Биохимия промышленного производства. Проект узла ферметативного гидролиза целлюлозы производительностью

• Название: Проект узла ферметативного гидролиза целлюлозы производительностью
• Анкор: Биохимия промышленного производства
• Дата: 01.02.2023
• Размер: 2.82 Mb.
• Имя файла: Биохимия промышленного производства.docx
• Тип: Курсовой проект; #915526
• страница: 4 из 7

3 ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ 

Ферментативный гидролиз целлюлозы разбивается на три стадии процесса:

- стадия подготовки;

- стадия ферментаци;

- стадия выделения.

Схема проекта узла ферментативного гидролиза целлюлозы представлена на рисунке 3.1.



Рисунок 3.1 - Технологическая схема узла ферментативного гидролиза целлюлозы

1 – Измельчитель; 2 – Смеситель; 3 – Смеситель; 4 – Реактор с перемешивающим устройством; 5 – Сепаратор.

I. Стадия подготовки.

На данной стадии происходит измельчение растительного сырья в измельчителе (1). При работе измельчителя сырье попадает в измельчающую камеру, в которой находятся два вращающихся металлических ножа. Проходя сквозь них сырье, измельчается до размера частиц 3-5 мм. При этом недостаточно измельчённое сырьё отправляется на повторное измельчение.

Измельчённое растительное сырьё смешивается в смесителе (2) с предварительно соединёнными в смесителе (3) водой и ферментами.
II. Стадия ферментации

Полученная смесь, состоящая из измельчённого растительного сырья, воды и ферментов, поступает в реактор (4) с перемешивающим устройством, где происходит ферментативный гидролиз целлюлозы в течение 12-32 часов при температуре 30 – 40 ˚С.
III. Стадия выделения.

Реакционная масса поступает в сепаратор (5), где путём фильтрования через решётки происходит отделение непрореагировавшей целлюлозы, которая возвращается на стадию смешения с ферментами и водой в смеситель (2).
Вывод. Для дальнейшей работы выполним технологические расчеты (материальный и тепловой баланс), а также подберем реактор для получения раствора гексозы в количестве 100 т/сутки. Также подберем перемешивающее устройство для ферментативного гидролиза целлюлозы.

4 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

4.1 Материальный баланс

Общее выражение для материального баланса процесса имеет вид:

где: – мольный поток, который попадает в реактор с перемешивающим устройством;

– мольный поток, который уходит из реактора с перемешивающим устройством;

– потери при проведении процесса. Принимаем

Протекание основной реакции имеет следующий вид:







Согласно данным приведенные в работе [9], ферментные препараты использовались в соотношении 3:1 по соотношению количества белка.
Таблица 4.1 – Исходные данные для расчета материального баланса

Технологический выход продукта F, %	Массовое соотношение исходных реагентов A:В	Производительность реактора, т/сутки	Степень превращения, X, %	Селективность основной реакции Ф,%	Состав исходного реагента, A, % масс				Состав исходного реагента В, % масс
					Целлюлоза	Ксилан	Маннан	H2O
78	1:0,1	100	86	100	85,5	7,5	7,0	100

Рассчитаем производительность реактора в кг/ч:

Расчет приходной части баланса в реактор:

1. 
   Рассчитаем производительность с учетом технологического выхода продукта:
   

Так как целлюлоза в реакционной массе находится в недостатке, то требуемый расход смеси рассчитываем по ней.

2. 
   Количество целлюлозы, необходимое для получения 5341,885 кг/ч продукта.
   

3. 
   Пересчитаем количество целлюлозы с учетом селективности процесса:
   

4. 
   Определяем количество целлюлозы с учетом степени превращения:
   

5. 
   Определим количество непрореагировавшей целлюлозы
   

6. 
   Определим количество целлюлозы с учетом её состава:
   

7. Количество примесей, поступивших с целлюлозой:






8. Определим количество воды, поступающей в реактор:




9. Определим количество воды, пошедшее на основную реакцию:




10. Количество непрореагировавшей воды:





Полученные данные сведем в таблицу материального баланса
Таблица 4.2 – Сводная таблица материального баланса

Приход			Расход
Вещество	кг/ч	%, масс	Вещество	кг/ч	%, масс
С6Н10О5 – целлюлоза		78,765	С6Н12О6 - гексоза	5341,855	57,916
Н2О – вода	726,491	7,876	С6Н10О5 – непрореаг. целлюлоза	1923,025	20,849
Ксилан	637,273	6,91	Вода пошедшая не реакцию	624,782	6,774
Маннан	594,788	6,449	Н2О – непрореаг. вода	101,709	1,103
			Ксилан	637,273	6,909
			Маннан	594,788	6,449
Итого	9223,462	100	Итого	9223,462

Вывод: таким образом, в результате составления материального баланса, рассчитанного с учетом технологических критериев и состава сырья, соответствующему закону действия масс ( ), установлено, что для получения раствора гексозы в количестве 5341,855 кг/ч нам потребуется взять 8496,97 кг/ч целлюлозы (в состав которой входит ксилан в количестве 637,273 кг/ч и маннан в количестве 594,788 кг/ч) и воды 726,491 кг/ч. Показатели данного процесса имеют высокие значения, а именно степень превращения составляет 86%, это говорит о том, что большая часть исходного вещества вступила в реакцию. Селективность, равная 100 % показывает, что прореагировавшее сырье полностью пошло на получение целевого продукта. Все выше перечисленные факторы обеспечивают выход продукта, равный 78%.