Аэробное культивирование спиртовых дрожжей в биореакторе с мембранным аэрирующим устройством тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.23, кандидат технических наук Александровская, Юлия Павловна

• Александровская, Юлия Павловна
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Александровская, Юлия Павловна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЭФФЕКТИВНАЯ АЭРАЦИЯ - ОСНОВА АЭРОБНОГО

КУЛЬТИВИРОВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ

1.1. Влияние кислорода на культивирование микроорганизмов

1.2. Модели массопередачи

1.3. Транспорт кислорода через непористую полимерную мембрану

1.4. Способы получения кислорода и обогащенного кислородом воздуха 39 Постановка задачи исследования

ГЛАВА 2. ИЗУЧЕНИЕ МАССОПЕРЕНОСА КИСЛОРОДА ЧЕРЕЗ

СИЛИКОНОВУЮ МЕМБРАНУ

2.1. Материалы и методы

2.2. Результаты и их обсуждение

2.3. Математическое описание массопереноса кислорода через 59 мембрану

2.4. Изучение массопереноса кислорода через мембрану в условиях 64 модельной химической реакции

Выводы

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА КУЛЬИВИРОВАНИЯ СПИРТОВЫХ ДРОЖЖЕЙ В АЭРОБНЫХ УСЛОВИЯХ В

МЕМБРАННОМ БИОРЕАКТОРЕ

3.1. Материалы и методы аналитического контроля 71 3.1.1. Состав питательной среды для аэробного культивирования спиртовых дрожжей

3.1.2. Физико-химические условия культивирования спиртовых дрожжей

3.1.3. Методы измерения количества и концентрации спиртовых дрожжей

3.1.3.1. Измерение числа клеток

3.1.3.2. Методика определения концентрации биомассы весовым методом

3.1.3.3. Определение концентрации биомассы дрожжей методом оптической плотности

3.1.3.4. Определение микробиологической чистоты дрожжевой культуры.

3.1.4. Определение содержания Сахаров по Бертрану

3.2. Описание экспериментальных установок

3.2.1. Описание конструкции лабораторного мембранного биореактора с рабочим объемом 0,5 литра

3.2.2. Описание конструкции автоматизированной ферментационной установки на основе мембранного биореактора с рабочим объемом 1 литр

3.3. Результаты и их обсуждение

3.3.1. Культивирование спиртовых дрожжей в мембранном биореакторе при аэробных условиях периодическим способом

3.3.2. Культивирование спиртовых дрожжей в мембранном биореакторе при аэробных условиях отъемно-доливным способом

3.3.3. Культивирование спиртовых дрожжей в мембранном биореакторе при аэробных условиях непрерывным способом

Выводы

ГЛАВА 4. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ СПИРТОВЫХ ДРОЖЖЕЙ В МЕМБРАННОМ БИОРЕАКТОРЕ

4.1. Материальный баланс углекислого газа и кислорода

4.2. Параметры метаболических процессов

4.3. Кинетическая модель роста дрожжей и метаболические скорости.

4.4. Результаты моделирования

4.5. Моделирование непрерывного процесса культивирования спиртовых дрожжей в аэробных условиях в мембранном биореакторе 109 Выводы

ГЛАВА 5. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ОБОГАЩЕНИЯ ВОЗДУХА КИСЛОРОДОМ С

ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЖИДКИХ ПАССИВНЫХ МЕМБРАН

5.1. Технология обогащения воздуха кислородом с использованием жидких пассивных мембран

5.2. Расчет системы обогащения воздуха кислородом с помощью моделирующей программы ChemCad 118 Выводы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Аэробное культивирование спиртовых дрожжей в биореакторе с мембранным аэрирующим устройством»

Традиционное выращивание дрожжей в спиртовом производстве осуществляется в анаэробных условиях при относительно низких скоростях роста и повышенном удельном расходе субстрата. Расход субстрата на дрожжегенерацию при этом составляет до 5% всех сбраживаемых Сахаров, содержащихся в среде. Анаэробное культивирование дрожжей осуществляют поэтапно путем их размножения во всевозрастающих количествах сусла и пересевом активно бродящих дрожжей из меньших объемов в большие. При этом узел дрожжегенерации часто является существенным источником инфекции [1], развитие которой наносит значительный ущерб спиртовому производству: нарушает нормальный ход технологического процесса, уменьшает выход готовой продукции, ухудшает его качество.

Дальнейшее развитие инфицирующей микрофлоры происходит в бродильных чанах, что приводит к сверхнормативному нарастанию кислотности, способствующей снижению выхода и ухудшению органолептических показателей спирта. Повышенная кислотность бражки уменьшает активность декстриназной системы, останавливает процесс брожения при повышенном содержании несброженных углеводов. При периодическом способе дрожжегенерации обычно вводят серную кислоту для снижения рН до 3,0-3,5, что препятствует чрезмерному накоплению бактериальной микрофлоры при длительной многократной рециркуляции (отъемах) дрожжей. Однако, повторяющаяся при каждой операции обработка серной кислотой ведет к ослаблению продуцента, частичной гибели клеток с накоплением продуктов автолиза, развитию посторонних («диких») дрожжей, которые трудно идентифицируются в условиях производственных лабораторий. В то же время их доля может достигать 60% от популяции дрожжей. Присутствие «диких» дрожжей заметно снижает выход и ухудшает качество спирта [1].

Одним из основных способов снизить уровень инфицирования спиртового производства, повысить активность дрожжей является выращивание чистой культуры спиртовых дрожжей в стерильных условиях по интенсивной технологии, дающей высокую плотность дрожжевой популяции. Новый подход к проблеме выращивания чистой культуры спиртовых дрожжей, предложенный В.М Емельяновым, Филипповой Н.К. и др., заключается в наращивании биомассы дрожжевой популяции в аэробных условиях на стерильной питательной среде, поскольку именно аэрация культуральной жидкости, снабжение дрожжей кислородом, является ключевым фактором, способствующим накоплению активной биомассы, а стерильные условия ведения процесса резко снижают вероятность заражения посевного материала посторонней микрофлорой, повышают качество засевной культуры [2]. Аэробная технология получения чистой культуры спиртовых дрожжей [3] позволит сохранить селективные свойства исходного промышленного штамма, будет препятствовать постепенному вытеснению высокопродуктивной части популяции дрожжей малопродуктивной. Производимые в аэробных условиях дрожжи обладают высоким содержанием ненасыщенных жирных кислот и трегалозы, что обеспечивает им высокую спиртотолерантность.

Реализация более эффективных аэробных процессов культивирования дрожжей сопряжена с проблемой обеспечения асептических условий подвода кислорода и низкой степенью извлечения кислорода из барботируемого газа.

При глубинном культивировании аэробных микроорганизмов требуется непрерывная подача кислорода в ферментеры, осуществляемая путем продувания стерильного воздуха через культуральную жидкость. Воздух, подаваемый на аэрацию, должен быть очищен на 99,9% от примесей и микроорганизмов размером до 1 мкм. Наибольшее распространение получил метод фильтрации воздуха через волокнистые (стекловата, базальтовое волокно, бумага, картон), пористые (полимеры, металлокерамика) или зернистые материалы, но и он не обеспечивает нужной степени очистки.

Для лучшего диспергирования воздух пропускают через барботеры. Как правило, аэрацию совмещают с механическим перемешиванием [4]. Однако, при аэрации воздухом культуральной жидкости только некоторая часть кислорода переходит в раствор, а остальное количество не используется [3].

Единственным экономически приемлемым в широких масштабах источником кислорода в настоящее время является воздух, хотя в некоторых случаях не исключается целесообразность применения и чистого кислорода [5]. Соответственно - низкая равновесная концентрация кислорода в культуральной жидкости при аэрации воздухом (5-7 мг/л) и необходимость обеспечения интенсивной массопередачи при фазовых переходах газ-жидкость и жидкость-клетка [6]. Требуются разработки новых подходов к проблеме аэрации для повышения эффективности дрожжегенерации в спиртовом производстве.

Настоящая работа посвящена разработке интенсивной аэробной технологии дрожжегенерации в мембранном биореакторе. Новый подход к проблеме аэрации в процессе аэробного выращивания посевных материалов в спиртовом производстве заключается в подаче чистого кислорода или обогащенного кислородом воздуха в биореактор через непористые полимерные мембраны-шланги. При этом гарантированно обеспечивается стерильность газового потока. Кроме того, поток газа через мембрану дробится до уровня отдельных молекул, непосредственно захватываемых жидкостью без образования газовой фазы в случае применения чистого кислорода, практически полностью потребляемого культурой. Использование чистого кислорода становится экономически оправданным и за счет пятикратного увеличения движущей силы процесса массопередачи. Конечно, интенсивность массопередачи кислорода в мембранном реакторе не достигает предельных значений, характерных для аппаратов с барботажными устройствами, но для целей получения плотного посевного материала оказывается достаточной.

