Проект цеха по производству кормового концентрата триптофана

 

 

процесс выращивания производят в  периодическом режиме последовательно  в инокуляторах  на 1 м³ и на 10 м³, которые представляют собой сосуды цилиндрической формы со сферической  крышкой и днищем, оборудованные  мешалкой (инокулятор второй ступени), барботером (для аэрации), посевным штуцером, рубашкой для охлаждения водой, давильной трубой, выхлопной  трубой для вывода отработанного  воздуха, лючком, двумя смотровыми стеклами для наблюдением за вспениванием, штуцером для отбора проб, гильзой  термометра, манометром и индивидуальным воздушным фильтром.

Для упаривания культуральных  жидкостей, содержащих термолабильные препараты, наибольшее применение имеют  трехкорпусные вакуум-выпарные установки, состоящие из трех последовательно  соединенных однокорпусных аппаратов  со стекающей пленкой. Для снижения потерь биологически активных веществ необходимо сокращать время пребывания термолабильных продуктов в теплообменных аппаратах. Для этого необходимо интенсифицировать процесс тепло- и массообмена. Интенсификация тепло- и массообмена достигается за счет создания тонкой пленки жидкости. В качестве теплоносителя используется водяной пар низкого давления. Первый корпус установки обогревается паром, поступающим из паровых котлов или турбин, а обогрев каждого последующего корпуса осуществляется вторичным паром из предыдущего корпуса. В многокорпусных установках головной корпус работает под избыточным давлением, а хвостовые — под разрежением, благодаря чему снижается удельный расход греющего пара в сравнении с однокорпусными. КЖ упаривается до концентрации сухих веществ 45%. Установка имеет в своем составе греющие камеры, сепараторы, барометрический конденсатор смешения.

Биологически активные вещества при сушке подвергаются существенным изменениям, вызванным  повышением концентрации некоторых  соединений, влиянием температуры сушильного агента, кислорода воздуха, изменением реакции среды и т. д. В результате могут образовываться новые соединения, инактивироваться активные вещества. Поэтому все                                                         эти факторы должны быть учтены при выборе способа сушки и вида                                                   установки. Сушку концентратов, содержащих аминокислоты, такие, как лизин, гистидин, аргинин, триптофан, до влажности 8—10 % осуществляют на распылительных, ленточных сушилках и на сушилках в кипящем слое. Выбираем распылительную сушилку с коническим днищем, т.к. распылительная сушилка позволяет проводить процесс при довольно мягких режимах, исключающих высокие потери триптофана. Центробежное распыление продукта дает возможность равномерно распыливать жидкость и интенсифицировать процесс испарения влаги. Высушиваемый раствор проходит через диск распылительной головки, вращающейся с большой частотой, благодаря чему частицы жидкости превращаются в мельчайшие капли (туман) и увеличивается активная поверхность жидкости. Способ распыления более надежен по сравнению со способами сушки под давлением и пневматическим посредством сопел и имеет незначительную опасность засорения, низкую чувствительность системы к абразивному воздействию, возможность изменения скорости подачи, частоты вращения диска, а следовательно, и размера частиц без существенного изменения других параметров. Камеры, предназначенные для сушки, изготовляются из нержавеющей стали. Они могут быть с плоским днищем или коническим, причем первые имеют устройство для удаления высушенного продукта. В камерах с коническим днищем готовый продукт в виде порошка удаляется под действием силы тяжести. Достоинствами распылительных сушилок являются быстрота процесса сушки, низкая температура материала при сушке, получение продукта в виде мелкого порошка, не требующего дальнейшего измельчения и обладающего хорошей растворимостью. В качестве сушильного агента используются дымовые газы от сжигания природного газа. Температура газа на входе в сушилку 300-350 оС, на выходе из нее 80-90 оС. Отработанные газы очищаются от порошкообразного продукта в циклонах и оступают на очистку в систему МОГ. Порошкообразный продукт выводится из конического днища сушилки и посредством системы пневмотранспорта и разгрузочного циклона поступает на фасовку.

 

 

3. Расчет материально-тепловых балансов

3.1 Материальный баланс.

Исходные  данные.

1. Производственная мощность предприятия  – 250 т

    сухого кормового препарата  триптофана в год.

