Сепарация

Применение сепараторов позволяет обрабатывать большие объемы труднофильтруемых суспензий, интенсифицировать выделение и концентрирование микроорганизмов и твердых частиц размером более 0,5 мкм.

Движущей силой процесса является центробежная сила.

Скорость осаждения частиц в сепараторе (м/с):

V_с = d² · w² · R · (ρ_т – ρ_ж)

18 · μ_с · 900

где d – диаметр твердых частиц, м;

w – частота вращения барабана, мин^-1;

R – радиус барабана, м;

ρ_т – плотность твердой фазы, кг/м³;

ρ_ж – плотность жидкой фазы, кг/м³;

μ_с – динамическая вязкость, Па · с.

Производительность аппарата:

П = η_б · К_конц · 4 · π · w² · i · tgφ · (R³_max – R³_min) · r² · (ρ₁ – ρ₂) · с_к,

27 μ (с_к – с_н)

где η_б – к.п.д. барабана сепаратора (принимают равным 0,25);

К_конц – коэффициент концентрации, учитывающий влияние содержания дрожжевых клеток в исходной суспензии на процесс;

w – угловая скорость барабана, рад/с;

i – количество тарелок;

φ – угол наклона образующей конус тарелки, 45-60º;

R_max и R_min – max и min радиусы тарелки, м;

ρ₁ и ρ₂ - плотности твердой фазы и жидкой среды, кг/м³;

μ – динамическая вязкость дисперсной системы, Па · с;

r – радиус твердых частиц, м;

c_к и c_н - объемные доли твердых частиц (дрожжевых клеток) в исходной суспензии и концентрате, %.

Концентрация дрожжей в сгущенной суспензии:

С_к = 4 · П · С_н + С_н,

π · z_с · К_ист · w · √R² – r²

где z_с – количество сопел;

К_ист – коэффициент истечения, для осадков равен 0,7;

R – расстояние от оси вращения барабана до выходного отверстия сопла, м;

r – расстояние от оси вращения барабана до поверхности жидкости в нем, м;

5.1. Расчет материальных потоков отделения сгущения суспензии дрожжей

В производстве сгущение суспензий до содержания дрожжей 11-12 % АСВ осуществляется путем последовательного сепарирования в 2-3 стадии.

Количество культуральной жидкости, поступающей из ферментатора V_c = 5,0 м³/ч. Количество дрожжей выросших в культуральной среде G = 0,189 т/ч, G₁ = 0,073 т/ч, где G₁ – количество сахаромицетов в культуральной среде, т/ч. Концентрация дрожжей в среде (выросших и сахаромицетов) x = 52,2 г/дм³.

Дрожжевая бражка. В пеноотделителе деэмульгатора из бражки выделяется 25 % пенной суспензии с концентрацией биомассы 130 г/дм³.

Количество пенной суспензии (V_п), поступающей на Ι сепарацию:

V_п = V_c · 0,25 = 5,0 · 0,25 = 1,25 м³/ч.

Количество жидкой (обеспененной) суспензии (V_ж), поступающей на Ι сепарацию:

V_ж = V_с – V_п = 5,00 – 1,25 = 3,75 м³/ч.

Концентрация дрожжей (х₁) в обеспененной жидкости (на выходе из пеногасителя):

х₁ = [(G + G₁) – G_п] · 1000 · 1000 = [(0,189 + 0,073) – 0,163] · 10⁶ = 26,5 г/дм³

V_ж · 1000 3,75 · 1000

где G_п – количество дрожжей в пенной суспензии, т/ч, G_п = 0,163 т/ч.

Дрожжевая суспензия от первой сепарации. Количество дрожжевой суспензии, получаемой при Ι сепарации:

S = V_ж/4 = 3,75/4 = 0,937 м³/ч

где 4 – кратность сгущения.

Концентрация дрожжей в суспензии от Ι сепарации:

х₂ = х₁ · 4 = 26,5 · 4 = 106 г/дм³.

Количество оттока (фугата) от Ι сепарации:

W = V_ж – S = 3,750 – 0,937 = 2,81 м³/ч

Количество дрожжевой суспензии (S₁), поступившей в сборник Ι сепарации:

S₁ = S + V_п = 0,937 + 1,250 = 2,187 м³/ч

Концентрация дрожжей в сборнике Ι сепарации:

х₃ = S · х₂ + V_п · х_н = 0,937 · 106 + 1,250 · 130 = 120 г/дм³

S + V_п 0,937 + 1,250

Концентрация дрожжей в суспензии, разбавленной 25 % количеством воды:

х₄ = х₃/1,25 = 120/1,25 = 96 г/дм³

Количество разбавленной дрожжевой суспензии (S₂), поступившей на ΙΙ ступень сепарации:

S₂ = (S₁ + V_п) · 1,25 = (0,937 + 1,250) · 1,25 = 2,734 м³/ч.

Дрожжевая суспензия от второй сепарации. Количество дрожжевой суспензии от второй сепарации:

S₂ = (S₁ + V_п) · 1,25 · 0,35 = 2,734 · 0,35 = 0,957 м³/ч

где 0,35 – отношение объема суспензии от ΙΙ сепарации к объему разбавленной суспензии.

Концентрация дрожжей в суспензии от ΙΙ сепарации:

х₅ = х₄ · (S₁ + V_п) · 1,25/S₂ = 96 · 2,734/0,957 = 277 г/дм³

Количество оттоков от ΙΙ сепарации:

W₁ = (S₁ + V_п) · 1,25 – S₂ = (0,937 + 1,250) · 1,25 – 0,957 = 1,777 м³/ч.

Выбираем сепараторы СОС 501 К-1 производительностью до 25 м³/ч по исходной суспензии.