С целью снижения затрат в работе предлагается вместо чистого кислорода при дрожжегенерации в мембранном биореакторе использовать обогащенный кислородом воздух. Рассмотрены технологические условия обогащения воздуха кислородом и рассчитана схема, позволяющая получить заданную степень обогащения воздуха кислородом на жидких пассивных мембранах.

Работа выполнялась в соответствии с межрегиональными научно-техническими программами «Биотехнология» (1996-1997 гг.) и «Научные исследования высшей школы по технологии живых систем» (2000 г.), «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям» (2003-2004 гг.).

Автор выражает глубокую признательность за научное руководство проф. Емельянову В. М. и докторанту Мухачеву С. Г. и благодарит за помощь в работе над диссертацией Владимирову И. С., Валееву Р. Т., Филлипову Н. К. и Сафронова А. М.

Заключение диссертации по теме «Биотехнология», Александровская, Юлия Павловна

126 Выводы

1. Расчет системы обогащения воздуха кислородом на пассивных перфторуглеродных мембранах выполнена с помощью моделирующей программы СЬешСаё, показал возможность получения воздушной смеси, содержащей до 77% кислорода, на трех ступенях обогащения с производительностью 21 кг/час при расходе воздуха 100 кг/час.

2. Аэрация обогащенной до 77% кислородом смесью через силиконовую мембрану обеспечит поступление в культуральную жидкость газовой смеси содержащей около 88% кислорода.

127

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разработан технологический процесс аэробной генерации спиртовых дрожжей с высокими асептическими характеристиками, состоящий из: трехстадийной системы обогащения воздуха кислородом на пассивных перфторуглеродных мембранах, позволяющий получать до 78% кислорода в азот-кислородной смеси; системы аэрации на основе силиконовой мембраны, позволяющей осуществить беспузырьковый ввод кислорода в культуральную жидкость и сократить пенообразование.

Исследованы характеристики силиконовой мембраны по отношению к кислороду, в соответствии с которыми получены значения коэффициента массопередачи кислорода на двух участках рабочей области перепада давления на мембране.

Осуществлены периодические с дробными подпитками, отъемно-доливные и непрерывные процессы культивирования спиртовых дрожжей в биореакторе с подводом кислорода через силиконовую мембрану, показавшие увеличение в 3,3 раза продуктивности по биомассе спиртовых дрожжей по сравнению с анаэробными процессами, проведенными в аналогичных условиях.

Разработана математическая модель процесса культивирования спиртовых дрожжей в биореакторе с мембранным аэрирующим устройством, учитывающая изменение метаболизма от анаэробного брожения в условиях лимита по кислороду к аэробному дыханию в зоне, прилегающей к мембране.

Модель позволяет масштабировать процессы культивирования спиртовых дрожжей в мембранном биореакторе.

Произведен расчет системы обогащения воздуха кислородом на жидких пассивных перфторуглеродных мембранах производительностью, удовлетворяющей потребностям участка аэробной дрожжегенерации спиртового завода мощностью 3000 дал/сут.

128

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Александровская, Юлия Павловна, 2004 год

1. Майоров А.Ю., Курамшин P.A., Еникеев Ш.Г. Сухие активные дрожжи в производстве спирта. www.tatspirtprom.ru/russian/index.php?subiect= miscellaneous&action=3 &id=74

2. Патент № 2136746 РФ от 10.09.99 с приоритетом от 17.08.98. Способ культивирования дрожжей для спиртового производства/ Емельянов В.М., Шайхутдинов P.P., Владимирова И.С., Филиппова Н.К., Валеева Р.Т.

3. Биотехнологический комплекс участка чистой культуры спиртовых дрожжей/ В.М. Емельянов, И.С. Владимирова, Ю.П. Александровская и др.// Биотехнология состояние и перспективы развития: Матер. Междунар. конгресса. Москва, 2002. С. 96-98.

4. Аэробная технология генерации спиртовых дрожжей/ Н.К. Филиппова, В.М. Емельянов, Ю.П. Александровская и др.// Биомолекулярная химия и биотехнология: Матер. ХУП Менделеевского съезда по общей и прикладной химии. Казань, 2003. С. 310.

5. Решетник O.A. Лабораторный практикум по курсу «Общая микробиология». Казань, 1984. С. 37-38.

6. Мосичев М.С., Складнев A.A., Котов В.Б. Общая технология микробиологических производств. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. 263 с.

7. Гуревич Ю.Л. О зависимости кинетики роста микроорганизмов от условий внешней среды. Лимитирование и ингибирование процессов роста и микробиологического синтеза. Пущино, 1976. 81 с.

8. Виестур У.Э., Шмите И.А., Жилевич A.B. Биотехнология: Биологические агенты, технология, аппаратура. Рига: Зинатне, 1987. -263 с.10. http:/www. evolution, atheism.ru/library/micro/13.html

9. Берри. Биология дрожжей. М.: Наука, 1985. 95 с.

10. Климовский Д. Н., Смирнов Д. Н., Стабников В. Н. Технология спирта. -М.: Мир, 1967. 452 с.

11. Bijkerk A. H. Е., Hall R. J., A Mechanistic Model of the Aerobic Growth of Saccharomyces cerevisiae, Biotech. Bioeng. 1977. - № 19. - P. 267.

12. Голубев В. H., Жиганов И. H. Пищевая биотехнология. М.: ДеЛи принт, 2001. 123 с.

13. Квасников Е. И. Дрожжи. Биология. Пути использования. 1991. - 328 с.

14. Productivitu and heat generation of fermentation under oxygen limitation / Minkevich I.C., Eroshin V.K. // Folia microbiologica. 1973. - V. 18, № 5. -P. 376-385.

15. Tsao G. T., Mukeryee A., Lee Y. T. Gas-liquid-cell oxygen absorption in fermentation. In: Fourth Intern. Fermentation Symp. Abstr. Kyoto, 1972, p. 5.

16. Работнова И.Л. Лимитирование и ингибирование роста микроорганизмов минеральными компонентами среды при синтезе вторичных продуктов // Рост микроорганизмов. Пущино, 1984. С. 3-13.

17. Технология спирта/ В. Л. Яровенко, В. А. Маринченко, В. А. Смирнов и др. М.: Колос, «Колос-Пресс», 2002, 464 с.

18. Гапонов К.П., Чугусова В.А., Позднякова В.М. Кислород в ферментационных процессах: Обзор. М.: ОНТИТЭИмикробиопрома, 1984, 36 с.

19. Влияние температуры и аэрации на рост и образование Baccillus thuringiensis / Ю.Н. Игнатенко, З.В. Сахарова, М.П. Ховрычев и др. // Микробиология, 1983. т. 52, вып. 5. С. 716-718.

20. Шестопалов Е.М., Матвеев А.Н. Экспериментальное исследование распределения кислородосодержания в ферментере АДР-900-76. // Биотехнология. 1985. № 5. С. 80-85.

21. Виестур У.Э. Культивирование микроорганизмов. М.: Пищевая промышленность, 1980. 231 с.

22. Кафаров В.В., Винаров А.Ю., Гордеев Л.С. Моделирование биохимических реакторов. М.: Лесная промышленность, 1979. 342 с.

23. Harrison D. Е. F. J. Appl. Chem. Biotechnol., 1972, 22, p. 417-440.

24. Критическая для микроорганизмов концентрация кислорода и ее изменение в зависимости от характера окислительного обмена веществ / А.Б. Лозинов, Р.Ш. Матяшова, С.С.Еремина и др. // Изв. АН СССР. Сер. Биология. 1975. № 6. С. 820-826.

25. Матяшова Р.Н. Влияние кислорода при росте дрожжей на среде с гексадеканом // Изв. АН СССР. Сер. Биология. 1977. № 4. С. 619-621.

26. Биотехнология микробного синтеза / Под общ. ред. М.Е.Бекера. Рига: Зинатне, 1980. 350 с.

27. Перт С.Дж. Основы культивирования микроорганизмов и клеток. М.: Мир, 1978. 332 с.

28. Бабурин Л.А., Швинка Ю.Э. Растворимость кислорода в жидких ферментационных средах // Ферментационная аппаратура. Рига: Зинатне, 1980. С. 89-93.

29. Battinon R., Clever H.L. The solubility of Gases in Liquias //Chem. Revs. -1966. Vol. 66, № 4. - P. 395-463.

30. Виестур У.Э. Аэрация и перемешивание в процессах культивирования микроорганизмов: Обзор. М.: ОНТИТЭИмикробиопрома, 1972. 67 с.

31. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М: Химия, 1971.784 с.

32. Рамм В.М. Абсорбция газов. М.: Химия, 1976. 654 с.

33. Ферментационная технология ферментов / Перевод с англ. В.М.Вадимова под ред. д.т.н., проф. К.А.Калунянца. М.: Легкая и пищевая промышленность. 1983. 336 с.

34. Aiba S., Yamada Т., Shimesaki S. Oxygen Absorbtion in Bubble Aeration // J. Gen. and Appl.Microbiol/-1961.-Vol.7, № 2.-P. 107-112.

35. Sherwood Т.К., Ryan I.M. Mass-transfer to a turbulent fluid with and without chemical reaction. //Chem.Eng.Sci. 1959. - V.9, № 2. - P.81-91.

36. Vieth W.R., Porter I.H., Sherwood Т.К. Mass transfer and chemical reaction a turbulent boundary layer. //Ind.Eng.Chem.Fundament. 1963. - V.2. - P. 1-3.

37. Левич В.Г. Физико-химическая гидродинамика. M.: Физматгиз, 1959. 669 с.

38. Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. М.: Наука, 1967. 491 с.

39. Ruchenstein Е. A notecoucerning turbulent exchange of heat or mass with a boundary. //Chem. Eng. Sci. 1958. - V. 7, № 4. - P. 265-268.

40. Ruchenstein E. Some remarks on renewal models. // Chem. Eng. Sci. 1963. -V. 18, №4.-P. 233-241.

41. Кишиневский M.X. О двух путях теоретического анализа абсорбционных процессов // Ж.П.Х., 1955. т. 28, № 9. С. 927-933.

42. Кишиневский М.Х., Памфилов А.В. Абсорбция двуокиси углерода растворами едкого и углекислого натрия в условиях интенсивного перемешивания // Ж.П.Х., 1949.- т. 22. С. 1183.

43. Позин М.Е., Мухленов И.П. О пенном режиме обработки газожидкостных систем // ДАН СССР. 1953. т. 92, №2. С. 393-396.

44. Higbie R. Significance of Liquid-Film. //Trans. Am. Inst. Chem. Eng. 1935. V. 31, №2. P. 365-389.

45. Кишиневский M.X., Памфилов A.B. О кинетике сорбции И Ж.П.Х., 1949. т. 22, № 11. С. 1173-1182.

46. Кишиневский М.Х. О теоретической работе Данквертца в области абсорбции // Ж.П.Х., 1954. т. 27, № 4. С. 382-390.

47. Danckwerts P.V. Significance of Liquid-Film Coefficients in Gas Absorption. // Ind. Eng. Chem. 1951. - V.43, № 6. - P. 1460-1467.

48. Кишиневский М.Х. Некоторые результаты современных теоретических работ в области абсорбции, осложненной химической реакцией // Теоретические основы химической технологии. 1967. т. 1, № 6. С. 759775.

49. Астарита Д. Массопередача с химической реакцией. Д.: Химия, 1971. 223 с.

50. Реутский В.А. Процессы хемосорбции // Итоги науки и техники. Процессы и аппараты хим. Технологии. 1976. № 4. С 5-75.

51. Федосеев К.Г. Теоретические основы и аппаратура микробного синтеза биологически активных веществ. М.: Медицина, 1977. 304 с.

52. Meares P., in: Encyclopedic Dictionary of Physics, vol. 4, Pergamon Press, Oxford, 1961, 561

53. Lonsdale H. K., J. Membr. Sei., 43, 1, 1989.

54. Николаев Н.И. Диффузия в мембранах. М.: «Химия», 1980. 232 с.

55. Мулдер М. Введение в мембранную технологию: Пер. с англ. М.: Мир, 1999.513 с.

56. Сироткин A.C., Понкратова С.А., Шулаев М.В. Современные технологические концепции аэробной очистки сточных вод. Казань: Казан, гос. технол. ун-т., 2002. 164 с.

57. Schouten A. E., van der Vegt A. K., Plastics, Delta Press, The Netherlands? 1987.

58. Ямпольский Ю. П., Дургарьян С. Г., Наметкин Н. С. Высокомол. соед. А, 24 (1982) 536.

59. Stern S. A., Shah V. M., Hardy В. J. Polym. Sci., Part. B, Polym. Phys., 25 (1987) 1263/

60. Pixton M. R., Paul D. R., in: Polymeric Gas Separation Membranes, Eds. D. R. Paul, Yu. P. Yampolskii, CRC Press, Boca Raton, 1994, p. 83.

61. Simha R„ Boyer R. T., J. Chem. Phys., 37 (1962) 1003.

62. Fujita H., Fortschr. Hochpolym. Forsch, 3 (1961) 1.

63. Muruganandam N., Koros W. J., Paul D. R., J. Polum. Sci. Polum. Phis., 25 (1987) 1999.

64. Barbari T., Koros W. J., Paul D. R., J. Polum. Sci. Polum. Phis., 26 (1988) 709.

65. Min К. E., Paul D. R., J. Polum. Sci. Polum. Phis., 26 (1988) 1021.

66. Tanaka K., Kita H., Okamoto K., Nakamura A., Kusuki Y., J. Membr. Sci., 47 (1989) 203/

67. Hensema E., Mulder M. H. V., Smolders C. A., J. Appl. Polym. Sci., 49 (1993) 203.

68. Vrentas J. S., Duda J. L., J. Polum. Sci. Polum. Phis., 15 (1977) 403.

69. Vrentas J. S., Duda J. L., J. Polum. Sci. Polum. Phis., 15 (1977) 417

70. Дьярмати И. Неравновесная термодинамика. Теория поля и вариационные принципы. Пер. с англ. М.: Мир, 1974,456 с.

71. Brown W. R., Park G. S., J. Paint. Technol., 42 (1970) 16.

72. Райгородский И. M., Савин В. А. Пластмассы, 1976, № 1, с. 61-65.

73. Дытнерский Ю. И., Брыков В. П., Каграманов Г. Г. Мембранное разделение газов. М.: Химия, 1991. 344 с.

74. Чалых А. Е. Диффузия в полимерных системах. М.: Химия, 1987. 312 с.

75. Рид Т., Праусииц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей. JL: Химия, 1982. 592 с.

76. Хванг С.-Т., Каммермейер К. Мембранные процессы разделения: Пер. с англ. М.: Химия, 1981. 464 с.

77. Stern S. A., Sampat S. R., Kulkarni S. SM J. of Polymer Sei. Part В. Polymer Physics. 1986 V. 24. P. 2149-2166.

78. Mockerjee J., Ganguli S. Energy conservation in oxygen production technology. // CEW. Chem. Eng. World. 1987. V. 22. № 7-8. p. 63-65.

79. Кельцев H.B. Основы адсорбционной техники. М.: Химия, 1984. 591 с.

80. Патент США № 4723966, 1988.

81. Патент США № 4685939, 1987.

82. Дубяга В. П., Перепечкин А. П., Каталевский Е. Е. Полимерные мембраны. М.: Химия, 1981. 232 с.

83. Browall W., Kimura S. Technical Information General Electric Crporate Research and Development Schenectady. N.-Y. 1976.

84. Хванг С.-Т., Каммермейер К. Мембранные процессы разделения./Пер. с англ. М.: Химия, 1981.

85. Baker R.W. et al. //Journal of Membr. Sei. 1987. № 31. P. 16.

86. Заявка 61-813304, Япония, 1987.

87. Патент США № 4734106, 1988.

88. Заявка 63-8205, Япония, 1988.

89. Исикава Т. Новые перспективные методы разделения жидких и газообразных смесей. //Камикалу Эндзимиарингу, 1981. Т.26, № 2. С. 355.

90. Robb W. US Patent № 3355545,1967.

91. Киселев С. В. Разработка сорбционного процесса обогащения воздуха с использованием переносчиков кислорода / Дис.канд. техн. наук; КГТУ. Казань, 1990. 136 с.

92. Емельянов В. М., Киселев С. В., Нагаев В. В. Исследование равновесной сорбции азота и кислорода в системах газ-жидкость-твердая фаза применительно к процессам разделения воздуха. Казань, 1989. 8 с. Деп. В ОНИИТЭХИМ г. Черкассы 27.6.89, № 593-хп89.

93. Емельянов В. М., Киселев С. В., Нагаев В. В. Исследование динамики сорбционного процесса обогащения воздуха. Казань, 1989. 9 с. Деп. В ОНИИТЭХИМ г. Черкассы 27.6.89, № 594-хп89.

94. Емельянов В. М., Еремина Н. А., Киселев С. В. и др. Способ получения обогащенного кислородом воздуха: А. С. № 1643061. 1990.

