За последние десять лет непрерывные процессы находят все большее применение и постепенно вытесняют технологические схемы, предусматривающие периодичность процесса. Кроме химической промышленности, где непрерывное производство доминирует, разработаны и внедрены методы непрерывного сбраживания при переработке сульфитных щелоков и гидролизатов древесины, диффузионных соков, кормовой патоки, крахмалистого сырья (картофеля и зерна), виноградного сусла и др. Разработаны технические данные для осуществления непрерывного метода производства и во многих других отраслях промышленности, например, в производстве растворителей, молочной, глюконовой и лимонной кислот, бутиленгликоля, пищевых и кормовых дрожжей, некоторых антибиотиков и витаминов, пива, шампанских вин, молочных продуктов и бактериальных препаратов.
Опубликовано большое число работ по непрерывному культивированию микроорганизмов в несменяемых и проточных средах: Иерусалимский [3], Андреев [1, 2], Малек [4], Моно [6], Нортроп [8], Новак [7], Яровенко, Нахманович и др. [10, 11].
Плановский [9] дал теорию непрерывного перемещения жидкости в единичном сосуде при полном смешении новой (притекающей) жидкости со старой (находящейся в реакционном сосуде). Малченко и Стабников [5] провели теоретическое исследование турбулентного и ламинарного способов непрерывного перемещения жидкости в трубе, причем для случая идеального турбулентного перемешивания их выводы совпадают с выводами Плановского.
Проведены экспериментальные исследования непрерывного процесса перемещения сахарного раствора в многочленной батарее [12]. Эксперименты соответствовали условиям непрерывного сбраживания углеводной среды. Полученные характеристики процесса перемещения жидкости в батарее, состоящей из пяти сообщающихся сосудов, приведены в табл. 1.
Таблица 1
Содержание сахарного раствора в батарее объемом 2,45 л (в % от объема батареи) (средняя исходная концентрация сахарного раствора 9,3 %)
|
Номер оборота |
Приток сахарного раствора |
Номер сосуда батареи
|
Вынос сахарного раствора с пробой после батареи
|
Итого в батарее сахарного раствора |
Динамика изменении содержания сахара
|
Расход сахарного раствора |
Величина ошибки |
||||||
|
1 |
2
|
3 |
4
|
5
|
За каждый оборот |
Нарастающий итог |
В батарее |
В пробе после батареи |
|||||
|
1
|
20
|
14,19
|
5,28
|
0,21
|
0,03
|
_
|
_
|
_
|
19,71
|
19,71
|
_
|
19,71
|
—0,29
|
|
2
|
40
|
17,57
|
11,30
|
5,46
|
3,79
|
1,09
|
0,73
|
0,73
|
39,21
|
19,50
|
0,73
|
39,94
|
—0,06
|
|
3
|
60
|
18,84
|
14,19
|
11, Ъ7
|
7,39
|
4,54
|
2,63
|
3,86
|
56,63
|
17,42
|
1,90
|
59,99
|
—0,01
|
|
4
|
80
|
19,46
|
18,16
|
14,81
|
11,65
|
8,14
|
4,69
|
8,05
|
72,22
|
15,59
|
2,06
|
80,27
|
+0,27
|
|
5
|
100 |
19,78 |
18,95 |
17,82 |
15,05 |
11,72 |
8,95 |
17,00 |
83,32 |
11,10 |
4,26 |
100,32 |
0,32 |
|
6
|
120 |
19,93 |
19,06 |
18,79 |
18,68 |
14,82 |
12,80 |
29,80
|
91,28
|
7,96
|
3, 65
|
121,08 |
+ 1,08 |
|
7
|
140
|
20,0
|
19,73
|
19,06
|
18,90
|
17,29
|
15,66
|
45,46
|
94,98
|
3,70
|
2,86
|
140,54
|
+ 0,54
|
|
8
|
160
|
20,0
|
20,0
|
19,98
|
19,12
|
18,7?
|
18,12
|
63,58
|
97,77
|
2,79
|
2,46
|
161,35
|
1,35
|
|
9
|
180
|
20,0
|
20,0
|
20,0
|
19,86
|
19,16
|
19,07
|
82,65
|
99,02
|
1,15
|
0,95
|
181,67
|
+ 1,67
|
|
10
|
200
|
20,0
|
20,0
|
20,0
|
20,0
|
19,81
|
19,60
|
102,25
|
99,81
|
0,79
|
0,53
|
202,06
|
+2,06
|
|
11
|
220
|
20,0
|
20,0
|
20,0
|
20,0
|
19,93
|
19,93
|
122,18
|
99,93
|
0,12
|
0,33
|
222,11
|
+2,11
|
|
12
|
240
|
20,0
|
20,0
|
20,0
|
20,0
|
20,0
|
20,0
|
142,14
|
100,0
|
0,07
|
0,07
|
242,18
|
+2,18
|
Схема экспериментальной установки изображена на рис. 1.
Результаты экспериментов и их сравнение с данными, полученными для одинарного сосуда, позволили рекомендовать батарею сообщающихся сосудов в качестве аппарата для осуществления непрерывного метода брожения. Этот вывод был подтвержден серией опытов на батареях с различным числом сосудов.
Настоящая работа посвящена математическому анализу процесса непрерывного перемещения жидкости в батарее сообщающихся сосудов.
Рассмотрим систему (батарею) п одинаковых сообщающихся сосудов рабочим объемом а каждый (см. рис. 1). Пусть батарея заполнена некоторой жидкостью А (старой жидкостью) и в первый из сосудов непрерывно поступает жидкость В (новая жидкость).
Из первого сосуда смесь жидкостей переливается во второй, из второго— в третий и т. д., объем жидкости в каждом из сосудов в процессе опыта остается неизменным. Предполагается, что жидкости А и В имею: равные (или близкие) удельные веса и что в каждом из сосудов происходит полное смешение старой и новой жидкостей.
Растворим в жидкости В небольшое количество сухого вещества, концентрацию которого обозначим через х0. При непрерывном поступлении раствора (новой жидкости) в первый из сообщающихся сосудов второй, третий сосуды будут питаться смесью жидкостей, заполняющей предыдущий сосуд батареи.
..
..
..
..
..
..
..
..
