БИОТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ ПРОЦЕСТЕРДІҢ ҚОНДЫРҒЫЛАРЫН ЕСЕПТЕУ

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ Қ.И.Сәтбаев атындағы қазақ ҧлттық техникалық университеті Жоғары технологиялар және тҧрақты даму институты «Қолданбалы экология» кафедрасы Г.Х.Керейбаева, Г.С. Жаксыбаева БИОТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ ПРОЦЕСТЕРДІҢ ҚОНДЫРҒЫЛАРЫН ЕСЕПТЕУ «Биотехнологиядағы процестер мен аппараттар» пәні бойынша практикалық сабақтарға арналған әдістемелік нҧсқау 5В070100 - «Биотехнология» мамандығының студенттеріне арналған Алматы 2015

ЖОҚ 573.6(076) ҚҰРАСТЫРҒАНДАР: Г.Х.Керейбаева, Г.С. Жаксыбаева. «Биотехнологиялық процестердің қондырғыларын есептеу». Практикалық сабақтарға арналған әдістемелік нҧсқау. Алматы: Қ.И. Сәтбаев атындағы ҚазҦТУ, 2015. 1-23 б. Ҧсынылып отырған әдістемелік нҧсқау 5В070100 - «Биотехнология» мамандықтары ҥшін бағдарламаға сәйкес қҧрастырылған. «Биотехнологиядағы процестер мен аппараттар» пәні бойынша практикалық сабақтарға арналған. Әдістемелік нҧсқаудың мақсаты биотехнологиялық процестердің негізгі және қосымша қондырғыларын есептеуге және таңдауға дағдыландыру. Курстық және дипломдық жобаларды орындау ҥшін қолданылуы мҥмкін. Әдебиеттер тізімі 13 атау. Пікір жазған: Г.А. Джамалова ауыл шаруашылығы ғылымдарының кандидаты, доцент. Қазақстан Республикасы Білім және ғылым министрлігінің 2015 жылға бекіткен Типтік оқу бағдарламасы бойынша басылды. ҚазҦТУ, 2015 ж. 2

К І Р І С П Е Биотехнологиялық ӛндірістің процестері масса алмасу, жылу алмасу, гидродинамикалық және механикалық болып жіктеледі, алайда олардың барлығы да биологиялық процестер арқылы жҥреді. Сондықтан, «Биотехнологиядағы процестер мен аппараттар» пәнін игеру кезінде ӛндірісте химиялық және биологиялық процестердің қатар жҥруіне, сонымен қатар осы процестерді жҥзеге асыру ҥшін қажетті негізгі және қосымша қондырғыларды есептеу және таңдап алу жҧмыстарына ерекше кӛңіл бӛлінеді. Биотехнологиялық процестердің ӛнімділігін есептеу және оны жҥзеге асыру ҥшін қондырғыларды есептеу кезінде биологиялық процестердің ерекшеліктерін ескеру қажет. Спецификалық биотехнологиялық процестерді жҥзеге асыру қажеттілігі арнайы технологиялық қондырғыларды жасауды талап етеді. Биотехнологиялық аппараттарды есептеу физиканың, химияның, биологияның және басқа да ғылымдардың фундаментальды заңдарына негізделеді. Осы кезде молекулалық деңгейде ӛтетін элементарлық процестердің мәліметтерді қолданылады. Микроорганизмдердің ӛсуі, дамуы және алмасуынан тҧратын, микроорганизмдерді дақылдаудың макрокинетикасын есептеудің маңызы зор. Дақылдау биотехнологиялық ӛндірістің негізгі стадиясы, сондықтан биотехнологиялық процестер ҥшін қажетті компоненттерді есептеу әдістемесі «Биотехнологиядағы процестер мен аппараттар» пәнін игеру кезіндегі практикалық тапсырмалардың міндетті элементтерінің бірі болып табылады. «Биотехнологиядағы процестер мен аппараттар» пәнінің мақсаты биореакторларда жҥретін биотехнологиялық процестердің, ӛнімді бӛліп алу және тазарту сатысында ӛтетін процестердің теориялық негіздерін оқып игеру, биотехнологиялық ӛндірістің аппараттарының контрукцияларымен, жҧмыс істеу приниптерімен танысу болып табылады. Әдістемелік нҧсқауда ҧсынылған биотехнологиялық ӛндірістің негізі және қосымша қондырғыларын есептеу әдістемесі аппараттарды есептеуді және олардың конструкцияларын тиімді таңдай білуді ҥйренуге мҥмкіндік береді. 3

1 БИОТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ ПРЕПАРАТТАР АЛУДЫҢ ӚНІМДІЛІГІН ЕСЕПТЕУ 1.1 Ферментердан шығарым газдарымен бірге шығатын ортаның (10%) шығынын ескергендегі, ферментациялық ортаның мӛлшері. Дайын дақылдық сҧйықтықтың мӛлшері (к.с.) (G) 1м 3 қҧрайды. Тӛгілуіне байланысты шығыны 10%. Егілген қоректік ортаның мӛлшері: G 1 = G 1,1 м 3 1.2 1,1 м 3 (G 1 ) ферментациялық ортаны дайындауға қажетті қоректік орта компонеттерінің мӛлшері және ондағы абсолютті құрғақ заттардың құрамы 1.2.1 Ферментациялық ортаға қажетті компоненттердің жалпы мӛлшері (кг): G 2 = g 1 + g 2 және т.б., мҧндағы g 1, g 2 ортаның жеке компоненттерінің шығыны. 1.2.2 Ферментациялық ортадағы абсолютті қҧрғақ заттардың қҧрамы: G 3 = c 1 + c 2 + c 3 және т.б., мҧндағы c 1, c 2 және т.б., ортаның әрбір компонентінің абсолютті қҧрғақ заттарының қҧрамы, компоненттің шығынын компоненттегі абсолютті қҧрғақ заттың қҧрамына кӛбейту арқылы МЕСТ бойынша анықталады. 1.3 Ферментациялық ортаға егуге қажетті егу материалының мӛлшері (G 1 -ге қатысты егу дозасы 2%) G 4 = G 1 0,02 м 3 Егу материалын ӛсіру кезіндегі шығын 5%. Дайын егу материалының мӛлшері: G 5 =G 4 0,95 м 3. 1.4 Егу материалын алуға қажетті қоректік орта компоненттерінің шығыны 1.4.1 Егу ортасына арналған компоненттердің жалпы шығыны: G 6 = g 1 + g 2 + және т.б., мҧндағы g 1, g 2 және т.б. егу ортасының жекелеген компоненттерінің шығыны. 1.4.2 Егу ортасындағы абсолютті қҧрғақ заттардың қҧрамы: G 7 = c 1 + c 2 + c 3 және т.б. (есептеулер 1.2.2 пунктіндегідей). 1.5 Ферментерге түскен ортаның мӛлшері (ферментацияға арналған орта + егу материалы): G 8 = G 1 +G 5 м 3 1.5.1 Осы кездегі абсолютті қҧрғақ заттардың мӛлшері: 4

