s hằng số phân ly enzyme và cơ chất

- Ảnh hƣởng của chiều cao tháp:

K s hằng số phân ly enzyme và cơ chất

Kp - hằng số phân ly tạo thành sản phẩm

dX Sx Kp dt Ks + S Kp + P = μ_m

Thời gian Thời gian

Giai đoạn sinh trƣởng Giai đoạn sản phẩm Sinh trƣởng Sản phẩm Tốc độ sinh trƣởng và tạo thành sản phẩm Tốc độ sinh trƣởng và tạo thành sản phẩm a b

Hình 3.11. Động học của sự sinh trƣỏng và tạo thành sản phẩm a. Sự sinh trƣởng và tạo ra sản phẩm diễn ra đồng thời b. Sự tạo thành sản phẩm bắt đầu từ khi sinh trƣởng kết thúc

Hình 3.12. Cân bằng vật chất vi phân đối với fermentor dòng chảy piston 3.3.4 Mô hình toán học cho một fermentor dạng ống

Để thiết kế fermentor phải dựa trên cân bằng vật liệu, cân bằng nhiệt lƣợng, tốc độ phản ứng và vận tốc dòng. Cơ sở để xây dựng phƣơng trình cân bằng vật chất là định luật bảo toàn vật chất đối với các cấu tử phản ứng của hệ thống. Cân bằng vật chất có thể đƣợc thành lập đối với một phần tử riêng biệt bất kỳ của hệ thống. Nếu toàn bộ thể tích fermentor dùng làm phần tử thì cân bằng vật chất đƣợc coi nhƣ cân bằng tổng quát.

Đối với một thành phần của dòng, cân bằng vật chất đƣợc gọi là cân bằng vi phân. Ở trạng thái ổn định của hệ, cân bằng vật chất tổng quát đƣợc mô tả bởi phƣơng trình đại số, còn cân bằng vi phân là phƣơng trình vi phân.

Cân bằng vật chất tổng quát : “hiệu của vận tốc dòng tác nhân phản ứng ở đầu

vào và đầu ra bằng vận tốc giảm tác nhân do phản ứng”. (4-1)

Cân bằng vật chất vi phân: “Tổng đại số hiệu vận tốc dòng tác nhân phản ứng qua bề mặt một nguyên tố lỏng bằng vận tốc sụt giảm tác nhân do phản ứng trong

phạm vi nguyên tố” (4-2)

Tích phân (4-2) trong giới hạn các điều kiện của dòng chảy sẽ đƣa đến những thông tin chứa trong (4-1). Các biểu thức (4-1) và (4-2) cho phép tìm ra phƣơng trình thiết kế cơ sở cho các fermentor khác nhau. Trong quá trình xảy ra bất đẳng nhiệt, phải phối hợp thêm phƣơng trình cân bằng nhiệt lƣợng. Khi đó phƣơng trình cân bằng vật chất và cân bằng năng lƣợng liên hệ với nhau qua nhiệt phản ứng. Đối với fermentor dạng ống do nó luôn tồn tại gradien nồng độ nên không thể xây dựng phƣơng trình cân bằng vật chất dạng đại số nhƣ các fermentor khuấy trộn hoàn toàn. Dạng đơn giản nhất của fermentor dạng ống đặc trƣng ở chỗ toàn bộ các nguyên tố lỏng có cùng một vận tốc và gradien nồng độ chỉ tồn tại theo hƣớng dòng (mô hình đẩy lý tƣởng). Các fermentor có mô hình lý tƣởng nhƣ vậy có tên là fermentor dòng chảy piston. Fermentor loại này cân bằng vật chất vi phân có dạng sau:

C dc C - dl U dl

u[ C - ( C - )] = -R^dc _v ↔ u = - R_v dl dc dl ^(4-3) Trong đó: U : Vận tốc dòng chảy

R_v : Vậntốc của phản ứng trên một đơn vị vận tốc lỏng : Gradien nồng độ theo hƣớng dòng chảy

Có thể biểu diễn (4-3) ở dạng tích phân:

