Проектирование предприятий биотехнологической промышленности

МИНИCTEPCTBO ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

 

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРЕДПРИЯТИЙ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Методические указания

к проведению лабораторных работ

Направление подготовки	240700.62 Биотехнология
Профиль	Биотехнология пищевых продуктов и биологически активных веществ
Квалификация выпускника	Академический бакалавр
Форма обучения	Очная _____
Учебный план	2013год ____
Изучается в 7 семестре

 

СОГЛАСОВАНО:		РАЗРАБОТАНО:
Зав. выпускающей кафедрой __________________А. Д. Лодыгин «__» _____________ 2013 г.   Рассмотрено УМК ИЖС Протокол № от «__» _______2013 г.   Председатель УМК института ИЖС ______________ М. Ю. Кухарук		Зав. кафедрой прикладной биотехнологии ____________________А.Д. Лодыгин "__" ____________ 2013 г.   Должность разработчика доцент кафедры ПБ _______________ Д.Н. Лодыгин "__" ____________ 2013 г.

Ставрополь 2013

МИНИCTEPCTBO ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение высшего профессионального образования

«СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

ЛОДЫГИН Дмитрий Николаевич

ЛОДЫГИН Алексей Дмитриевич

 

 

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРЕДПРИЯТИЙ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Методические указания

к проведению лабораторных работ

Направление подготовки	240700.62 Биотехнология
Профиль	Биотехнология пищевых продуктов и биологически активных веществ
Квалификация выпускника	Академический бакалавр
Форма обучения	Очная _____
Учебный план	2013 год ____
Изучается в 7 семестре

 

Ставрополь 2013

Методических указания предназначены для руководства при выполнении лабораторных работ по дисциплине «ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРЕДПРИЯТИЙ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ» студентами специальности 240700.62 «Биотехнология».

Указания разработаны в соответствии с Государственным образовательным стандартом по специальности и рабочей программой по дисциплине «Проектирование предприятий биотехнологической промышленности», общего положения об издательской деятельности Северо-Кавказского государственного технического университета.

В методических указаниях рассмотрены: расчет мощности предприятия, выполнение материальных расчетов продукции; принципы и методика построения технологических схем; подбор и расчет технологического оборудования, график работы машин и аппаратов; расчет и подбор площадей основного производства и вспомогательных помещений; генеральный план предприятия.

 

 

Составители: доцент, к.т.н. Д. Н. Лодыгин

доцент, к.т.н. А. Д. Лодыгин

СОДЕРЖАНИЕ

	стр
ПРЕДИСЛОВИЕ
1 Учебно-тематический план
2Наименование лабораторных работ
3 Техника безопасности при выполнении работ
Лабораторная работа № 1 Генеральный план биотехнологического производства
Лабораторная работа №2 Материальные расчеты продуктов бродильных производств
Лабораторная работа №3 Материальные расчеты сухих молочных продуктов и белковых концентратов
Лабораторная работа №4 Материальные расчеты целевых продуктов биотехнологии по рецептурам
Лабораторная работа №5 Расчет и подбор оборудования в технологическую линию производства продуктов
Лабораторная работа № 6 График работы машин и аппаратов
Лабораторная работа № 7 Расчет и подбор площадей
Лабораторная работа № 8 Компоновка производственных помещений
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ПРЕДИСЛОВИЕ

Целью изучения дисциплины «Проектирование предприятий биотехнологической промышленности» является формирование представлений об дисциплине как фундаментальной науке, набора общекультурных, общепрофессиональных и профессиональных компетенций будущего бакалавра по направлению подготовки 240700.62 Биотехнология.

Задачами дисциплины являются формирование следующих знаний:

- типы предприятий, особенности размещения, номенклатура выпускаемой продукции;

- состав проекта (технического, рабочего), основные этапы проектирования;

- проведение предпроектных работ, технико-экономическое обоснование строительства;

- расчет мощности предприятия, выполнение материальных расчетов продукции;

- подбор ассортимента выпускаемой продукции и комплексное использование сырья;

- принципы и методика построения технологических схем;

- подбор и расчет технологического оборудования, график работы машин и аппаратов;

- нормы проектирования при размещении технологического оборудования основного производства;

- расчет и подбор площадей основного производства и вспомогательных помещений;

- принципы проектирования энергоснабжения, строительной и санитарной техники;

- генеральный план предприятия, типовые проекты и их применение;

- использование САПР в учебном процессе.