G 9 = G 3 +G 7 кг 1.6 Ферментациядан кейін алынған және ӛңделу стадиясына түскен дақылдық сұйықтықтың (к.с) кӛлемі (шығарым газдарымен бірге болатын шығынды ескергенде 90%): G 10 = G 8 0,9 м 3 1.6.1 Шығарым газдарымен бірге к.с. шығыны (10%) G 11 = G 8 0,1 м 3 Осы кезде шығарым газдарымен бірге абсолютті қҧрғақ заттардың шығыны (10%) қҧрайды: G 12 = G 9 0,1 кг. 1.6.2 Дақылдық сҧйықтықтың активтілігі: А 1 Дақылдық сҧйықтықтағы жалпы активтілік: А 2 = А 1 G 10 бірлік. 1.6.3 Биосинтез энергиясына абсолютті қҧрғақ заттардың жҧмсалуы (15%): G 13 = G 9 0,15 кг. 1.6.4 Ӛңделуге тҥскен дақылдық сҧйықтықтағы абсолютті қҧрғақ заттардың мӛлшері: G 14 = G 9 (G 12 + G 13 ) кг. 1.7 Дақылдық сұйықтықтың фильтрациясы 1.7.1 Гидромодульдегі тҧнбаны жууға қажетті судың мӛлшері 1:0,5: G 15 = G 10 0,5 дм 3 1.7.2 Фильтрацияға жҧмсалған 10% шығынды ескергенде, алынған фильтраттың мӛлшері: G 16 = (G 10 + G 15 ) (1 0,1) cм 3 1.7.3 Инактивациядан болатын (5%) шығынды ескергенде, фильтраттың активтілігі: A2 1 0,05 A3 бірлік/см 3 G10 G15 1.7.4 Фильтраттың жалпы активтілігі: А 4 = G 16 А 3 бірлік Стадиядағы активтілігінің шығыны: а 1 = А 2 А 4, оның ішінде - активтіліктің биомассамен бірге шығыны (а 2 ) 7% қҧрайды: а 2 = а 0,07, - инактивациядан болатын шығыны а 3 = а 1 а 2 1.7.5 Фильтрация кезінде бӛлінген абсолютті қҧрғақ заттың мӛлшері. Дақылдық сҧйықтықтың фильтрациясы кезінде тҧнбада дақылдық сҧйықтықтағы абсолютті қҧрғақ заттардың қҧрамынан 40% қалады: G 17 = G 14 0,4 кг Тҧнбаның ылғалдығы 85% болғанда, оның мӛлшері: 5

немесе 19 G18 1,2 18 G17 1 0,85 G кг, G дм 3, мҧндағы 1,2 тҧнбаның ылғалдығы. 1.7.6 Фильтраттағы абсолютті қҧрғақ заттың қҧрамы: G 20 = G 14 G 17 кг. 1.8 Ферментті ерітіндіні ультрафильтрация әдісімен қоюландыру 1.8.1 Қоюландыру дәрежесі 10-ға тең болғандағы ультраконцентраттың мӛлшері G 21 = G 16 : 10 дм 3 1.8.2 10% шығынды ескергенде ультраконцентраттағы ксиланазаның активтілігі: A G 1 0,1 A 5 3 16 G 21 бірлік/см 3 1.8.3 Концентраттың жалпы активтілігі: А 6 = A 5 G 21 бірлік. 1.8.4 Концентраттағы абсолютті қҧрғақ заттың мӛлшері (7,5%), (аналитикалық анықталады): G 22 = G 21 0.075 кг 1.8.5 Ультрафильтраттың мӛлшері: G 23 = G 16 G 21 дм 3 1.8.6 Ультрафильтраттағы абсолютті қҧрғақ заттың мӛлшері: G 24 = G 20 G 22 кг 1.8.7 Ультрафильтраттағы ксиланазаның жалпы активтілігі: (ультрафильтратпен шығыны 6,5%, фильтраттың жалпы активтілігінен): А 7 = А 4 0,065 бірлік. Инактивациядан шығын 3,5%: А 4 = А 4 0,04 1.8.8 Ультрафильтраттағы ксиланазаның активтілігі а 5 = А 7 : С 23 бірлік/ мл. 1.9 Концентраттың стерильдегіш фильтрациясы 1.9.1 Стерильді концентраттың мӛлшері, 3% шығынды ескергендегі G 25 = G 21 (1 0,03) дм 3. 1.9.2 Концентраттың активтілігінен 5% инактивациясын ескергендегі, стерильді концентраттағы ксиланазаның активтілігі: А 8 = А 5 (1 0,05) бірлік/см 3 6