2. Время работы оборудования  в году – 345 дней.

3. Продуктивность культуры –  10 кг/м³.

4. Объем ферментатора – 100 м³.

5. Продолжительность ферментации  – 52 - 60 ч.

6. Оборот ферментатора – 76 ч.

7. Коэффициент заполнения ферментатора  – 0,7.

8. Объем исходной питательной  среды (ИПС) – 40 м³,

 в том числе посевного  материала – 7 м³.

10. Состав исходной питательной  среды, кг/м³:

сахароза – 100;

кукурузный экстракт – 20 (25);

мочевина – 5;

KH₂PO₄ – 0,6;

K₂PO₄∙3H₂O – 1,4;

MgSO₄∙7H₂O – 1,0;

NaCl – 0,5;

пропинол Б-400 – 1,0;

вода (конденсат ВВУ) – остальное.

11. Состав подпитки, кг/м³:

сахароза – 350;

кукурузный экстракт – 150

мочевина – 22,5;

KH₂PO₄ – 1,8;

K₂PO₄∙3H₂O – 4,2;

MgSO₄∙7H₂O – 10,0;

NaCl – 10,0;

вода (конденсат ВВУ) – остальное.

12. Испарение и каплеунос при  ферментации – 8 % от КЖ.

13. Потери триптофана в производстве  на технологических стадиях, %:

упаривания КЖ – 6;

сушки концентрата – 4;

упаковки продукта – 1.

Объем производства триптофана составляет 250 т/год, или 250 : 345 = 0,72 т/сут.

Необходимо  получить триптофана на стадии ферментации  с учетом производственных потерь:

                      _(3.1.1)где   0,99; 0,96; 0,94– коэффициенты, учитывающие потери триптофана на технологических стадиях;

 

Количество  КЖ, получаемой с одной операции по биосинтезу триптофана, с учетом испарения жидкости и каплеуноса в процессе ферментации составит:

0,7∙100∙(1 – 0,08) = 64,4 м³,                                                (3.1.2)

где      70 – общий объем ИПС и подпитки, м³.

Количество  лизина в КЖ с одной операции:

64,4 ∙ 10 = 644 кг,                                                       (3.1.3)

где      10 – содержание триптофана в КЖ, кг/м³.

Требуемое число операций за сутки (число сливов КЖ):

0,72 ∙ 10³ : 644 = 1                                                          (3.1.5)

3.1.1 Ферментация. Для приготовления исходной питательной среды объемом 33 м³ требуется:

– сахарозы

33 ∙ 100 = 3300 кг,                                                          (3.1.6)

или

3300 : 1600 = 2,063 м³,                                                      (3.1.7)

где     1600 – плотность сахарозы, кг/м³.

– кукурузного экстракта

33 ∙ 20 = 660 кг,                                                           (3.1.8)

или

660:1260=0,524 м³,                                                         (3.1.9)

где     1260 – плотность кукурузного экстракта, кг/м³.

– мочевины

33 ∙ 5 = 165 кг,                                                           (3.1.10)

или

165 : 1320 = 0,125 м³,                                                      (3.1.11)

где     1320 –плотность мочевины, кг/м³.

– KH₂PO₄

33 ∙ 0,6 = 19,8 кг,                                                         (3.1.12)

 или

19,8 : 2340 = 0,0085 м³,                                                   (3.1.13)

где      2340 – плотность KH₂PO₄, кг/м³.

– K₂HPO₄∙3H₂O

33∙1,4=46,2 кг,                                                          (3.1.14)

или

46,2 : 1915=0,024 м³,                                                    (3.1.15)

где      1915 – плотность K₂HPO₄∙3H₂O, кг/м³.

– MgSO₄

33∙1=33 кг,                                                            (3.1.16)

 или

33 : 1700=0,0194 м³,                                                    (3.1.17)

где      1700 – плотность MgSO₄, кг/м³.

– NaCl

33∙0,5=16,5 кг,                                                        (3.1.18)

или

16,5 : 2165=0,0076 м³,                                                  (3.1.19)

где      2165 – плотность NaCl, кг/м³.

– пропинола Б-400

33 ∙ 1,0 = 33 кг,                                                       (3.1.20)

или

33 : 990 = 0,033 м³,                                                   (3.1.21)

где      990 – плотность пропинола Б-400, кг/м³.

