 |
|
 |  |
|
|
| |
 | Biologie | Chimie | Didactica | Fizica | Geografie | Informatica |
| Istorie | Literatura | Matematica | Psihologie |
Se analizeaza instalatia de obtinere a alcoolului etilic din melasa si se proiecteaza reactorul de fermentare si condensatorul.
DATE DE PROIECTARE:
concentratia distilatului obtinut: CD=96%
tipul reactorului: discontinuu
sursa de materie prima: melasa
drojdia de fermentare: Saccharomyces cerevisae
concentratia de substrat: CSO=190g/l glucoza
Capacitatea instalatiei : 40000t/an alcool etilic 96%
Concentratia alcoolului in plamada: Calcool=7%
Obtinerea alcoolului din cereale are o importanta industriala deosebita, deoarece alcoolul este foarte utilizat in diferite industrii, cum ar fi: industriade medicamente, industria alimentara si industria chimica.
Desi exista foarte multe materii prime si metode de obtinere, trebuie urmarit sa se obtina un alcool de inalta calitate si la un pret relativ scazut.
Industria alcoolului etilic si a spirtului numara aproximativ 2000 ani.
O data cu declansarea crizei energetice, cand, in cautare de noi carburanti s-a constatat ca alcoolulu etilic poate fi cel mai bun substituent al benzinei, industria prelucrarii lui a capatat o dezvlotare deosebita in tari ca Brazilia, SUA.
Alcoolul etilic ca rezultat al procesului de fermentare are 3 destinatii: alimentar, industrial si carburant.
Alcoolul etilic se produce pe plan mondial prin fermentarea lichidelor care contin zahar, cu ajutorul drojdiei.Etanolul obtinut pe cale biotehnologica mai poarta denumirea de bioalcool, deosebindu-se astfel de alcoolul de sinteza.
Alcoolul etilic este cel mai important solvent, dupa apa si are multe aplicatii cum ar fi: bauturi alcoolice, solvent, materie prima in sinteza chimica, combustibil.Cele mai importante aplicatii comerciale sunt in industria parfumurilor si cosmeticelor, detergentilor si dezinfectantilor, farmeceutica, prelucrarea alimentelor si medicamentelor, iar in consumul uman se utilizeaza etanolul de fermentatie; mai poate fi si materie prima pentru obtinerea unor substante ca: acetaldehida, butadiene, dietileter, acetat de etil, etilamina,etilena, glicol si otet.
Fermentatia alcoolica este un proces de oxidoreducere, anaerob, care se desfasoara sub actiunea echipamentului enzimatic al drojdiilor.
Reactia de fermentatie:
Alaturi de alcool si CO2, produse principale ale fermentatiei, iau nastere si alte produse, dar in cantitati mai mici:glicerina, alcool superior, acid succinic, acid acetic si diversi acizi volatili.
Fermentatia alcoolica nu este produsa numai de drojdii.Un mare numar de ciuperci printre care Penicillium glaucum, si mai ales Mucoraceele, produc deasemenea descompunerea zaharului, cu formare de alcool, atunci cand se dezvolta in interiorul lichidului de cultura.
Schema instalatiei de obtinere a alcoolului etilic
PROCEDEUL PRIN DISPERSIE
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P |
|
M |
|
M M |
|
P |
|
P |
|
P |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Compozitia chimica a melasei variaza in functie de materia prima folosita la fabricarea zaharului (sfecla sau trestie de zahar) si de procesul tehnologic aplicat in fabricile de zahar. In tabelul 1. se prezinta, comparativ, compozitia chimica a celor doua tipuri de melasa.
Tabelul 1:
Compozitie chimica a melasei din sfecla si trestie de zahar (dupa Reiff, 1962)
|
Compusul |
Provenienta melasei |
|
|
Sfecla de zahar |
Trestie de zahar |
|
|
Apa, % | ||
|
Substanta uscata, % | ||
|
Zahar total, % | ||
|
Zahar invertit, % | ||
|
Rafinoza, % | ||
|
Azotat total (Nx6,25), % | ||
|
Substante minerale, % | ||
|
pH |
<7 |
|
Produse chimice folosite in industria alcoolului
Acidul sulfuric (H2SO4) de concentratie 94 % se utilizeaza pentru neutralizarea , acidularea si sterilizarea plamezilor.
Antispumantii folositi pe scara cea mai larga sunt acizi grasi vegetali, rezultati din procesul de rafinare a uleiurilor vegetale. Se mai folosesc ca antispumante uleiuri siliconice cat si mono si digliceride.
Antisepticii se utilizeza pentru combaterea microorganismelor de infectie, in doze bine stabilite, care sa nu influenteze negativ activitatea fermentativa a drojdiei. Dintre antisepticii mai des utilizati sunt: acidul sulfuric, formalina, pentaclor fenolatul de sodiu.
Dezinfectantii cei mai des utilizati pentru combaterea microflorei straine la fabricarea alcoolului sunt: formalina, clorura de var, laptele de var, soda caustica si soda calcinata.
Ultimele doua procese au si o actiune detergenta puternica.
Trebuie sa subliniem, ca in ultimii ani au aparut noi produse ca antiseptici si dezinfectanti cu denumiri comerciale specifice si care se utilizeaza conform instructiunilor de folosire ce le insotesc.
2.2. Utilitati necesare producerii alcoolului
Apa tehnologica este folosita direct in procesul tehnologic si trebuie sa aiba urmatorii parametrii fizico- chimici: duritate 0, microbiologic pura, continut de saruri de amoniu 0.
Apa industriala trebuie sa fie o apa cu temperatura si duritate scazute.
Aerul tehnologic este folosit in fabricarea alcoolului pentru aerarea plamezilor si multiplicarea drojdiilor ca sursa de oxigen, cand se impune ca aerul sa fie microbiologic pur.
2.3. Enzimele folosite in unele tehnologii ale fabricarii alcoolului
Enzimele se folosesc in cazul materiilor prime amidonoase.
Amidonul din cereale dupa gelifiere este supus activitatii enzimei alfa-amilaza, care actioneaza asupra legaturilor 1,4 glucozidice ale amidonului, la temperatura de 90-120 0C si pH 6,5 lichefiindu-l.
Enzima de zaharificare actioneaza asupra legaturilor 1,6 glucozidice la temperatura de 50-60 0C si pH 4,5, reducand amidonul la zaharuri simple (glucoza, maltoza). De asemenea aceasta enzima initiaza hidroliza dextrinelor din capatul nereductibil al moleculei de amidon. Timpul de lichefiere este de 5-10 minute, iar al enzimei de zaharificare este de 45-90 minute.
Alfa-amilaza este produsa din Bacillus licheniformis, iar glucoamilaza este preparata din microorganismul Aspergilius niger.
Conditiile care trebuie indeplinite de drojdii in procesul de fermentatie :
sa fie rase de drojdii de fermentatie inferioara;
sa reziste la concentratii mari de alcool in mediul de fermentare 10-12 %;
sa fie aclimatizata la mediul nutritiv folosit;
sa se foloseasca o drojdie viguroasa cu mare capacitate de fermentare care sa reziste eventualelor microorganisme de infectie, antisepticelor si alor noxe;
din metabolismul drojdie sa rezulte produsi secundari care sa nu impurifice alcoolul;
sa aiba o viabilitate in timp indelungata;
sa fie o cultura selectionata in laborator si atestata de institute abilitate.
2.5. Drojdiile ce se utilizeaza trebuie sa indeplineasca conditiile:
- sa aiba o putere alcooligena ridicata;
- sa se poata acomoda la plamezile acide din cereale si cartofi;
- sa declanseze rapid fermentatia;
- sa formeze o cantitate redusa de spuma la fermentatie;
- sa produca o cantitate cit mai mica de hidrogen sulfurat si alte substante cu gust si arome nedorite.
Fermentatia plamezii principale are o durata de cca 72 de ore si cuprinde cele trei faze:
- faza initiala de circa 22 ore;
- faza principala de circa 15 ore;
- faza finala de circa 32ore.
Pentru scurtarea duratei totale de fermentatie pana la 48 h se folosesc urmatoarele metode:
-pornirea fermentatiei la temperaturi de 24-25 0C, caz in care faza initiala se reduce la 4-6 h;
- folosirea, la obtinerea plamezii principale, a borhotului lichid recirculat (max. 60%)- faza
initiala scade la 2-3 h;
- utilizarea unei cantitati mai mari de cultura de drojdie (10-15%).
Atat la cultura de drojdie lichida, cat si la plamada principala este obligatoriu controlul microbiologic, pentru a constata: numarul de drojdii, numarul de bacterii de infectie, etc. Cultura de drojdie trebuie sa contina maxim (1-2) *106 germeni/mL.
Gradul de infectare al plamezilor trebuie sa fie cat mai scazut, o plamda de calitate avand sub 2*106 bacterii/mL. Plamada este considerata infectata la 15-50*106 germeni/mL si puternic infectata la 50-120*106 germeni/mL.
In aceasta lucrare drojdiile utilizate pentru fermentarea plamezii va fi Saccharomyces cerevisiae.
Fermentatia lenta sau oprirea acestora se produce atunci cand viteza de folosire a zaharului devine foarte mica sau prelungita in special spre sfarsitul fermentatiei. Oprirea sau incetinirea fermentatiei este cauzata de nivelul inadecvat al nutrientilor drojdiei. Un astfel de nutrient este azotul asimilabil care este foarte critic in multe medii de fermentatie . Celalalt factor nutritional este O2 oarecum si momentul la care este introdus dupa inoculare. O plamada saturata in O2 contine 8 ppm oxigen.
Toleranta la alcool a drojdiilor
Cel mai important este efectul etanolului asupra membranei plasmatice, unde se produce o diminuare a integritatii membranei. Pe masura ce se acumuleaza alcool temperaturile de crestere optima si maxima scad. Rata cresterii si a stagnarii tind sa se egaleze pana cand rata stagnarii depaseste cota cresterii, moment cand fermentarea inceteaza.