1.9.3 Стерильді концентраттың жалпы активтілігі: А 9 = А 8 : G 25 бірлік. Инактивациядан болатын шығын: а 6 = А 6 0,05. 1.9.4 Стерильдегіш фильтрация кезінде алынған тҧнбаның мӛлшері (концентрат қҧрамындағы абсолютті қҧрғақ заттардың 8% бӛлінеді): G 26 = G 22 0,08 кг 1.9.5 Стерильдегіш фильтрация кезінде алынған дымқыл тҧнбаның мӛлшері (тҧнбаның ылғалдылығы 85%): G 27 = G 26 : (1 0,85) кг немесе G 28 = G 27 : 1,1, мҧндағы 1,1 тҧнбаның ылғалдылығы. Тҧнбамен бірге активтіліктің шығыны: а 7 = А 6 А 8 1.9.6 Стерильді концентраттағы абсолютті қҧрғақ заттың мӛлшері: G 29 = G 22 G 26 кг. 1.10 Стерильді концентраттың сұйықтық стандартталуы 1.10.1 Сҧйықтық стандарттау концентраттағы қҧрғақ заттың қҧрамын 10-12% -ке дейін жоғарылату мақсатымен (берілген мысалда 12% -ке дейін), қандай да бір инертті толықтырғышпен (ас тҧзы, натрий сульфатымен) жҥргізіледі. 1.10.2 Сҧйықтық стандарттау ҥшін толықтырғыштың кӛлемі (стадия бойынша шығындар 3%) G 30 = G 25 0,12 G 29 кг 1.10.3 Стерильді концентраттағы абсолютті қҧрғақ заттың мӛлшері: G 31 = G 29 + G 30 1.10.4 Стерильді концентраттың жалпы активтілігі, 1% шығындарды ескергенде: А 11 = А 8 (1 0,01) бірлік. Активтіліктің шығыны а 7 = А 8 А 11 1.10.5 Толықтырғыш енгізуден кӛлемінің 0,3% ҧлғаюын ескергендегі, стандартталған стерильді концентратың кӛлемі: G 32 = G 25 (1+0,003) дм 3 1.10.6 Стерильді концентраттағы ферменттің активтілігі: A11 A12 бірлік/мл. G 1.11 Концентратты кептіру 1.11.1 Кептіліген препараттың мӛлшері, ауамен бірге шығарылатын қҧрғақ заттың 10% шығынын ескергенде, (препараттағы ылғалдың қҧрамы 8%): 32 7

G31 1 0,1 G33 кг 1W 1.11.2 Инактивациядан болатын шығынды ескергенде, препараттың активтілігі 8%: A11 1 0,08 A13 бірлік/г G 1.11.3 Ылғалдылығы 8% болғандағы, препараттағы абсолютті қҧрғақ заттың қҧрамы G 34 = G 31 0,92 кг 1.11.4 Кептіру кезінде 8% ылғалдылығын ескергенде абсолютті қҧрғақ заттың шығыны: G 34 = (G 31 G 34 ) (1+ 0,08) 1.11.5 Шығындарды ескергенде қҧрғақ препараттағы ксиланазаның жалпы активтілігі 8% А 14 =А 13 G 33 бірлік Кептіру кезіндегі активтіліктің шығыны а 8 = А 11 А 14 1.12 Құрғақ препаратты стандарттау 31 1.12.1 ТУ сәйкес стандартты препараттың активтілігі А 15 1.12.2 Стандарттауға қажетті толықтырғыштың мӛлшері: C G A A 33 13 15 35 кг. A15 1.12.3 Стандартталуға тҥсетін заттардың мӛлшері: G 36 = G 33 + G 35 кг. 1.12.4 Стандартталғаннан кейінгі алынған препараттың мӛлшері, 2% шығындарды ескергенде: G 37 = G 36 (1 0,02) кг, оның ішінде қҧрғақ заттың активтілігі = G 37 0,92) 1.12.5 Препараттың жалпы активтілігі: А 16 = А 15 G 37 бірлік. 1.12.6 Стандарттау кезіндегі препараттың мӛлшерінің шығыны: G 38 = G 36 G 37 кг 1.12.7 Стандарттау стадиясындағы активтіліктің шығыны: а 9 = G 38 A 15. 8

1.13 Орау, қаптау, маркировка 1.13.1 Препаратты алдымен полиэтилен қапшықтарға және одан соң 15-20 кг (препараттың тҥріне байланысты) қағаз қаптарға орап салады. Қаптау стадиясындағы шығындар 1,0% қҧрайды. Қапталған препараттың мӛлшері: G 39 = G 37 (1 0,01) кг. 1.13.2 Механикалық шығындар: G 40 = G 37 G 39 1.13.3 Препараттың жалпы активтілігі: А 18 = G 39 A 14 бірлік. 1.13.4 Стадиядағы активтіліктің шығыны: а 10 = G 40 A 15 Сонымен, стандартты активтілігі 10000 бірлік/г 1 м 3 дақылдық сҧйықтықтан препараттың шығымы А 18 кг қҧрайды, ал активтілі бойынша жалпы шығымы: A41 100% G41 %. A 2 2 НЕГІЗГІ ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ ҚОНДЫРҒЫЛАРДЫ ЕСЕПТЕУ ЖӘНЕ ТАҢДАУ Жобада қабылданған технологиялық схема ҥшін қондырғыларды таңдау және есептеу ӛндірістік берілген қуаты мен материалдық баланстың мәндері бойынша және технологиялық жобалау нормаларына сәйкес жҥргізіледі. Биотехнологиялық қондырғыларды есептеу мақсаты ӛндірістің технологиялық схемасының қҧрамына кіретін негізгі және қосымша қондырғыларды есептеу және таңдау. Есептеуге берілетін мәндер: 1.Ӛндірістің кӛлемі т/жылына. 2. Бір жылдағы жҧмыс кҥндерінің саны τ кҥн. 3. 1 м 3 дақылдық сҧйықтықтан препараттың шығымы q г/м 3. Қондырғыларды есептеу ҥшін толтыру коэффициенттерінің мәндерін қабылдаймыз: қоректік ортаны дайындауға арналған араластырғыштар және дақылдық сҧйықтықтарды ӛңдеуге арналған реакторлар ҥшін 0,7; фильтраттар мен концентраттарды жинақтағыштар ҥшін 0,8; ферментерлер ҥшін 0,5. Егу аппараттары ҥшін 0,6. 2.1 Негізгі қондырғыларды есептеу 2.1.1 Ӛндірістік ферментерлер 2.1.1.1 Тәулігіне препаратты ӛндіру кӛлемі ( 1 ) 1 т/тәулік, t 9