Trong đó: C_o, C_i là nồng độ cơ chất đầu vào và ra L là chiều dài fermentor

R_v phụ thuộc vào nồng độ cục bộ

Nếu những thông tin về R_v đầy đủ, có thể tính (4-4) theo phƣơng pháp giải tích hoặc đại số. Vế phải của (4-4) có thứ nguyên thời gian và có thể coi là biểu thức đặc trƣng cho thời gian lƣu của hỗn hợp phản ứng trong fermentor. Trong trƣờng hợp đơn giản nhất và đƣợc ứng dụng rộng rãi của (4-4) là khi R_v có quan hệ tuyến tính với nồng độ C (có nghĩa là phản ứng bậc một), tức là:

R_v = K₍₁₎.C (4-5) K₍₁₎ là hệ số tốc độ phản ứng bậc một theo cơ chất Nếu kết hợp (4-4) và (4-5) sau khi tích phân ta đƣợc:

T_pflà thời gian lƣu của hỗn hợp phản ứng trong fermentor dòng chảy piston Biểu thức (4-6) là phƣơng trình thiết kế fermentor dòng chảy piston khi vận tốc phản ứng trong đó phù hợp với phản ứng bậc một. Các mô hình đơn giản nhƣ vậy cho phép ngƣời ta thiết kế có thể đánh giá một cách rõ ràng hơn mối quan hệ tƣơng hỗ phức tạp, tồn tại trong các fermentor thực giữa những đặc trƣng dòng chảy của lỏng, các hiện tƣợng truyền khối, truyền nhiệt và động học phản ứng xảy ra trong đó. Chúng là cơ sở để ngƣời thiết kế dựa theo đó có thể đặt căn cứ cho những giả thuyết, những đơn giản hóa của mình và phác thảo về nguyên tắc cấu trúc của thiết bị tƣơng lai.

dc dl Ci

∫

Thuyết minh dây chuyền công nghệ

Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất acid acetic theo phƣơng pháp cố định bao gồm các bƣớc sau:

Đầu tiên nƣớc sử dụng để pha môi trƣờng lên men sẽ đƣợc thanh trùng bằng thiết bị khử trung nhờ tia UV (1). Nƣớc sau khi khử trùng sẽ đƣợc cho vào thiết bị khuấy trộn dịch lên men (3) cùng với các thành phần khác là C₂H₅OH, CH₃COOH, đƣờng gluco, các chất đa và vi lƣợng...

Môi trƣờng sẽ đƣợc khuấy trộn trong 15 phút để các thành phần đƣợc đồng nhất với nhau, đồng thời cũng làm giảm nhiệt độ của nƣớc pha dịch lên men . Dịch lên men sau khi đồng nhất đƣợc trữ trong thùng chứa nguyên liệu đầu (7) và đƣợc bơm lên các tháp lên men chính (4) nhờ bơm nhập liệu (6).

Tháp lên men sẽ đƣợc khử trùng bằng hơi nƣớc ở nhiệt độ cao, đổ đầy vật liệu bám và trải qua giai đoạn cấy giống vi khuẩn để chuẩn bị cho quá trình lên men. Dịch lên men sẽ đƣợc tƣới từ trên xuống qua lớp đệm có bám đầy vi khuẩn acid acetic. Lƣợng cồn trong dịch lên men sẽ đƣợc chuyển hóa thành acid acetic. Sản phẩm thu nhận ở đáy tháp lên men sẽ đƣợc cho vào thùng chứa (9).

Sản phẩm thu đƣợc sau khi lên men sẽ đƣợc sử dụng trực tiếp để làm đông tụ mủ cao su vì đạt đƣợc nồng độ acid acetic cần thiết và không lẫn nhiều tạp chất. Ngoài ra, ta còn có thể nâng cao nồng độ acid acetic bằng cách cho sản phẩm lên men qua một quy trình chƣng cất bằng tháp đệm. Khi đó, ta thu đƣợc một dung dịch chứa 97% acid acetic giúp thuận tiện cho việc vận chuyển đến các nơi sản xuất khác.

Phần 2: