- •Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України Національний університет харчових технологій затверджую
- •Процеси і апарати біотехнологІчних виробництв методичні рекомендації
- •Київ нухт 2012
- •1. Загальні відомості
- •Розподіл годин за видами занять
- •2. Цілі навчальної дисципліни
- •3. Зміст навчальної дисципліни та види діяльності студентів
- •3.1. Лекційні заняття
- •Лабораторні заняття
- •3.3 Практичні заняття
- •3.4. Індивідуальні завдання
- •Зміст модулів навчальної дисципліни, їх оцінювання в балах, форми і терміни поточного і модульного контролю
- •3 Семестр 2 чверть; 4 семестр 3 і 4 чверть
- •Підсумковий контроль знань, умінь і навичок студентів
- •6. Критерії оцінювання знань, умінь і навичок студентів на іспиті
- •7. Питання для підготовки до іспиту
- •7.1. Загальні питання
- •7.2. Основи гідравліки
- •7.3. Гідромеханічні процеси
- •7.4. Теплові процеси
- •7.5. Масообміні процеси
- •7.6. Біоінженерні процеси
- •8. Виконання індивідуальних завдань.
- •8.1. Завдання на виконання курсової роботи
- •8.1.1. Варіанти індивідуальних завдань на виконання курсової роботи
- •8.1.2. Варіанти номерів теоретичних запитань для відповідей до виконання курсової роботи
- •8.1.3. Запитання до виконання курсової роботи
- •8.2. Приклад розрахунку ферментера для безперервного гомогенного культивування аеробної культури мікроорганізмів глибинним способом
- •8.2.1. Загальні відомості
- •8.2.2. Методика розрахунку мішалок з механічними перемішуючими пристроями
- •8.2.2.1. Конструкції перемішуючих пристроїв
- •8.2.3. Вибір типу перемішувального пристрою
- •8.2.4. Розрахунок потужності при перемішуванні
- •8.2.5. Визначення якості перемішування
- •8.2.5. Суспендування і гомогенізація
- •8.2.7. Інтенсифікація теплообмінну
- •8.2.8. Інтенсифікація масовіддачі
- •8.2.9. Приклад розрахунку Порядок розрахунку апарата з перемішувальним пристроєм
- •8.3. Завдання до практичних занять у 3-й чверті (денна форма навчання) та завдання на виконання контрольної роботи у V семестрі (заочна форма навчання)
- •1. Основи гідравліки
- •Визначаємо надлишковий тиск на вільну поверхню рідини, Па:
- •Визначення тиску на дно резервуару
- •Визначення тиску на дно резервуара, h:
- •Визначення сили тиску на кришку люка.
- •Визначення тиску на дно резервуара, Па
- •Запишемо рівняння рівноваги:
- •Рівень води в барометричній трубі, м
- •Абсолютний тиск в конденсаторі, Па
- •Визначити втрати напору в трубопроводі, м:
- •Задача 5. Визначити режим руху рідини в трубках і міжтрубному просторі кожухотрубного теплообмінника для нагрівання цукрового розчину водою і накреслити схему теплообмінника.
- •Визначення критерію Рейнольдса при русі цукрового розчину:
- •Визначення режиму руху води в міжтрубному просторі.
- •Рівняння Бернуллі для перерізів I-I (рівень води в криниці) і II-II (центр насоса).
- •Розрахунок гідравлічної характеристики н-q трубопроводу.
- •Визначення робочої точки.
- •Визначення потужності на валу насоса, кВт, під час його роботи на трубопровід:
- •Характеристика насоса
- •2. Гідромеханічні процеси
- •Визначення швидкості осідання частинок.
- •Визначення маси освітленої рідини.
- •Визначення площі поверхні відстійника, м2
- •Визначення діаметра відстійника.
- •Визначення об’єму фільтрату Vф, м3/с
- •Визначення питомої продуктивності фільтра за цикл V, м3/м2
- •Визначення тривалості циклу фільтрування ф, с
- •Визначення необхідної площі поверхні барабанного вакуум-фільтра f, м2
- •Визначення частоти обертання барабана п, об/хв
- •Визначення ступеня занурення барабана в суспензію
- •1. Визначення потужності n, кВт на валу повітродувки при пневматичному перемішуванні визначають з рівняння:
- •2. Визначення кількості повітря, що подається в апарат, м3/с
- •1. Визначення відцентрової сили, яку створює шар суспензії с, кН:
- •2. Визначення фактору розділення Kр
- •5. Визначення опору осаду r, м-1
- •3. Теплові процеси Задача №1
- •Визначаємо загальні витрати охолодної води
- •2. Визначаємо питомі витрати охолодної води:
- •Задача №2
- •1. Визначення діаметра конденсатора.