мҧндағы ӛндірістің жылдық кӛлемі; τ бір жылдағы жҧмыс кҥндерінің саны. 2.1.1.2. Дақылдық сұйықтықтың бір тәулікке қажетті мөлшері ( 2 ) q 1 2 м3 мҧндағы 1 препараттың бір тәуліктегі кӛлемі; q 1м 3 дақылдық сҧйықтықтан препараттың шығымы. Дақылдық сҧйықтықтың бір тәулікке есептелген кӛлеміне ферментер таңдалады, кӛлемі (V) толтыру коэффициентінің мәні 0,5-ке тең болғанда 2 кӛлеміне жақындайды. 2.1.1.3 Бір ферментациядан дақылдық сұйықтықтың көлемі, ферментация кезіндегі шығындарды (10%) ескергенде құрайды: 4 =V 0,5 0,9 м 3 мҧндағы 4 1-ші ферментациядан шығатын дақылдық сҧйықтықтың кӛлемі; V ферментердің толық кӛлемі, м 3 ; 0,5 толтыру коэффициенті; 0,9 дақылдық сҧйықтың шығымын ескеретін коэффициент, 10 %-тік шығынды ескергендегі. 2.1.1.4 Бір тәуліктегі ферментация саны (n): n 2 4 мҧндағы 2 дақылдық сҧйықтықтың бір тәулікке қажетті кӛлемі; 4 1-ші ферментациядан кейінгі дақылдық сҧйықтықтың кӛлемі. 2.1.1.5 Дақылдық сҧйықтықтың жылдық кӛлемі ( 5 ) q 5 м 3 мҧндағы препараттың ӛндіру кӛлемі, т/жыл; q 1 м 3 дақылдық сҧйықтықтан препараттың шығымы, т/м 3. 2.1.1.6. Бір ферментердің бір циклдегі жұмыс уақыты (τ 1 ). Бір ферментердің толық жҧмыс циклі тапсырмада жеке берілген тӛмендегі шамалардан тҧрады: - ферментация ҧзақтығы; 10

- дақылдық сҧйықтықты шығару; - ферментерді жуу, сағат; - ферментердің герметивтілігін тексеру; - ферментердің стерилизациясы; - ферментерді қоректік ортамен толтыру; - егу. - 1.1.7 Бір жылдағы жҧмыс сағатының саны (τ 2 ) τ 2 = τ 24 сағат мҧндағы τ бір жылдағы жҧмыс кҥндерінің саны. 2.1.1.8 Ферментерлердің қажетті саны (N): N 5 1 4 2 мҧндағы 5 к.с бір жылдағы кӛлемі м 3 ; τ 1 ферментердің бір циклдегі жҧмыс уақыты, сағат; τ 2 бір жылдағы жҧмыс сағатының саны, сағат; 4 1-ші ферментациядағы к.с. кӛлемі; Ферментерлер санын N деп қабылдаймыз және 1 запас. 2.1.2 Егу аппараттары Егу аппараттарының саны екі әдіспен анықталуы мҥмкін: егер арнайы шарттар талап етсе, ол әр ферментерге жеке орнатылады немесе оларды тәуліктегі ферментация санына және егу материалын егу уақытының ҧзақтығына байланысты тағайындалады. Соңғы жағдайда егу материалы бір егу аппаратынан ферментерлердің тобына тҥсуі мҥмкін. 2.1.2.1. Бір егу аппаратының толық жұмыс циклі (τ 3 ), тапсырмада жеке берілетін төмендегі шамалардан тұрады: - егу материалын ӛсіру ҧзақтығы; - ферментерге егу; - аппаратты жуу; - ферментердің герметивтілігін тексеру; - бос аппараттың стерилизациясы; - қоректік ортаның стерилизациясы; - егу аппаратында қоректік ортаны дайындау. 2.1.2.2 Бір өндірістік ферментерге салынатын егу материалының мөлшері: 6 = V 0,5 с м 3 мҧндағы V ферментердің толық кӛлемі, м 3 ; 0,5 толтыру коэффициенті; 11

