Задание на расчетную работу 1 «Расчет ферментера»

Задание комплексное. Включает в себя решение ряда технологических и проектных задач, начиная со стехиометрии и материального баланса процесса биосинтеза и кончая определением основных конструктивных элементов ферментера. Выполняется на основе материала лекционного курса и практических занятий 1,2,4,5 учебного пособия «Расчет основного оборудования микробиологических производств» [1] и с использованием литературы [2–8].

При выполнении задания последовательно определяются:

1. Стехиометрические коэффициенты реакции.

2. Потребность в кислороде и тепловой эффект реакции.

3. Выбирается геометрия аппарата, и устанавливаются его размеры.

4. Определяется высота жидкости в аппарате, степень утилизации кислорода.

5. Выполняется материальный баланс процесса, и определяются его важнейшие показатели – съем целевого продукта и расход воздуха на аэрацию.

6. Определяется кратность аэрации и время цикла культивирования.

7. Назначаются тип аэрирующего устройства и тип мешалки, и выполняется расчет аэрирующего устройства и расчет мощности привода.

8. Составляется тепловой баланс процесса и определяется тепловая нагрузка.

9. Назначается конструкция теплообменных устройств и выполняется расчет теплообменников.

В табл. 1 приведены исходные данные для выполнения заданий:

1. Субстрат и его химическая формула.

2. Целевой продукт биосинтеза и его суммарная формула.

3. Экономический коэффициент - Y_X/S(Y_Р/S).

4. Начальная концентрация субстрата С_Sн.

5. Начальная концентрация биомассы С_Хн.

6. Константа скорости для экспоненциальной фазы роста .

7. Объем аппарата V.

8. Коэффициент заполнения аппарата φ.

Тип аппарата (барботажный, эрлифтный или другой) назначается дополнительно (влияет на величину φ и на содержание конструкторских расчетов).

В табл. 2 приведены варианты заданий для аппаратов с перемешиванием и барботажем. Номер задания – число, каждая цифра которого указывает на номер строки в столбцах значений исходных величин, например, число 12245678 указывает, что исходными данными являются величины: первая – в первой строке первого столбца, вторая – во второй строке второго столбца, третья – во второй строке третьего столбца и т.д. В табл. 0 приложения – данные, необходимые для выполнения материального баланса.

Таблица 1. Исходные данные для выполнения работы 1

№№ строк	Субстрат	Целевой продукт	YX/S (YР/S)	СSн, г/л	СХн, г/л	, час-1	V, м3	φ
0	1	2	3	4	5	6	7	8
1	Глюкоза С6Н12О6	Биомасса СН1,77О0,49N0,16	0,5	30	2,0	0,08	4,0	0,4
2	Гексадекан С16Н34	Биомасса СН1,77О0,49N0,16	1,1	35	2,5	0,10	6,3	0,45
3	Метан СН4	Биомасса СН1,77О0,49N0,16	0,7	40	3,0	0,12	8	0,5
4	Метанол СН3ОН	Биомасса СН1,77О0,49N0,16	0,4	45	3,5	0,14	10	0,55
5	Этанол С2Н5ОН	Биомасса СН1,77О0,49N0,16	0,6	50	4,0	0,16	16	0,6
6	Меласса (сахароза) С12Н22О11	Лизин С6Н14N2О2 (режим синтеза “нормальный”)	0,15 (0,30)	55	5,0		20	0,65
7	Меласса (сахароза) С12Н22О11	Лизин С6Н14N2О2 (режим синтеза “сильный”)	0,05 (0,45)	60			25	0,7
8	Меласса (сахароза) С12Н22О11	Лизин С6Н14N2О2 (режим синтеза “слабый”)	0,4 (0,1)				40	0,75
9	Меласса (сахароза) С12Н22О11	Лимонная кислота С6Н8О7	0,15 (0,45)				50	0,8

Таблица 2. Варианты заданий к расчетной работе 1

№№ задания	№№ задания	№№ задания	№№ задания	№№ задания
11111119	22211118	44441238	55512348	61112328
11122228	22222228	44442348	55542367	61113587
11133337	22213338	44442467	55543438	61133238
11144449	22224447	44443238	55554567	61134577
11155558	22211237	44453457	55544587	61143477
11166467	22222347	44454367	55555448	61144548
11131279	22214266	44454577	55555557	61155358
11142388	22223457	44456448	55564496	61156597
11153497	22213557	44464487	55565487	61165467
11112349	22224566	44465477	55566477	61166557
11175568	22212476	44466586	55574557	61174497
11164587	22212486	44465596	55575448	61175519