De bereiding van gluconzuur uit glucose fabrieksvoorontwerp

•

k û

:r

echnische Hogeschool Delft

laboratorium voor Chemische Technologie

•

•

•

•

•

onderwerp:

•

... ;fgQ.:r.i.e.l5;s.y.QQ.:r9.n.t.w.e.:rP ... .

•

•

•

•

naam: W.,.L.,. .... :a9.;l.l.e ... en ... J .• .Y9JLEx~;nJ.ge.l. .... opdrachtdatum : .. 8.2.Q.l.2p ... .

adres:

Re.genbo.Qg.s.tr .•

.4.7. ...

Mars.mans

.

tr

.•.

l.7

verslagdatum : .~.?Q}J~ ... .

Dordrecht Zwijndrecht

•

•

•

•

•

•

I·

'

.

••

•

I

'

.

:::~

'

Gluconzuur wordt geproduceerd uit glucose met behulp van

Glucono-. bacter oxydanssubsp. suboxydans . Dit voorontwerp behandelt een fabriek met een capaciteit van 7350 ton per jaar. Om deze produc-tie te halen is 6975 ton glucose nodig. De producproduc-tie wordt uitge-voerd ,in 5 fermentoren met een inhoud van 30 m3 per stuk. De om-zettingssnelheid in deze reactoren w'ordt beperkt door de

zuur-. stofoverdracht van gas- naar vloeistoffase. Een geavanceerde sturing van de glucosevoedingsstroom naar de reactor is over-bodig, toevoegen van de voeding in bijv. 3 porties geeft een-zelfde productie en -snelheid.

Aangenomen is 8000 bedrijfsuren per jaar, waarin dan 5 ~ 225

=

1125 fermentaties worden uitgevoerd. De sterilisatie en opwerking worden continu bedreven, de fermentatie fed-batch, de

entfermen-tatie batch. De productiekosten bedragen ongeveer f 2.65 per kg gluconzuur. De marktprijs is ongeveer

f

4,= per kg (AKZO-Chemie Amersfoort). Bij deze kost- en marktprijzen kan gluconzuur ge-produceerd worden met een rendement op geinvesteerd vermogen van 27

%

{na aftrek van 48

%

belastin~.

De glucosekosten maken 70

%

van de totale kosten uit. Fluctuaties in de kosten van deze grondstof kunnen sterk doorwerken in de kostprijs van gluconzuur.

De yield van gluconzuur op glucose kan slechts een marginale rol spelen in een verdere kostprijsverlaging ( yield~98

%),

evenals de energiekosten, die ongeveer 3

%

van de totale kosten bedragen.

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

1. Conclusies, aanbevelingen en knelpunten 2. Inleiding

3. Uitgangspunten voor het ontwerp

3.1 Fysische gegevens van gluconzuur en grondstoffen 3.2 Procesgrootte 3.3 Reactiekinetiek en -stoeciometrie 4. Procesbeschrijving 5. Procesontwerp 5.1 Oplostank glucose 5.2 Oplostank gistextract 5.3 Fermentor 5.4 Entfermentor 5.5 Wachttank 5.6 Filterpers 5.7 Koolfilter

5.8 Indamper en bijbehorende warmtewisselaars 6. Sterilisatie

6.1 Fermentor 6.2 Entfermentor 6.3 Wacht tank

6.4 Fermentatievloeistof en -voeding

6.5 Warmtewisselaars bij de sterilisatiesectie 7. Warmteoverdracht

7.1 Fermentor 7.2 Entfermentor

8. Massa- en warmtebalans 9. Apparatenlijsten

la.

Personeelsbehoefte en -kosten 11. Grond- en hulpstoffenverbruik 1 2 3 3 4 5 6 8 8 8 8 9 9 9 9

la

12 12 12 12 12 14 15 15 17 19 26 33 34 12. Verbruik van stoom, electriciteit, lucht en koelwater 34

13. Kostprijsberekening en rentabiliteit 35

14. Symbolenlijst 38

15. Literatuur

Bijlagen I tiro IX

I I

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

i

i

.

- 1 -Conclusies

- de productiesnelheid van gluconzuur is gelimiteerd door de zuurstbfoverdracht van gas- naar vloeistoffase in de reactor. - een geavanceerde sturing van de glucosevoedingstoeloop is

overbodig. Toevoegen van de voeding in bijv. 3 keer geeft een-zelfde productie en - snelheid.

- er is genoeg ruimte in de sterilisati~en opwerkingssectie om de productiecapaciteit uit te breiden. Dit kan eenvoudig door er fermentoren bij te zetten.