95. Lynch W. Consulting Engineer/ Handbook of Silicon Rubber Fabrication. -Van Nostrand Reinhold Company, New York, 1978.

96. Александровская Ю.П., Емельянов B.M. Изучение массообмена кислорода в мембранном биореакторе// Тепломассообменные процессы и аппараты химической технологии: Межвуз. темат. сб. науч. тр. Казань, 2003. С. 98-101.

97. Емельянов В.М., Александровская ЮП., Мухачев С.Г. Исследование переноса кислорода в мембранном биореакторе// Постгеномная эра в биологии и проблемы биотехнологии: Матер, науч. конф., Казань, М.: МаксПресс, 2004. С.36-37.

98. Свитцов А. А., Орлов Н. С. Мембраны в различных отраслях науки и техники. Ч. 2. Состояние и перспективы мембранных технологий. М.: ГКНТ, ВНТИЦ, 1988. 126 с.

99. Кестинг Р. Е. Синтетические полимерные мембраны. Структурный аспект. М.: Химия, 1991. 336 с.

100. Практикум по микробиологии. Под ред. Н. С. Егорова. Учебное пособие. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1976. 307 с.

101. Моделирование процессов ферментации на малорастворимых субстратах/А. Ю. Винаров, В. В. Кафаров, JI. С. Гордеев и др. М., 1978. 70 с.

102. Иванченко И.Б., Ежкова Г.О., Решетник O.A. Биология и микробиология: Учебное пособие. Казань:Казан. гос. технол. ун-т., 2002. 112 с.

103. Bertrand G. Bull. Soc. Chim. France, 1906, 35, 3.

104. Практикум по химии углеводов/ Ю. А. Жданов, Г. Н. Дорофеенко, Г. А. Корольченко и др. М.: Высшая школа, 1973. 204 с.

105. Решетник O.A., Сотников В.А. Биологическая химия: Лаб. Практикум. Казань: Казан, гос. технол. ун-т., 1993. 104 с.

106. Иследование процесса дрожжегенерации в мембранном биореакторе/ В.М. Емельянов, Ю.П. Александровская, Н.К. Филиппова и др.// Постгеномная эра в биологии и проблемы биотехнологии: Матер, науч. конф., Казань, М.: МаксПресс, 2004. С.37-38.

107. Кинетика аэробного культивирования спиртовых дрожжей в мембранном биореакторе/ С.Г. Мухачев, Ю.П. Александровская, Н.К. Филиппова и др.// Вестник Казанского технол. ун-та. 2003. №3 С. 168-172.

108. Иванов В. И., Стабникова Е. В. Стехиометрия и энергетика микробиологических процессов. Клев: Наукова думка, 1987. 152 с.

109. Элементный состав и энергосодержание биомассы микроорганизмов/ И.Г. Минкевич, В.К. Ерошин, Т.А. Алексеева, А.П. Терещенко. Микробиологическая промышленность, 1977, № 2, С. 1-4.

110. Справочник химика. Л., М.: Гос. науч.-техн. изд-во хим. лит-ры, 1962, т.1. 1072 с.

111. Манаков М.Н. Стехиометрия и энергетика биосинтеза. Прикладная биохимия и микробиология, 1981, XVII, вып.З, С.375-379.

112. Иванов В. И. Энергетика роста микроорганизмов. Киев: Наукова думка, 1981. 140 с.

113. Klahe Martin Biochemical Engineering/ Bioengineering AG, 8636 Wald, Switzerland, 2003, C. 7-9.

114. Аэробная дрожжегенерация в мембранном биореакторе/ С.Г. Мухачев, Ю.П. Александровская, Н.К. Филиппова и др.// Постгеномная эра в биологии и проблемы биотехнологии: Матер, науч. конф., Казань, М.: МаксПресс, 2004. С. 64-65.

115. Емельянов В.М., Александровская Ю.П. Сорбционная установка обогащения воздуха кислородом// Процессы и оборудование экологических производств: Тез. докл. III Межреспубл. науч.-техн. конф., Волгоград, 1995. С. 43.

116. Емельянов В.М., Александровская Ю.П. Изучение равновесия и кинетики растворения кислорода в жидких углеводородах// Нефтехимия-96: Тез. докл. IV конф. Нижнекамск, 1996. С. 32.

117. Емельянов В.М., Еналеев Р.Ш., Александровская Ю.П. Разработка метода расчета колонны обогащения воздуха кислородом. Казан, гос. технолог, ун-т. Казань, 1995. - 7 с. - Деп. в ВНИИТИ г. Москва.

118. Емельянов В.М., Александровская Ю.П. Математическое моделирование и оптимизация сорбционной установки обогащения воздуха кислородом// Математические методы в химии (ММХ-9): Тез. докл. IX Междунар. конф. Тверь, 1995. С. 57-58.

119. Емельянов В.М., Александровская Ю.П. Оптимальное технологическое проектирование колонны обогащения воздуха кислородом// Математические методы в химии (ММХ-10): Тез. докл. X Междунар. конф. Тула, 1996. С. 64.

120. Исследование и проектирование химико-технологических процессов с применением моделирующей программы ChemCad/ H. H. Зиятдинов, В. M. Емельянов, Л. А. Смирнова и др.: Учебное пособие. Казань: Казан, технол. ун-т., 2001. 84 с.

121. Хемкад. Версия 3.0: Руководство пользователя/ Под ред. Т.Н.Гартман. Москва, 1995. 801 с.

122. Переменная, параметр Обозначение Размерность

123. Концентрация биомассы дрожжей X гАСД/л

124. Начальная концентрация биомассы Х0 гАСД/л

125. Концентрация субстрата S г/л

126. Начальная концентрация субстрата So г/л

127. Концентрация субстрата во входном потоке Sex г/л

128. Концентрация источника азота в пересчете на N г/ламмиак

129. Начальная концентрация источника азота N0 г/л

130. Концентрация источника азота во входном потоке Nmc г/л

131. Концентрация растворенного кислорода С г/л

132. Начальная концентрация растворенного кислорода Со г/л

133. Концентрация растворенного кислорода во входном потоке с г/л1. Время процесса t час

134. Объем культуральной жидкости V л1. Объем подпитки Vnod л

135. Удельная скорость роста м час"1

136. Максимальная удельная скорость роста в аэробных условиях Цтах час"1

137. Максимальная удельная скорость роста в анаэробных условиях i^max час"1

138. Скорость роста, приведенная к единице объема Rx г/л-час

139. Константа Moho по субстрату кз г/л

140. Константа Моно по источнику азота kN г/л

141. Константа Моно по кислороду кс г/л

142. Удельная скорость потребления субстрата Rs г/л-час

143. Удельная скорость потребления азота Rn г/л-час

144. Удельная скорость потребления кислорода R02 т/л-чдл

145. Удельная скорость продуцирования углекислого газа RÜ02 г/л-час

146. Балансовая скорость продуцирования углекислого газа МС02 г-атом С/л-час

147. Балансовая скорость продуцирования углекислого газа Rcb г/л-час

148. Удельные затраты субстрата в метаболизме поддержания жизнедеятельности as г/г АСДчас

149. Удельные затраты субстрата в конструктив-ном обмене Ps г/г АСД

150. Удельные затраты источника азота в конструктивном обмене Pn г/г АСД

151. Удельные затраты кислорода в метаболизме поддержания жизнедеятельности Oto г/г АСД-час

152. Удельные затраты кислорода в конструктив-ном обмене Po г/г АСД

153. Удельная продукция диоксида углерода в метаболизме поддержания жизнедеятельности Ole г/г АСД час

154. Удельная продукция диоксида углерода в конструктивном обмене Pe г/г АСД

155. Перепад парциального давления кислорода на Лр атммембране

156. Парциальное давление кислорода в малоподвижном слое жидкости, прилегающем к мембране Рь атм

157. Давление в газовой фазе, образующейся вследствие десорбции углекислого газа Ра атм

158. Мольная доля кислорода в газовой фазе, образованной при десорбции углекислого газа У02

159. Коэффициент массопередачи кислорода в малоподвижном слое жидкости, прилегающем к мембране Кь л/см2-час

160. Объемный коэффициент массопередачи кислорода в жидкой фазе Кьа час"1

161. Коэффициент диффузии кислорода в мембрану при перепаде давления АР} Я/ г/см2-атм-час

162. Константа Генри для кислорода Не г Ог/л-атм

163. Равновесная концентрация насыщения кислородом С' г/л

164. Сульфитное число аппарата N гОг/лчас1. Площадь мембраны ^ см*

165. Площадь недеформированной мембраны см21. Толщина мембраны Л см

166. Толщина недеформированной мембраны Л) см

167. Расчетный внешний радиус силиконового шланга при деформации под давлением К-расч. см