ГЕНЕРАЛЬНЫЙ ПЛАН БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА

Цель и содержание работы: изучить общие принципы разработки генеральных планов предприятий пищевой и биотехнологической промышленности, классификацию территорий и помещений; по индивидуальным заданиям составить экспликацию помещений и характеристику генерального плана предприятия.

Теоретическое обоснование.

Основными документами, регламентирующими создание или разработку генеральных планов, являются СН "Генеральные планы промышленных предприятий", "Промышленный транспорт" и "Санитарные нормы проектирования промышленных предприятий" (СНиПы).

Схемы генерального плана начинают разрабатывать на этапе подготовки исходных данных для выбора площадки под строительство предприятия. Здесь намечают объёмы и габаритные размеры производственных зданий и сооружений, ввод железнодорожной ветки и основных транспортных коммуникаций, уточняют размер площадки предприятия, оценивают плотность застройки и т.д., а также устанавливают направление трасс внешних коммуникаций (линии электропередачи, водовода, канализационного коллектора), основные дороги для связи предприятия с жилой зоной и магистральными дорогами района, места строительства водозаборных и очистных сооружений.

В основе компоновки генерального плана предприятия лежит принцип разделения территорий на 4 зоны: предзаводскую, производственную, подсобную и складскую.

Предзаводская зона представляет собой площадку у основного входа на территорию предприятия, на которой предусматривают места для остановок пассажирского автотранспорта, стоянки личных автомобилей. На нее обычно выходят фасады зданий заводоуправления с проходными, конструкторскими и учебными помещениями. Здесь располагают здание, где находится отдел кадров и службы снабжения предприятия с отдельным входом для посетителей, исключающим их попадание на территорию завода. Расстояние от проходной до рабочих мест не следует проектировать более 800 м, а в северных районах - более 400 м. Для завода с большой территорией целесообразно иметь несколько проходных.

Производственную, подсобную и складскую зону проектируют с учётом следующих основных принципов и требований:

• с подветренной стороны размещают наиболее чистые по технологическим выбросам в атмосферу производства;

• строительство производственных зданий и помещений осуществляют таким образом, чтобы технологические, функциональные и транспортные связи были кратчайшими;

объекты энергообеспечения максимально приближают к своим потребителям;

• максимальная плотность застройки территории площадки (отношение площади под зданиями и сооружениями к площади всей территории предприятия в границах ограждения) составляет для предприятий биотехнологической промышленности не менее 45%;

• возможность последующего расширения объектов энергообеспечения при экстенсификации производственных процессов без значительных капитальных вложений и остановки действующего производства;

• возможность строительства индустриальным и поточным методами зданий, унифицированных по высоте и этажности;

• обеспечение самотёчного сбора канализационных отходов к станции перекачки и оборотной воды к резервуарам оборотного водоснабжения, а также обеспечение нормальных условий удаления ливневых и талых вод с территории предприятия.

Железная дорога на площадке предприятия должна обеспечивать ежесуточный приём и отправку не менее 10 вагонов грузоподъёмностью по 20 т. В каждом отдельном случае проектирование железнодорожного узла решается путём комплексной проработки транспортной схемы поставки сырья, топлива и отправки продукции потребителю. Крупные и средние предприятия биотехнологической промышленности в обязательном порядке имеют железнодорожный ввод. К железнодорожной ветке примыкают склады сырья, готовой продукции, металла, ремонтно-механический цех, склады и площадки для хранения оборудования. На отдельной ветке размещают склады жидкого топлива со сливными эстакадами. Количество путей проектируют с учётом необходимой протяжённости погрузочно-разгрузочных фронтов и способов погрузки-выгрузки.

Производственную зону проектируют с таким расчётом, чтобы участок приготовления питательных сред имел кратчайшие связи со складами сырья, а участок сушки-упаковки продукции примыкал к складу готовой продукции. Вблизи отделений (цехов) ферментации проектируют строительство компрессорных и холодильных станций.

Системы оборотного водоснабжения располагают в местах понижения рельефа площадки для обеспечения стока горячей воды самотёком к резервуарам. Во избежание обледенения в зимнее время зданий, сооружений, проводов, соседствующих с градирнями, расстояние между ними и местом образования облака водяной пыли должно быть не менее 21 м. Пожарное депо размещают так, чтобы оно примыкало к дорогам общего назначения, а его территория должна быть огорожена от основной территории предприятия. Аналогичным образом располагают и транспортный цех или гараж. На его территории должна присутствовать автозаправочная станция, локальные очистные сооружения с отстойниками и бензомаслоуловителями, быть обеспечен хороший сток сливных вод.

Дороги на площадке предприятия не должны пересекать направления основных людских потоков. Ширина дорог и проездов должна быть не менее 3,5 м с площадками для разъезда автомобилей и осуществления погрузочно-разгрузочных работ у цехов. Для пешеходов предусматривают дорожки и тротуары. Все виды дорог и тротуаров проектируют с твёрдым покрытием. Инженерные сети на площадке предприятия располагают вне дорог.

Современное предприятие должно иметь закрытую систему ливневой канализации и очистные сооружения для такого вида стоков, спроектированные по техническим условиям, разработанным с участием местных органов санитарного надзора. Территория предприятия должна иметь ограждение по всему периметру высотой не более 2 м. На территории предприятия должно быть не менее двух выездов, не считая железнодорожного. Резервная зона для расширения предприятия не должна включаться в его ограду.

С учётом рельефа площадки рассчитывают оптимальные габариты зданий и сооружений (их положение) на плане и по высотным отметкам пола первых этажей определяют трассировку самотёчных коммуникаций (канализации, системы оборотного водоснабжения, ливневой канализации), а также разрабатывают вертикальные планировки площадки.

Проект генерального плана обычно включает в себя общую пояснительную записку, чертёж генерального плана, сводный план коммуникаций, вертикальную планировку с картограммой и балансом земляных работ, чертежи дорог, план и конструкцию ограждения предприятия.

Пояснения к блокам

БЛОК 1. По литературным источникам и лекционному материалу изучить общие принципы разработки генеральных планов предприятий пищевой и биотехнологической промышленности. В отчете о выполнении работы дать ответы на следующие вопросы:

- перечень основных нормативных документов, регламентирующих строительное проектирование;

- проектно-изыскательные работы и обоснование выбора площадки для строительства предприятия;

- основные положения проектирования генерального плана;

- классификация территорий генерального плана предприятия;

- требования, предъявляемые при проектировании производственной, подсобной и складской зон.

БЛОК 2. В соответствии с индивидуальными заданиями вычертить генеральные планы типовых предприятий пищевой и биотехнологической промышленности. Составить экспликацию помещений и территорий по прилагаемой форме.

БЛОК 3. Составить характеристики выполненных генеральных планов предприятий. В характеристику генплана необходимо включить следующие показатели:

- общая площадь территории предприятия;

- площадь застройки;

- площадь асфальто-бетонного покрытия;

- площадь используемой территории;

- процент использования территории;

- процент озеленения;

- длина внешнего ограждения.

БЛОК 4. Отчет о работе должен включать:

- титульный лист;

- цель и порядок проведения работы;

- теоретическое обоснование;

- чертеж генерального плана предприятия с экспликацией территорий и помещений;

- характеристику генерального плана;

- выводы.

Контрольные вопросы и защита работы:

- принципы создания генерального плана;

- критерии и классификация производств по пожаро- и взрывоопасности;

- разрывы между зданиями и санитарно-защитная зона;

- транспортные коммуникации;

- экспликация зданий и помещений, техническая характеристика генерального плана.

Защита работы проводится на следующем после ее выполнения лабораторном занятии.

Индивидуальные задания по проектированию генерального плана выдает преподаватель

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

Теоретическое обоснование.

