Ферментер по производству лизина
Цель работы: Выполнение комплексного расчета основных технологических и конструктивных параметров ферментера, предназначенного для микробиологического синтеза L-лизина с заданной производительностью 250 кг/сутки готового продукта.
Объем и содержание выполненной работы:
Работа представляет собой инженерный расчет и проектирование биореактора (ферментера) и включает следующие основные этапы, отраженные в пояснительной записке и на чертеже:
- Обзор литературы и свойств L-лизина. Проанализированы свойства L-лизина (структура, химические, физические, биологические свойства), его роль, промышленное производство методами микробиологического синтеза (с использованием Corynebacterium glutamicum / Brevibacterium flavum), а также ключевые параметры процесса ферментации.
- Материальный баланс:
- Рассчитана суточная масса получаемой сухой биомассы (212,5 кг/сут) исходя из заданной производительности по L-лизину (250 кг/сут) и остаточной влажности (15%).
- Определена годовая производительность (70125 кг/год).
- Рассчитана масса затрачиваемой питательной среды (318,75 кг/сут) с учетом коэффициента 1,5 кг/кг.
- Учтены потери с отбором проб (0,6 кг/сут) и испарением (65,7 кг/сут), скорректирована масса питательной среды (320,4 кг/сут).
- Рассчитан необходимый объем культуральной жидкости и общий рабочий объем ферментера с учетом времени ферментации (70 ч) и коэффициента заполнения (0,75).
- На основании расчета выбран стандартный типоразмер ферментера
- Кинетика процесса ферментации:
- Проанализирована кинетика роста микроорганизмов с использованием уравнения Моно. Определена константа насыщения
- Учтено ингибирование продуктами метаболизма с помощью модифицированного уравнения (Иерусалимского). Определена константа ингибирования
- Рассчитана средняя удельная скорость роста биомассы в процессе ферментации
- Расчет геометрических параметров ферментера:
- Выбрано оптимальное соотношение высоты к диаметру (H/D = 3:1).
- Рассчитаны основные размеры аппарата: диаметр и высота
- Расчет системы аэрации и перемешивания:
- Определен режим перемешивания
- Выбран тип мешалки
- Рассчитана мощность мешалки в аэрируемой среде с использованием критериальных зависимостей (Ne=5.5, коррекция Michel-Miller).
- Рассчитан коэффициент массопередачи кислорода по уравнению Ван'т Рита.
- Оценена скорость переноса кислорода и сравнена с максимальной скоростью потребления кислорода культурой, подтверждена достаточность системы аэрации с запасом.
- Тепловой расчет ферментера:
- Рассчитано тепловыделение в процессе биосинтеза
- Учтено тепло, вносимое мешалкой
- Оценены теплопотери в окружающую среду и тепло, затрачиваемое на испарение
- Определено суммарное количество тепла, которое необходимо отводить
- Рассчитана требуемая площадь поверхности теплообмена при заданном коэффициенте теплопередачи
- Проведена оценка конструкции теплоотвода. Расчет в тексте показал, что площади внешней рубашки достаточно для отвода тепла
Глава 1. Обзор ферментируемого вещества. 7
1.1. Общие сведения о L-лизине. 7
1.2. Молекулярная структура, химические, биологические и физические свойства L-лизина. 10
Глава 2. Материальный баланс процесса ферментации. 12
2.1. Расчёт массы получаемой биомассы в сутки. 12
2.2. Расчёта объёма культуральной жидкости и чаши ферментера. 13
Глава 3. Кинетика процесса ферментации. 16
3.1. Определение констант уравнения Моно. 16
3.2. Расчёт средней скорости роста. 17
Глава 4. Расчёт геометрических параметров ферментера. 19
4.1. Расчёт отношения высоты и диаметра. 19
4.2. Расчёт диаметра и ширины ферментера. 20
Глава 5. Расчёт аэрации и перемешивания. 21
5.1. Расчёт критерия Рейнольдса. 21
5.2. Расчёт мощности мешалки в вакууме. 21
5.3. Расчёт скорости массопередачи кислорода. 22
5.4. Расчёт коэффициента массопередачи. 23
Глава 6. Тепловой расчёт ферментера. 25
6.1. Расчет количества тепла, выделяющегося в процессе ферментации. 25
6.2. Суммарный тепловой баланс. 26
Doran P. M. Bioprocess engineering principles [Конференция] // Academic Press. - Нью-Йорк : The New Times Academic, 1995. - Т. 2.
EFSA Panel on Biological Hazards (BIOHAZ). Scientific Opinion on risk based control of biogenic amine formation in fermented foods [Раздел книги] // EFSA Journal / авт. книги Cournell W.T.. - Jakarta : [б.н.], 2014. - Т. 9(10), 2393.
Wu G. Functional amino acids in nutrition and health [Статья]. - 2009 г.. - Amino Acids. - 1 : Т. 37. - стр. 1-17.
Вандепитт Джеймс Основные методы лабораторных исследований в клинической бактериологии [Статья] // Всемирная организация здравоохранения. - Женева : [б.н.], 2004 г.. - 10665/40859.
Торида Ясушико Lysine and other amino acids for feed: production and contribution to protein utilization in animal feeding [Статья] // FOOD AND AGRICULTURE ORGANIZATION OF THE UNITED NATIONS. - Токио, Япония : Ajinomoto Co., Inc., 2005 г.. - FAO.
Христов Дмитрий Иванович и Лейков Михаил Геннадьевич Separation of amino acids by ion-exchange chromatography. In Amino acid analysis: methods and protocols (Разделение аминокислот с помощью ионообменной хроматографии. В книге "Аминокислотный анализ: методы и протоколы) [Раздел книги] // Аминокислотный анализ: методы и протоколы / авт. книги Костомаров Василий Евгеньевич. - Самара : AcademiaPress, 2003. - Т. 4.
Янг Лили Особенности культивации основных аминокислот в щелочной среде [Книга]. - Пекин : Издательство Пекинского технологического университета, 2004. - Т. 1.