168. Внешний радиус недеформированного силиконового шланга Яо см

169. Расчетный внутренний радиус силиконового шланга при деформации под давлением Грасч. см

170. Внутренний радиус недеформированного силиконового шланга Го см

171. Объем материала мембраны V г рез см3

172. Коэффициент проницаемости кислорода через мембрану Р г02 смсм2 • час • атм

173. Константа, учитывающая изменение поверхности мембраны при деформации под давлением ъ

174. Константа, учитывающая изменение толщины мембраны при деформации под давлением &

175. Скорость транспорта кислорода через мембрану Я'о г 02/час

176. Скорость транспорта кислорода через малоподвижный слой жидкости, прилегающий к мембране г 02/час

177. Экспериментальное значение производной от скорости транспорта кислорода по перепаду давления на мембране г 02/атм-час

178. Степень восстановленности условной молекулы биомассы Гх

179. Энтальпия сгорания биомассы лнх кж/мольАСБ

180. Энтальпия образования углекислоты Лс кж/мольС02

181. Энтальпия образования воды Ля кж/мольН20

182. Энтальпия образования аммиака Ллг кж/моль!ЧНз

183. Энтальпия сгорания биомассы Нх кж/мольАСБ

184. Продукция МЭС (в пересчете на АТФ) в расчете Е5 мольАТФ/мольна один г-моль субстрата

185. Потребление МЭС при биосинтезе одного условного моля биомассы Ех мольАТФ/моль

186. Доля популяции, растущая в аэробных условиях н>

187. Скорость разбавления В час"1

188. Объемная скорость протока V л/час1. Редуцирующие вещества РВ

189. Программа для моделирования культивирования спиртовых дрожжей1. Sub dinl706()

190. Pa = 1 'давление в аппарате для расчета десорбции кислорода из жидкости в пузыри С02 р = Worksheets("ЛистЗ").Range("F62").Value 'давление кислорода в шланге F0 = 182.5 * 1.7 'смА2 V = Гл

191. Тсср = Worksheets(" Sheet 1") .Range("D 17") .Value •Kla = Worksheets("Sheetl ").Range("Ll 7"). Value 'Подпитка глюкозой 'kpodp- количество подпиток kpodp = 6

192. Dim Tpodp(l To 6) As Single Dim Spodp(l To 6) As Single Dim Vpodp(l To 6) As Single For ipodp = 1 To kpodp

193. Tpodp(ipodp) = Worksheets(" ЛистЗ") .Cells(61 + ipodp, 1) Spodp(ipodp) = Worksheets(" ЛистЗ ").Cells(61 + ipodp, 2) Vpodp(ipodp) = Worksheets("ЛистЗ").Cells(61 + ipodp, 3) Next kdavl= 5

194. Dim TDavl(l To 5) As Single Dim Davl(l To 5) As Single For idavl = 1 To kdavl

195. Rs = (AlfaS + BettaS * mu) * xl S = S + h * (-Rs) If S < 0 Then S = 0

196. Rco2 = (AlfaC02 + BettaC02 * mu) * xl

197. MC02 = 72 / 12 * (Rs /180 Rx / 153.19)

198. C02Ravn = Kla * с / (Kla * с + 32 * MC02)1. Rco2B = 44* MC021. W = W + (Rco2 Rco2B) л 2

199. Ro2 = (Alfa02 + Betta02 * mu) * xl

200. Cravn = p * Kg * F0/(kl * F)c = c + h*(kl* (Cravn c) * F / V - Ro2)1. с <= 0 Then с = 0.0000011. Rn = BettaN * mu * xln = n + h * (-Rn)1. RQ = Rco2 / Ro2

201. Rp = Mp * (Ex/2 * Rx/Mx + 2 * Rs/Ms -1 /3 * Ro/Mo 0.5324)кЗ) 'наружний радиус шланга при• кЗ / (к4 + р Л кЗ) 'длина

202. Yxs = Rx / Rs Yxo = Rx / Ro2 t = t + h1. t >= Tpodp(ipodp) Then S = S + Spodp(ipodp) ipodp = ipodp + 1 End If1. t >= TDavl(idavl) Then p = Davl(idavl)

203. F = 2*3.14*R1*L 'площадь наружней поверхности мембраны при избыточном давлении, смЛ2idavl = idavl + 1 End If If t < tp Then GoTo ml 1 = 1-4-1

204. Расчет первой ступени обогащения воздуха кислородом1. CHEMCAD 5.2.0 Page 1

205. Job Name: rr2 Date: 10/31/2004 Time: 20:16:38 FLOWSHEET SUMMARY

206. Equipment Label Stream Numbers1 TOWR 7 1-8-22 FLAS 4 -9 -53 VALV 2 -34 PUMP 5 -65 HTXR 6 -76 HTXR 3 -41. Stream Connections

207. Stream Equipment Stream Equipment Stream Equipment1. From To From To From To1 1 462 751213 524 8 1336 645 92

208. Calculation mode : Sequential Flash algorithm : Normal

209. Equipment Calculation Sequence 1 3 6 2 4 5

210. Equipment Recycle Sequence 1 3 6 2 4 51. Recycle Cut Streams 7

211. Recycle Convergence Method: Wegstein

212. Wegstein lower bound -5.00 Wegstein upper bound 0.00

213. Acceleration frequency 4 Max. loop iterations 100

214. Recycle Convergence Tolerance1. Flow rate 1.OOOE-0031. Temperature 1.000E-0031. Pressure 1.000E-0031. Enthalpy 1.000E-0031. Vapor frac. 1.000E-003

215. Recycle calculation has converged.1. COMPONENTS1. # Name1. CHEMCAD 5.2.0

216. Job Name: rr2 Date: 10/31/2004 Time: 20:16:381. Page 280098010 80111. THERMODYNAMICS1. K-value model :

217. Enthalpy model : Liquid density- :1. UNIFAC main groups1. UNIFAC main groups1. UNIFAC main groups1. UNIFAC main groupsperftordecalinl1. Nitrogenl1. Oxygenl1. UNIFAC

218. No corrrection for vapor fugacity Latent Heat1.brary 40 and 60, No interaction parameters.40 and 58, No interaction parameters.40 and 60, No interaction parameters.40 and 58, No interaction parameters.1. CHEMCAD 5.2.0

219. Job Name: rr2 Date: 10/31/2004 Time: 20:16:38 Overall Mass Balance1. Page 3perftordecalinl1. Nitrogenl1. Oxygenl1. Totalkmol/h1.put Output0000 0.0162738 2.7380728 0.7283.4663.483kg/h Input 0.000 76.709 23.291100.000

220. Output 7.519 76.710 23.294107.523

221. Warning: Overall mass bal em ce not good enough. Need lower flow tolerance.1. CHEMCAD 5.2.0 Page 4

222. Job Name: rr2 Date: 10/31/2004 Time: 20:16:38 EQUIPMENT SUMMARIES

223. Towr Rigorous Distillation Summary120 1 20 0.50001. Equip. No.

224. Output pressure atm 7.0000

225. Calculated power kW 0.0036

226. Calculated Pout atm 7.00001. Head m 0.1115

227. Vol. flow rate m3/h 0.0213

228. Mass flow rate kg/h 11828.04981. CHEMCAD 5.2.0 Page 5

229. Job Names rr2 Date: 10/31/2004 Time: 20:16:391. EQUIPMENT SUMMARIES 1. Heat Exchanger Summary 1. Equip. No. 5 6 1. Name

230. T Out Str 1 C 1.0000 20.0000

231. Calc Ht Duty MJ/h -227.4667 229.3226

232. Strl Pout atm 7.0000 1.00001. CHEMCAD 5.2.0 Page 6

233. Job Name: rr2 Date: 10/31/2004 Time: 20:16:391. STREAM PROPERTIES 1. Stream No. 1 2 3 41. Name Luft - Overall - -

234. Molar flow kmol/h 3.4661 27.1802 27.1802 27.1802

235. Mass flow kg/h 100.0000 11876.3071 11876.3080 11876.3080

236. Temp C 10.0000 0.7424 0.9772 20.0000

237. Pres atm 8.0000 7.5000 1.0000 1.0000

238. Vapor mole fraction 1.000 0.0000 0.04900 0.05177

239. Enth MJ/h -2.9921 2759.7 2759.7 2989.1

240. Tc C -141.8281 256.2064 256.2064 256.2064

241. Pc atm 35.5745 14.8913 14.8913 14.89133 td. sp gr. wtr = 1 0.866 209.134 209.134 209.134

242. Std. sp gr. air = 1 0.996 15.087 15.087 15.087

243. Degree API 31.9273 130.8234 -130.8234 -130.8234

244. Average mol wt 28.8508 436.9468 436.9468 436.9468

245. Actual dens kg/m3 9.9575 86595.0856 396.3376 350.8869

246. Actual vol m3/h 10.0427 0.1371 29.9651 33.8465

247. Std liq m3/h 0.1156 0.0568 0.0568 0.05681. Std vap 0 C m3/h- Vapor only - -Molar flow kmol/h Mass flow kg/h Average mol wt Actual dens kg/m3 Actual vol m3/h Std liq m3/h

