Материал: Laboratornaya_3 биосинтез

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВО «Уфимский государственный нефтяной технический университет»

Кафедра: «Газохимия и моделирование химико-технологических процессов»

Отчет

по лабораторной работе №3

на тему: «Исследование процесса биосинтеза паприна»

Вариант 6

Выполнил: студент группы БТК-16-01 Газизов А.И.

Принял: доцент кафедры ГМХТП Трапезникова Е.Ф.

Уфа 2019

Цель работы

• Рассмотреть алгоритм решения задач математического описания в виде системы дифференциальных уравнений методом Эйлера;

• Выполнить анализ кинетики биосинтеза паприна в ферментере периодического действия;

• Определить габаритные размеры ферментеров идеального смешения и вытеснения проточного типа;

• Определить оптимальное число ступеней в каскаде ферментеров;

• Проанализировать ряд технологических схем процесса с позиции минимизации капитальных затрат на сооружение реакторов;

• Рассмотреть особенности работы реакторов с позиций эффективности их эксплуатации.

Исходные данные

Таблица 1 – Исходные данные

Программа № 1

program l2_1;

var K1, K2, P, D, M, P1, D1, T1, dT, T: real;

begin K1:= 0.02;

K2:= 0.001;

P:= 15;

D:= 0.51;

M:= 0;

T:= 0;

writeln('РАСЧЕТ КИНЕТИКИ БИОСИНТЕЗА ПАПРИНА');

write('ВВЕДИТЕ ШАГ ИНТЕГРИРОВАНИЯ dT: ');

readln(dT);

writeln('');

writeln('T P D M');

repeat

P1:= P;

D1:= D;

P:= P - K1*P*D*dT;

D:= D + (K1*P1*D-K2*D)*dT;

M:= M + K2*D1*dT;

T:= T + dT;

writeln(T,' ',P:8:2,' ',D:8:2,' ',M:8:2);

until D1 > D;

writeln('');

writeln('ОПТИМАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ФЕРМЕНТАЦИИ:');

writeln('');

writeln('ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ПРОЦЕССА Т = ',t,' Ч');

writeln('');

writeln('СОДЕРЖАНИЕ В РЕАКЦИОННОЙ МАССЕ, Г/Л');

writeln('ПАРАФИНОВ - ',P1);

writeln('ДРОЖЖЕЙ - ',D);

writeln('');

writeln('СРАВНИТЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА С РАННЕЕ');

writeln('ВЫПОЛНЕННЫМИ ДЛЯ ДРУГОГО ШАГА ИНТЕГРИРОВАНИЯ.');

end.

Вывод программы:

РАСЧЕТ КИНЕТИКИ БИОСИНТЕЗА ПАПРИНА

ВВЕДИТЕ ШАГ ИНТЕГРИРОВАНИЯ dT: 3

T P D M

3 15.70 1.00 0.00

6 14.76 1.95 0.00

9 13.03 3.67 0.01

12 10.17 6.52 0.02

15 6.19 10.48 0.04

18 2.30 14.34 0.07

21 0.32 16.27 0.12

24 0.01 16.54 0.16

27 0.00 16.50 0.21

ОПТИМАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ФЕРМЕНТАЦИИ:

ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ПРОЦЕССА Т = 27 Ч

СОДЕРЖАНИЕ В РЕАКЦИОННОЙ МАССЕ, Г/Л

ПАРАФИНОВ - 0.00755239124093332

ДРОЖЖЕЙ - 16.496093937227

СРАВНИТЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА С РАННЕЕ

ВЫПОЛНЕННЫМИ ДЛЯ ДРУГОГО ШАГА ИНТЕГРИРОВАНИЯ.

Программа № 2

program l2_2;

const N = 2;

var K1,K2,K3,W,D9,P9,S0,S,X0,X,H,V0,V,T:real;

a:array [1..N] of integer;

P,M,D:array [1..N] of real;

P0,M0,D0:array [1..N+1] of real;

i,j,Ka:integer;

begin

K1:= 0.02;

K2:= 0.001;

K3:= 1.5;

W:= 15;

writeln('ЧИСЛО ФЕРМЕНТЕРОВ В КАСКАДЕ N = ',N);

P0[1]:= 16.2;

D0[1]:= 0.51;

M0[1]:= 0;

V0:= 0;

S0:= 0;

write('ВВЕДИТЕ КОНЕЧНУЮ КОНЦЕНТРАЦИЮ ПАРАФИНОВ НА ВЫХОДЕ ИЗ КАСКАДА ФЕРМЕНТЕРОВ P9 = ');

readln(P9);

X0:= P9/P0[1];

X:= exp((1/n)*ln(X0));

writeln('P9 =',P9:8:3,' X0 =',X0:8:3,' X =',X:8:3);

writeln('');

writeln(' ХАРАКТЕРИСТИКА КАСКАДА ФЕРМЕНТЕРОВ');

writeln('__________________________________________________');

writeln('i P D M V H S');

writeln('__________________________________________________');

for i:= 1 to N do

begin

P[i]:= X*P0[i];

P0[i+1]:= P[i];

M[i]:= M0[i]+K2/K1*((1/X)-1);

M0[i+1]:= M[i];

D[i]:= D0[i]+(K1*P[i]-K2)*(M0[i]-M[i])/(-K2);

D0[i+1]:= D[i];

T:= (M0[i]-M[i])/(-K2*D[i]);

V:= W*T*K3;

H:= exp(0.33*ln(4*V/3.14));

S:= 1.5*3.14*exp(2*ln(H));

V0:= V0+V;

S0:= S0+S;

write(i,' ');

write(P[i]:2:2,' ');

write(D[i]:2:2,' ');

write(M[i]:2:2,' ');

write(V:2:2,' ');

write(H:2:2,' ');

writeln(S:2:2,' ');

end;

writeln('__________________________________________________');

writeln('');

writeln('СУММАРНЫЙ ОБЪЕМ ФЕРМЕНТЕРОВ КАСКАДА - ', V0,' М КУБ');

writeln('СУММАРНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ ФЕРМЕНТЕРОВ КАСКАДА - ', S0,' М КВ');

end.

Вывод программы:

ЧИСЛО ФЕРМЕНТЕРОВ В КАСКАДЕ N = 2

ВВЕДИТЕ КОНЕЧНУЮ КОНЦЕНТРАЦИЮ ПАРАФИНОВ НА ВЫХОДЕ ИЗ КАСКАДА ФЕРМЕНТЕРОВ P9 = 1

P9 = 1.000 X0 = 0.062 X = 0.248

ХАРАКТЕРИСТИКА КАСКАДА ФЕРМЕНТЕРОВ

__________________________________________________

i P D M V H S

__________________________________________________

1 4.02 12.53 0.15 271.51 6.88 223.20

2 1.00 15.41 0.30 220.87 6.43 194.78

__________________________________________________

СУММАРНЫЙ ОБЪЕМ ФЕРМЕНТЕРОВ КАСКАДА - 492.376963317935 М КУБ

СУММАРНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ ФЕРМЕНТЕРОВ КАСКАДА - 417.980936587367 М КВ

Вывод

В ходе лабораторной работы был рассмотрен алгоритм решения задач математического описания в виде системы дифф. Уравнений методом Эйлера. Был выполнен анализ кинетики биосинтеза паприна в ферментере периодического действия. Был найден оптимальный шаг интегрирования dT = 3. На основе результатов первой программы была выполнена оптимизация каскада ферментеров. Было определено, что число ферментеров в каскаде должно быть 2. При таком числе ферментеров достигаются наиболее оптимальные характеристики процесса.