II.4.6. Bilanturi de materiale
Operație Filtrare Precipitare și neutralizare Filtrare Acidulare Decolorare si filtrare Demineralizare și concentrare Cristalizare Filtrare Uscare
Randamente 80% 90% 90% 100% 85% 100% 90% 90% 98%
Calcule preliminare Productia=45 t/an=45000kg/an FAT=330 zile
n s
FAT 24 t s
7920 168
47,14 48
șarje
ts=tf +taux=156+12=168 ore
– durata fermentației, taux – timpi FAT – fond fond anual de timp, t s – durata durata unei sarje, t f – durata timpi auxiliari (10 – 15 15 ore)
Productia pe șarj a, Ps Ps:
Ps
P an n s
45000 48
937,5
kg/șarjă
Producția î n f erm entator, P f : f
P f
Ps g
937,5 0, 43722504 43722504
Productivitate Productivitatea a microorganismulu microorganismulu i,P:
P=50 kg/m 3
2144, 2144, 2047 kg/șarjă
Volumul util, Vu: Vu
P f P
2144, 2047 50
42,8841m
3
Masa lichidului de fermentatie, M: M
V u
ρ – densitatea apei la temperatura din fermentator 30ºC……………996 kg/m3 40ºC……………992 kg/m3
32 C
M
996 992 30 40
32 30 996 995, 2kg / m3
Vu 995, 2 42,8841
42678, 2563kg
1. Pregătirea mediului de cultură:
3% zahăr,melasă cu concentrația în zahar 15% 0,3% fosfat monopotasic 4% extract de porumb 0,1% CaCO3 0,1% ZnSO4 0,3% MgSO 4 Diferența până la 100% este apă. Melasă:
100 kg Mdc……… ...............3 kg zahăr 42678,2563 kg Mdc………x x
42678, 2563 3 100
1280,3477
kg/șarjă zahăr
100 kg melasă………………15 kg zahăr y……………………………..1280,3477 kg/șarjă zahăr y
1280,3477 100 15
8535, 6513
Melasa: 20% din masa mediului de cultură.
kg/șarjă melasă
Extract de porumb:
100 kg Mdc ……….................4g extract de porumb 42678,2563 kg...... ………......x1 42678, 2563 4
x1
100
1707,1303
kg/șarjă extract de porumb
Fosfat monopotasic:
100 kg Mdc ……….......................0,3 kg KH 2PO4 42678,2563 kg………..................x2
x2
42678,2563 0,3
128,0347
100
kg/șarjă KH2PO4
Carbonat de calciu:
100 kg Mdc ………......................0,1 kg CaCO 3 42678,2563 kg……….................x3
x3
42678,2563 0,1 100
42,6783 kg/șarjă CaCO3
Sulfat de zinc:
100 kg Mdc.................... ………0,1 kg ZnSO 4 42678,2563 kg……...............…x4
x4
42678, 2563 0,1 100
42,6783 kg/șarjă ZnSO4
Sulfat de magneziu: 100 kg Mdc................... ………0,1 MgSO4 42678,2563 kg……..............…x5
x5
42678,2563 0,3 100
128,0347
kg/șarjă MgSO4
Apă: 100 kg Mdc................... ………75,2 kg apă 42678,2563 kg………..............z
z Nr. 1 2 3 4 5 6 7
42678, 2563 75, 2 100
Mărimi intrate Melasă Extract de porumb KH2PO4 CaCO3 ZnSO4 Mg SO4 Apa Total
% 20 4 0,3 0,1 0,1 0,3 75,2 100