Utilaje de obtinere a alcoolului etilic
Melasa
2.8. Materii auxiliare folosite la obtinerea alcoolului etilic.
Cele folosite la fabricarea alcoolului sunt maltul verde, preparatele enzimatice microbiene, sarurile nutritive si factorii de crestere, acidul sulfuric, antispumantii, antisepticele si dezinfectantii.
Obtinerea plamezilor fermentate din melasa cuprinde trei etape:
pregatirea melasei pentru fermentare;
pregatirea drojdiei pentru fermentare;
fermentarea plamezii principale.
La fermentarea plamezilor din melasa se folosesc atat procedee cu functionare discontinua cat si continua.
Procedeele de fermentare continua se impart in doua grupe:
procedee fara refolosirea drojdiei;
procedee cu separarea si refolosirea drojdiei.
Pregatirea melasei cuprinde operatiile de diluare cu apa, neutralizare si acidulare, adaugare de saruri nutritive, limperizire si sterilizare (pasteurizare). Plamada principala se dilueaza pana la 30-34% extract, iar plamada de drojdie pana la 12-16 % extract.Cele doua plamezi pot avea si aceeasi concentratie in extract de 23 %.
Pregatirea drojdiei cuprinde multiplicarea in laborator, in sectia de culturi pure si prefermentarea. In urma prefermentarii rezulta o cantitate mare de plamada de drojdie, reprezentand circa 40 % din plamada totala.
2.9. Etapele ce sunt implicate in pregatirea drojdiilor lichide:
Receptia:
La receptia melasei se determina continutul in zahar prin metoda polarimetrica (directa sau cea cu invertirea zaharozei) sau prin metoda chimica (cu solutie Muller), transformandu-se melasa in melasa cu 50% zahar.
Materii auxiliare. Cele folosite la fabricarea alcoolului sunt maltul verde, preparatele enzimatice microbiene, sarurile nutritive si factorii de crestere, acidul sulfuric, antispumantii, antisepticele si dezinfectantii.
Depozitarea
Se va face in recipiente si in conditii adecvate, pentru a evita impurificarea sau degradarea alcoolului obtinut. Se va tine cont de factorii de mediu (temperatura, oxigenul din aer, lumina, umiditatea aerului, etc.).
Materia prima este depozitata in magazii si silozuri. Acestea trebuie sa ofere anumite conditii de stocare, deoarece in timpul depozitarii au loc pierderi masice, precum si pierderi de amidon datorita cresterii umiditatii materiei prime.
Transportul materiei prime
Acesta se face fie pe linii rulante mecanizate fie prin descarcarea manuala a sacilor in functie de tipul de functionare a procesului continuu, semicontinuu sau discontinuu.
Precuratirea materiei prime
Precuratirea are rolul de a indeparta urmele de praf sau alte microorganisme de infectie care ar putea infecta cultura de drojdie.
Insamantarea
Pentru fermentarea plamezilor se pot folosi drojdii lichide(cultivate in fabrica), drojdii speciale pentru alcool (uscate sau comprimate) sau drojdii de panificatie. In ultimul timp se folosesc pe scara tot mai larga drojdiile uscate in locul celor lichide, deoarece acestea pot fi imediat utilizate dupa o prealabila hidratare, au o buna conservabilitate si se dozeaza mai usor.
In cazul drojdiilor lichide se folosesc 1-3 l drojdie cultivata la 1hl plamada, in cazul drojdiilor uscate 10-20g/hl plamada, iar in cazul drojdiilor comprimate 100-200g/hl plamada. Intr-un gram de drojdie uscata se afla 20-25 miliarde de celule de drojdie.
Drojdiile utilizate trebuie sa indeplineasca urmatoarele conditii: sa aiba o putere alcooligena ridicata, sa se poata acomomoda la plamezile acide din cereale si cartofi, sa declanseze rapid fermentatia, sa formeze o cantitate mica de spuma de fermentare si sa produca o cantitate cat mai mica de hidrogen sulfurat si alte substante de gust si aroma nedorite.
Se observa ca drojdiile lichide si drojdia comprimata au o putere alcooligena mai scazuta decat majoritatea drojdiilor uscate, astfel incat costurile ceva mai mari ale drojdiilor uscate se compenseaza in scurt timp prin randamente mai ridicate in alcool.
Cultivarea in continuare a drojdiilor in fabrica se face prin procedeul simplificat cu acid sulfuric, astfel incat se poate lucra mai mult timp fara a se procura o noua drojdie.
Fermentatia plamezii principale
Aceasta are o durata de circa 72 de ore si cuprinde cele trei faze:
faza initiala, circa 22de ore;
faza principala, circa 18 ore;
faza finala, circa 32 de ore.
Pentru scurtarea duratei de fermentare pana la 48 de ore, se pot folosi urmatoarele metode:
pornirea fermentatiei la temperatura mai mare de 24-25 C, prin care se reduce faza initiala la 4-6 ore;
folosirea de borhot lichid recirculat (maximum 60%) la obtinerea plamezii prin care se declanseaza mai rapid fermentatia, scurtandu-se faza initiala pana la 2-3 ore;
utilizarea unei cantitati mai mari de lapte de slad pentru a asigura cantitati suficiente de amilaze, pentru zaharificarea secundara;
folosirea unei cantitati mai mari de plamada de drojdie de 10-15%;
conducerea fermentatiei la temperaturi mai ridicate de 35-36 C;
folosirea preparatelor enzimatice microbiene, care produc o hidroliza mai avansata a amidonului pana la glucoza, fara formare de dextrine limita, scurtandu-se faza finala a fermentatiei.
Controlul microbiologic al plamezilor de cereale si cartofi este important pentru stabilirea starii fiziologice a drojdiilor si pentru depistarea microorganismelor de infectie. Astfel, in plamezile de drojdie trebuie sa varieze intre 50 si 300 106 celule/ml de plamada. Valori sub 50 106 celule/ml denota o multiplicare slaba a drojdiei. Infectiile bacteriene sunt periculoase deoarece consuma zahar pentru metabolismul propriu, iar acizii organici formati (lactic, butiric) inhiba activitatea drojdiei. De asemenea, in urma infectiilor cu bacterii are loc o crestere a continutului in acroleina a alcoolului produs. Pentru scaderea continutului in acroleina se recomanda o acidulare speciala a plamezii principale si a plamezii de drojdie.
Separarea drojdiei
Se face pentru a obtine alcool de buna calitate, limpede si fara defecte- cum ar fi gustul de drojdie. Aceasta operatie se efectueaza prin combinarea bioreactorului cu o unitate de separare solid/ lichid (modul de microfiltrare). Aceasta unitate mai asigura si obtinerea alcoolului cu o productivitate ridicata din substraturi nesterile.
Pregatirea drojdiilor lichide in fabrica implica urmatoarele etape:
Obtinerea culturilor de laborator din cultura pura (inoculare) de drojdii selectionate pentru spirt, care se multiplica pe un mediu de must de malt steril, in citeva trepte, pana se ajunge la o cantitate de cultura in baloane de 5L must, cu care se pot insaminta 50L de plamada speciala in vas pentru culturile de productie. Mediul de cultura se acidifica pina la 0.8D si dupa insamantare cu inoculare, se termostateaza la 30C, timp de 20-24 de ore.
Obtinerea culturii de productie pe plamezi speciale pentru drojdie, preparate din materii prime amidonoase de buna calitate, prelucrate hidrotermic si zaharificate. Plamada speciala pentru cultura de productie se acidifica fie prin adaos de acid sulfuric, fie pe cale fermentativa (producerea acidului lactic de catre bacterii lactice).
Extractul aparent al plamezilor fermentate trebuie sa prezinte valori mai mici decit zero, in functie de procesul tehnologic aplicat.
Controlul microbiologic al plamezilor din cereale si cartofi este important pentru stabilirea starii fiziologice a drojdiei si pentru depistarea microorganismelor de infectie.
Pentru capacitati mai mari se folosesc instalatii de distilare-rafinare continua, care permit obtinerea alcoolului rafinat direct din plamezile fermentate.
Borhotul din cereale reprezinta un furaj pretios. Prin prelucrarea fara presiune a cerealelor rezulta un borhot cu o valoare furajera mai ridicata decit in cazul fierberii sub presiune, la care au loc procese importante de degradare termica a unor substante valoroase din borhot. Astfel, in cazul folosirii procedeului prin dispersie, valoarea furajera a borhotului creste cu circa 45%, iar digestibilitatea substantelor organice cu circa 24% fata de procedeul de fierbere sub presiune.
Procesul de fermentatie continua a plamezilor se realizeaza in biorectorare dimensionate in functie de productia de alcool dorita. Bioreactorul trebuie prevazut cu un sistem de racire (fermentarea este un proces exoterm) si cu o gura de evacuare a CO2 format in urma fermentarii, pentru a evita cresterea nepermisa a presiunii. Instalatiile de fermentare pot fi de mai multe feluri:
- tip coloana- o singura coloana sau mai multe legate in paralel, pentru o capacitate de productie mai mare;
- tip baterie- 4-12 vase asezate in pozitie verticala sau orizontala, legate in serie, prin care produsul de fermentat circula succesiv;
- tip tanc-reactor cu agitator sau cu recirculare- dispozitivele functioneaza cu ajutorul pompelor, in vederea accelerarii procesului de fermentatie.
Distilarea
Plamada fermentata contine, in solutie sau in suspensie, substante provenite din materiile prime, auxiliare si din fermentatia alcoolica. Concentratia alcoolica a plamezii fermentate variaza intre limite largi, cuprinse intre 6-12 %, in functie de materia prima folosita si de procedeeul tehnologic aplicat. Separarea alcoolului etilic din amestec se bazeaza pe diferenta de volatilitate dintre alcool si apa. Din tabele si diagrame de echilibru a amestecului alcool etilic - apa se poate stabili numarul de trepte de concentrare si epuizare in alcool. Instalatiile de distilare a plamezilor fermentate sunt prevazute cu doua coloane, de plamada si de concentratre, care, in practica, sunt coloane suprapuse.Pentru distilare se va folosi abur cu temperatura de 120 C, incalzind astfel plamada fermentata de la 550 C la temperatura de distilare, tD.Alcoolul obtinut dupa distilare are o concentratie de aproximativ 85% volumetrice alcool.