- •2. Визначення кількості полиць і висоти конденсатора.
- •3. Визначення розмірів барометричної труби.
- •4. Визначення діаметрів патрубків.
- •Задача № 3
- •Теплофізичні властивості рідини, що нагрівається.
- •Розрахунок коефіцієнта тепловіддачі.
- •Задача №4
- •Визначення температурних умов нагріву.
- •Теплове навантаження і кількість нагрітої води.
- •Додатки
- •Теплофізичні властивості води на лінії насичення
- •Теплофізичні характеристики цукрових розчинів
- •9. Література Основна
- •Додаткова
- •Процеси і апарати біотехнологІчних виробництв методичні рекомендації
8. Виконання індивідуальних завдань.
У 4 чверті студенти денної форми навчання виконують курсову роботу, а студенти заочної форми навчання у 5 семестрі виконують контрольну роботу, а у 6 семестрі курсову роботу.
8.1. Завдання на виконання курсової роботи
1. Виконати гідродинамічний і масообмінний розрахунки ферментера для безперервного гомогенного культивування аеробної культури мікроорганізмів глибинним способом з метою біосинтезу білку за заданих умов процесу: повний об’єм ферментера V, м3; концентрація біомаси х, кг/м3; питома швидкість росту мікроорганізмів , год–1, економічний коефіцієнт споживання кисню за біомасою ; питомі витрати повітря Wпит = Wт /Vр на м3 робочого об’єму Vр. ферментера, Wпит, м3/год; коефіцієнт заповнення зап = Vр/Vn вибрати самостійно у межах 0, 5…0, 7; температура культивування – 35 С.
Концентрація розчиненого кисню в культуральному середовищі С=0,1 С, де С – середня рівноважна концентрація. Питомий потік розчиненого кисню, віднесений до одиниці об’єму культурального середовища, кг/(м3с), що споживається аеробною культурою мікроорганізмів, за заданих умов процесу розраховується за таким рівнянням:
Qv/c = X / 3600, кг/(м3 с),
2. Виконати тепловийрозрахунок ферментера і навести його схему на основі даних завдання 1, прийнявши тепловий ефект аеробного процесу біосинтезу в межах YQ/x = (6…15) 103, кДж/кг біомаси, тобто прийнявши питомий тепловий потік кВт/м3 (віднесений до 1 м3 культурального середовища):
Qvt = (6 15) 103Qvc, кВт/м3,
Початкова температура охолоджувальної води tп, ºC. Схемою охолодження задатись самостійно.
3. Згідно розрахованим конструктивним параметрам виконати ескіз ферментера.
4. Дати відповіді на теоретичні запитання з дисципліни (див. табл. п.8.1.2 та запитання п. 8.1.3).
5. Навести апаратурно-технологічну схему підключення апарата у виробництво.
8.1.1. Варіанти індивідуальних завдань на виконання курсової роботи
№ п / п |
Повний об’єм апарата V,м3 |
Питома швидкість росту мікроорганізмів μ, год-1 |
Концентрація біомаси Х, кг/ м3 |
Коефіцієнт заповнення апарата φзп |
Початкова температура охолоджуючої води tп, ˚C |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
1 |
0,5 |
0,15 |
8 |
0,50 |
8 |
2 |
0,6 |
0,18 |
8 |
0,60 |
10 |
3 |
0,8 |
0,20 |
9 |
0,70 |
15 |
4 |
1,0 |