248. Std vap 0 C m3/h Cp J/kmol-K Z factor Vise Pa-sec Th cond W/m-K- Liquid only - -Molar flow kmol/h Mass flow kg/h Average mol wt Actual dens kg/m3 Actual vol m3/h Std liq m3/h

249. Std vap 0 C m3/h Cp J/kmol-K Z factor Vise Pa-sec Th cond W/m-K Surf tens N/m1. CHEMCAD 5.2.0

250. Job Name: rr2 Date: STREAM PROPERTIES1. Stream No.1. Name- Overall - -Molar flow kmol/h Mass flow kg/h Temp C1. Pres atm

251. Vapor mole fraction Enth MJ/h Tc C Pc atm

252. Std. sp gr. wtr = 1 Std. sp gr. air 1 Degree API Average mol wt Actual dens kg/m3 Actual vol m3/h Std liq m3/h Std vap 0 C m3/h- Vapor only - -Molar flow kmol/h Mass flow kg/h Average mol wt Actual dens kg/m3 Actual vol m3/h Std liq m3/h

253. Job Name: rr2 Date: STREAM PROPERTIES1. Page 810/31/2004 Time: 20:16:391. Stream No.1. Name- Overall - -Molar flow kmol/h Mass flow kg/h Temp C1. Pres a tin

254. Vapor mole fraction Enth MJ/h Tc C Pc atm

255. Std. sp gr. wtr s 1 Std. sp gr. air = 1 Degree API Average mol wt Actual dens kg/m3 Actual vol m3/h Std liq m3/h Std vap 0 C m3/h- Vapor only - -Molar flow kmol/h Mass flow kg/h Average mol wt Actual dens kg/m3 Actual vol m3/h Std lig m3/h

256. Job Name: rr2 Date: 10/31/2004 Time: 20:16:39 FLOW SUMMARIES1. Page 91. Stream No.1. Stream Name Luft

257. Temp С 10.0000 0.7424 0.9772 20.0000près atm 8.0000 7.5000 1.0000 1.0000

258. Enth MJ/h -2.9921 2759.7 2759.7 2989.1

259. Vapor mole fraction 1.0000 0.00000 0.049004 0.051769

260. Total kznol/h 3.4661 27.1802 27.1802 27.18021. Flowrates in kmol/h perftordecalinl 0.0000 25.6002 25.6002 25.6002

261. Nitrogenl 2.7382 0.9167 0.9167 0.9167

262. Oxygen1 0.7279 0.6634 0.6634 0.66341. Stream No. 5 6 7 8

263. Stream Name perftordecal

264. Temp С 20.0000 20.0010 1.0000 0.5738

265. Pres atm 1.0000 7.0000 7.0000 7.0000

266. Enth MJ/h 2986.5 2986.5 2759.0 -2.0839

267. Vapor mole fraction 0.00000 0.00000 0.00000 1.0000

268. Total kmol/h 25.7731 25.7731 25.7731 2.07541. Flowrates in kmol/h perftordecalinl 25.5848 25.5848 25.5848 0.0009

269. Nitrogenl 0.0720 0.0720 0.0720 1.8937

270. Oxygen1 0.1162 0.1162 0.1162 0.18081. Stream No. 9 1. Stream Name 1. Temp С 20.0000 1. Pres atm 1.0000 1. Enth MJ/h 2.5603

271. Vapor mole fraction 1.00001. Total kmol/h 1.4071 1. Flowrates in kmol/h perftordecalinl 0.0153 1. Nitrogenl 0.8446 1. Oxygen1 0.5471

272. CHEMCAD 5.2.0 Page 10

273. Job Name: rr2 Date: 10/31/2004 Time: 20:16:391. DISTILLATION PROFILE

274. Unit type s TOWR Unit name: Egp # 11. Net Flows *

275. Temp Pres Liquid Vapor Feeds Product Duties

276. Расчет второй ступени обогащения воздуха кислородом1. CHEMCAD 5.2.0 Page 1

277. Job Name: ггЗ Date: 10/31/2004 Time: 20:19:03

278. FLOWSHEET SUMMARY Equipment Label1 TOWR2 FLAS3 VALV4 PUMP5 HTXR6 HTXR1. Stream Numbers7 1-8-24 -9 -52 -35 -66 -73 -41. Stream Connections

279. Stream Equipment Stream Equipment Stream Equipment1. From To From To From To1 1 462 751213 524 81336 645 92

280. Calculation mode : Sequential Flash algorithm : Normal

281. Equipment Calculation Sequence 1 3 6 2 4 5

282. Equipment Recycle Sequence 1 3 6 2 4 51. Recycle Cut Streams 7

283. Recycle Convergence Method: Wegstein

284. Wegstein lower bound -5.00 Wegstein upper bound 0.00

285. Acceleration frequency 4 Max. loop iterations 100

286. Recycle Convergence Tolerance1. Flow rate 1.0OOE-OO31. Temperature 1.000E-0031. Pressure 1.000B-0031. Enthalpy 1.000E-0031. Vapor frac. 1.000E-003

287. Recycle calculation has converged.1. COMPONENTS1. #1. Name1. CHEMCAD 5.2.0

288. Job Name: rr3 Date: 10/31/2004 Time: 20:19:031. Page 21 2 380098010 8011

289. THERMODYNAMICS K-value model Enthalpy- modelperftordecalinl Nitrogen1 Oxygenl1. UNIFAC

290. No corrrection for vapor fugacity Latent Heat1.quid density : Library

291. UNIFAC main groups 40 and 60, No interaction parameters.

292. UNIFAC main groups 40 and 58, No interaction parameters.

293. UNIFAC main groups 40 and 60, No interaction parameters.

294. UNIFAC main groups 40 and 58, No interaction parameters.1. CHEMCAD 5.2.0

295. Job Name: rr3 Date: 10/31/2004 Time: 20:19:03 Overall Mass Balance1. Page 3perf tordecalinl1. Nitrogenl1. Oxygenl1. Totalkmol/h1.put Output0015 0.0100848 0.8480549 0.5491.4121.406kg/h Input 6.943 23.747 17.56948.259

296. Output 4.441 23.746 17.56945.756

297. Warning: Overall mass balance not good enough. Need lower flow tolerance.1. CHEMCAD 5.2.0 Page 4

298. Job Name: rr3 Date: 10/31/2004 Time: 20:19:03 EQUIPMENT SUMMARIES1. Equip. No.

299. Name No. of stages 1st feed stage 2nd feed stage Colm pressure drop (atm)

300. Output pressure atm Calculated power kW Calculated Pout atm Head m

301. Vol. flow rate m3/h Mass flow rate kg/h0000 ,0020 .0000 .12270.0119 6028.14751. CHEMCAD 5.2.01. Page 5

302. Job Name: rr3 Date: EQUIPMENT SUMMARIES1. Equip. No.

303. Name T Out Str 1 C Calc Ht Duty MJ/h Strl Pout atm10/31/2004 Time: 20:19:031. Heat Exchanger Summary5 61.0000 ■115.9220 7.000020.0000 116.8875 1.00001. CHEMCAD 5.2.01. Page 6