Rafinarea
Este operatia de purificare si concentrare in alcool a alcoolului brut, pentru obtinerea alcoolului etilic rafinat cu o concentratie de circa 96 % volumic alcool. Rafinarea se poate face pe cale fizica (rectificare, care se bazeaza pe diferenta de volatilitate si solubilitate in amestecul alcool-apa) sau chimica (tratare cu substante chimice care transforma impuritatile volatile in impuritati nevolatile). In industrie, pentru capacitati mari se folosesc instalatii de distilare-rafinare continua, care permit obtinerea alcoolului rafinat direct din plamezile fermentate. Consumul de abur pentru instalatia de distilare-rafinare continua este de circa 5 kg/L alcool absolut. Prin recomprimarea directa a vaporilor alcoolici rezultati din coloana de rectificare si refolosirea lor la incalzirea cloanei de plamada este posibila o reducere drastica a consumului de energie la distilare-rafinare.Dupa rafinare, alcoolul etilic este racit la 30 C, utilizand ca agent termic apa de racire avand temperaturile 280 - 380 C.
Pentru reducerea consumului de energie la distilare si rafinare se pot folosi urmatoarele metode:
-recuperarea caldurii din borhot prin recomprimare termica sau mecanica a vaporilor (Klisch, 1982; Klisch si Besner, 1986);
-distilarea si rectificarea cu efect multiplu (Tegtmeier, 1985; Tegtmeier si Braun, 1990)
-folosirea pompelor de caldura.
2.10. Produse chimice folosite in fabricarea alcoolului
Acidul sulfuric, concentratie 94%, se utilizeaza pentru neutralizarea, acidularea si sterilizarea plamezilor.
Antispumantii folositi pe scara cea mai larga sunt acizi grasi vegetali, rezultati din procesul de rafinare a uleiurilor vegetale. Se mai folosesc ca antispumante uleiuri siliconice cat si mano si digliceride.
Antisepticii se utilizeaza pentru combaterea microorganismelor de infectie, in doze bine stabilite, care san u influenteze negativ activitatea fermentative a drojdiei. Dintre antisepticii mai des utilizati sunt: acidul sulfuric, formolina, pentaclor fenolatul de sodiu.
Dezinfectantii cei mai des utilazati pentru combaterea microflorei starine la fabricarea alcoolului sunt: formolina, clorura de var, laptele de var, soda caustica si soda calcinata.
2.11. Factorii care determina activarea si inactivarea fermentatiei
Fermentatia alcoolica este influentata in special de urmatorii factori:
temperaturile extreme la care se poate produce fermentatia sunt minimum 00C si maximum 370C. Aceste temperature pot varia usor, dupa rasele intrebuintate, sau prin aclimatizarea progresiva.
Concentratia in zahar-viteza de fermentare creste proportional cu concentratia de zahar, pana la concentratia de 0.5%. Pentru concentratii mai mari, pana la 12%, viteza de fermentare este constanta. Cand concentratia de zahar depaseste 20%, viteza de fermentare scade foarte mult. Se considera ca limita superioara concentratiei de 60% zahar.
Concentratia in alcool-0.7% alcool impiedica in mica masura dezvoltarea drojdiilor; concentratia de 4-5% alcool are o actiune inhibitoare mai puternica, pentru ca la concentratia de 10-12% dezvoltarea sa fie complet oprita.
Natura drojdiei- dupa continutul de enzim, drojdiile pot provoca o fermentatie mai mult sau mai putin rapida.
Substante inhibitoare si stimulatoare- fluorurile impiedica transformarea acidului gliceric in acid piruvic; acidul iod-acetic care inhiba triozofosfatdehidrogenaza.
Schema tehnologica de obtinere a alcoolului etilic
|
MELASA |
|
APA |
|
Multiplicare in laborator |
|
Multiplicare in sectia de culturi |
|
drojdie |
|
Dizolvare in apa |
|
BORHOT |
|
APA |
|
H2SO4 |
|
SARURI NUTRITIVE |
|
receptie |
|
Depozitare |
|
Diluare 60% |
|
cantarire |
|
transport |
|
Diluare 30-40% |
|
Diluare12-16% |
|
Plamada drojdie |
|
Neutralizare |
|
Sterilizare |
|
PLAMADA |
|
fermentare |
|
Separare drojdie |
|
Distilare |
|
Depozitare |
|
Rafinare |
|
CO2 |
|
Spalare |
|
Adaugare saruri nutritive |
|
Limpezire |
|
Drojdie separata |
|
Prefermentare |
|
FRUNTI |
|
ALCOOL RAFINAT |
|
COZI |
|
ULEI DE FUZEL |
|
APA DE LUTER |
|
APE DE SPALARE |
|
DROJDIE EXCEDENTARA |
|
CO2 SPALAT |
Problemele referitoare la circulatia materiilor prin instalatie sunt rezolvate cu ajutorul urmatoarelor date:
date referitoare la debitul sau capacitatea instalatiei, proprietatile materiilor prime, proprietatile produsului, caracteristici tehnologice specifice ale instalatiei;
date referitoare la schema tehnologica a instalatiei;
date stoechiometrice si cinetice ale reactiilor chimice care se petrec in instalatie;
Cu aceste date se alcatuiesc sisteme de ecuatii de bilant de materiale. Fiecare ecuatie de bilant este expresia principiului conservarii materiei, in forma:
|
Materiale + Materiale = Materiale + Materiale intrate existente ramase iesite |
|
Diferenta: A =Materiale - Materiale = Materiale - Materiale intrate iesite ramase existente |
 |
Unde A reprezinta acumularea. Termenii ecuatiei sunt exprimati in tone/ an. Se deosebesc : bilantul total de materiale (global) pentruintreaga instalatie.
Parametrii caracteristici ai procesului discontinuu de fata, sunt:
cantitatea de materii prime necesare;
durata de prelucrarii unei sarje;
cantitatea de produs obtinut intr-o sarja.
Stoechiometria fermentatiei alcoolice
In practica se obtine doar 90-95% din valoarea teoretica, datorita pierderilor in produse secundare formate.
Pentru cresterea anaeroba pe glucoza folosind celule de drojdie din specia Saccharomyces cerevisiae pot fi scrise ecuatiile:
|
Melasa:50% zahar |
|
32% |
|
19 blg |
|
6 blg |
|
14% |
|
Apa(A1) |
|
M1=0.7X |
|
M1+A1 |
|
M2+A2 drojdie |
|
Apa(A2) |
|
M2=0.3X |
Masa moleculara a glucozei=180;
Masa moleculara a etanolului=46
Diluare
0.4423*50 kg glucoza=22.115 kg etanol
50 kg reprezinta cantitatea de glucoza existenta in materia prima, conform Manualului Inginerului Chimist in Industria Alimentara.
Se presupune ca in 22.115 kg etanol exista 100 kg melasa.
22.11 kg etanol.....100 kg melasa
40000*103 /8000kg/h.......X
X= 22614.2kg/h melasa (1)
8000 reprezinta numarul de ore de functionare intr-un an.
Din Manualul Inginerului Chimist in Industria Alimentara s-au extras fractiile masice pentru glucoza=0.5; apa=0.2; nefermentescibile=0.3.
M*0.5 glucoza=11307.1 kg/h (2)
M*0.2 apa=4522.84 kg/h (3)
(M) M*0.3 nefermentescibile=6784.26 kg/h (4)
Diluare 32%
|
A1 |
|
|
|
M1 |
|
A1+M1 |
In care:- X1 reprezinta fractia pentru apa;
A1 reprezinta cantitatea de apa ce intra in etapa de diluare 32%;
M1 reprezinta cantitatea de melasa ce intra in etapa de diluare 32%;
M1:0.7*22614.2= 15829.94 kg/h melasa (5)
M1*50=(M1+A1)*32 (6)
A1=0.526*M1
M1*0.5=7914.645 kg/glucoza (11)
M1*0.2=3165.858 kg/h apa (12)
(M1) M1*0.3=4748.78 kg/nefermentescibile (13)
Cantitatea de plamada principala:M1+A1=24725.35 kg/h (14)
Cantitatea de apa: A1+0.2*M1 (15)
18896.08+3165.988=12062.068 kg/h apa ce iese din proces (16)
|
A2 |
|
|
|
M2 |
Diluare 14%
A2+M2
In care:
A2 reprezinta cantitatea de apa ce intra in etapa de diluare 14%;
M2 reprezinta cantitatea de melasa ce intra in etapa de diluare 14%.
M2=0.3*22614.2=6784.26 kg/h (17)
A2=M2*(50-14)/14=2.57*M2
M2*0.5=3392.13 kg/h glucoza (19)
M2*0.2=1356.852
kg/h apa (20)
(M2) M2*0.3=2035.278 kg/nefermentescibile (21)
Cantitatea de plamada principala(drojdie): M2+A2=24219.75 kg/h (22)
Cantitatea de apa: A2+0.2*M2 (23)
17435.49+1356.852=18792.338 kg/h apa ce iese din proces (24)
Neutralizare:
|
|
|
Neutralizarea si adaosul sarurilor nutritive |
|
H2SO4(L3) |
|
Saruri Nutritive (L2) |
|
Plamada drojdie (L1) |
|
Plamada imbogatita (L4) |
Bilantul Total: L1+L2+L3=L4 (25)
Bilantul Partial: L1*X1+L2*X2+L3*X3=L4*X4 (26)
Cantitatea de plamada imbogatita=M2+A2+L2+L3 (27)
Din notitele de biotehnologie chimica, [3]s-au extras urmatoarele date:
0.4 kg reprezentand cantitatea de superfosfat;
0.2 kg reprezentand cantitatea de (NH4)2SO4;
0.5 kg reprezentand cantitatea de H2SO4.
Cantitatea de superfosfat si cantitatea se sulfat de amoniu reprezinta sarurile ce intra in etapa de sterilizare.
100kg melasa.....0.4kg superfosfat...0.2kg NH4SO4...0.5kg H2SO4.