32094,0487
Kg/șarjă 8535,6513 1707,1303 128,0347 42,6783 42,6783 128,0347 32094,0487 42678,2563
kg/șarjă apă
Mărimi ieșite Melasă Extract de porumb KH 2PO4 CaCO 3 ZnSO 4 Mg SO 4 Apa Total
% 20 4 0,3 0,1 0,1 0,3 75,2 100
Kg/șarjă 8535,6513 1707,1303 128,0347 42,6783 42,6783 128,0347 32094,0487 42678,2563
Deoarece în procesul de sterilizare o parte din componenții mediului de cultur ă se degradează următorii compuși se iau în exces de 10%: melasă, extract de porumb. Melasă: 8535,6513 1,1 9389,2164 kg/șarjă (22%) Extract de porumb: 1707,1303 1,1 1877,8433 kg/șarjă (4,4%) Redeterminarea cantității de apă necesar ă:
100 kg Mdc...................………72,8 kg apă 42678,2563 kg………..............w
w
Nr. 1 2 3 4 5 6 7
42678, 2563 72,8
Mărimi intrate Melasă Extract de porumb KH2PO4 CaCO3 ZnSO4 Mg SO4 Apa Total
100
% 22 4,4 0,3 0,1 0,1 0,3 72,8 100
31069,7706
Kg/șarjă 9389,2164 1877,8433 128,0347 42,6783 42,6783 128,0347 31069,7706 42678,2563
kg/șarjă apă
Mărimi ieșite Melasă Extract de porumb KH 2PO4 CaCO 3 ZnSO 4 Mg SO 4 Apa Total
% 22 4,4 0,3 0,1 0,1 0,3 72,8 100
Kg/șarjă 9389,2164 1877,8433 128,0347 42,6783 42,6783 128,0347 31069,7706 42678,2563
2. Sterilizarea mediului de cultură:
Nr. 1 2 3 4 5 6 7
Mărimi intrate Melasă Extract de porumb KH2PO4 CaCO3 ZnSO4 Mg SO4 Apă Total
% 22 4,4 0,3 0,1 0,1 0,3 72,8 100
Kg/șarjă 9389,2164 1877,8433 128,0347 42,6783 42,6783 128,0347 31069,7706 42678,2563
Mărimi ieșite Melasă Extract de porumb KH 2PO4 CaCO 3 ZnSO 4 Mg SO 4 Apa Total
3. Fermentație:
a) Necesarul de aer : 1L aer/1L Mdc min
10-3 m3 Mdc..……………................... 10 -3 m3aer 42,8841 m 3 Mdc....................................x m 3aer x = 42,8841 m 3/șarjă aer 1 min ................................................... 42,8841 m 3 aer 9360 min ...............................................V aer m3 Vaer = 401395,176 m 3/șarjă aer
ρ=
ρaer = ρ0
=
Maer = 1,2731 401395,176= 511016,1986 Kg/șarjă aer
b) Biomasa
Concentrația biomasei în proces CX = 20 g s.u. / L Mdc Celulele vii: 20 % s.u. , 80 % apă . 100 g celule ............................................... 20 g s.u. x = 100 g celule .......................................... 20 g s.u. 10-3 m3 Mdc.................................... 100 g celule 42,8841 m 3 Mdc...............................cx g celule cx = 4288410 g celule = 4288,41 Kg celule /șarjă biomasă
% 20 4 0,3 0,1 0,1 0,3 75,2 100
Kg/șarjă 8535,6513 1707,1303 128,0347 42,6783 42,6783 128,0347 32094,0487 42678,2563
c) Apa evaporată
