|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
СПИРТОВЫЕ ДРОЖЖИ Спиртовые дрожжи в промышленном производстве спирта Атлас производственных дрожжей Saccharomyces cerevisiae расы XII Расчет бродильного отделения при непрерывном сбраживании затора Дрожжегенерирование при непрерывном сбраживании осахаренных заторов Фотостимуляция дрожжей для ускоренного сбраживания сусла Накопление дрожжами целевого продукта - этилового спирта Теоретические основы непрерывного культивирования дрожжей и спиртового производства Математическое моделирование и Расчет дрожжегенераторов и бродильных аппаратов для непрерывного брожения
СБРАЖИВАНИЕ Контроль качества зрелой бражки Периодический метод сбраживания осахаренного сусла Непрерывные схемы брожения в технологии спирта. Поточный метод сбраживания крахмалистых материалов Головной чан бродильной батареи Брожение и образование сивушного масла Чистка и дезинфекция оборудования спиртового производства Расчет внутреннего змеевикового охладителя бродильного чана Охлаждение бродильного чана выносными теплообменниками Схемы непрерывных бродильных установок с элементами под вакуумом Ускорение непрерывного спиртового брожения рециркуляцией дрожжей Интенсификация непрерывного брожения сусла / бражки с применением вакуума Влияние концентрации сухих веществ в исходном сусле на динамику накопления продуктов брожения Теория непрерывного процесса перемещения жидкости в батарее сообщающихся сосудов Оборудование для непрерывного брожения Влияние адаптации дрожжей к пониженному рН среды на их метаболизм при сбраживании мелассного сусла Сбраживание сусла из крахмалсодержащего сырья термотолерантными дрожжами
|
Математическое моделирование и Расчет дрожжегенераторов и бродильных аппаратов для непрерывного брожения
Для описания процесса брожения в каскаде аппаратов, соединенных последовательно, можно для каждого аппарата записать материальный баланс по биомассе и сахару в виде [2] dXi / dt = miXi — D (Xi — Xi-1), (1) dSi / dt = — 1/Y miXi + D (Si — Si-1), (2)Уравнение материального баланса для основного продукта метаболизма спирта: Pi = Pi-1 + a (Si — Si-1), (3)или Pi = a (S 0 — Si), (4)где Xi Si Pi — концентрация биомассы, сахара и спирта в i-аппарате, млн/мл, %, % об.;S0 — концентрация сахара в сусле, %;D — скорость разбавления, ч -1; Y — экономический коэффициент выхода биомассы, (млн / мл) / %; a — экономический коэффициент выхода спирта, %/%; mi — удельная скорость роста биомассы в i-м аппарате, ч -1;Кинетика роста биомассы описывается уравнением, предложенным ранее [1]: m = mm S / (Ks + S + K 's S2) x Kp / (Kp + P2), (5)где m m — максимальная удельная скорость роста дрожжей, ч -1;K s — константа насыщения, %;K 's — константа ингибирования субстратом, %-1; Kp — константа ингибирования продуктом, [г/ 100 мл]2. Подставляя (4) в (5), получим m = mm S / (Ks + S + K 's S2) x Kp / (Kp + [a (S0 — Si)]2 ), (6)
В установившемся режиме имеет место: dxi / dt = dSi / dt = 0 , (7)
Уравнения (1), (2), (4), (6) и (7) составляют математическую модель брожения в каскаде аппаратов, соединенных последовательно в установившемся режиме. Аналитическое решение для определения равновесных концентраций Xi , Si , Pi приведено в [2]. Однако в качестве кинетического выражения удельной скорости роста использовано уравнение Моно, не учитывающее действие спирта, как ингибитора. При использовании более сложных моделей получение аналитического решения связано со значительными трудностями, а иногда получить его даже нельзя. Достаточно просто Xi , Si , Pi определяются графически.В начале необходимо определить Xi и Si. Для этого следует построить кривую m=m(S) при соответствующем Sо. Функция m(S) задана кинетическим уравнением (6). Абсцисса точки Aо, полученная в результате пересечения кривой m(S) и линии m=D, соответствует концентрации сахара в первом аппарате (см. рисунок). Значение X1 определим из (2) с учетом найденного из рисунка S1X1 = Y (So - S1) , (7)