6784.246kg melasa...a kg.........b kg........c kg
a=27.136 kg/h superfosfat (28)
b=13.568 kg/h(NH4)2SO4 (29)
c=33.92 Kg/h H2SO4 (30)
Cantitatea de saruri=40.69 kg/h
Cantitatea de plamada imbogatita:
6784.24+17435.49+27.136+13.568+33.92=24294.354 kg/h (31)
In care: 6784.24 reprezinta cantitatea de melasa obtinuta in procesul de diluare;
17435.49 reprezinta cantitatea de apa ce rezulta din procesul de diluare;
27.136 reprezinta cantitatea de superfosfat
13.568 reprezinta cantitatea de de NH4SO4;
33.92 reprezinta cantitate de H2SO4.
Verificare:
Cantitatea de glucoza /cantitatea de plamada imbogatita:
Prefermentare
SHAPE * MERGEFORMAT
CO2(L5) prefermentare Plamada (L4) (L6) Plamada prefermentata (L6)
Bilantul total: L4=L5+L6 (33)
Bilantul partial: L4*X4=L5*X5+L6*X6 (34)
in care: 2.3 reprezinta coeficientul stoechiometric al CO2;
44 reprezinta masa moleculara a CO2;
1.3 reprezinta coeficientul stoechiometric al glucozei;
180 reprezinta masa moleculara a glucozei.
Notam cu X kg/h de glucoza care fermenteaza in aceasta etapa:
in care: 3329.13 reprezinta cantitatea de glucoza obtinuta in etapa de diluare;
24294.354 reprezinta cantitatea de plamada imbogatita obtinuta in etapa de sterilizare;
0.4327 reprezinta raportul CO2-glucoza(Y).
0.06 reprezinta concentratia de zahar
Cantitatea de glucoza finala pentru aceasta etapa:3329.13-1986.027=1406.103 kg/h (37)
Plamada prefermentata=plamada imbogatita- CO2*Y
24294.354-1986.027*0.4327=23435.39 kg/h plamada prefermentata (38)
Microorganisme
Se cunosc expresiile concentratiilor de celule si produs in functie de concentratia de substrat:
Stiind ca : cp0= 0g/L
cs0= 190 kg/m3
cp=
7% volumetric= 5.67% masic
Yxs= 0.101
Yps= 0.0442
Ms= 180 kg/kmol
Mx= 23.75 kg/kmol
Mp= 46 kg/kmol
Cu aceste date se calculeaza concentratiile finale de substrat si de celule.
Din ecuatia (6)
Din ecuatia (5)
Stiind ca produsul final al procesului, alcoolul rafinat este de concentratie 96%, se calculeaza debitul de alcool si de apa care rezulta pentru productia anuala propusa, de 30000 tone/an.
100 t alcool rafinat ......96 t alcool pur .......... 6 t apa
40000 t/an alcool rafinat....... x t/an alcool pur.......... y t/an apa
x = 38400 t/an alcool pur ; y = 1800 t/an apa
Din ecuatia stoechiometrica se calculeaza debitele de produsi rezultate din cantitatea de glucoza propusa:
1,3*180 t glucoza ...1*23,75 t MO ....0,45*18 t H2O .......2,3*44 t CO2
656,67 t/an glucoza.... a t/an MO ..... b t/an H2O ...... c t/an CO2
a = 66,65 t/an MO
b = 22,73 t/an H2O
c = 283,99 t/an CO2
Verificare:
Cantitatea de glucoza/cantitatea de plamada prefermentata
Cantitatea de CO2 ce se degaja in aceasta etapa este:
X*Y=1986.027*0.4327=858.95 kg CO2 (44)
Randamentul:YPS=
in care: 2.25 reprezinta coeficientul stoechiometric al alcoolului etilic;
46 reprezinta masa moleculara a alcoolului etilic;
1.3 reprezinta coeficientul stoechiometric al glucozei;
180 reprezinta masa moleculara a glucozei.
Cantitatea de etanol ce se obtine in aceasta etapa este data de X*YPS
1986.027*0.4427= 879.214 kg/h etanol (46)
2109.88
kg/h nefermentescibile; (47)
23435.39: 879.214 kg/h etanol; (48)
(L6) 23435.39-(2109.88+879.214+1406.103)=19040.72 kg/h apa
Fermentare:
SHAPE * MERGEFORMAT
Plamada fermentata (L7) fermentare Plamada principalaL8 Plamada prefermentata(L6) CO2 (L5)
Bilantul total: L8+L6=L5+L7 (50)
Bilantul partial: L8*X8+L6*X6=L5*X5+L7*X7 (51)
Cantitatea de plamada fermentata(L7):
L8+L6=24725.35+23435.39
1406+7914.6=9320.6
kg/h glucoza (53)
48160.74: 2109.88+4748.78=6858.66 kg/h nefermentescibile (54)
(L7) 878.4 kg/h etanol (55)
48160.74-(9320.6+6858.66+878.4)=31102.7 kg/h apa (56)
Randamentul:YPS=
in care: 2.3 reprezinta coeficientul stoechiometric al CO2;
44 reprezinta masa moleculara a CO2;
1.3 reprezinta coeficientul stoechiometric al glucozei;
180 reprezinta masa moleculara a glucozei.
Verificare:
in care: 9320.6 kg/h reprezinta cantitatea de glucoza obtinuta in etapa de fermentare;
48160.35 kg/h reprezinta cantitatea de plamada fermentata;
Cantitatea de CO2 ce se degaja in aceasta etapa este:
Cantit. de glucoza*Y=9320.6*0.4327=4033.02 kg CO2 (59)
Cantitatea totala de plamada fermentata in aceasta etapa este:
L8+L6=L5+L7
Cantitatea de etanol ce se obtine in aceasta etapa este data de: cantit. de glucoza*YPS
9320.6*0.4324= 44127.67 kg/h etanol (61)
4122.50+878.4=5000.9 kg/h etanol (62)
2109.88+4748.78=6858.66 kg/h nefermentescibile (63)
(L7) 44130.52-(5000.9-6858.66)=31269.63 kg/h apa (64)
|
Alcool brut(L9) |
|
distilare |
|
Borhot(L8) |
|
Plamada fermentata(L7) |
Distilare:
Bilantul total: L7=L8+L9 (65)
Bilantul partial:L7*X7=L8*X8+L9*X9 (66)
Conform Manualului Inginerului Chimist in Industria Alimentara s-au extras urmatoarele date:
Alcoolul brut reprezinta 84% si are fractia masica 0.78
Borhotul reprezinta 0.02%
L7=L8+L9 (67)
48160.74=L9*0.78+L9*0.0002
L8=3489.4611 kg/h borhot (69)
Rafinare:
|
W(L11) |
|
rafinare |
|
Alcool rafinat (L10) |
|
Alcool brut(L9) |
 |
Conform Manualului Inginerului Chimist in Industria Alimentara s-au extras urmatoarele date:
Alcoolul rafinat reprezinta 96% si are fractia masica 0.93
Frunti: 0.07* L9=3126.98 kg/h
Cozi: 0.04* L9=1786.85kg/h
Ulei de fuzel: 0.04* L9= 1786.85kg/h
Bilantul total: L9=L10+L11 (70)
Bilantul partial: L9*X9=L10*X10+L11*X11 (71)
L9*0.78=L10*0.93+W*0.2 (72)
44671.279=L10+L11 (73)
44671.279*0.78=L10*0.93+W*0.2
L11=719.378 kg/h borhot (75)
BILANTUL PENTRU INTREAGA INSTALATIE:
Intrare:
X+A1+A2+L2+L3
22614.2+8896.06+17435.44+40.69+33.92=49020.31 kg/h
Iesire:
L5+L9+L8+L10+L11
858.95+4033.2+3489.4611+ 719.378+35492.239=44593.228 kg/h
SCHEMA BILANTULUI TOTAL DE MATERIALE:
SHAPE * MERGEFORMAT CO2 BORHOT ALCOOL
|
INSTALATIA DE OBTINERE A ALCOOLULUI ETILIC |
|
|
|
APA MELASA SARURI H2SO4 NUTRITIVE |
Ecuatia fermentatiei alcoolice produsa de drojdia S.Cerevisiae raportata la un mol de biomasa este:
Reactia de non-crestere
G0 = -52.02 kcal
G0 = -40.05 kcal
G0 = 0 kcal
Facand suma ultimelor doua ecuatii se obtine ecuatia:
G0 = -40.05 kcal
Termodinamica fermentatiei alcoolice
Pentru cresterea drojdiilor, exista doua faze: una aeroba si alta in conditii anaerobe. Ecuatiile generale sunt:
Dezvoltarea aeroba initiala
avand entalpia de reactie H = -4.79 kcal/mol.
Dezvoltarea anaeroba ulterioara
avand entalpia de reactie H = -23 kcal/mol.
Cantitatea de caldura degajata in timpul unui proces biologic, Q, poate fi calculata folosind caldurile de combustie ale speciilor prezente:
unde:
HS caldura de combustie de carbon kJ/g;
HN caldura de combustie de azot kJ/g;
HX caldura de combustie a celulelor kJ/g;
HPj caldura de combustie a produsului j kJ/g;
S cantitatea de sursa de carbon din substrat utilizata g;
N cantitatea de sursa de azot din substrat utilizata g;
X cantitatea de celule produsa g;
Pj cantitatea de produs j rezultat g.
Caldura de combustie a substantelor chimice poate fi calculata pe baza energiilor de legatura. Pentru microorganisme, s-a determinat, in medie, o caldura de 37.046 kJ/g.
Entalpiile standard de formare a compusilor din mediul de reactie:
|
Compus |
C6H12O6 |
NH3 |
biomasa |
CO2 |
C2H5OH |
H2O |
|
ΔH0fj [KJ/mol] |
Caldura de reactie raportata la un mol de biomasa se calculeaza cu relatia:
ΔH0r = Yj,P* ΔH0f,P- Yj,R* ΔH0f,R
ΔH0r = -9.1+2.3*(-394.1)+2.25*(-288)+0.45*(-286)-1.3*(-1264)-0.2*(-133)
ΔH0r = -104.33 kJ/mol Cx = -4.241 kJ/m3=-4241.057 kJ/kgx
Bilantul termic se calculeaza cu ajutorul modelului cinetic:
MODEL CINETIC
Reactorul discontinuu este operat in sarje, toti constituentii mediului biologic fiind introdusi in aparat la inceput, iar produsii de reactie indepartati dupa terminarea procesului.
