Файл: Проект узла ферметативного гидролиза целлюлозы производительностью.docx

Гексоза – это моносахарид или просто (сахар) имеющий 6 атомов углерода, который применяется во многих промышленностях. Изготавливается в виде мелкокристаллического порошка белого цвета. Фасуется в мешки вместимостью 25 кг. Гарантийный срок хранения гексозы составляет 3 года. Гексозу следует хранить при нормальной температуре в проветриваемом и невлажном помещении. Характеристика и физико-химические свойства получаемого продукта указаны в таблице 1.3 и 1.4 соответственно.

Химическая формула всех получаемых гексоз на предприятиях, можно представить в следующем виде C₆H₁₂O₆.

Таблица 1.4 – Физико-химические свойства гексозы

Свойства	Показатели
Температура плавления	150-152℃
Молекулярный вес	180 г/моль
Кислотность	не более 0,3 мл
Растворимость в воде при 20℃	13 гр/100 мл.

Таблица 1.3 – Характеристика пищевой гексозы

Показатели	Пропорция, %
Гексоза	99,86
- сульфат	0,01
- кальций	0,001
- хлорид	0,01
- тяжелые металлы	0,0005
-белок	0,1
- мышьяк	0,0001
- барий	0,01
- железо	0,0001
- спирт	0,01

Применение.

В медицине гексоза используется в качестве питательных веществ, а также в виде компонентов противошоковых и кровезаменяющих жидкостей.

В пищевой индустрии данное вещество нашло свое применение при изготовлении биотина, аскорбиновой и глюконовой кислоты.

В алкогольной промышленности гексоза используется в некоторых стадиях, где требуется брожение. Также применяют при производстве этанола.

1.3 Характеристика побочных продуктов и отходов производства

«Данное производство является безотходным, так как все вещества, которые не вступили в реакцию, возвращаются на первую стадию подготовки. Все непрореагированные компоненты отправляются в межтрубное пространство между измельчителем и смесителем» [2]. После обработки водой и ферментами отправляется еще раз на стадию синтеза, где происходит ферментативный гидролиз целлюлозы.

2 ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ

Для данного производства сырье в виде гексозы (сахар) будет поставляться из разных производственных компаний. Предприятия с выходом гексозы представлены в таблице 2.1.
Таблица 2.1 – Предприятия с выходом пищевой декстрозы

№	Организация	Местоположение	Выход гексозы, кг/сутки
1	ЗАО «Фарма – Север»	Архангельская обл., г. Северодвинск	100000
2	ООО «Внешпромфарм»	Московская обл., г. Москва	42000
3	ООО «Спайс Эксперт»	Московская обл., г. Балашиха	18500
4	ООО «Гринтек»	Омская обл., г. Омск	23400
5	ООО «Роспланта»	г. Санкт - Петрбург	27230
6	ООО «Промбиотехнологии»	Тульская обл. г. Ефремов	32330

Из полученных данных таблицы 2.1 самый большой выход гексозы имеет предприятие ЗАО «Фарма – Север». Для дальнейших расчетов будет использован проектный узел ферментативного гидролиза целлюлозы именно этого предприятия. Для выхода гексозы в объеме 100 т/сутки предприятие использует измельчитель, 2 смесителя, реактор с перемешивающим устройством и сепаратор.

«Первым этапом на стадии подготовки будет использоваться измельчитель, который будет выполнять функцию переработки сырья на более мелкие фракции» [3]. Также на этой стадии будет использоваться один из вспомогательных смесителей, в котором происходит смешение ферментов и воды. Главный смеситель будет выполнять функцию смешения полученной смеси ферментов и воды с полученным сырьем из измельчителя.

Вторым этапом будет являться стадия ферментации. Здесь полученная смесь из главного смесителя попадает в реактор с перемешивающим устройством, где происходит ферментативный гидролиз целлюлозы.

Третьим этапом является стадия выделения. Здесь после ферментации полученный раствор гексозы отправляется в сепаратор, где происходит разделение полученного раствора и непрореагированных компонентов. Как было сказано ранее, все полученные непрореагированные компоненты будут отправляться на вторичную переработку, дабы избежать полученных отходов.

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