График. Определение равновесных концентраций Xi , Si , Pi в аппаратах батареиПреобразуем уравнение (1) и (2) с учетом (7) к виду: mi = D (Xi — Xi-1) (10) Для определения Х2 и S 2 необходимо построить графики m2=m2(X2) и m2=m2(S2) при найденных Х1 и S 1. Для построения m2=m2(S2) удобно (10) разрешить относительно S iS i = (DSi-1 — 1/Y miXi ) / D (11) Определяя соответствующие значения m2 и S2 из (9), находим S2 из (11). Пересечение кривых m=m(S) и m2=m2(S2) даст точку A1, абсцисса которой соответствует S 2. Для нахождения X2 необходимо из точки A1 двигаться параллельно оси абсцисс до пересечения с кривой m2=m2(S2). Абсцисса точки A2 и будет соответствовать S2. Аналогично находятся X3 и S3, помня, что Xi-1 = X2, а Si-1 =S2, которые определены ранее. Равновесные значения Pi определяются из (4) при соответствующих Xi.Пример расчета, представленный на рисунке, проведен при следующих параметрах модели и условий процесса: D = 0,125 ч-1, S0 =12 %. Значения параметров кинетической модели; m m= 0,652 ч-1, Ks= 4,46 %, Кр = 5 [г/100 мл]2; K's= 0,0131 %-1 из [1]; Y= 10 млн/мл/% из [3]. Экономический коэффициент выхода спирта определяется из аналогичного расчета [4], но с учетом затрат сахара на побочные продуктыа = ат(1- Y-Yпоб),где ат — теоретический коэффициент выхода спирта; Yпоб — экономический коэффициент выхода побочных продуктов, г/г.
Экономические коэффициенты были взяты следующими: Упоб = 0,065 г/г, У = 0,055 г/г [2,3]. а = ат 0,88 (12) где а=0,45 г/г, использовался в (6), а = 0,57 % об./% использовался в (4).
Найденные равновесные концентрации представлены в таблице. Следует отметить, что математическая модель непрерывного брожения в каскаде аппаратов (1) и (2) не учитывает образование сахара при гидролизе декстринов в ходе процесса. Однако при высокой степени превращения крахмала на стадии осахаривания (65—70 %) количеством сахара, образующегося при гидролизе декстринов в головных ферментерах батареи, можно пренебречь.
Таким образом, предложен графо-аналитический метод расчета равновесных концентраций биомассы, сахара и спирта для процесса брожения в каскаде аппаратов, соединенных последовательно. При этом в качестве кинетического выражения удельной скорости роста биомассы использовалась модель, учитывающая основные закономерности метаболизма спиртовых дрожжей — лимитирование роста малыми концентрациями сахара и ингибирование большими, а также спиртом. Эффективность графического метода возрастает по мере усложнения кинетической модели, так как получить аналитическое решение достаточно сложно, а порой и невозможно. Данный метод может быть использован для широкого класса непрерывных микробиологических процессов, в которых удельная скорость роста биомассы зависит от концентрации субстрата или субстрата и продукта, выход которого практически постоянен в течение всего процесса.
Список использованной литературы 1. Математическое моделирование процесса дрожжегенерации в производстве спирта / [С.Л. Ганипольский, А.В. Казаков, В.А. Кривченко, Н.Д. Моисеева]. — Ферментная и спиртовая промышленность, 1985, № 3. 2. Технология спирта / под ред. Смирнова В.А. — М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. 3. Ровинский Л.А., Беленький Э.М. Автоматизация процесса дрожжегенерации при производстве спирта. — М.: ЦНИИТЭпищепром, № 12, 1982. 4. Яровенко В.Л., Ровинский Л.А. Моделирование и оптимизация микробиологических процессов спиртового производства. — М.: Пищевая промышленность, 1978.
|
|
|||||||||||||||||||||||