Procedeul obtinerii etanolului pornind de la zaharuri prin drojdia Scharomyces cerevisae este un procedeu de fermentatie cu o cinetica simpla. Aceasta fermentatie nu comporta decat o singura faza de crestere si de productie, pe parcursul careia glucoza este transformata simultan in biomasa, etanol si dioxid de carbon.
Exista doi parametrii care controleaza in anaerobioza cresterea si metabolismul drojdiilor, concentratia de glucoza si cea de etanol. Glucoza are un dublu rol cinetic: este limitant (mai putin de 1g/l) si devine inhibitor la concentratii mari (peste 150g/l). Pentru etanol, plecand de la un prag in jur de 40g/l, el devine inhibitor pe rand pentru dezvoltarea celulelor si producerea de etanol. Inhibitia de etanol este mai pronuntata pe cresterea celulara decat pe productia de etanol.
Avand in vedere importanta practica deosebita a fermentatiei alcoolice vom utiliza un model cinetic care cuprinde ecutia de inhibitie prin substrat si produsi.
Ipoteze:
pseudoomogenitate;
regim izoterm;
amestecare perfecta;
crestere celulara zero;
inhibitie prin produsi secundari zero.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
viteza de formare a celulelor |
|
|
|
viteza de formare a produsului |
|
|
|
|
|
viteza de consum a substratului |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- valori de start |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
sarje |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
reactoare de 300 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Bilantul termic pentru operatia de fermentare:
8000 reprezinta numarul de ore functionabile intr-un an.
(80)
8760 reprezinta numarul de ore dintr-un an.
Se alege volumul reactorului 300 m3.
Bilantul termic pentru mediul de reactie
Qg=caldura agentului termic
Bilantul termic pentru agentul termic:
Ag*Cp(t2-t1)τfermentare=Qg
Ag=
t2=30°C
t1=5°C
0.999 se alege din graficul Cp=f(t) ale caror ecuatii sunt:
Cpapa=4045t0.0095
Cpetanol=1180.8t0.2345
Ag=614.54*8000=4916320 kg/an
Ag=4916320*τs*Ns*Nreactoare→Ag=4916320*17* 470*5→Ag=1.96*1011 kg/sarja
Bilantul termic pe coloana de distilare:
p=760 tori
pi= presiunea de vapori pentru cei doi componenti (etanol si apa) in functie de temperatura;
yi=fractia molara a celor doi componenti;
QD=caldura de distilare
r=caldura de vaporizare;
c=85% vol.
yetanol=0.637
yapa=0.363
tD=88.2oCse calculeaza cu relatiile Antoine:
tD=temperatura de distilare
rs=ramestec=0.637*199.3*0.363*485=303 kcal/kg (84)
QD=6401.73kg/h*303kcal/h
QD=1939724.19 kcal/h=1.93*106 (85)
P=760 torri
To=99.3oC se calculeaza cu relatiile Antoine:
Qw=caldura reziduului
Qw=Lpl.ferm.*Cp(t0-30)+QD
Qw=44129.19*1.041*69.3+1.93*106 (86)
Qw=5.40*106 kg/h
Aabur=
Bilantul temic pe coloana de rectificare:
Q'=caldura pentru coloana de rectificare;
Q'=Lalc. rafinat*ram
L=35492.239kg/h
C=96%
Xalc.=0.88
Xapa=0.12
tc=80.1ose calculeaza cu relatia Antoine;
ram=0.88*202.74+0.12*438.2=231.2kcal/h (88)
Q'=35492.239*231.2=6.43*105kcal/h
Q'=Ag*Cp*ΔT
ΔT=38-28=10oC
Ag=
Bilantul termic pe fierbatorul coloanei de rectificare:
Se utilizeaza abur la 120oC
Q=Lalc. brut*Cp(tf-30)
tf=84.2+30/2=57.1oC
C1=85%
Xalc.=0.637
Xapa=0.363
tf=84.2o se calculeaza cu relatia Antoine:
Cp=0.637*0.704+0.363*1=0.811 kcal/kg*grad
Q=44671.279*0.811(84.2-30)+6.38*104=7.96*105kcal/h (90)
Qabur=Aabur*rabur
Aabur=Q/rabur
Aabur=6.38*104/526.7=1.51*103kg/h (91)
Bilantul termic pe racitorul de alcool etilic:
Se utilizeaza apa de racire cu temperatura de 28o-38oC; racirea alcoolului etilic facandu-se de la temperatura de 80.1oC la 30oC.
Q=Lalc. rafinat*Cp(80.1-30)
t=80.1+30/2=55.05oC
Cp=0.88*0.698+0.12*1=0.734 kcal/kg*grad (92)
Q=44671.279*0.734*80.1=1.022*105kcal/h
Q=Ag*Cp* ΔT
Ag=
Bilantul termic pe racitorul de reziduu:
Se utilizeaza apa de racire cu temperatura de 5-10oC
Q=Lreziduu*Cp(tw-30)
tw=99.4oC se calculeaza cu relatiile Antoine:
Lreziduu=719.378kg/h
Q=719.378*1.041(99.4-30)=5.19*104kcal/h (94)
Q=Ag*Cp* ΔT
Ag=
Reactorul este fermentatorul care se leaga de modulul de microfiltrare cu ajutorul unei pompe.Fermentatorul se alimenteaza cu substrat nesteril si cu oxigen.Rolul bioreactorului este de a produce alcool etilic din melasa.
Microorganismul folosit la fermentatia alcoolica este Saccharomyces cerevisae.Acesta face parte din grupul Protista, fiind un microorganism de tip eucariot.Foloseste la fabricarea spirtului de fermentatie si la obtinerea drojdiei de panificatie.Se gaseste intr-o multitudine de medii de viata: sol (102-105 celule/g sol), apa, pe suprafata fructelor etc.
Are forma ovolara, dimensiuni cuprinse intre 3-15μm. In medii de cultura lichide fermenteaza glucidele.Pe medii de cultura solidificate formeaza colonii solidificate formeaza colonii cu diametrul 0.2-2 cm, de culoare alb-crem.
Necesita in mediul de cultura o sursa de C, o sursa de N, saruri minerale si factori de crestere.Temperatura optima de crestere este de 30°C, iar pH-ul optim 4-5. Fermenteaza in anaerobioza glucoza, fructoza, galactoza, zaharoza, maltoza si doar 1/3 refinoza. Prin fermentatie(optima la 30-32°C), in lichide formeaza o spuma persistenta. Din biomasa de celule obtinuta in mediul nutritiv si in conditii de aerare, prin procedee biotehnologice se pot obtine enzime(invertaza), vitamine din grupul B, interferon si altele.
Drojdiile din genul Saccharomyces cerevisae sunt de fermentatie inferioaraPentru a putea fi folosite in practica, aceste drojdii sunt utilizate si selectionate in functie de unele proprietati pe care le recomanda pentru utilizarea industriala, cum ar fi:
puterea alcooligena: se refera la concentratia mare de alcool ce se poate acumula, cand in mediu exista zahar in exces. Drojdiile sunt sensibile la cresterea concentratiei in alcool;
alcoolorezistenta: se refera la capacitatea drojdiilor de a continua fermentatia la cresterea concentratiei in alcool, deoarece alcoolul etilic poate actiona ca un denaturant al proteinelor si produce inactivarea enzimelor sensibile;
sulfitorezistenta: o proprietate importanta a drojdiilor de vin de a se adapta la concentratii care pot influenta negativ activitatea altor drojdii din must, neadaptate, ca urmare a scaderii potentialului de oxidoreducere;
capacitatea de floculare si pulverulenta: proprietati datoratestructurii peretelui celular si modificarii de pH din timpul fermentaiei.
Pentru a putea calcula dimensiunile bioreactorului trebuie , trebuie ales materialul din care va fi construit acesta.Datorita procesului de fermentare care are loc in bioreactor, datorita conditiilor de reactie si a materiilor folosite, pentru construirea bioreactorului se va alege un otel tip K 460.
Schema constructiva a bioreactorului
D HCS h HC HM H
SHAPE * MERGEFORMAT
In care : Hcs= inaltimea partii sferice a capacului
h= inaltimea partii cilindrice a capacului
Hc= inaltimea totala a capacului
H= inaltimea partii cilindrice a bioreactorului
Hc= inaltimea capacului
Hm= inaltimea mantalei
Ht=inaltimea totala a bioreactorului
D= diametrul interior al bioreactorului
Determinarea duratei de reactie se calculeaza cu ajutorul modelului cinetic:
MODEL CINETIC
Reactorul discontinuu este operat in sarje, toti constituentii mediului biologic fiind introdusi in aparat la inceput, iar produsii de reactie indepartati dupa terminarea procesului.
Procedeul obtinerii etanolului pornind de la zaharuri prin drojdia Scharomyces cerevisae este un procedeu de fermentatie cu o cinetica simpla. Aceasta fermentatie nu comporta decat o singura faza de crestere si de productie, pe parcursul careia glucoza este transformata simultan in biomasa, etanol si dioxid de carbon.
Exista doi parametrii care controleaza in anaerobioza cresterea si metabolismul drojdiilor, concentratia de glucoza si cea de etanol. Glucoza are un dublu rol cinetic: este limitant (mai putin de 1g/l) si devine inhibitor la concentratii mari (peste 150g/l). Pentru etanol, plecand de la un prag in jur de 40g/l, el devine inhibitor pe rand pentru dezvoltarea celulelor si producerea de etanol. Inhibitia de etanol este mai pronuntata pe cresterea celulara decat pe productia de etanol.
Avand in vedere importanta practica deosebita a fermentatiei alcoolice vom utiliza un model cinetic care cuprinde ecutia de inhibitie prin substrat si produsi.