- het is gunstiger om met een klein beginvolume te beginnen

.~/ b" _lJV. 10 _{m 1.p.V.} 3 . 1 _{4 m •} 3 Aanbevelingen

- de indamping van de gluconzuuroplossing kan energetisch nog aantrekkelijker gemaakt worden door de 50

%

oplossing glucon-zuur van 109.2 oe voor deze tot 25 oe wordt afgekoeld, warmte te laten wisselen met de inkomende voeding in de verdamper. - neem dextrose i.p.v. glucose als grondstof. Dit kan de kosten

aànzienlijk drukken (AKZO). De glucose kosten maken nl. 70

%

van de totale productiekosten uit, zodat hier veel gewonnen kan worden.

Knelpunten

~ de zuurstof overdracht is de beperkende factor in het

fermentatie-,)(proces. Ideeën over het inblazen van zuivere zuurstof onder druk zijn het uitproberen waard, evenals alternatieve reactor- en/of roerder ontwerpen.

de verdamping kost veel energie. Alternatieve concentrerings-methoden zouden nagegaan moeten worden, bijv. membraanprocessen , cascade van verdampers etc .•

•

•

I

.

•

•

•

•

•

•

2 De gluconzuurbereidinq (1)

D-Glucono-Ó-Iacton, ontstaan door directe dehydrogenatie van D-glucose, en de vrije zuurvorm, gluconzuur, worden

gepro-duceerd door een grote verscheidenheid van bacteriën en

schimmels. Beide typen micro-organismen worden op commer-ciële schaal toegepast. Schimmels die D-glucono-6-lacton en D-gluconzuur produceren ';vorden gevonden bij de geslachten Aspergillus, penicillium, Gliocladium, Scopulariopsis,

Gonatobotrys en Endomycopsis. Bacteriegeslachten die D-glucono-6-lacton en D-gluconzuur produceren zijn : Pseudomonas, Vibrio en Gluconobacter. Aspergillus niger en Gluconobacter oxydans subsp. suboxydans worden het meest gebruikt op fabrieksschaal. In dit ontwerp zal worden uitgegaan van de gluconzuurbereiding met de bacterie Gluconobacter oxydans in een fed-batch reactor. Dit proces wordt reeds op fabrieksschaal toegepast maar is nog

niet geoptimaliseerd ( bijlage 1 ).

Toepassingen van gluconzuur

Gluconzuur wordt op de markt gebracht als een technisch-zuivere waterige oplossing met 50 gew.-% gluconzuur. Het vindt

toepas-sing inde levensmiddelenindustrie en als ontvettings- en licht

etsmiddel in de metaalnijverheid. De prijs van gluconzuur ,;vas in 1976

in

de VS $ 0.33 - 0.355 per pound. (0.454 kg). De pro-ductie van het natriumzout bedroeg 3.7 3!E: 106 kg.

De gluconzuuroplossing is niet giftig, niet explosief en niet brandbaar.

•

•

•

•

•

I

•

•

•

•

•

- 3

-3.1 !.Fysische gegevens van gluconzuur en grondstoffen

water

vaste stof molecuulgewicht smeltpunt PKz 196.16 131 oe 3.6

(lQ)

(10) (l.!.) 50

%

oplossing: e _{. p}

.P

Aanname ln . 1 m water 3 3.2 kJ/kg oe (geschat) 1500 kg/m3 (geschat) lost zonder volumeverandering op 500 kg/m 24 % oplossing: e p (komt uit de ~ fermentor) molecuulgewicht smeltpunt oplossing 500 kg/m3 e p 3 180.16 150 oe 1562 kg/m 3 1.3 kJ/kg oe 3.2 kJ/kg oe -3 2 3.3 1f. 10 Ns/m 3.5 kJ/kg oe (geschat) 1322 kg/m3 (geschat)

(lQ)

(lQ)

(lQ)

(DJ

(

2)

(

2)

250 kg/m3 100 kg/m3

rz

re

1. 85 1f. 10- 3 Ns/m2 ( .~)

e

_p ~

iJ

AH _cond.st. : C é Pstoom

'2

1. 32 1f. 10- 3 Ns/m2

°

4.2 kJ/kg C -3 2 1 l { 10 Ns/m 1000 kg/m 3 2260 kJ/kg oe 2.28 kJ/kg oe (

₂₎

(lQ)

(10)

(lQ)

(25) (~) staal RVS 9i:ê!~~!E~~! 7600 kg/m3 0.53 kJ/kg oe Zie bijlage IV

•

•

•

•

;

.

I I I I

•

•

•

•

•

•

4 3.2 ,Procesgrootte

,"

Dit fabrieksvoorontwerp is gebaseerd op een verhandeling over gluconzuur-productie door Lockwood (1), en (schaarse) gegevens van AVEBE, die gluconzuur op commerciëie schaal produceren.