1 Kg aer ………………………....… 0,01 Kg apă 511016,1986 Kg aer …….................y Kg/șarjă apă evaporată y = 5110,1619 Kg/șarjă apă evaporată. Minocul = 0,1 MMdc Minocul= 4267,8256 Kg/șarjă inocul Mmediu = 0,9MMdc Mmediu = 38410,4307 Kg/șarjă mediu MLdf = Minocul + Mmediu- Mapa evap - M biomasa MLdf =4267,8256+38410,4307 – 5110,1619-4288,41=33279,6844 Kg/șarjă Ldf
Nr. crt. 1
Mărimi intrate
Kg/șarjă
Mediu de cultură
38410,4307
2 3 4
Inocul Aer
4267,8256 511016,1986
Total
553694,4549
Mărimi ieșite Lichid de fermentație (Acid citric) Biomasă Aer Apă evaporată Total
Kg/șarjă 33279,6844 (2144,2047) 4288,41 511016,1986 5110,1619 553694,4549
4. Filtrare
80%
Precipitatul reține 20% din lichidul de fementaț ie M pp
M pp
M filtrat
M biomasa 0, 2 M pp M biomasa 0,8
M ldf
4288, 41 0,8
5360,5125kg /
sarja
0,2 M pp 33279,6844 0,2 5360,5125 32207,5819 kg /
sarja
a P f 0,8 2144, 2047 0,8 1715,3638 kg / sarja
Nr. crt. 1
Mărimi intrate
Kg/șarjă
Mărimi ieșite
Kg/șarjă
Lichid de fermentație
33279,6844
Precipitat
5360,5125
2
(Acid citric) Biomasă
(2144,2047) 4288,41
Total
37568,0944
Filtrat (Acid citric) Total
32207,5819 (1715,3638) 37568,0944
5. Precipitare și neutralizare
a
x
y′
z′
2C6H8O7 + 3Ca(OH) 2 → (C6H5O7)2Ca3 + 6H2O
2∙192
3∙74
498
6∙18
a = Pf =2144,2047 a=1715,3638 x = 991,6947 Kg/șarjă Ca(OH)2
y’ = 2224,6124 Kg/ șarjă citrat de Ca z’ = 482,4461 Kg/ șarjă apă y = y’ Kg/șarjă z = z’ Kg/șarjă Ca(OH)2, conc = 20 %, 5 % exces MCa(OH)2, exces = 0,05 Kg/șarjă MCa(OH)2, nereact= 0,1 Kg/șarjă Macid citric p=0,9 kg/șarjă C=
md = 1,05 Kg/șarjă ms = 5206,397 Kg/șarjă Mapa din Ca(OH)2 = ms – md = 4165,1176 Kg/ șarjă Mape rezid = Mfiltrat – Macid citric p+z + MCa(OH)2, exces + MCa(OH)2, nereact+ Mapa din Ca(OH)2 = 32207,5819-1543,8274+434,2015+49,5847+99,1695+4165,1176=35411,8278
Kg/șarjă
Nr. crt. 1
Mărimi intrate
Kg/șarjă
Mărimi ieșite
Kg/șarjă
32207,5819 (a=1715,3638) 5206,397
Ape reziduale
35411,8278
2
Filtrat (A.C) Ca(OH)2, 20%
Citrat de Ca (A.C)
3
Total
37413,979
Total
2002,1512 (b=0,9 1543,8274) 37413,979
6.
Filtrare
η = 90 % Precipitatul retine 20 % umiditate M pp = Mcitrat + 0,2M pp M pp =
=
Kg/șarjă (x)
Datorită randamentului, M pp = 0,9 x = 2252,4201 Kg/șarjă Mcitrat pierdut = 0,1 Mcitrat = 200,2151 Kg/șarjă Mfiltrat= Mape reziduale – 0,2 M pp + Mcitrat p Mfiltrat= 35411,8278 – 0,2∙2252,4201+200, 2151 = 35161,5589 Kg/șarjă
Nr. Mărimi intrate crt. 1 Ape reziduale
Kg/șarjă
2
Citrat precipitat (A.C)
3
Total
2002,1512 (b=1543,8274) 37412,979
7.
