2. Расчет материальных потоков на стадии ферментации

Рис. 1. Схема потоков. V - объем, м³ или объемный расход, м³/ч;  - 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.

Верхний индекс указывает принадлежность к компоненту; нижний индекс - принадлежность к потоку. Обведены известные величины; прочие определяются из расчета.

Исходные данные для расчета.

1. Вид субстрата и биомассы; стехиометрические коэффициенты биохимической реакции.

2. V_F - съем микробной суспензии с аппарата, м³ (м³/ч для проточного аппарата).

3. Y_X/S - выход биомассы от субстрата (экономический коэффициент), кгX /кгS.

4. Элементный состав биомассы: - массовые доли основных компонентов и макроэлементов в биомассе.

5. Концентрации остаточного субстрата и компонентов питания в микробной суспензии, не снижающие активности роста культуры - и .

6. Степень утилизации субстрата _s (обычно _s= 0,99)

7. Степень утилизации кислорода в аппарате данного типа - .

8. Доли кислорода и углекислого газа в аэрирующем воздухе и .

9. Плотности субстрата, биомассы, воздуха, кислорода, углекислого газа и компонентов питания: , кг/м³ .

10. Массовые доли компонентов (элементов) питания во вспомогательном материале - , кгY_i/кг ВМ_i .

11. Концентрация вспомогательных материалов в питательной смеси в объеме смеси питательных веществ .

Последовательность расчета

1. Концентрация субстрата в питательной среде

.

2. Концентрация биомассы в микробной суспензии

.

3. Производительность аппарата по биомассе

А_Х=V_F .

4. Остаточные концентрации питательных веществ в суспензии

.

5. Плотность микробной суспензии

.

6. Расход питательной среды на ферментацию (без учета потери влаги на испарение)

V₀ = V_F .

7. Концентрации компонентов питания в питательной среде

.

8. Концентрация питательных веществ в питательной среде

.

9. Плотность питательной среды

.

10. Расход субстрата

.

11. Концентрация компонентов питания в объеме смеси питательных веществ .

12. Расход питательных веществ на ферментацию

.

13. Плотность смеси питательных веществ

.

14. Расход посевного материала

.

15. Расход О₂ и выделение СО₂ на 1 кг биомассы рассчитывается исходя из стехиометрических соотношений в уравнении суммарной реакции биосинтеза по основным ее элементам

СH_mO_l + X₁ NH₃ + X₂ O₂ = X₃ CH_рО_nN_q + X₄ CO₂ + X₅ H₂O ,

где m, l, р, n, q -число атомов O, H, N, приходящихся на 1 атом углерода в субстрате и биомассе:

,

,

где - массовые доли C, H, О и N в биомассе.

16. Расход воздуха на аэрацию

.

17. Расход выходящего газа

.

18. Доля О₂ в выходящем газе

.

19. Доля СО₂ в выходящем газе

.

20. Плотность выходящего газа

.

21. Расход технологической воды

.

Результаты расчета сводятся в таблицу материального баланса.

Таблица 2. Таблица материального баланса

Наименование сырья и компонентов	Объем, м3	Плотн., кг/м3	Масса, кг	Наименование продуктов	Объем, м3	Плотн., кг/м3	Масса, кг
1.Субстрат	…….	…….	…….
2.Посевная биомасса	…….	…….	…….
3.Смесь питательных веществ, в т.ч. - . . . . . . . . - . . . . . . . . - . . . . . . . .	…….	…….	……. ……. ……. …….	1.Микробная суспензия, в т.ч. дрожжи	…….	…….	……. …….
4.Технологическая вода	…….	…….	…….	2.Испаряемая влага	…….	…….	…….
5.Аэрирующий воздух	…….	…….	…….	3.Отходящий газ	…….	…….	…….
Итого:			…….	Итого:			…….