Общий объем всех компонентов составит:

2,063+0,524+0,125+0,0085+0,024+0,0194+0,0076+0,033=2,8045 м³                 (3.1.22)

Количество  воды (конденсата ВВУ) для приготовления  среды:

33 – 2,8045 = 30,1955 м³                                              (3.1.23)

Для приготовления подпитки объемом 30 м³ требуется:

– сахарозы

30 ∙ 350 = 10500 кг,                                                  (3.1.24)

или

10500 : 1600 = 6,563м³,                                                (3.1.25)

где     1600 – плотность сахарозы, кг/м³.

– кукурузного экстракта

30 ∙ 150 = 4500 кг,                                                     (3.1.26)

или

4500:1260=3,571 м³,                                                   (3.1.27)

где      1260 – плотность кукурузного экстракта, кг/м³.

– мочевины

30 ∙ 22,5 = 675 кг,                                                     (3.1.28)

или

675 : 1320 = 0,51 м³,                                                    (3.1.29)

где      1320 –плотность мочевины, кг/м³.

– KH₂PO₄

30 ∙ 1,8 = 54 кг,                                                        (3.1.30)

или

54 : 2340 = 0,023 м³,                                                    (3.1.31)

где      2340 – плотность KH₂PO₄, кг/м³.

– K₂HPO₄∙3H₂O

30∙4,2=126 кг,                                                         (3.1.32)

или

126 : 1915=0,066 м³,                                                   (3.1.33)

где      1915 – плотность K₂HPO₄∙3H₂O, кг/м³.

– MgSO₄∙7H₂O

30∙10=300 кг,                                                        (3.1.34)

или

300 : 1700=0,176 м³,                                                  (3.1.35)

где      1700 – плотность MgSO₄∙7H₂O, кг/м³.

– NaCl

30∙10=300 кг,                                                        (3.1.36)

или

300 : 2165=0,139 м³,                                                  (3.1.37)

где      2165 – плотность NaCl, кг/м³.

Общий объем всех компонентов:

6,563 + 3,571 + 0,51 + 0,023 + 0,066 + 0,176+0,139 = 11,048 м³         (3.1.38)

Количество  воды (конденсата ВВУ) составит:

30 – 11,048 = 18,952 м³                                               (3.1.39)

Полученные данные сводим в таблицу. Суточный расход компонентов определяем исходя из потребности в них на одну операцию и числа операций (сливов КЖ) за сутки.

Таблица 3.1 - Материальный баланс процесса ферментации

Наименование компонентов	Количество на одну операцию		Количество за сутки
	по массе, кг	по объему, м3	по массе, т	по объему, м3
1	2	3	4	5
Приход
Исходная питательная среда:
– сахароза	3300	2,063	23,265	14,544
– кукурузный экстракт	660	0,524	4,653	3,694
– мочевина	165	0,125	1,163	0,881
– KH2PO4	19,8	0,0085	0,14	0,06
– K2HPO4∙3H2O	46,2	0,024	0,326	0,17
– MgSO4∙7H2O	33	0,0194	0,233	0,137
– NaCl	16,5	0,0076	0,116	0,0536
– пропинол Б-400	33	0,033	0,233	0,233
– вода (конденсат ВВУ)	30195,5	30,1955	212,878	212,878
– посевной материал	7350*	7,0	51,817	49,35
Всего:	41819	40,0	294,824	282
Подпитка:
– сахароза	10500	6,563	74,025	46,27
– кукурузный экстракт	4500	3,571	31,725	25,175
– мочевина	675	0,51	4,759	3,6
– KH2PO4	54	0,023	0,381	0,162
– K2HPO4∙3H2O	126	0,066	0,888	0,465
– MgSO4∙7H2O	300	0,176	2,115	1,24
– NaCl	300	0,139	2,115	0,98
– вода (конденсат ВВУ)	18952	18,952	133,612	133,612
Всего:	35407	30,0	249,62	211,5
Итого:	77226	70,0	544,443	493,5
Расход
Жидкость на испарение и  каплеунос	6155	5,6	43,4	39,48
Культуральная жидкость	71071	64,4	501,05	454,02
Итого	77226	70	544,443	493,5