Материальный расчет необходим для определения объема производства, интенсивности технологических процессов, потребного количества вспомогательных материалов, воды, электроэнергии. С помощью материального расчета по заданному количеству сырья рассчитывают количество полуфабрикатов, полученных на разных стадиях обработки, и отходов производства или, наоборот, по количеству планируемой готовой продукции - потребность в сырье, количество полуфабрикатов и отходов на разных стадиях производственного процесса.

Материальный расчет ведется двумя путями: по плановым выходам и с помощью формул материального баланса. При выполнении материального расчета по формулам учитывают потери при производстве. В нормативных справочниках пищевой и перерабатывающей промышленности эти потери даны по отраслям и в зависимости от мощности предприятий. В соответствии с выбранным для каждого продукта методом продуктового расчета, в пояснительной записке в общем виде излагается порядок проведения расчетов с перечислением и нумерацией расчетных формул.

В проектных организациях материальный расчет ведется по нормам или плановым выходам, в которых учитываются потери при производстве. Одновременно определяется количество отходов каждою производства и решается вопрос их рационального использования. При расчете используется существующая нормативная документация.

Целевые продукты бродильных производств условно можно разделить на три группы:

- органические кислоты (молочная, уксусная, лимонная, пропионовая);

- этанол и глицерин;

- растворители (ацетон и бутанол).

Следует отметить, что к продукции бродильных производств, традиционно наряду с классическими продуктами анаэробного метаболизма микроорганизмов относят органические кислоты (уксусную и лимонную), синтезируемые продуцентами в аэробных условиях.

Общую схему материального расчета целевых продуктов бродильных производств можно разделить на три этапа. Задачей первого этапа является расчет расхода компонентов питательной среды и количества посевного материала продуцента, необходимого для производственной ферментации. На втором этапе рассчитывают фактический выход целевого продукта в процессе ферментации и его концентрацию в культуральной жидкости, а также, если необходимо, прирост биомассы продуцента. На третьем этапе, используя уравнения стехиометрических зависимостей и материального баланса, определяют выход целевого продукта в процессе его выделения, очистки, концентрирования.

Пояснения к блокам.

БЛОК 1. Для выполнения задания студентам необходимо изучить типовые схемы расчетов органических кислот и этилового спирта, приведенные в приложении А.

БЛОК 2. В соответствии с индивидуальными заданиями (Таблица 2.1) разработать принципиальные технологические схемы получения целевых продуктов. Принципиальная технологическая схема выполняется в виде логической последовательности блоков со словесным описанием основных технологических операций производства рассматриваемого продукта. В блоках могут быть режимы технологических операций, а также основные данные необходимые для проведения материального расчета (расход сырья; выход целевого компонента; содержание основных компонентов в сырье, полуфабрикатах и готовом продукте).

БЛОК 3. В соответствии с индивидуальным заданием произвести материальные расчеты целевых продуктов по формулам, приведенным в приложении А.

БЛОК 4. Правильность выполнения материальных расчетов проверить путем составления материального баланса. Материальный баланс расчета продуктов бродильных производств в общем виде можно выразить уравнением:

М_п.с. + М_п.м. + М_в.м. = М_ц.п. + М_п.п. + М_в.к. (2.1)

где М_п.с., М_п.м., М_в.м., М_ц.п., М_п.п., М_в.к. – массы соответственно питательной среды; посевного материала продуцента; вспомогательных материалов; целевого продукта; побочных продуктов метаболизма, переработки сырья, выделения и очистки целевого продукта; влаги, испаренной при концентрировании целевого продукта.

Для оценки эффективности производства целевых продуктов рассчитать следующие показатели:

- расход сырья на 1 тонну целевого продукта;

- выход целевого продукта из 1 тонну сырья;

- расход биомассы продуцента на 1 тонну целевого продукта.

Содержание отчета и его форма.

Отчет о работе должен включать:

- титульный лист;

- цель и порядок проведения работы;

- теоретическое обоснование;

- принципиальную схему получения целевого продукта;

- материальный расчет целевого продукта;

- анализ результатов материального расчета;

- выводы.

Контрольные вопросы и защита работы:

- принципы проведения материальных расчетов;

- характеристика и последовательность выполнения расчетов продуктов бродильных производств;

- схемы расчетов этилового спирта, молочной, лимонной и уксусной кислот;

- материальный баланс расчета целевых продуктов бродильных производств и критерии оценки их эффективности.