304. Job Name: rr3 Date: STREAM PROPERTIES10/31/2004 Time: 20:19:031. Stream No. 1 2 3 41. Name Luft - Overall - -

305. Molar flow kmol/h 1.4117 14.0116 14.0116 14.0116

306. Mass flow kg/h 48.2585 6058.2993 6058.2993 6058.2993

307. Temp C 10.0000 0.9721 1.0119 20.0000

308. Pres atm 8.0000 7.5000 1.0000 1.0000

309. Vapor mole fraction 0.9893 0.0000 0.05794 0.06139

310. Enth MJ/h 0.53220 1406.4 1406.4 1523.3

311. Tc C -68.4643 256.0349 256.0349 256.0349

312. Pc atm 145.9818 16.3163 16.3163 16.3163

313. Std. sp gr. wtr = 1 1.074 184.247 184.247 184.247

314. Std. sp gr. air = 1 1.180 14.929 14.929 14.929

315. Degree API 0.2640 -130.7320 -130.7320 -130.7320

316. Average mol wt 34.1838 432.3780 432.3780 432.3780

317. Actual dens kg/m3 11.9366 75624.9254 331.7355 292.8542

318. Actual vol m3/h 4.0429 0.0801 18.2624 20.6871

319. Std liq m3/h 0.0450 0.0329 0.0329 0.0329

320. Std vap 0 C m3/h 31.6422 314.0506 314.0506 314.0506- Vapor only - -

321. Molar flow kmol/h 1.3967 0.8118 0.8602

322. Mass flow kg/h 41.7386 25.7759 30.1520

323. Average mol wt 29.8843 31.7514 35.0539

324. Actual dens kg/m3 10.3242 1.4126 1.4584

325. Actual vol m3/h 4.0428 18.2474 20.6751

326. Std liq m3/h 0.0449 0.0251 0.0264

327. Std vap 0 C m3/h 31.3046 18.1955 19.2793

328. Cp J/kmol-K 29529.7581 30376.9650 33315.5517

329. Z factor 0.9968 0.9993 0.9994

330. Vise Pa-sec 1.800e-005 1.778e-005 1.820e-005

331. Th cond W/m-K 0.0248 0.0235 0.0241- Liquid only - -

332. Molar flow kmol/h 0.0151 14.0116 13.1998 13.1514

333. Mass flow kg/h 6.5199 6058.2993 6032.5234 6028.1473

334. Average mol wt 432.8772 432.3780 457.0171 458.3647

335. Actual dens kg/m3 77307.4585 75624.9254 400704.1765 505075.4155

336. Actual vol m3/h 0.0001 0.0801 0.0151 0.0119

337. Std liq m3/h 0.0000 0.0329 0.0078 0.0065

338. Std vap 0 C m3/h 0.3376 314.0506 295.8551 294.7713

339. Cp J/kmol-K 438292.8459 415411.4940 436947.0926 487624.8784

340. Z factor 0.1520 0.1457 0.0204 0.0195

341. Vise Pa-sec 0.0003207 0.0003343 0.0003804 0.0003458

342. Th cond W/m-K 0.3884 0.3727 9.2232 14.7130

343. Surf tens N/m 0.0000 0.0000 0.0000 0.00011. CHEMCAD 5.2.0 Page 7

344. Job Name: rr3 Date: 10/31/2004 Time: 20:19:031. STREAM PROPERTIES 1. Stream No. 5 6 7 81. Name perftordecal- Overall - -

345. Molar flow kmol/h 13.1514 13.1514 13.1514 0.5461

346. Mass flow kg/h 6028.1474 6028.1474 6028.1469 15.6038

347. Temp C 20.0000 20.0011 1.0000 0.5574

348. Pres atm 1.0000 7.0000 7.0000 7.0000

349. Vapor mole fraction 0.0000 0.0000 0.0000 1.000

350. Enth MJ/h 1521.7 1521.7 1405.8 -0.54876

351. Tc C 257.2805 257.2805 257.2805 -141.4669

352. Pc atm 10.0989 10.0989 10.0989 39.4345

353. Std. sp gr. wtr = 1 921.293 921.293 921.293 0.839

354. Std. sp gr. air = 1 15.826 15.826 15.826 0.986

355. Degree API -131.3464 -131.3464 -131.3464 37.1501

356. Average mol wt 458.3647 458.3647 458.3647 28.5711

357. Actual dens kg/m3 505075.4155 505540.0761 508568.8796 8.9270

358. Actual vol m3/h 0.0119 0.0119 0.0119 1.7479

359. Std liq m3/h 0.0065 0.0065 0.0065 0.0186

360. Std vap 0 C m3/h 294.7713 294.7713 294.7713 12.2409- Vapor only - -

361. Molar flow kmol/h 0.54611. Mass flow kg/h 15.60381. Average mol wt 28.5711

362. Actual dens kg/m3 8.92701. Actual vol m3/h 1.74791. Std liq m3/h 0.0186

363. Std vap 0 C m3/h 12.24091. Cp J/kmol-K 29363.17001. Z factor 0.99771. Vise Pa-sec 1.680e-0051. Th cond W/m-K 0.0239- Liquid only - -

364. Molar flow kmol/h 13.1514 13.1514 13.1514

365. Mass flow kg/h 6028.1474 6028.1474 6028.1469

366. Average mol wt 458.3647 458.3647 458.3647

367. Actual dens kg/m3 505075.4155 505540.0761 508568.8796

368. Actual vol m3/h 0.0119 0.0119 0.0119

369. Std liq m3/h 0.0065 0.0065 0.0065

370. Std vap 0 C m3/h 294.7713 294.7713 294.7713

371. Cp J/kmol-K 487624.8784 487641.1054 438124.5708

372. Z factor 0.0195 0.1362 0.1430

373. Vise Pa-sec 0.0003458 0.0003474 0.0003849

374. Th cond W/m-K 14.7130 14.6896 14.8041

375. Surf tens N/m 0.0001 0.0001 0.00011. CHEMCAD 5.2.0 Page 8

376. Job Name: rr3 Date: 10/31/2004 Time: 20:19:031. FLOW SUMMARIES 1. Stream No. 1 2 3 41. Stream Name Luft

377. Temp C 10.0000 0.9721 1.0119 20.0000

378. Près atm 8.0000 7.5000 1.0000 1.0000

379. Enth MJ/h 0.53220 1406.4 1406.4 1523.3

380. Vapor mole fraction 0.98933 0.00000 0.057938 0.061389

381. Total kmol/h 1.4117 14.0116 14.0116 14.01161. Flowrates in kmol/h perftordecalinl 0.0150 13.0473 13.0473 13.0473

382. Nitrogenl 0.8477 0.3765 0.3765 0.3765

383. Oxygenl 0.5490 0.5877 0.5877 0.58771. Stream No. 5 6 7 8

384. Stream Name perftordecal

385. Temp C 20.0000 20.0011 1.0000 0.5574

386. Près atm 1.0000 7.0000 7.0000 7.0000

387. Enth MJ/h 1521.7 1521.7 1405.8 -0.54876

388. Vapor mole fraction 0.00000 0.00000 0.00000 1.0000

389. Total kmol/h 13.1514 13.1514 13.1514 0.54611. Flowrates in kmol/h perftordecalinl 13.0380 13.0380 13.0380 0.0002

390. Nitrogenl 0.0250 0.0250 0.0250 0.4961

391. Oxygenl 0.0885 0.0885 0.0885 0.04981. Stream No. 9 1. Stream Name 1. Temp C 20.0000 1. Près atm 1.0000 1. Enth MJ/h 1.5626

392. Vapor mole fraction 1.00001. Total kmol/h 0.8602 1. Flowrates in kmol/h perftordecalinl 0.0094 1. Nitrogenl 0.3515 1. Oxygenl 0.4993 1. CHEMCAD 5.2.0 Page 10

393. Job Name: rr3 Date: 10/31/2004 Time: 20:19:031. DISTILLATION PROFILE

394. Unit type : TOWR Unit name: Eqp # 11. Net Flows *

395. Temp Pres Liquid Vapor Feeds Product Duties

396. Расчет третьей ступени обогащения воздуха кислородом1. CHEMCAD 5.2.0 Page 1

397. Job Name: rr4 Date: 10/31/2004 Time: 20:21:06 FLOWSHEET SUMMARY1. Equipment Label1 TOWR2 FLAS3 VALV4 PUMP5 HTXR6 HTXR1. Stream Nunfcers7 1-8-24 -9 -52 -35 -66 -73 -41. Stream Connections

398. Stream Equipment From To 1 12 133 3 61. Stream Equipment From To4 6 25 2 46 4 51. Stream Equipment From To7 5 18 1 9 2

399. Calculation mode : Sequential Flash algorithm : Normal

400. Equipment Calculation Sequence 1 3 6 2 4 5

401. Equipment Recycle Sequence 1 3 6 2 4 51. Recycle Cut Streams 7

402. Recycle Convergence Method: Wegstein

403. Wegstein lower bound -5.00 Wegstein upper bound 0.00

404. Acceleration frequency 4 Max. loop iterations 100

405. Recycle Convergence Tolerance1. Flow rate 1.000E-0031. Temperature 1.000E-0031. Pressure 1.000E-0031. Enthalpy 1.000E-0031. Vapor frac. 1.000E-003

406. Recycle calculation has converged.1. COMPONENTS1. # Name1. CHEMCAD 5.2.0

407. Job Name: rr4 Date: 10/31/2004 Tine: 20:21:061 2 380098010 8011thermodynamics1. K-value model :

408. Enthalpy model : Liquid density :unifac main groupstjnifac main groupsunifac main groupsunifac main groupsperftordecalinl1. Nitrogenl1. Oxygenl1. UNIFAC