с егу материалының мӛлшері, %; 2.1.2.3 Толтыру коэффициенті 0,6-ға тең болғанда, егу аппаратының толық көлемі: 6 7 м 3 0,6 мҧндағы 6 бір ретте салынатын егу материалының кӛлемі, м 3 ; 0,6 егу аппаратын толтыру коэффициенті. Есептеулерге сәйкес аппаратты таңдаймыз. 2.1.2.4 Егу аппараттарының саны: n n 3 24саг мҧндағы, n тәуліктегі ферментация саны; t 3 егу аппаратының толық жҧмыс циклі. Қондырғыға n 1 егу аппараттарын қабылдаймыз және біреуі запас. Барлығы (n 1 +1) егу аппараттарын орнатамыз. 2.2 Ӛндірістік ферментерге қоректік ортаны дайындауға арналған қондырғыны есептеу Қҧрамында кӛмірсулары бар компоненттерден (1 партия) және азоты бар компоненттерден (2партия) тҧратын қоректік орталарды дайындау ҥшін жеке ыдыстар қолданылады және бҧл компоненттердің сулы қоспалары біртіндеп стерилденеді. 2.2.1 Дайындауға қажетті ортаның кӛлемі, ферментердің пайдалы кӛлеміне (V 1 ) тең: V 1 = V 0,5 м 3 мҧндағы V ферментердің толық кӛлемі; 0,5 толтыру коэффициенті. 2.2.2 Ортаның стерилизациясы кезінде оның конденсатпен сҧйытылуы жҥреді, осыған байланысты ортаны дайындауға пайдаланылатын судың кӛлемі (V 2 ), 20%- ке азайтылуы тиіс және тӛмендегідей: V 2 = V 1 0,2 м 3 мҧндағы V 1 ферментердің пайдалы кӛлемі; 0,2 ортаның конденсатпен сҧйылуын ескеретін коээффициент. 2.2.3 Ортаның I- партиясын дайындауға қажетті судың кӛлемі (V 3 ) судың барлық кӛлемінің 65-70%-ін қҧрайды: V 3 =V 2 0,7 м 3 ал ортаның IІ-партиясын дайындауға қажетті судың кӛлемі (V 4 ) қҧрайды: V 4 = V 2 0,3 м 3 12

Ортаның I-партиясына реактордың толық кӛлемі (V 5 ) толтыру коэффициенті 0,7 мәнінде қҧрайды: Ал ортаның IІ-партиясы ҥшін: 5 V3 0,7 V м 3, 6 V4 0,7 V м 3. Кӛлемнің алынған мәндеріне сәйкес араластырғышы бар реакторлар таңдаймыз және реакторлардың есептелген санын тағайындаймыз, біреуін запасқа аламыз. 2.2.4 Ҥздіксіз стерилизация қондырғысында (УНС) қоректік ортаның стерилизациясы. 2.2.4.1. Бір тәулікте стерилизацияға тҥсетін ортаның мӛлшері ( 8 ): 8 =V 2 м 3 Стерилизация уақыты 3 сағаттан аспауы керек. Осыған сәйкес қондырғысының ӛнімділігі (q 1 ) қҧрайды: УНС 8 q1 м 3 /сағат. 3 Есептелген ӛнімділік бойынша УНС таңдалады немесе есептеледі. УНС қондырғысының жалпы жҧмыс істеу уақыты ортаны стерилизациюлауға жҧмсалатын уақыттан және УНС қондырғысын жҧмысқа дайындау уақытынан қҧралады. УНС қондырғысын жҧмысқа дайындау уақыты тӛмендегілерден қҧралады: - жуу-1 сағат; - арматураны тексеру- 1,5 сағат; - герметивтілігін тексеру 1,0 сағат; - УНС қондырғының стерилизациясы 1,5 сағат. Қажетті ӛнімділікке сәйкес УНС тағайындайды және 1 запас. 2.3 Дақылдық сұйықтықтың жинақтағыштары Бір тәуліктегі дақылдық сҧйықтықтың мӛлшері 2 м 3. Толтыру коээффициентінің 0,8-ге тең мәнінде жинақтағыштардың қажетті кӛлемі: 2 3 9 м 0.8 13

мҧндағы 2 бір тәуліктегі к.с. мӛлшері, м 3 ; 0,8 толтыру коэффициенті. Қажетті пайдалы кӛлемі бар жинақтағыш таңдаймыз және олардың санын есептейміз. Жинақтағыштың пайдалы кӛлемі (V n ): V п =V толық 0,8 мҧндағы V толық жинақтағыштың толық кӛлемі; 0,8 толтыру коэффициенті. Жинақтағыштардың саны: n 9 2 V П мҧндағы 9 к.с.жинақтағыштарының қажетті кӛлемі; V п жинақтағыштың пайдалы кӛлемі. n 2 жинақтағыш және бір запас қабылдаймыз. Дақылдық сҧйықтықтың жинақтағыштарының жалпы саны (n 2 +1) дана. 2.4 Биомассаны бӛлу 2.4.1 Бӛлімшеге тәулігіне 2 м 3 / тәулік биомасса тҥседі. Фильтрлейтін қондырғыларды фильтрация бетіне сәйкес қабылдаймыз. S g 1 2 2 м мҧндағы S қажетті фильтрация беті, м 2 ; 2 тәуліктегі дақылдық сҧйықтықтың мӛлшері, м 3 ; g 1 фильтрация жылдамдыгы; τ 6 фильтрдің жҧмыс істеу уақыты 20 сағат (мҥмкін 22 сағат). Қажетті фильтрация беті S және бір запас бар фильтрлегіш қондырғыны қабылдаймыз. 2.4.2 Дақылдық сұйықтықтың фильтратын жинақтағыш. Жууға қажетті судың кӛлемін (гидромодуль -1:0,5) және кӛлем бойынша шығымын «k» % ескергендегі фильтраттың мӛлшері ( 10 ): 10 = ( 2 + 2 0.5) k м 3 мҧндағы 2 тәуліктегі дақылдық сҧйықтықтың мӛлшері, м 3 ; 0,5 жуу кезіндегі гидромодуль; k бір стадиядағы фильтраттың шығымын ескеретін коээффициент. Кӛлемі есептелген шамаға жуық, тҥбі сфера болып келетін цилиндр тәрізді және салқындатуға арналған жейделері бар жинақтағыш таңдаймыз, және оның пайдалы кӛлемін есептейміз: V п = V полн 0,8 м 3 мҧндағы 0,8 толтыру коээффициенті. Жинақтағыштардың саны: 6 14