Voor een fermentatiecyclus is het volgende tijdschema aangehouden: fermentatie 30 uur

opwerking 2 uur filtreren (valt samen met leegpompen reactor) 1 uur koolfilter (valt samen met steriliseren)

1 uur indampen (

_"

)

extra 2 uur diversen (onderhoud etc. )

Een fermentatie-cyclus duurt 36 uur. Gesteld dat het aantal werk-uren 8000 per jaar is, kunnen er 8000/36

=

225 fermentaties per

jaar per fermentat6r worden uitgevoerd. Per fermentatie kan 6920 kg gluconzuur \vorden geproduceerd. Dat is per jaar 1550 ton per

fermentor. Om een productie van minimaal 7000 ton per jaar te kunnen halen, zijn 7000/1550

=

5 fermentoren nOdig. De productie komt dan op 7750 ton per jaar. Aangenomen dat het opw"erkings-rendement 95

%

is, betekent dit een netto jaarproductie van on-geveer 7350 ton.

De productie per fermentor kan worden berekend, zoals in bijlage T'/ is ,:'eergegeven.

Rekening houdend met het feit dat continue processen proces-technisch veel gemakkelijker uitvoerbaar zijn, is voor de vol-gende proces uitvoering gekozen :

sterilisatie fermentatie continu fed-batch entfermentatie - batch opwerking continu

De hoeveelheid afvalstoffen is minimaal. het enige dat men over-houdt als afvalproduct is de bacteriemassa op het filter, onge-veer 22 kg per fermentatie. Per jaar is dit 25 ton afval, dat misschien in veevoeder -verwerkt kan worden. Verder ontstaan in-dampstromen,maar die bestaan uit zuiver water en kunnen weer in het proces worden gebruikt.

•

•

•

•

•

•

•

•

•

I

I

I

-.

5 3.3 Reactiekinetiek en -stoechiometrie

De kinetiek en stoechiometrie van de gluconzuurbereiding is,

zoals vaker bij biochemische processen, een complex geheel.

Naast glucosegebruik voor groei en energieproductie kan G.

oxy-dans ook het reitieproduct gluconzuur gebruiken om te groeien.

Deze productafbraak wordt Çf~~emd \.,ranneer de pH lager is dan 3

en/of wanneer er nog voldoende glucose in het medium aanwezig

is.

Al vrij snel na het begin van de fermentatie wordt de

zuurstof-overdracht van gas- naar vloeistoffase beperkend voor de omzetting. De reactiekinetiek is dan geheel bepaald door deze

zuurstof-overdracht.

De stoechiomatrie van de hoofdreactie is

Productafbraak glucose : CH 20 G. oxydans : CHl.80.3SN.2 glucono- -lacton : gluconzuur : CH 207/ 6

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

LUCHT

î1

~I .4-1 Stoom _PB

~

V 1 OPLOST A >11( M6 HOLDING· SECTIE P 11 POMP 5x P16 POMP GLUCONZUURFERMENTATIE

V 2 OPLOSTAN~ H 7 WARMTEWISSELAAR R 12 FERMENTOR 5x T 17 ACTIEF ·~OOLFIL TER 2x _{WBoile F V O.Nr 2531}

P 3 POMP V 8 WACHTTAN~ 5x PO POMP H18 WARMTEWISSELAAR 2x _{J van Breugel Maan 1982}

H4 WARMTEWISSELAAR P 11 POMP 5x R 14 ENTFERMENTOR 5x M19 INDAMPER

H5 WARMTEWISSELAAR PlO POMP 5x M15 FILTERPERS H20 WARMTEWISSELAAR Qstroomnr DTemp,in·C

D

Eft druk in bar

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

b

De gluconzuurproductie kan in drie secties worden verdeeld - sterilisatie-sectie

- fermentatie-sectie - opwerkingssectie

Alle vloeistoffen en gassen (behalve de entvloeistof) die de fermentor ingevoerd worden, moeten gesteriliseerd zijn. Dit ge-beurt bij 120 oe, gedurende 1 minuut. Bovendien moet voor elke fermentatie de fermentor, de entfermentor en de wachttank (voor opslag van de voeding) gesteriliseerd worden.

Eerst Ivordt 8.2 m3 water, waarin 75 kg gistextract is opgeiost,

gesteriliseerd en direct de fermentor ingevoerd. Daarna wordt de voe-ding \(12.'3m3 glucose-oplossing van 500 kg/m3) gesteriliseerd en

in de Ivachttank opgeslagen, die een inhoud van 15 m3 heeft. De gluconzuur wordt uitgevoerd volgens het fed-batch principe, bij een temperatuur van 30 oe. De reactor heeft een volume van 30 m3• Het beginvolume bij de fermentatie is 10 m3 (bijl.

I),

als volgt samengesteld

3

- 8.2 m water en 75 kg gistextract

3

- een deel (0.8 m ) van de voeding, die na sterilisatie in een wachttank gaat, wordt voor de fermentatie overgepompt in de

fermentor •.