409. No corrrection for vapor fugacity Latent Beat1.brary 40 and 60, No interaction parameters.40 and 58, No interaction parameters.40 and 60, NO interaction parameters.40 and 58, No interaction parameters.1. CHEMCAD 5.2.0

410. Job Name: rr4 Date: 10/31/2004 Time: 20:21:06 Overall Mass Balance1. Page 3perftordecalinl1. Nitrogenl1. Oxygenl1. Totalkmol/h1.put Output0009 0.0060350 0.3500499 0.4990.8590.855kg/h Input 4.320 9.805 15.98030.1061. Output 2.771 9.805 15.97928.555

411. Warning: Overall mass balance not good enough. Need lower flow tolerance.1. CHEMCAD 5.2.0 Page 4

412. Job Name: rr4 Date: 10/31/2004 Time: 20:21:06 EQUIPMENT SUMMARIES

413. Towr Rigorous Distillation Summary120 1 20 0.50001. Equip. No.

414. Output pressure atm Calculated power kW Calculated Pout atm Head m

415. Vol. flow rate m3/h Mass flow rate kg/h1. Pump Summary7.0000 0.0011 7.0000 0.1342 0.0065 3006.51781. CHEMCAD 5.2.0 Page 5

416. Job Name: rr4 Date: 10/31/2004 Time: 20:21:06 EQUIPMENT SUMMARIES1. Heat Exchanger Summary1. Equip. No. 5 6 Name

417. T Out Str 1 C 1.0000 20.0000

418. Calc Ht Duty MJ/h -57.8126 58.4749

419. Strl Pout atm 7.0000 1.00001. CHEMCAD 5.2.01. Page 6

420. Job Name: rr4 Date: 10/31/2004 Time: 20:21:06 STREAM PROPERTIES1. Stream No. 1 2 3 41. Name Luft - Overall - -

421. Molar flow kmol/h 0.8588 7.1058 7.1058 7.1058

422. Mass flow kg/h 30.1057 3025.8053 3025.8053 3025.8053

423. Temp C 10.0000 1.2659 1.0033 20.0000

424. Pres atm 8.0000 7.5000 1.0000 1.0000

425. Vapor mole fraction 0.9889 0.0000 0.07158 0.07577

426. Enth MJ/h 0.34061 701.30 701.30 759.78

427. Tc C -60.5637 255.7815 255.7815 255.7815

428. Pc atm 157.0021 18.4839 18.4839 18.4839

429. Std. sp gr. wtr = 1 1.145 156.729 156.729 156.729

430. Std. sp gr. air = l 1.210 14.702 14.702 14.702

431. Degree API -7.9378 -130.5972 -130.5972 -130.5972

432. Average mol wt 35.0576 425.8192 425.8192 425.8192

433. Actual dens kg/m3 12.2583 63715.7493 264.5050 233.7146

434. Actual vol m3/h 2.4560 0.0475 11.4395 12.9466

435. Std liq m3/h 0.0263 0.0193 0.0193 0.0193

436. Std vap 0 C m3/h 19.2477 159.2679 159.2679 159.2679- Vapor only - -

437. Molar flow kmol/h 0.8492 0.5086 0.5384

438. Mass flow kg/h 26.0337 16.5551 19.2877

439. Average mol wt 30.6558 32.5480 35.8229

440. Actual dens kg/m3 10.6005 1.4482 1.4905

441. Actual vol m3/h 2.4559 11.4311 12.9401

442. Std liq m3/h 0.0263 0.0151 0.0158

443. Std vap 0 C m3/h 19.0342 11.4004 12.0679

444. Cp J/kmol-K 29575.4504 30412.6192 33372.1605

445. Z factor 0.9959 0.9992 0.9992

446. Vise Pa-sec 1.849e-005 1.825e-005 1.866e-005

447. Th cond W/m-K 0.0250 0.0237 0.0242- Liquid only - -

448. Molar flow kmol/h 0.0095 7.1058 6.5972 6.5674

449. Mass flow kg/h 4.0720 3025.8053 3009.2502 3006.5176

450. Average mol wt 427.4724 425.8192 456.1400 457.7923

451. Actual dens kg/m3 66851.5395 63715.7493 358726.1663 461993.1012

452. Actual vol m3/h 0.0001 0.0475 0.0084 0.0065

453. Std liq m3/h 0.0000 0.0193 0.0042 0.0035

454. Std vap 0 C m3/h 0.2135 159.2679 147.8675 147.2000

455. Cp J/kmol-K 432612.3487 409610.9235 436048.8590 486985.9889

456. Z factor 0.1504 0.1437 0.0204 0.0195

457. Vise Pa-sec 0.0003132 0.0003241 0.0003789 0.0003450

458. Th cond W/m-K 0.3049 0.2811 7.4039 12.3204

459. Surf tens N/m 0.0000 0.0000 0.0000 0.00001. CHEMCAD 5.2.0 Page 7

460. Job Name: rr4 Date: 10/31/2004 Time: 20:21:061. STREAM PROPERTIES 1. Stream No. 5 6 7 81. Name perf tordecal- Overall - -

461. Molar flow kmol/h 6.5674 6.5674 6.5674 0.3169

462. Mass flow kg/h 3006.5179 3006.5179 3006.5179 9.2675

463. Temp C 20.0000 20.0012 1.0000 0.7398

464. Pres atm 1.0000 7.0000 7.0000 7.0000

465. Vapor mole fraction 0.0000 0.0000 0.0000 1.000

466. Enth MJ/h 758.80 758.80 700.99 -0.31840

467. Tc C 257.2620 257.2620 257.2620 -137.2070

468. Pc atm 10.2403 10.2403 10.2403 41.5352

469. Std. sp gr. wtr = 1 864.587 864.587 864.587 0.886

470. Std. sp gr. air = 1 15.806 15.806 15.806 1.010

471. Degree API -131.3363 -131.3363 -131.3363 28.1912

472. Average mol wt 457.7923 457.7923 457.7923 29.2399

473. Actual dens kg/m3 461993.1012 462381.7367 464913.9366 9.1362

474. Actual vol m3/h 0.0065 0.0065 0.0065 1.0144

475. Std liq m3/h 0.0035 0.0035 0.0035 0.0105

476. Std vap 0 C m3/h 147.2000 147.2000 147.2000 7.1039- Vapor only - -

477. Molar flow kmol/h 0.31691. Mass flow kg/h 9.26751. Average mol wt 29.2399

478. Actual dens kg/m3 9.13621. Actual vol m3/h 1.01441. Std liq m3/h 0.0105

479. Job Name: rr4 Date: 10/31/2004 Time: 20:21:06 STREAM PROPERTIES1. Stream No.1. Name- Overall - -Molar flow kmol/h Mass flow kg/h Temp C1. Pres atm

480. Vapor mole fraction Enth MJ/h Tc C Pc atm

481. Std. sp gr. wtr = 1 Std. sp gr. air = 1 Degree API Average mol wt Actual dens kg/m3 Actual vol m3/h Std liq m3/h Std vap 0 C m3/h- Vapor only - -Molar flow kmol/h Mass flow kg/h Average mol wt Actual dens kg/m3 Actual vol m3/h Std liq m3/h

482. Job Name: rr4 Date: 10/31/2004 Time: 20:21:06 FLOW SUMMARIES

483. Stream No. Stream Name Temp c11.ft 10.000021.26593 41.0033 20.0000

484. Près atm 8.0000 7.5000 1.0000

485. Enth MJ/h 0.34061 701.30 701.30

486. Vapor mole fraction 0.98891 0.00000 0.071580

487. Total kmol/h. 0.8587 7.1058 7.1058 Flowrates in kmol/hperf tordecalinl 0.0094 6.5078 6.507 8

488. Nitrogenl 0.3500 0.1218 0.1218

489. Oxygenl 0.4994 0.4762 0.47621.pHJiOMceHHe 2 1.0000 759.78 0.075771 7.10586.5078 0.1218 0.4762

490. Stream No. 5 6 Stream Name1. Temp C 20.0000 20.00121. Près atm 1.0000 7.00001. Enth MJ/h 758.80 758.80

491. Vapor mole fraction 0.00000 0.00000

492. Vapor mole fraction 1.0000

493. Total kmol/h 0.5384 Flowrates in kmol/hperftordecalinl 0.00591. Nitrogenl 0.11531. Oxygenl 0.4173 1. CHEMCAD 5.2.0

494. Job Name: rr4 Date s 10/31/2004 Time: 20 : 21:061. DISTILLATION PROFILE

495. Unit type s TOWR Unit name: Eqp # 11. Net Flows *

496. Temp Près Liquid Vapor Feeds