0,22 |
10 |
0,55 |
8 |
5 |
1,5 |
0,25 |
10 |
0,65 |
10 |
6 |
1,8 |
0,28 |
11 |
0,75 |
15 |
7 |
2,0 |
0,30 |
12 |
0,50 |
8 |
8 |
2,2 |
0,32 |
14 |
0,60 |
10 |
9 |
2,5 |
0,35 |
15 |
0,70 |
15 |
10 |
3,0 |
0,18 |
18 |
0,50 |
18 |
11 |
3,5 |
0,15 |
20 |
0,60 |
8 |
12 |
4,0 |
0,22 |
22 |
0,70 |
10 |
13 |
5,5 |
0,25 |
18 |
0,50 |
15 |
14 |
6,0 |
0,80 |
15 |
0,60 |
20 |
15 |
6,5 |
0,15 |
8 |
0,50 |
8 |
16 |
7,0 |
0,18 |
8 |
0,60 |
10 |
17 |
8,0 |
0,35 |
10 |
0,70 |
15 |
18 |
8,5 |
0,25 |
11 |
0,50 |
20 |
19 |
10 |
0,20 |
12 |
0,60 |
8 |
20 |
12 |
0,22 |
15 |
0,70 |
10 |
21 |
15 |
0,15 |
8 |
0,50 |
18 |
22 |
18 |
0,15 |
9 |
0,55 |
8 |
23 |
20 |
0,20 |
10 |
0,60 |
10 |
24 |
22 |
0,20 |
11 |
0,65 |
15 |
25 |
25 |
0,25 |
12 |
0,70 |
18 |
26 |
28 |
0,15 |
13 |
0,50 |
20 |
27 |
30 |
0,18 |
14 |
0,55 |
8 |
28 |
32 |
0,15 |
15 |
0,60 |
10 |
29 |
33 |
0,18 |
16 |
0,65 |
15 |
30 |
35 |
0,18 |
17 |
0,70 |
8 |
31 |
40 |
0,15 |
18 |
0,50 |
10 |
32 |
45 |
0,20 |
19 |
0,55 |
15 |
33 |
50 |
0,22 |
20 |
0,60 |
8 |
34 |
55 |
0,18 |
21 |
0,65 |
10 |
35 |
60 |
0,15 |
8 |
0,70 |
15 |
36 |
15 |
0,20 |
10 |
0,50 |
8 |
37 |
20 |
0,15 |
11 |
0,55 |
10 |
38 |
25 |
0,20 |
12 |
0,60 |
15 |
39 |
30 |
0,15 |
15 |
0,05 |
8 |
40 |
32 |
0,22 |
8 |
0,60 |
10 |
41 |
35 |
0,18 |
10 |
0,70 |
15 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
42 |
38 |
0,15 |
15 |
0,50 |
8 |
43 |
40 |
0,20 |
20 |
0,60 |
10 |
44 |
42 |
0,25 |
10 |
0,55 |
15 |
45 |
45 |
0,15 |
12 |
0,65 |
20 |
46 |
48 |
0,18 |
15 |
0,70 |
8 |
47 |
50 |
0,22 |
8 |
0,55 |
10 |
48 |
52 |
0,15 |
10 |
0,50 |
15 |
49 |
55 |
0,18 |
15 |
0,55 |
20 |
50 |
60 |
0,20 |
20 |
0,60 |
8 |
51 |
62 |
0,22 |
8 |
0,65 |
10 |
52 |
65 |
0,25 |
10 |
0,70 |
15 |
53 |
68 |
0,15 |
12 |
0,60 |
20 |
54 |
70 |
0,20 |
15 |
0,50 |
8 |
55 |
72 |
0,22 |
18 |
0,55 |
10 |
56 |
76 |
0,25 |
20 |
0,60 |
15 |
57 |
78 |
0,15 |
20 |
0,70 |
20 |
58 |
10 |
0,18 |
22 |
0,50 |
8 |
59 |
10 |
0,15 |
25 |
0,55 |
10 |
60 |
20 |
0,18 |
8 |
0,60 |
15 |
61 |
30 |
0,22 |
10 |
0,70 |
20 |
62 |
40 |
0,15 |
15 |
0,50 |
22 |
63 |
50 |
0,18 |
18 |
0,60 |
8 |
64 |
60 |
0,20 |
20 |
0,70 |
10 |
65 |
70 |
0,15 |
22 |
0,50 |
15 |
66 |
10 |
0,22 |
25 |
0,60 |
20 |
67 |
15 |
0,18 |
8 |
0,70 |
22 |
68 |
18 |
0,20 |
10 |
0,55 |
8 |
69 |
20 |
0,22 |
15 |
0,65 |
10 |
70 |
22 |
0,15 |
20 |
0,75 |
15 |
71 |
25 |
0,22 |
22 |
0,55 |
8 |
72 |
28 |
0,15 |
8 |
0,60 |
10 |
73 |
30 |
0,18 |
10 |
0,70 |
15 |
74 |
35 |
0,10 |
15 |
0,55 |
20 |
75 |
38 |
0,15 |
20 |
0,60 |
8 |
76 |
40 |
0,18 |
22 |
0,70 |
10 |
77 |
42 |
0,22 |
8 |
0,55 |
15 |
78 |
45 |
0,25 |
10 |
0,60 |
20 |
79 |
48 |
0,30 |
15 |
0,70 |
8 |
80 |
50 |
0,15 |
20 |
0,55 |
10 |
81 |
10 |
0,18 |
22 |
0,60 |
8 |
82 |
15 |
0,20 |
25 |
0,70 |
10 |
83 |
20 |
0,22 |
8 |
0,55 |
15 |
84 |
25 |
0,10 |
10 |
0,60 |
20 |
85 |
30 |
0,15 |
15 |
0,70 |
22 |
86 |
40 |
0,18 |
20 |
0,60 |
8 |