Таблица 2.1 – Индивидуальные задания

№ варианта	Целевой продукт	Производительность по перерабатываемой молочной сыворотке, кг
	Молочная кислота техническая
	Молочная кислота техническая
	Молочная кислота техническая
	Молочная кислота техническая
	Молочная кислота техническая
	Лимонная кислота (глубинная ферментация)
	Лимонная кислота (глубинная ферментация)
	Лимонная кислота (глубинная ферментация)
	Лимонная кислота (глубинная ферментация)
	Этиловый спирт-сырец
	Этиловый спирт-сырец
	Этиловый спирт-сырец
	Этиловый спирт-сырец
	Уксусная кислота
	Уксусная кислота
	Уксусная кислота
	Уксусная кислота

Примечание. Для всех вариантов принять:

- массовая доля сухих веществ обезжиренной молочной сыворотки 6,0 %;

- массовая доля лактозы в сыворотке 4,5 %;

- массовая доля жира сыворотки 0,4 %;

- массовая доля жира обезжиренной сыворотки 0,1 %;

- массовая доля жира подсырных сливок 35 %.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

СХЕМА МАТЕРИАЛЬНОГО РАСЧЕТА МОЛОЧНОЙ КИСЛОТЫ

 

 

 

 

Пояснения к схеме расчета:

Мсыв.норм., Мсыв.теор. – масса сыворотки нормативная и теоретическая;

Псеп. = 0,454% - нормативные потери сырья при сепарировании;

Мсеп., Моб.сыв., Мсл. – массы потерь при сепарировании, обезжиренной сыворотки и подсырных сливок;

Мос.сыв., Мальб.м. – массы осветленной сыворотки и альбуминного молока; Рсыв. – расход сыворотки на 1 тонну альбуминного молока (20 т/т);

Мсг.сыв. – масса сгущенной сыворотки; СВос.сыв.,

СВсг.сыв. – массовые доли сухих веществ осветленной (5,0 %) и подсгущенной

(15,0 %) сыворотки;

Всг.сыв. – массовая доля влаги, испаренной при сгущении сыворотки;

Мф.с., Мп.с., Мзак. – массы ферментационной среды, питательных солей и закваски молочнокислых микроорганизмов;

Мм.к. – масса молочной кислоты в составе бражки по завершении ферментации;

Вм.к. – выход молочной кислоты из 1 тонны ферментационной среды (151,2 кг/т);

Ммел. – масса мела на нейтрализацию кислоты; Рмел. – расход мела на 1 тонну ферментационной среды (84 кг/т);

Мл.к., Мс.к., Мм.к.₁, Мг.п. – массы лактата кальция, раствора серной кислоты на обработку лактата кальция, восстановленной молочной кислоты и гипсового шлама;

Сс.к. – концентрация раствора серной кислоты (93 %);

СВгп.ш.- массовая доля сухих веществ гипсового шлама (60 %);

mл.к., mм.к., mс.к., mгп. – молярные массы лактата кальция, молочной кислоты, серной кислоты, сульфата кальция;

Мос.р.норм. – масса осветленного раствора молочной кислоты;

Мос.р.теор. – масса осветленного раствора молочной кислоты с учетом потерь при осветлении; Мп.ос. – масса потерь при осветлении;

Пос. – потери сухих веществ с осадком (3 %);

Мпр. – масса готового продукта; См.к.,

Ссг.м.к. – концентрация молочной кислоты в осветленном растворе и готовом продукте (для технической молочной кислоты – 50 %).