Ipoteze:
pseudoomogenitate;
regim izoterm;
amestecare perfecta;
crestere celulara zero;
inhibitie prin produsi secundari zero.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
viteza de formare a celulelor |
|
|
|
viteza de formare a produsului |
|
|
|
|
|
viteza de consum a substratului |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- valori de start |
|
| |||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
sarje |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
reactoare de 300 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Se defineste un coeficient de sveltete, S=H/D.
In general, S=2.
Din schita constructiva se observa ca Vreactor= 2*V capac+V cilindru
Vcilindru=
Cum S=H/D=2àH=2*D
à Vcilindru=
Vcapac=
Conform Stas 6809-79 se adopta h=40 mm si Hcs=0.25*D.
Vcapac=
Datorita valorii foarte mici a lui h, acesta se poate neglija. In acest caz, ecuatia devine:
Vcapac=
Vreactor= Vreactor= 2*V capac+V cilindru
Vreactor=
La calculul numarului de sarje s-a obtinut un volum al reactorului de 300 m3.
àD=
Conform normelor in vigoare (Stas 7159-74) se va alege un diametru interior al bioreactorului de 6m.
Stiind ca S=H/D si ca S=2
Capacele elipsoidale sunt construite, de obicei, in asa fel incat Hcs=D/4
Inaltimea totala a capacului ar fi Hc=Hcs+h=1.5+0.04=1.54m
Datorita faptului ca variatia inaltimii totale a capacului este foarte mica daca se adauga si h, acesta poate fi neglijat si inaltimea totala a capacului bioreactorului poate fi considerata Hc= 1.5 m.
Calculul inaltimii mantalei
Hm=0.6*Ht
Ht=H+2*Hc= 12+2*1.5
Calculul grosimii peretelui recipientului
In bioreactor se considera p=1 atm. Deci grosimea peretelui se va calcula fara a considera ca peretii bioreactorului sunt supusi unei presiuni interioare. Din aceasta cauza formula de calcul este:
c1= vcoroziune * n
in care : s0= grosimea de rezistenta
p= presiunea interioara
D= diametrul interior al bioreactorului
z=coeficient de rezistenta al imbinarii sudate
sproiectare= grosimea de proiectare
c1= adaos pentru conditiile de exploatare
c2= adaos de rotunjire, care tine seama de valoarea grosimii standardizate imediat superioare a tablei, de abaterea negativa la grosime si de adaosul tehnologic
vcoroziune = viteza de coroziune exprimata in mm/an
n= numarul de ani de functionare
z= 0.8
n= 10 ani
vcoroziune =0.3 mm/an
c1= 0.3*10= 3 mm=3*10-3 m
c2 =1.8 mm=1.8*10-3 m
In care
cs1= coeficient de siguranta la curgere, cs1= 1.8 pentru ca in bioreactor se gasesc fluide inflamabile
cs2= coeficient de siguranta la rupere, cs2= 3 pentru ca se lucreaza cu fluide inflamabile
Caracteristicile fizico-mecanice pentru otelul K 460- Tabelul I
|
Marca otelului |
STAS |
Caracteristici ale materialului |
Temperatura [ºC] |
|||||
|
20 |
100 |
150 |
200 |
250 |
300 |
|||
|
K 460 |
| |||||||
|
|
- | |||||||
|
E *10 -5 [N/mm2] | ||||||||
|
[m/m*ºC] | ||||||||
Deoarece fermentarea are loc la temperatura de
30ºC, iar apa de racire are temperaturile de 10, respectiv 20ºC,
si
se vor considera
la temperatura de 20 ºC.
Se calculeaza
Se standardizeaza aceasta valoare la valoarea imediat superioara, conform Stas 437-73:
Claculul grosimii capacului elipsoidal
Grosimea capacului elipsoidal se calculeaza identic cu cea a peretiilor recipientului, dar, in acest caz,
in care c3= adaosul suplimentar pentru subtierea tablei la ambustisare si
c3= 2*10-3 m.
Deci, conform calculelor obtinute anterior:
Se standardizeaza aceasta valoare la valoarea imediat superioara, conform Stas 437-73:
Determinarea diametrului exterior al mantalei
Dmi = diametrul interior al mantalei
Dmi = D +2*sproiectare
Dmi=6+2*0.01
Se standardizeaza la valoarea imediat superioara, deci se alege Dmi=6.2 m=6200mm
Calculul racordurilor
1.Dimensionarea racordului de evacuare CO2
Pentru a putea calcula dimensiunie racordurilor trebuiesc stiute debitele volumetrice de fluid care trec prin aceste racorduri.
Gvolumetric=
Gvolumetric=
DR=
W =este viteza gazului;
Se alege W=21 m/s
Se alege diametrul racordului 0.2m.Se opteaza pentru aceasta valoare pentru ca in timpul fermentatiei se formeaza o spuma care este evacuata odata cu dioxidul de carbon.
2.Dimensionarea racordului pentru plamada fermentata
Gmasic=
Gmolar=
DR=
W =este viteza gazului
Se alege W=3.5 m/s
In conformitate cu Stas 8815/3-79 se alege un diametru al racordului de alimentare a plamezii fermentata DR=0.07 m.
. Dimensionarea racordului pentru plamada prefermentata
Gmasic=
Gmolar=
DR=
W =este viteza gazului
Se alege W=3.5 m/s
In conformitate cu Stas 8815/3-79 se alege un diametru al racordului de alimentare a plamezii prefermentate DR=0.05m.
. Dimensionarea racordului pentru plamada principala
Gmasic=
Gmolar=
DR=
W =este viteza gazului
Se alege W=3.5 m/s
In conformitate cu Stas 8815/3-79 se alege un diametru al racordului de alimentare a plamada principala DR=0.05m.
. Dimensionarea racordului pentru apa
Gmasic=
Gmolar=
DR=
W =este viteza gazului
Se alege W=3.5 m/s
In conformitate cu Stas 8815/3-79 se alege un diametru al racordului de alimentare a apei DR=0.06m.
. Dimensionarea racordului de evacuare
G=debitul volumetric al plamezii fermentate;
Gv=
DR=
W =este viteza gazului
Se alege W=3.5 m/s
In conformitate cu Stas 8815/3-79 se alege un diametru al racordului de evacuare a apei DR=0.01m.
Dimensionarea schimbatorului de caldura
Condensatoarele de amestec se utilizeaza in exclusivitate pentru condensarea vaporilor de apa cu ajutorul apei de racire .In cazul condenstaoarelor pentru amestecuri de vapori,datorita faptului ca are loc o condensare diferentiata-vor condensa intai componentele mai putin volatile-compozitia vaporilor si temperatura de condensare variaza in lungul condensatorului.In acest caz apa va circula tevi iar -amestecul va circula prin manta.
Pentru alegerea schimbatorului de caldura se propune un coeficient total de transfer termic,K:
Kpropus=560W/ m2 grd
Apropusa=Q/(K*tm)= 1353539.54(55*560)
Apropusa=62.97m2
A aleasa=67.3m2 aria de transfer termic
L teava =2000 mm lungimea tevii
Dn = 800 mm diametrul nominal
s = - grosimea mantalei
=2 mm grosimea tevii
d =20 mm diametrul exterior al tevii
n = 595tevi numarul de tevi
D echivalent = 24mm diametrul echivalent
Verificarea schimbatorului de caldura propus
Calculul coeficientilor partiali de transfer termic, si , pentru condensat si, respectiv, pentru apa de racire.
Calculul coeficientului partial de transfer termic , ,prin tevi
Constantele fizice ale apei la temperatura medie de 330C:
=0.0123*10-3 N*s/mp
=0.0206 W/m*grd
Pr=5.14
Cp=0.452kcal/kg*grd
Pr=1.43
Re=1.92*105 regim turbulent
Nu=0.023*Re0.8 *Pr0.4 ;
àSe calculeaza cu Pr0.3pentru ca apa de racire se incalzeste in cursul operatiei de condensare.
Nu=0.023*(1.92*105) 0.8*(1.43) 0.3
Nu=431.488
=(Nu* dint =(431.488*0.0206)/0.016
=555.54W/m2*grd
Valorile proprietatilor fizice au fost alese din Anexa 1.
Calculul coeficientului partial de transfer termic pentru condensarea amestecului de etanol-apa:
1=1.14*10-3 kg/m*s
1=0.142 W/m*grd
1=754 kg/m3
g = 9.81 m/s2
c=0.708 kg/h
Pentru condensarea pe un fascicul orizontal de tevi se utilizeaza relatia adimensionala :
g) 1/3 =1.19 (Re)
in care :
Re=41
Re=4*G1/(L*n*1)
G1/(L*n)
viteza masica pe unitatea de lungime a tevi
L-lungimea tevi,m
Re=(4*0.375)/(2 *85*0.4786*10-3)
Re=18.43
Proprietatile amestecului lichid:
W/m2*grd
Valorile proprietatilor fizice au fost alese din Anexa 1.
Calculul coeficientului total de transfer termic:
unde: pp -rezistenta termica a peretelui
pm -grosimea peretelui tevii
p W/m*grd-conductivitatea termica a otelului
r= 0.00055 m*grd/W -rezistentele termice ale crustelor
Krezultat=437.2855W/ m2 grd
Arezultata=Q/(K*tm)=368292.55 /(437.2855*45.89)
Valorile proprietatilor fizice au fost alese din Anexa 1.
Calculul racordurilor
Pentru a putea calcula racordurile de alimentare si de evacuare pentru cele doua fluide trebuie propuse vitezele acestora.Se trateaza cele doua cazuri separat:
Vitezele mari de curgere ale fluidelor conduc la valori mari ale coeficientilor partiali de transfer termic si caderi mari de presiune
Pentru apa de racire,fiind lichida, propunem v2 propusa =4.5m/s
A=Gv2/v
Gv2= debitul volumetric de apa de racire
Gv2= G2/
A=( *d2racord)/4
dracord=(4*A/ )1/2 m
Gv2=2.85/994.7584=2.86*10-3 m3/s
A= 2.86*10-3/4.5=5.72*10-3 m2
dracord=(4*5.72*10-3/3.14) 1/2
dracord=0.080m=80mm
Pentru ca apa de racire nu isi modifica starea de agregare, se considera ca dracord alimentare= dracord evacuare= 80mm.
