Прежде чем приступить к расчету массы компонентов питательной среды, необходимо определить загрузочную вместимость инокулятора и объём питательной среды, загружаемый в аппарат.

1. Расчет массы стерильной питательной среды на одну загрузку инокулятора

1. Масса стерильной питательной среды, кг:

m _{ст. п. ср.} = V_{ст. п. ср.} ∙ ρ _{п. ср.},

где: V_{ст. п. ср.} – объём стерильной питательной среды, м³;

ρ _{п. ср.} – плотность питательной среды, кг/ м³; [по д.з.]

ρ _{п. ср.}= 1010 кг/ м³.

2. Объём стерильной питательной среды, м³:

V_{ст. п. ср.} = V_{загр. инок.} – V _{инок. колб.},

где: V_инок._колб. – объём посевного материала из колб, передаваемого в инокулятор, м³.

Т. к., по д. з., объём посевного материала в колбах мал, то им можно пренебречь. Следовательно, объём питательной среды инокулятора будет рассчитываться, как:

V_инок. = V_{инок.кат} ∙ φ_{сл инок} = 0,1 ∙ 0,6 = 0,06 м³;

m _{ст. п. ср.} = 0,06 ∙ 1010 = 60,6 кг

2. Масса компонентов питательной среды:

m _комп. =

где: С– содержание компонента в среде, % (вес.); [по д.з.]

n – содержание основного вещества в сырье, доли. [по д.з]

V_{загр. ф.} – рабочий объем ферментатора, м³;

ρ _{п. ср.} – плотность питательной среды,кг/ м³; [по д.з.]

ρ _{п. ср.}= 1010 кг/ м³.

• Кукурузная мука:

m _комп. = кг

• Кукурузный экстракт:

m _комп. = кг

• Соль поваренная:

m _комп. = кг

• Мел химически осажденный

m _комп. = кг

m_NaOH = 0,125 кг ( из пропорции с заводскими данными);

m _{адеканоля} = 0,05 кг (из пропорции с заводскими данными).

Таблица расходов всех компонентов, входящих в состав питательной среды

Таблица 11.1

Название компонента:	Содержание вещества в сырье, % (вес.)	Содержание вещества в среде, %	Масса компонента на одну загрузку, кг
1. Кукурузная мука	100	2	2,02
2. Кукурузный экстракт	48	0,12	0,23
3. Соль поваренная	97,7	0,5	0,52
4. Мел химически осажденный	98,5	0,1	0,103
5. NaOH	40		0,05
6. Адеканоль	100		0,125
ИТОГО:			3,048

3. Расчет количества конденсата при стерилизации питательной среды острым паром, кг:

При стерилизации питательной среды острым паром необходимо учесть конденсат, образовавшийся при нагреве аппарата, в котором стерилизовалась среда, при нагреве изоляции и теплопотери за счет лучеиспускания и конвекции.

m _{конд. общ.} = m_{конд. от нагр. апп.} + m _{конд. нагр. пит. среды} + m_{конд. на лучеисп.} + m_{конд. на конв.}

1. Масса конденсата от нагрева аппарата:

где: m_{апп =} 180 – масса аппарата, кг;

С_апп. – теплоемкость материала, из которого изготовлен аппарат, кДж/кг∙ К;

С_апп. = 0,5 кДж/кг∙ К; [14,стр 528]

t_стер. – температура стерилизации, ^оС; t_стер. = 125^оС;

t_нач. – температура цеха, ^оС; t_нач. = 18 ^оС;

i_п – теплосодержание пара при давлении пара, кДж/кг;

i_п = 2730 кДж/кг; [14,стр. 549]

i_конд – теплосодержание конденсата при температуре стерилизации, кДж/кг;

i_конд = 525,4 кДж/кг; [14,стр.549]

2. Масса конденсата от нагрева питательной среды, кг:

где: m _{н/ст.пит.ср} – масса нестерильной питательной среды, кг;

С_ср = 4,19 – теплоемкость питательной среды,принемаем равным теплоемкости воды, кДж/кг∙К;

t_стер. – температура стерилизации, ^оС; t_стер. = 125^оС; [по д.з.]

t_нач. – температура цеха, ^оС; t_нач. = 18 ^оС; [по д.з.]

i_п – энтальпия пара, кДж/кг;

i_п = 2730 кДж/кг; [14,стр. 549]

i_конд – энтальпия конденсата, кДж/кг;

i_конд = 525,4 кДж/кг; [14,стр. 549]

m_{н/ст. пит. ср.} = m_{ст. пит. ср.} – m_{конд. апп} – m_{конд. нагр.пит. ср}

m_{конд. нагр.пит. ср.} = 0,203 ∙(56,23 - m_{конд. пит. ср.})

1,203 m_{конд. нагр.пит. ср.} = 11,4

m_{конд. нагр.пит. ср.} = 9,48 кг

4. Расчет количества воды для разбавления питательной среды, кг:

m = m_{ст. пит. ср} - m_комп. - m _конд. _общ.

m= 60,6– 3,048 – 4,37 – 9,48 = 43,702 кг

Таблица материального баланса стадии приготовления и стерилизации питательной среды для инокулятора

Таблица 11.2

Наименование полупродуктов и сырья	Содержание основного вещества в сырье, % (доли)	Масса		Объём, м3	Плотность, кг/ м3
		кг	кг основного вещества
Израсходовано на стадии (суммарно):
1	2	3	4	5	6
А. Полупродукты: 1. Конденсат общий: а) конденсат от нагрева аппарата б) конденсат от нагрева питательной среды		13,85 4,37 9,48		13,85∙ 10-3 4,37∙ 10-3 9,48∙ 10-3	1000 1000 1000
Б. Сырье: 1. Компоненты питательной среды, в т. числе: а) кукурузный экстракт б)кукурузная мука в) соль поваренная г) мел химически осажденный д) адеканоль е) натр едкий до pH= 7,8-8,0 2. Вода для приготовления питательной среды	0,48 1 0,977 0,985	0,23 2,02 0,52 0,103 0,05 0,125 43,702	0,11 2,02 0,51 0,102	43,702∙ 10-3	1000
Итого:		60,6
Получено на стадии (суммарно):
А. Полупродукты: 1. Стерильная питательная среда		60,6		0,3	1010
Б. Отходы
В. Потери в т.ч.
Итого:		60,6