СХЕМА МАТЕРИАЛЬНОГО РАСЧЕТА ЛИМОННОЙ КИСЛОТЫ

 

 

 

Пояснения к схеме расчета:

Мсыв.норм., Мсыв.теор. – масса сыворотки нормативная и с учетом потерь при сепарировании;

Псеп. = 0,454% - нормативные потери сырья при сепарировании;

Мсеп., Моб.сыв., Мсл. – массы потерь при сепарировании, обезжиренной сыворотки и подсырных сливок;

Мос.сыв., Мальб.м. – массы осветленной сыворотки и альбуминного молока;

Рсыв. – расход сыворотки на 1 тонну альбуминного молока (20 т/т);

Мсг.сыв. – масса сгущенной сыворотки;

СВос.сыв., СВсг.сыв. – массовые доли сухих веществ осветленной (5,0 %) и подсгущенной (20,0 %) сыворотки;

Всг.сыв. – массовая доля влаги, испаренной при сгущении сыворотки;

Мф.с., Мп.с., Мп.м. – массы ферментационной среды, питательных солей и посевного материала гриба;

Мм.к. – масса лимонной кислоты в составе культуральной жидкости по завершении ферментации;

Во.к. – выход органических кислот из 1 тонны ферментационной среды (120 кг/т);

wл.к. – массовая доля лимонной кислоты от общей концентрации органических кислот (85 %);

Ммц. – масса мицелия;

Мк.ж., Мос.к.ж., Мп.б. – массы культуральной жидкости, осветленной культуральной жидкости и прироста биомассы гриба (из расчета 7-8 г/л ферментационной среды);

Пос. – потери сухих веществ с осадком (5 %);

Мг.к., Мцит.к., – массы гидроксида кальция, цитрата кальция,

Миз.м. – масса известкового молока;

СВизм. – массовая доля сухих веществ известкового молока;

Мцит.сп. – масса цитратной суспензии; СВцит.сп. – массовая доля сухих веществ цитратной суспензии (20 %);

Мф – масса фильтрата;

Мс.к., Мгп.ш. – массы раствора серной кислоты на обработку цитрата кальция и гипсового шлама;

Сс.к. – концентрация раствора серной кислоты (93 %);

СВгп.ш.- массовая доля сухих веществ гипсового шлама (60 %);

mг.к., mл.к., mцит.к., mс.к., mгп. – молярные массы гидроксида кальция, лимонной кислоты, цитрата кальция, серной кислоты, сульфата кальция;

Мр.л.к., Мсг.р. – массы осветленного и сгущенного растворов лимонной кислоты; Сл.к. – концентрация лимонной кислоты в осветленном растворе;

Всг.р. – масса влаги, испаренной при сгущении раствора лимонной кислоты;

СВсг.л.к., СВвл.кр. – массовая доля сухих веществ сгущенного раствора (70 %) и влажных кристаллов (85 %) лимонной кислоты;

Мвл.кр., Мм.р., Мпр. – массы влажных кристаллов, маточного раствора (межкристальной жидкости) и готового продукта;

СВпр – массовая доля сухих веществ готового продукта (96 %);

Вс – масса влаги, испаренной при сушке кристаллов лимонной кислоты.

СХЕМА МАТЕРИАЛЬНОГО РАСЧЕТА ЭТИЛОВОГО СПИРТА

 

 

Пояснения к схеме расчета:

Мсыв.норм., Мсыв.теор. – масса сыворотки нормативная и с учетом потерь при сепарировании;

Псеп. = 0,454% - нормативные потери сырья при сепарировании;

Мсеп., Моб.сыв., Мсл. – массы потерь при сепарировании, обезжиренной сыворотки и подсырных сливок;

Мос.сыв., Мальб.м. – массы осветленной сыворотки и альбуминного молока; Рсыв. – расход сыворотки на 1 тонну альбуминного молока (20 т/т); Мсг.сыв. – масса сгущенной сыворотки;

СВос.сыв., СВсг.сыв. – массовые доли сухих веществ осветленной (5,0 %) и подсгущенной (18,0 %) сыворотки;

Всг.сыв. – массовая доля влаги, испаренной при сгущении сыворотки;

Мф.с., Мп.с., Мп.м. – массы ферментационной среды, питательных солей и посевного материала дрожжей;

Мэт.с. – масса этилового спирта в составе культуральной жидкости по завершении ферментации; Вэт.с. – теоретический выход этилового спирта на 1 тонну ферментационной среды (72-73 кг/т);

Мбр., Мос.бр – массы бражки и осветленной бражки;

Мп.б. – прирост биомассы дрожжей (из расчета 2-3 г/ литр среды);

Мдр.сп. – масса дрожжевой суспензии, отделяемой на сепрараторе (из расчета 10% от массы бражки);

Сэт.сп., Сэт.сп.пр. – концентрации этанола в осветленной бражке и спирте-сырце

(96 %);

Мпр., Мбар. – массы спирта-сырца и послеспиртовой барды.