Calculul racordurilor pentru amestec
Calculul racordului pentru alimentare
Pentru vapori, vitezele de curgere depind de presiunea de lucru
La alimentare amestecul este in stare de vapori
Vitezele de curgere trebuie sa fie cuprinse in intervalul (10.25)
A=Gv1/v
Gv1= debitul volumetric de amestec gazos
Gv1= G1/
A=( *d2racord)/4
dracord=(4*A/ )1/2 m
Gv1=35492.239/1.5415*3600=6.39m3/s
A= 6.39/20=0.01216m2
dracord=(4*6.39/3.14) 1/2
dracord=0.30 m=300mm
Calculul racordului pentru evacuare
La evacuare amestecul este in stare lichida
Vitezele de curgere trebuie sa fie cuprinse in intervalul (1. 5)
A=Gv1/v
Gv1= debitul volumetric de amestec gazos
Gv1= G1/
A=( *d2racord)/4
dracord=(4*A/ )1/2 m
Gv1=6.39/749.7421=8.52*10-3 m3/s
A= 8.52*10-3/5=0. 1.70m2
dracord=(4*1.70/3.14) 1/2
dracord=0.046 m=46.59mm
Se alege un amestecator tip turbina.in literatura de specialitate acest tip de amestecator se mai intalneste sub denumirile: turbina Rushton, turbina deschisa, amestecator tip turbina; domeniile lui de utilizare sunt: reactii chimice, transfer de caldura, dizolvare, omogenizare, dispersii de gaze, absorbtie de gaze, preparari de suspensii usoare , reactii chimice pentru lichide cu vascozitati mici si medii.
Este recomandat pentru operatii, in cursul carora are loc variatia vascozitatii cu mediul de lucru.
Amestecatorul tip turbina poate fi folosit in vase prevazute cu sicane sau fara sicane; directia de curgere a fluidului in cazul folosirii sicanelor este preponderent verticala cu componenta circumferentiala, iar daca nu se folosesc sicane, este preponderent circumferentiala, cu componenta verticala.
Normativul IPROCHIM recomanda utilizarea urmatorului amestecator tip turbina care se realizeaza pe baza datelor din tabelul urmator:
|
d | ||||||||
|
h | ||||||||
|
s |
|
D |
|
H |
|
h |
|
s |
|
sicane |
d= (0.22..0.42)*D
Complexitatea fenomenelor biochimice ce se desfasoara in cadrul procesului de fermentatie alcoolica impune respectarea in limite extrem de inguste a parametrilor biochimici, plaja de variatie fiind mult mai mica decat in cazul unui proces chimic obisnuit si necesitand aparatura de masura si control complexa si cu viteza de executie sporita.
Bucle de reglare:
a) reglarea presiunii- mentinerea unei presiuni constante in bioreactor este una din conditiile preincipale de prevenire a infectiei culturii. Se utilizeaza SRA-P format din:
PE- traductor de presiune;
PC- regulator de presiune;
PI- valoarea de referinta a presiunii
b) Reglarea temperaturii- reactia biochimica este puternic influentata de temperatura, variatiile de temperatura influentand negativ matabolismul celulelor de drojdie prin scaderea productiei, fie prin inhibarea sistemului enzimatic.Sistemul de reglare automata a temperaturii compara valoarea de referinta a temperaturii cu valoarea temperaturii mediului utilizand un SRA-T format din:
TE-traductor de temperatura;
TC- regulator de temperatura;
TI- valoarea de referinta a temperaturii.
c) Reglarea pH-ului este un parametru ce joaca un rol important in desfasurarea procesului biochimic; mentinerea valorii pH-ului mediului in domeniul optim favorizeaza productia. Reglarea pH-ului se face utilizand un SRA-pH format din urmatoarele componente:
pLE- traductor de lichid;
pLC- regulator de lichid;
pLi- valoarea de referinta a lichidului.
Pentru reglarea pH-ului mediului se utilizeaza HCl diluat cu NaOH deoarece ionii de clor influenteaza pozitiv metabolismul drojdiilor, in timp ce ionii de sodiu s-a stabilit ca nu au nici o influenta asupra procesului metabolic.
SCHEMA DE AUTOMATIZARE PENTRU UN REACTOR BIOCHIMIC
SHAPE * MERGEFORMAT K
|
|
|
T |
|
P |
|
|
|
Agent Termic |
|
Agent Termic |
|
Plamada principala |
|
Plamada prefermentare |
|
Plamada fermentata |
|
CO2 |
|
pHHHHHHH |
|
Agent |
Posibilitatile de obtinre ale alcoolului sunt multiple, dar variantele posibile in etapa actuala cu cea mai mare fezabilitate o prezinta materiile prime agro-alimentare, inclusiv deseurile care rezulta din prelucrarea acestora. De asemenea fabricarea alcoolului din subproduse ale industriei zaharului, in special melasa, apare in prezent ca o necesitate de rationalizare a insesi industriei zaharului.
Dioxidul de carbon rezultat din fermentare este folosit ca materie prima in industria bauturilor racoritoare, in industria berii, industria colorantilor, industria instalatiilor P.S.I.
Alcoolul ca produs final al distilarii plamezilor alcoolice si rafinarii alcoolului brut are trei destinatii foarte importante pentru economia fiecarei tari: alimentar, chimic si energetic.
In prezent alcoolul carburant este folosit ca element antipoluant in amestec cu benzina, la alimentarea motoarelor automobilelor din tari ca: SUA, Brazilia etc.
Oamenii de stiinta sunt preocupati pentru obtinerea de alcool folosind tehnologii cu randamente ridicate si consumuri specifice de materii prime, materiale, forta de munca, energie scazuta, astfel incat alcoolul carburant sa devina o alternativa a benzinei.
Prezenta lucrare este o trecere in revista a uneia dintre cele mai cunoscute tehnologii clasice de obtinere a alcoolului etilic din melasa.Acest domeniu al biotehnologiei alcoolului este foarte vast dar in acelasi timp foarte rentabil, avand in vedere larga utilizare a alcoolului etilic in diferite ramuri ale economiei unei tari, tinand cont ca pretul de cost de productie este redus, iar valorificarea se face la preturi ridic
Bioreactor de fermentare pentru obtinerea alcoolului etilic
Destinatie: fermentarea unei plamezi de melasa, in prezenta enzimelor, pentru obtinerea de alcool etilic
|
Parametrii de operare Intrare Iesire |
- G plamada fermentata - 48160.74 t/an - G apa de reactie - 32269.63t/an - G CO2 - 37121.55 t/an - temperatura agentului termic 10 º C 20º C temperatura maxima in reactor 30º C |
|
Tipul reactorului : reactor cu agitator tip turbina, cu diametrul exterior 6,24 m, diametrul interior 6 m, cu diametrul amestecatorului 4 m, prevazut cu manta pentru agentul de racire. Dimensiunile principale ale reactorului: Conform schitei Material de constructie: Otel K460 Observatie: - se monteaza vertical, sprijinit de suporti laterali; - se instaleaza in spatiu inchis dar trebuie asigurata o buna ventilatie a incintei; |
NORME DE PROTECTIA MUNCII
Protectia muncii constituie un ansamblu de activitati institutionalizate avind ca scop asigurarea celor mai bune conditii in desfasurarea procesului de munca, apararea vietii, integritatii corporale si sanatatii salariatilor si a altor persoane participante la procesul de munca.
Alcoolul destinat prepararii bauturilor este considerat aliment, deci se supune tuturor rigorilor de igiena.
Unitatile care prepara alcool destinat bauturilor pe baza de alcool trebuie autorizate din punct de vedere sanitar.
Conditii de autorizare:
- amplasare intr-o zona curata, fara surse de poluare in jur,
- sursa de apa potabila suficienta cantitativ si corespunzatoare fizico-chimic si microbiologic;
- sa fie respecate circuitele functionale specifice fluxului tehnologic in productie;
- sa fie organizate depozite diferite diferentiate pentru materia prima si pentru produsul finit;
- sa fie asigurat un vestiar pentru personalul in care lucratorii sa isi poata lasa hainele de acasa, sa poata face dus si apoi sa se poata echipa cu echipamentul de lucru si de protectia a alimentului.