Acidulare
35411,8278
Mărimi ieșite
Kg/șarjă
Precipitat (A.C) Filtrat
2252,4201 (c=0,9∙b=1389,4447) 35161,5589
Total
37413,979
c= 1389,4447
x
y
z
(C6H5O7)2Ca3 + 3H2SO4→ 2C6H8O7 + 3CaSO4 498
3∙98
2∙192
3∙136
x = 820,2746 Kg/șarjă y = 1071,3790 Kg/șarjă z = 1138,3402 Kg/șarjă H2SO4, c=20 %, exces 5 % MH2SO4, exces= 0,05∙ x = 41,0137 Kg/șarjă md = 1,05 ∙x = 861,2883 Kg/șarjă ms =
Kg/șarjă
Mapa din H2SO2 = ms – md = 3445,1532 Kg/șarjă Msol acide= Mapa din H2SO2 + MH2SO4, exces +y+ Mumid. pp = =3445,1532 + 41,0137+1071,3790+862,9754 = 5420,5213 Kg/șarjă Mumid. pp = M pp -c =2252,4201-1389,4447 = 862,9754 kg/șarjă
Nr. crt. 1 2
Mărimi intrate
Kg/șarjă
Mărimi ieșite
Kg/șarjă
Precipitat (A.C.) Sol H2SO4 Total
2252,4201 (c=1389,4447) 4306,4415 6558,8616
Solutie acidă (A.C) CaSO 4 Total
5420,5213 (d=c=1389,4447) 1138,3402 6558,8615
8.
Decolorare si filtrare
η=85 % Masa carbunelui activ reprezintă 20 % din masa soluției acide. Mcarb activ = 0,2Msol acida = 1084,1043 Kg/șarjă M pp =
= 3794,4034 Kg/șarjă Mfiltrat = Msol acida – 0,15Msol acida – 0,2 M pp =5420,5213-813,0782-758,8807 =3848,5624 Kg/șarjă
Nr. crt. 1 2 3
Mărimi intrate
Kg/șarjă
Mărimi ieșite
Kg/șarjă
Solutii acide (A.C) CaSO4
5420,5213 (d=1389,4447) 1138,3402
Precipitat
3794,4034
Filtrat (A.C)
3848,5624 (e=0,85∙d=1181,028)
Cărbune activ Total
1084,1043 7642,9658
Total
7642,9658
9.
Cristalizarea
η= 90 % Mape rezid = Mfiltrat- Macid citric Macid citric =0,9∙ e = 0,9∙1181,028=1062,9252 Kg/șarjă (f) Mape rezid = 3848,5624 – 1062,9252= 2785 ,6372 Kg/șarjă
Nr. crt. 1
Mărimi intrate
Kg/șarjă
Mărimi ieșite
Kg/șarjă
Filtrat (A.C.)
3848,5624 (e =1181,028)
A.C cristalizat
1062,9252
Ape reziduale Total
2785,6372 3848,5624
2 Total
3848,5624
10. Filtrare
η=90 % Precipitatul reține 10% din umiditate. M pp =
Mfiltrat= Mape rezid + 0,1Macid citric - 0,1 Macid citric = 2785,6372+0,1∙1062,9252 -0,1∙1062,9252 =2785,6372 kg/șarjă
Nr. crt. 1 2
Mărimi intrate
Kg/șarjă
Mărimi iesite
Kg/șarjă
Acid citric (f) Ape reziduale Total
1062,9252
Precipitat (A.C) Filtrat Total
1062,9252 (g) (h=0,9∙f=956,6327) 2785,6372 3848,5624
2785,6372 3848,5624
11. Uscare
η = 98 % Mapaevap = 0,1 g + 0,02 h = 0,1∙1062,9252 +0,02∙ 956,6327=106,2952+19,1327 = 125,4252 Kg/șarjă Macid citric = 0,98∙ h = 0,98 ∙ 956,6327 =937,5000 Kg/șarjă
Nr. crt. 1
Mărimi intrate
Kg/șarjă
Mărimi iesite
Kg/șarjă
Precipitat
1062,9252
Acid citric
937,5000
1062,9252
Apa evaporată Total
125,4252 1062,9252
2 Total