СХЕМА МАТЕРИАЛЬНОГО РАСЧЕТА УКСУСНОЙ КИСЛОТЫ

 

 

Пояснения к схеме расчета:

Мсыв.норм., Мсыв.теор. – масса сыворотки нормативная и с учетом потерь при сепарировании;

Псеп. = 0,454% - нормативные потери сырья при сепарировании;

Мсеп., Моб.сыв., Мсл. – массы потерь при сепарировании, обезжиренной сыворотки и подсырных сливок;

Мос.сыв., Мальб.м. – массы осветленной сыворотки и альбуминного молока; Рсыв. – расход сыворотки на 1 тонну альбуминного молока (20 т/т);

Мсг.сыв. – масса сгущенной сыворотки;

СВос.сыв., СВсг.сыв. – массовые доли сухих веществ осветленной (5,0 %) и подсгущенной (18,0 %) сыворотки;

Всг.сыв. – массовая доля влаги, испаренной при сгущении сыворотки;

Мф.с., Мп.с., Мп.м. – массы ферментационной среды для спиртового брожения, питательных солей для культивирования дрожжей и посевного материала дрожжей;

Мэт.с. – масса этилового спирта в составе культуральной жидкости по завершении ферментации;

Вэт.с. – тероретический выход этилового спирта на 1 тонну ферментационной среды (72-73 кг/т);

Мбр., Мос.бр – массы бражки и осветленной бражки;

Мп.б. – прирост биомассы дрожжей (из расчета 2-3 г/ литр среды);

Мдр.сп. – масса дрожжевой суспензии, отделяемой на сепрараторе (из расчета 10% от массы бражки);

Мф.с.₁, Мп.с.₁, Мп.м. – массы ферментационной среды для уксуснокислой ферментации, питательных солей для культивирования уксуснокислых бактерий и посевного материала уксуснокислых бактерий;

Мк.ж., Мп.б.₁, Мф.к. – массы культуральной жидкости, прироста биомассы уксуснокислых бактерий (из расчета 4-5 г / литр ферментационной среды), ферроцианида калия для осветления раствора уксуса (3 % от массы ферментационной среды);

Му.к. – масса уксусной кислоты в составе культуральной жидкости;

m у.к., m эт.с. – молярные массы уксусной кислоты и этилового спирта;

Мпр., Мос. – массы продукта (осветленный раствор уксуса) и осадка, образующегося при осветлении раствора уксуса (5 % от массы культуральной жидкости;

Су.к. – концентрация уксусной кислоты в осветленном растворе.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

Теоретическое обоснование.

Материальный расчет сухих молочных продуктов и молочно-белковых концентратов проводится по формулам материального баланса с учетом потерь массы сырья и полуфабрикатов на основных стадиях технологического процесса.

Общей технологической операцией при производстве молочно- белковых концентратов является выработка казеина-сырца из обезжиренного молока. Материальный баланс данного процесса имеет вид:

М_о.м. + М_коаг. = М_каз.с. + М_к.сыв. + М_п. (3.1)

где М_о.м. – масса обезжиренного молока;

М_коаг. – масса коагулянта (кислоты или кислой сыворотки);

М_каз.с. – масса казеина-сырца;

М_к.сыв. - масса казеиновой сыворотки;

М_п. – масса потерь при выработке казеина-сырца.

Материальный баланс процесса выработки казеина технического и казеина пищевого из казеина сырца может быть выражен уравнением:

М_каз.с. = М_г.п. + М_в.с. + М_п.в. (3.2)

где М_г.п. – масса готового продукта;

М_в.с. – масса влаги, испаренной при сушке;

М_п.в. – масса потерь при выработке и сушке.

Материальный баланс процесса выработки растворимых молочно-белковых концентратов (казеината натрия, казецита, молочно-белкового концентрата пищевого) имеет вид:

М_каз.с. + М_р. = М_г.п. + М_в.с. + М_п.в. (3.3)

где М_р. - масса реагентов и воды, используемых для растворения казеина-сырца.