In vederea asigurarii conditiilor de protectie a muncii si pentru prevenirea accidentelor de munca in industria de obtinere a alcoolului si a bolilor profesionale, conducerea persoanei juridice, precum si persoana fizica au urmatoarele obligatii:
a) sa adopte, din faza de cercetare, proiectare si executie a constructiilor, a echipamentelor tehnice, precum si la elaborarea tehnologiilor de fabricatie, solutii conforme normelor de protectie a muncii, prin a caror aplicare sa fie eliminate riscurile de accidentare si de imbolnavire profesionala a salariatilor si a altor persoane participante la procesul de munca;
b) sa solicite inspectoratului teritorial de munca autorizarea functionarii unitatii din punct de vedere al protectiei muncii, sa mentina conditiile de lucru pentru care s-a obtinut autorizatia si sa ceara revizuirea acesteia in cazul modificarii conditiilor initiale in care a fost emisa;
c) sa stabileasca masurile tehnice, sanitare si organizatorice de protectie a muncii, corespunzator conditiilor de munca si factorilor de mediu specifici unitatii;
d) sa stabileasca pentru salariati si pentru ceilalti participanti la procesul de munca atributiile si raspunderea ce le revin in domeniul protectiei muncii, corespunzator functiilor exercitate;
e) sa elaboreze reguli proprii pentru aplicarea normelor de protectie a muncii, corespunzator conditiilor in care se defasoara activitatea la locurile de munca;
f) sa asigure si sa controleze, prin compartimente specializate sau prin personalul propriu, cunoasterea si aplicarea, de catre toti salariatii si participantii la procesul de munca, a masurilor tehnice, sanitare si organizatorice stabilite, precum si a prevederilor legale in domeniul protectiei muncii;
g) sa ia masuri pentru asigurarea de materiale necesare informarii si educarii salariatilor si participantilor la procesul de munca: afise, pliante, filme, diafilme si altele asemenea cu privire la protectia muncii;
h) sa asigure informarea fiecarei persoane, anterior angajarii in munca, asupra riscurilor la care aceasta este expusa la locul de munca, precum si asupra masurilor de prevenire necesare;
i) sa asigure, pe cheltuiala unitatii, instruirea, testarea si perfectionarea profesionala a persoanelor cu atributii in domeniul protectiei muncii;
j) sa ia masuri pentru autorizarea exercitarii meseriilor si a profesiilor prevazute in normele de protectie a muncii;
k) sa angajeze numai persoane care, in urma controlului medical si a verificarii aptitudinilor psihoprofesionale, corespund sarcinii de munca pe care urmeaza sa o execute;
l) sa tina evidenta locurilor de munca cu conditii deosebite: vatamatoare, grele, periculoase, precum si a accidentelor de munca, bolilor profesionale, accidentelor tehnice si avariilor;
m) sa asigure functionarea permanenta si corecta a sistemelor si dispozitivelor de protectie, a aparaturii de masura si control, precum si a instalatiilor de captare, retinere si neutralizare a substantelor nocive degajate in desfasurarea proceselor tehnologice;
n) sa prezinte documentele si sa dea relatiile solicitate de inspectorii de munca in timpul controlului sau al efectuarii cercetarii accidentelor de munca;
o) sa asigure realizarea masurilor stabilite de inspectorii de munca, cu prilejul controalelor si al cercetarii accidentelor de munca;
p) sa desemneze, la solicitarea inspectorului de munca, salariatii care sa participe la efectuarea controlului sau la cercetarea accidentelor de munca;
r) sa nu modifice starea de fapt rezultata din producerea unui accident mortal sau colectiv, in afara de cazurile in care mentinerea acestei stari ar genera alte accidente ori ar periclita viata accidentatilor si a altor persoane participante la procesul de munca.
Riscuri de contaminare in industria alcoolului:
lipsa igienei in depozitul de materie prima (silozul de cereale) determina riscul infestarii cu rozatoare purtatoare de microbi si paraziti cu care pot contamina materia prima;
umiditatea si lipsa de ventilatie din silozuri determina aparitia mucegaiurilor care produc toxine cu potential cancerigen,
lipsa igienei in spatiul de productie poate determina fie contaminarea produsului finit, de aceea curatenia la locul de munca este importanta.
Lipsa igienei in depozitul de produs finit poate determina contaminarea produsului finit. Depozitul trebuie sa fie salubru, lipsit de insecte sau rozatoare, bine ventilat, iar produsul finit nu trebuie depozitat direct pe pavimente sau in contact cu peretii.
CONSIDERATII ECONOMICE
Costul produselor industriale reflecta in expresie baneasca cheltuielile materiale si cele cu munca vie legate de rea1izarea productiei.
Costu1 produselor chirnice se calculeaza prin metoda pe faze, folosind gruparea cheltuielilor de productie pe articole de calculatie astfel:
I. materii prime si materiale directe (MP);
II. materiale auxiliare (MA);
III. cheltuieli de transport -aprovizionare (CTA);
IV. utilitati (U);
V. recuperari (R);
VI. salarii directe (SD);
VII. contributii la asigurari sociale si alte taxe aferente salariilor directe (TSD); VIII. cheltuieli comune ale sectiei (CCS);
IX. cheltuieli generale ale intreprinderii (CGI) [C. Radu, 2003]
Prin insumarea cheltuielilor grupate conform acestor articole de calculatie se determina costu1 de intreprindere al produsului:
Cup = MP + MA + CTA + U + R + SD + TSD + CCS + CGI, (lei/t)
Pentru costu1 unei tone de alcool etilic se cunosc urmatoarele informatii:
Capacitatea de productie:
Instalatia functioneaza 8000 ore/an. Numarul de sarje este de 471.
Structura investitiei si duratele de serviciu normate
|
Nr |
Denumirea categoriei de mijloace fixe |
% din Id |
Dsn (ani) |
|
Cladiri | |||
|
Constructii speciale | |||
|
Masini de forta si utilaje energetice | |||
|
Masini,utilaje si instalatii de lucru | |||
|
Aparate de masura,control,reglare | |||
|
Mijloace de transport | |||
|
Unelte,accesorii si inventar gospodaresc |
Date privind forta de munca
|
Categoria de personal |
Numar de persoane |
Salariu mediu lunar,lei/luna |
|
Muncitori direct productivi | ||
|
Muncitori indirect productivi | ||
|
Personal TESA |
Date privind cheltuielile materiale directe
|
Categoria si elementele |
U.M. |
Consumuri specifice,(U.M./t) |
Pret de livrare, (lei/U.M.) |
|
|
Materii prime |
Melasa |
kg | ||
|
Materii auxiliare |
Drojdie |
kg | ||
|
Substante nutritive |
kg | |||
|
Acid sulfuric |
kg | |||
|
Enzime de zaharificare |
kg | |||
|
Utilitati |
Energie electrica |
kWh | ||
|
Combustibil lichid |
kg | |||
Cheltuielile de transport si aprovizionare sunt calculate prin urmatoarea relatie:
CTA=(0,05
CTA=0,15 (11520000+618500) =1820775 lei/t
Pentru cheltuielile privind muncitorii direct productivi s-au determinat cheltuielile unitare astfel:
-salariile directe:
-contributiile si alte taxe aferente salariilor directe:
TSD=(0.31;0.36 sau 0.41)*SD (lei/t)
TSD=0,41
-cota medie de
amortizare:
-valoarea fondului anual de amortizare:
-cheltuieli unitare ce
provin din amortizari:
-cheltuieli unitare ce provin din intretinere si
reparatii:
IR=0.69*323.25
-cheltuieli
unitare ce provin din salariile personalului de sectie:
-cheltuieli unitare ce
provin din contributiile la asigurari sociale si alte taxe aferente salariilor
indirecte:
-cheltuieli unitare ce provin din protectia muncii:
Prin
insumarea celor cinci categorii de cheltuieli se obtin cheltuielile comune ale
sectiei:
Pentru cheltuielile generale ale intreprinderii se obtine:
Calcularea costului unitar al produsului (exprimat in lei/t)
Produsul ALCOOL ETILIC
|
Nr. crt. |
Categoria |
Articole de calculatie |
UM |
Consum specific |
Pret unitar |
Cheltuieli unitare |
Str. |
||
|
UM/t |
lei/UM |
lei/t | |||||||
|
I |
MP |
Melasa |
kg | ||||||
|
TOTAL I | |||||||||
|
II |
MA |
Drojdie |
kg | ||||||
|
Substante nutritive |
kg | ||||||||
|
Acid sulfuric |
kg | ||||||||
|
Enzime de zaharificare |
kg | ||||||||
|
TOTAL II | |||||||||
|
III |
CTA | ||||||||
|
IV |
U |
Energie electrica |
kWh | ||||||
|
Combustibil lichid |
kg | ||||||||
|
TOTAL IV | |||||||||
|
V |
SD | ||||||||
|
VI |
TSD | ||||||||
|
VII |
CCS |
||||||||
|
A | |||||||||
|
IR | |||||||||
|
SS | |||||||||
|
TSS | |||||||||
|
PM | |||||||||
|
TOTAL VII | |||||||||
|
VIII |
CGI | ||||||||
|
TOTAL COST DE INTREPRINDERE | |||||||||
[1]. Banu, Constantin, <Manualul inginerului de chimie alimentara>,vol. 2, Editura Tehnica, Bucuresti, 1999;
[2]. Bratu, E.A., <Operatii unitare in ingineria chimica>, Editura Tehnica, Bucuresti, 1969;
Popescu, M., <Tehnologie biochimica>, notite curs;
[4]. Cananau, S. <Recipient sub presiunene cu amestecator>, Editura Bren, Bucuresti 2001;
[5]. Taca, D. <Recipient sub presiune>, Editura Matrix Rom 2002;
[6]. Mihail, R., Muntean, O., Lavric, V., <Ingineria proceselor biochimice> Litografia UPB,1988;
[7] Manualul Inginerului Chimist vol 2. Ed Tehnica Bucuresti 1952
Constantin Banu, Manualul Inginerului Chimist in Industria Alimentara. Ed Tehnica Bucuresti 1999
[9]. Floarea, O. si altii, Operatii si utilaje specifice in industria chimica. Probleme,
Editura Didactica si Pedagogica, Bucuresti, 1980;
[10]. Manualul Inginerului Chimist in Industria Alimentara. Ed Tehnica Bucuresti 1968
[11].Mihail R. ,Indrumar de Proiect de An la Reactoare Chimice. IPB 1987
ANEXE
PROPRIETATILE FIZICE ALE ALCOOLULUI ETILIC SI APEI IN FUNCTIE DE TEMPERATURA
|
Temperatura, [0C] |
Densitate, [kg/m3 ] |
Vascozitate dinamica, *104 [kg/m*s] |
||
|
2 |
1 |
2 |
||
|
Temperatura, [oC] |
Caldura specifca, [J/Kg*grd] |
Tensiunea superficiala, *10-3 [N/m] |
||
|
1 |
2 |
1 |
2 |
|
SHAPE * MERGEFORMAT
DEPENDENTA PROPRIETATILOR FIZICE ALE VAPORILOR
IN FUNCTIE DE TEMPERATURA
Se noteaza alcoolul etilic cu 1 si apa cu 2 si se construiesc graficele cu ajutorul datelor din tabele.
|
Temperatura, [oC] |
Densitate, [kg/m3 ] |
Vascozitatea dinamica, *103 [Kg/m*s] |
Caldura specifica, [J/Kg*grd] | ||||||||||||||
|
|
2 |
1 |
2 |
1 |
2 | |
|
||||||||||
|
|||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||
Copyright © 2024 - Toate drepturile rezervate
[N/mm2]