n 10 3 V П мҧндағы 10 фильтраттың жалпы мӛлшері, м 3 V п жинақтағыштың пайдалы кӛлемі. Қондырғыға n 3 жинақтағыш және бір запас қабылдаймыз. 2.5 Ӛнімді концентрлеу Биологиялық активті ерітінділерді концентрлеу ультрафильтраконцентрлеу және вакуум-буландыру әдістерімен жҥзеге асырылуы мҥмкін. Концентрлеуге тҥсетін фильтраттың мӛлшері, 10, м 3. Қондырғының меншікті ӛнімділігі g 2 м 3 / м 2 сағат (ултраконцентрлеу ҥшін) немесе м 3 / сағат вакуум-буландыру әдісі ҥшін. Қондырғының бір тәулікте жҧмыс істеу уақыты τ 7 сағат. Концентрлеу саны n k (технологиялық процестің тҥсініктемесінен). 2.5.1 Концентрат мӛлшері ( 11 ): 10 n k 11 м3 мҧндағы 10 фильтраттың жалпы мӛлшері, м 3 n k концентрлеу дәрежесі. 2.5.2 Ультрафильтраттың немесе буланған ылғалдың мӛлшері ( 12 ): 12 = 10 11 м 3 мҧндағы 10 фильтраттың жалпы мӛлшері; 11 концентрат мӛлшері. 2.5.3 Ультрафильтрация әдісімен концентрлеуге қажетті бет (S 1 ): S 12 1 м 2 g 2 t7 мҧндағы 12 ультрафильтрат мӛлшері, м 3 ; g 2 ультрафильтрация жылдамдығы, м 3 / м 2 сағат; τ 7 қҧрылғының тәуліктегі жҧмыс жасау уақыты, сағат. Беттік фильтрациясы S 2, есептелген шамаға жуық болатын ультрафильтрация қондырғысын таңдаймыз. Ультрафильтрациялық қондырғылар саны: S n4 S мҧндағы S 1 фильрацияның қажетті беті; S 2 бір қҧрылғының фильрациялау беті; Саны n 4 қҧрылғы қабылдаймыз және 1 запас. 1 2 15

2.5.4 Концентрлеуге арналған вакуум-буландырғыш қондырғыны таңдау. Вакуум-буландырғыш қондырғылар (G 1 ) ӛнімділігіне байланысты таңдап алынады: G1 t 12 4 м 3 / сағат, мҧндағы 12 буланған ылғал мӛлшері, м 3 ; τ 4 қҧрылғының тәуліктегі жҧмыс уақыты, сағат. Ӛнімділігі есептелген шамаға жақын вакуум-буландырғыш қҧрылғысын таңдап аламыз да және оның қажетті санын есептейміз: n4 G мҧндағы 12 буланған ылғал мӛлшері, м 3 ; G 1 қҧрылғының меншікті ӛнімділігі, м 3 /сағ. Саны n 4 тең қҧрылғы мен 1 қосымша қабылдаймыз. 2.5.5 Концентрат жинақтағышы. Концентрат мӛлшері 11 м 3. Толтыру коэфициентінің 0,8-ге тең мәнінде жинақтағыштың толық кӛлемі: 12 1 11 V3 м 3 0,8 Толық кӛлемі V 3 м 3 жинақтағыш таңдаймыз және 1 қосымша аламыз. 2.6 Концентратты стерилизациялау Стерилизациялануға келіп тҥсетін концентрат мӛлшері 11 м 3 ; Қондырғы жҧмысының уақыты τ 8 сағат. Стерилизациялау кезіндегі меншікті ӛнімділік g 3 м 3 / м 2 сағат. 2.6.1 Стерилизациялап фильтрлеу беті (S 3 ): S 3 g t 11 м 2 3 8 Фильтрлеу беті S 4 м 2, есептелгенге жуық қондырғыны таңдаймыз. 2.6.2 Стерилизациялау қондырғыларының саны: S n5 S 3 4 мҧндағы S 3 фильтрлеудің қажетті беті; S 4 бір қондырғының фильтрлеу беті; Саны n 5 тең қондырғы және 1 қосымша қондырғы қабылдаймыз. 16

2.6.3 Стерильді фильтраттың жинақтағышы. Шығын 3% болғанда, стерильді фильтраттың мӛлшері ( 13 ) қҧрайды: 13 = 11 0,97 м 3, мҧндағы 11 концентраттың мӛлшері; 0,97 стерильді концентраттың шығымы. 2.6.4 Толтыру коэффициенті 0,8-ге тең болғандағы жинақтағыштың толық кӛлемі (V 4 ): 13 V4 м 3 0,8 мҧндағы 13 стерильді фильтраттың мӛлшері; 0,8 толтыру коэффициенті. Кӛлемі есептелгенге жуық жинақтағыш және 1 қосымша жинақтағыш қабылдаймыз. 2.7 Концентратты кептіру Кептіруге тҥсетін концентраттың мӛлшері 13 м 3. Концентраттағы қҧрғақ ӛнімнің қҧрамы с 1 %. Дайын ӛнімдегі қҧрғақ заттардың қҧрамы с 2 %. Кептіргіштің тәуліктегі жҧмыс уақыты τ 9 сағат. Буланған ылғалдың мӛлшері 14 : c 1 14 13 1 т. c 2 Буланған ылғал бойынша кептіргіштің ӛнімділігі ( 15 ): 14 15 т/сағат. t0 мҧндағы 14 буланған ылғалдың мӛлшері; τ 9 кептіргіштің тәуліктегі жҧмыс уақыты. Буланған ылғал бойынша ӛнімділігі есептелгенге жуық кептіргіш және 1 қосымша кептіргіш қабылдаймыз. 2.7.1 Кептірілген (базалық) препараттың мӛлшері ( 16 ) қҧрайды: c 0,9 13 1 16 т, c2 мҧндағы 13 стерильді концентраттың мӛлшері, м 3 ; с 1 концентраттағы қҧрғақ заттардың қҧрамы; с 2 препаратағы қҧрғақ заттардың қҧрамы; 0,9 препараттың шығымы, 10% шығынды ескергендегі. 17