В основу расчета сухих молочных продуктов лежат материальные балансы процессов сгущения и сушки:

М_сг.пр. = М_с. + М_в.сг. + М_п.сг. (3.4)

М_с.пр. = М_{с. пр.} + М_в.с. + М_п.с. (3.5)

где М_сг.пр., М_с.пр. – массы соответственно сгущенного и сухого продуктов;

М_с. – масса исходного сырья;

М_в.сг., М_в.с. – массы влаги, испаренной при сгущении и сушке;

М_п.сг., М_п.с. – массы потерь при сгущении и сушке.

При производстве бифидогенных концентратов на основе молочного белково-углеводного сырья (молочной сыворотки и обезжиренного молока) специфической операцией является изомеризация лактозы в лактулозу в молочной сыворотке, предусматривающая внесение щелочных реагентов-катализаторов реакции. Материальный баланс процесса изомеризации лактозы в лактулозу можно представить в виде формулы:

М_из.сыв. = М_сг.сыв. + М_г.к. + М_кс.сыв. (3.6)

где М_из.сыв. – масса сыворотки с частично изомеризованной лактозой в лактулозу;

М_сг.сыв. – масса сгущенной сыворотки, поступающей на изомеризацию;

М_г.к. – масса гидроксида кальция (50%-й раствор);

М_кс.сыв. – масса кислой сыворотки, используемой для нейтрализации изомеризованной сыворотки.

Пояснения к блокам.

БЛОК 1. Для выполнения задания студентам необходимо изучить типовые схемы расчетов сухих молочных продуктов и молочно-белковых концентратов.

Расчет казеина пищевого

Масса казеина пищевого:

М_кп ^норм= М_кс * С_кс / С_кп

где С_кп = 88%- м.д. СВ казеина пищевого.

Масса казеина пищевого с учетом потерь выработки (П_в=2%):

М_кп ^теор = 0,98 * М_кп ^норм

Потери выработки:

П_выр = М_кп ^норм - М_кп ^теор

Количество испаренной влаги при сушке:

W = М_кс - М_кп ^норм

Баланс казеина пищевого:

М_об._м + М_снв. = М_кп ^теор + П_выр + W + М_к.сыв^теор + П_сыв

Расчет казеината натрия

Масса NaOH (10%-й раствор), пошедшего на растворение казеина сырца:

M_NaOH = H₃ * M_кс ,

где Н₃=20% - норма расхода 10%-го раствора NaOH на растворение казеина-сырца.

Масса растворенного казеината:

M^p_KNa= M^Na_KC+ M_Na0H

Массовая доля СВ растворенного казеината:

CB^p_KNa = M_KC * C_KC + M_Na()H * C_NaOH / M^p_KNa

Выход казеината натрия:

М_КNа ^норм = M^p_KNa * C^p_KNa / C^c_KNa

C^c_KNa = 94% - м.д. СВ сухого казеината натрия.

Масса казеината натрия с учетом потерь сушки:

M_KNa^теор = 0,98 * М_КNа ^норм

Потери сушки:

П_выр = М_КNа ^норм - M_KNa^теор

Количество испаренной влаги при сушке

W_KNa = M^p_KNa - M_KNa ^норм

Баланс казеината натрия:

М_об._м + М_снв. + M_NaOH = М_KNa ^теор + П_выр + W_KNa + М_к.сыв^теор + П_сыв

Содержание отчета и его форма.

Отчет о работе должен включать:

- титульный лист;

- цель и порядок проведения работы;

- теоретическое обоснование;

- принципиальную схему получения целевого продукта;

- материальный расчет целевого продукта;

- анализ результатов материального расчета;

- выводы.

Контрольные вопросы и защита работы:

- принципы проведения материальных расчетов сухих молочных продуктов и молочно-белковых концентратов;

- характеристика и последовательность выполнения расчетов сухих молочных продуктов и молочно-белковых концентратов;

- материальный баланс расчета сухих молочных продуктов и молочно-белковых концентратов.

Таблица 3.1 – Индивидуальные задания