2.8 Препаратты стандарттау Толықтырғыштың мӛлшері ( n ): n = 1 16 1 препарат ӛндірісінің тәуліктегі кӛлемі, т; 16 базалық препараттың мӛлшері, т. Стандарттауға 16 т базалық препарат және n т толықтырғыш тҥседі. Барлығы 17 = 16 + n т. Ӛнімділігі g 4 кг/сағат (т/сағат) қҧрайтын, араластырғыш ҧсақтағыш таңдаймыз. Ӛнімді тікелей араластыру уақыты: 17 t10 сағат. g 4 мҧндағы 17 араласуға тҥсетін ӛнімнің кӛлемі; g 4 араластырғыштың ӛнімділігі т/сағат. Араластырғышқа ӛнімді салу, шығару және қондырғыны тексеру уақыты 3 сағат. Араластырғыштың бір айалымдағы жҧмыс істеу уақыты (τ 1 +3) сағат. 2.9 Ӛнімді орау және қаптау Дайын ӛнім бойынша тәуліктік ӛнімділік 17 (кг). Бір қаптамаға салынатын препараттың мӛлшері q ф кг. Тәуліктегі қаптамалардың саны (n vn ): q 17 n уп ф мҧндағы 17 дайын ӛнім бойынша тәуліктік ӛнімділік (кг). Қажетті ӛнімділікті қамтамасыз ететін қаптау қондырғыларын таңдаймыз. 3 ҚОСЫМША ҚОНДЫРҒЫЛАРДЫ ЕСЕПТЕУ ЖӘНЕ ТАҢДАУ Қосымшы қондырғыларға жататындар: - ҧсақтағыштар, елегіштер, дисмембраторлар және т.б. (шикізатты дайындауға арналғандар); - сорғыштар (ортаны УНС-ке беруге, дақылдық сҧйықтықтарды, фильтраттарды, концентраттарды және т.б. сҧйықтықтарды айдауға арналған); - бункерлер (шикізатты сақтауға, ылғал биомассаны және т.б. жинауға арналған) - қосымша ерітінділердің сиымдылықтары. 18

3.1 Ұсақтағыштар, дисмембраторлар және диірмендер ӛнімділіктері бойынша таңдалады. Қондырғылардың бір сменалық жҧмыс уақыты қарастырылған жалпы зауыт қоймаларына жақын орналасатындығына байланысты, қондырғылардың жҧмыс уақыты қҧрайды: - қондырғыны дайындау 0,5 сағат; - материалды салу 0,5 сағат; - жҧмыс уақыты 5 сағат; - материалды шығару уақыты 0,5 сағат. Қондырғының барлық жҧмыс істеу уақыты 6,5 сағат. Қондырғының талап етілетін ӛнімділігі ( 1 ): t 1 т/сағат мҧндағы ӛңделуге тҥсетін материалдың мӛлшері: τ- қондырғының жалпы жҧмыс істеу уақыты. 3.2 Сорғыштар Ӛнімділігіне және материалды бір ыдыстан екінші ыдысқа қҧйғанда биіктіктің ӛзгеруін ескеретін қысымның мӛлшеріне байланысты таңдалады: t 1 м 3 /сағат. мҧндағы айдалуға тиісті ӛнімнің кӛлемі; τ сорғыштың жҧмыс істеу уақыты. Ескерту. Биотехнологиялық ӛндірістердің сҧйықтықтарын айдау ҥшін, агрессивті орталарды айдауға арналған сорғыштар тағайындалады. 3.3 Бункерлер Қҧрамында кӛмірсулары бар сусымалы компоненттер ҥшін қабылдағыш бункерлер есептелген сиымдылығы бойынша, типтік бункерлер арасынан, немесе жаңадан жобаланғандар арасынан таңдап алынады. Бункерлер тҥбі конус болып келетін, цилиндр тәрізді немесе тҥбі пирамида болып келетін, тік бҧрышты сияқты етіп таңдап алынады. Бункердің сиымдылығы (V 6 ) тӛмендегі формула бойынша есептеледі: V k n 6 м 3 мҧндағы сақталатын ӛнімнің мӛлшері, т, (2-3 тәуліктік қор болуы керек); k бункерді толтыру коэффициенті (0,6); n ӛнімнің тығыздығы, т/м 3. 19

Егер қондырғылардың арасынан қажетті бункер таңдау мҥмкін болмаған жағдайда, олардың пайдалы кӛлемін тӛмендегі формула бойынша есептеуге болады: - цилиндр тәрізді бункерлер үшін: V ц = πd 2 H/ 4 + 1/3 πd 2 h/4 D бункердің диаметрі; H бункердің цилиндр тәрізді бӛлігінің биіктігі; H бункердің конус тәрізді бӛлігінің биіктігі; - тік бұрышты бункерлер үшін: V к = авh +1/3 aвh а бункердің ені; в бункердің ҧзындығы; H бункердің тік бҧрышты бӛлігінің биіктігі, h бункердің пирамида тәрізді бӛлігінің биіктігі. 3.4 Қосымша ерітінділерге арналған сиымдылықтар Қосымша ерітінділерге ортаның рн-ын реттеуге арналған ерітінділер, кӛбік басатын ерітінділер және т.б. жатады. Бҧл сиымдылықтарға қажетті компоненттердің 5-тәуліктік қорлары сыйатындай болуы керек. Сиымдылықтың кӛлемін (V e ) анықтау ҥшін технологиялық процестің тҥсініктемесіндегі мәліметтер пайдаланылады: V e м 3 k мҧндағы ерітіндінің 5-тәуліктік қорына есептелген кӛлем. k сиымдылықты толтыру коэффициенті. 20

ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ 1. Воронин Е. С., Тихонов И.В., Грязнева Т.Н. и др. Основы биотехнологических процессов. Ч.І.Асептика в биотехнологии. /Учебнометодическое пособие по биотехнологии. М.: МГАВМиБ, 2000. 2. Воронин Е. С., Тихонов И.В., Грязнева Т.Н. и др. Основы биотехнологических процессов. Ч.ІІ. Промышленное культивирование микроорганизмов. / Учебно-методическое пособие по биотехнологии. М.: МГАВМиБ, 2000. 3. Тихонов И.В., Рубан Е.А., Грязнева Т.Н. и др. Биотехнология: Учебник / Под.ред. акад. Воронина Е.С. СПб.: ГИОРД, 2005. 792 с. 4. Егорова Т.А. Основы биотехнологии: Учеб.пособие. М.: Издательский центр «Академия», 2003. 208 с. 5. Биотехнология Учеб.пособие для вузов /Под. Ред. Егорова Н.С. М.: Высшая школа, 1987. 159 с. 6. Касаткин А.Г. Основы процессов и аппаратов химической технологии. М.: Химия, 1973. 7. Виестур У.Э., Шмите И.А., Жилевич А.В. Биотехнология: Биотехнологические агенты, технология, аппаратура. Рига.: Зинатне, 1987. 263 с. 8. Бортников И.И., Борисенко А.М. Машины и аппараты микробиологических производств: Учеб.пособие для технол.вузов. М.: Высшая школа, 1982. 288 с. 9. Кантере В.М., Мосичев М.С., Дорошенко М.И., Калунянц К.А., Брысин А.М. Основы проектирования предприятий микробиологической промышленности. М.: ВО «Агропромиздат», 1990. 10. Танишев В.Г. Технологическое оборудование ферментных производств. Учебное пособие М.: МТИПП, 1983. 11. К.П.Гапонов Процессы и аппараты микробиологических производств. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981, 240 с. 12. Т.Г.Волова. Введение в биотехнологию. Красноярск.: ИПК СФУ, 2008, 183 с. 13. Ю.О.Сазыкин. Биотехнология. М.: Изд.центр «Академия», 2007, 256 с. 21

МАЗМҦНЫ КІРІСПЕ 3 1 БИОТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ ПРЕПАРАТТАР АЛУДЫҢ 4 ӚНІМДІЛІК ЕСЕБІ 2 НЕГІЗГІ ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ ҚОНДЫРҒЫЛАРДЫ 9 ЕСЕПТЕУ ЖӘНЕ ТАҢДАУ 2.1 Негізгі қондырғыларды есептеу 9 2.1.1 Ӛндірістік ферментерлер 9 2.1.2 Егу аппараттары 11 2.2 Ӛндірістік ферментерге қоректік ортаны дайындауға 12 арналған қондырғыны есептеу 2.3 Дақылдық сҧйықтықтың жинақтағыштары 13 2.4 Биомассаны бӛлу 14 2.5 Ӛнімді концентрлеу 15 2.6 Концентратты стерилизациялау 16 2.7 Концентратты кептіру 17 2.8 Препаратты стандарттау 18 2.9 Ӛнімді орау және қаптау 18 3 ҚОСЫМША ҚОНДЫРҒЫЛАРДЫ ЕСЕПТЕУ ЖӘНЕ 18 ТАҢДАУ 3.1 Ҧсақтағыштар, дисмембраторлар және диірмендер 19 3.2 Сорғыштар 19 3.3 Бункерлер 19 3.4 Қосымша ерітінділерге арналған сиымдылықтар 20 ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ 21 МАЗМҦНЫ 22

Қҧрама жоспар, 2015 Керейбаева Гҥлсара Хабибуллақызы, Жақсыбаева Гҥлжан Сәтжановна БИОТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ ПРОЦЕСТЕРДІҢ ҚОНДЫРҒЫЛАРЫН ЕСЕПТЕУ «Биотехнологиядағы процестер мен аппараттар» пәнінің практикалық сабақтарына арналған әдістемелік нҧсқау Редакторы БЕКІТІЛДІ КЕЛІСІЛДІ Институттың ғылыми-әдістемелік кеңесінің тӛрағасы Кӛмеков С.Е. «5» ақпан 2015 ж. Қолданбалы экология кафедрасының меңгерушісі Ошақбаев М.Т. қаңтар 2015 ж. Басуға қол қойылды 2015 ж. Таралымы дана. Пішімі 60х84 1/16. 1 баспаханалық қағаз. Кӛлемі б.т. Тапсырыс Бағасы келісімді. Қ.И.Сәтбаев атындағы Қазақ ҧлттық техникалық университетінің басылымы Оқу - баспа орталығы, Алматы қаласы, Сәтбаев кӛшесі, 22 23

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУЛИКАСЫНЫҢ ҒЫЛЫМ ЖӘНЕ БІЛІМ МИНИСТРЛІГІ Қ.И. Сәтбаев атындағы Қазақ ұлттық техникалық университеті «Жоғарғы технологиялар және тҧрақты даму» институты «Қолданбалы экология» кафедрасы КЕЛІСІЛГЕН ҚЭ кафедра меңгерушісі М.Т. Ошақбаев «15» қаңтар 2015 ж. БЕКІТЕМІН ЖТжТД институтының ғылымиәдістемелік кеңесінің тӛрағасы С.Е. Кӛмеков «5» ақпан 2015 ж. Г.Х. Керейбаева, Г.С. Жаксыбаева БИОТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ ПРОЦЕСТЕРДІҢ ҚОНДЫРҒЫЛАРЫН ЕСЕПТЕУ «Биотехнологиядағы процестер мен аппараттар» пәні бойынша практикалық сабақтарға арналған әдістемелік нҧсқау (5В070100 - «Биотехнология» мамандығының студенттеріне арналған) Алматы 2015 24