1 m entvloelstof Ult de entfermentor, waarln de micro-organis-3 . . .

. 0 / 3 .

menconcentratle N .5 kg droge stof m lSo

De beginsamenstellingen en beginhoeveelheden in de fermentor zijn dus : - glucose 40 kg/m 3 - micro-organismen - gistextract 7.5 ( bi jl. IV ). 50

~

10-3 kg droge stof/m3 kg/m3

De fermentor wordt me·t gesteriliseerde lucht ( debiet: 0.167 m3/s) belucht. De sterilisatie wordt gerealiseerd met een luchtfilter. uit modelmatige optimalisatie berekeningen (bijl.

I)

blijkt dat na 4.2 h met het toevoegen van een gesteriliseerde glucose-oplossing uit de wachttank moet Ivorden begonnen. Voor het toeloopschema wordt naar bijlage I verwezen.

Vanaf t = 25 h wordt met de toeloop van voeding gestopt, het fer-mentatievolume is dan 21.5 m3, terwijl de ferment.atie doorgaat tot

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

:

I

.

I 7

-30 h. Aan het eind van .de fermentatie is de

micro-organisme-concentratie in de vloeistof: 2.3 kg droge stof / m3 en de

gluconzuurconcentratie : 322 kg / m3 Deze fermentatievloeistof

wordt met behulp van een filterpers gefiltreerd. Het filtraat gaat over een koolfilter om ontkleurd te worden. De ontkleurde gluconzuuroplossing zal tenslotte ingedampt worden tot een op-lossing met ca. 50 gew-% gluconzuur is ontstaat.

voeding Fig.!

•

anti-schuim

r---,

_I

•

stoom

r

-stoom I I I I

Illalprij

. ving

_.

<:

--

--

-

.

--

-<:

-

_

.

-

- .-< ...

-

--ent

--

>

-Schema van de productie-fermentor

.1""- - ,

,

,

I uitlaat loog stoom in of water uit aftap

...

I I I '

.

J I . 1

j

_

I j . f I I J J I. I I I

•

I

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

:

.

•

•

•

i

.

•

•

I

.

•

I

I

.

i i - 8 -5.1 Oplostank glucose

In deze tank wordt de stockoplossing glucose gemaakt. De

concen-tratie glucose bedraagt: 500 kg/m3. De tank wordt tijdens het

oplossen geroerd met een langzame roerder. In totaal is per

fer-me~tiecyclus

12.3 m3 van deze stockoplossing nodig. De

oplos-3

tank heeft een volume van 15 m .

5.2 Oplostank gistextract

Het gistextract ( ca. 75 kg , bijl. IV ) wordt opgelost in een

vat van 10 m3• Ook hier zorgt een langzame roerder voor de menging

tijdens het oplossen.

-5.3 Fermentor

3

De inhoud van de fermentor is 30 m en de hoogte, H, lS 6 m. Uit

gaande van de gebruikelijke verhoudingen van een geroerde fermen-tor, komt men op de volgende afmetingen :

In DT = 2.52

m.

DR/DT

=

0.33 B/D T

=

0.1 ~(1)

₌

0.5 H R(2)

=

3.0 m. m. fig. 1 staat D R = 0.84 m. B

=

0.25 m. ( 4 X ) de gegeven. De roerders

uitvoering van de reactor schematisch

weer-zijn twee standaard Rushton turbine types.

-1

Het toerental is N

=

2.6 s • Het ingeroerde vermogen is dan

3

3.2 kW/m . Om een goede menging te krijgen is minder nOdig, voor een redelijke stofoverdracht is dit zeker vereist (5) .

Als mee~en regelapparatuur zijn aanwezig

- temperatuurregeling. De temperatuur van de reactor wordt geregeld

door meer of minder koelwater te geven.

- niveauregeling. 1) een niveauregelaar meet de schuimhoogte en

doseert eventueel anti-schuim.

2) de andere niveauregelaar meet de

hoogte en stopt indien nodig de vloeistof-toevoer.

pH-regeling. De pH wordt op een waarde van 2.5 gehouden d.m.v.

•

•

•

I

•

I

.

•

•

•

•

•

•

•

- 9

-De binnenkomende lucht wordt gesteriliseerd m.b.v. een filter. De fermentor werkt met een kleine overdruk, zodat geen infecties op kunnen treden via de luchtafvoer. Verder zijn er aansluitingen aanwezig om de fermentor voor elke nieuwe fermentatie te kunnen steriliseren met stoom.

Onderaan de reactor zit een afvoer naar het riool voor afval-water waarmee schoongemaakt en/of gesteriliseerd is.

5.4 Entfermentor

De inhoud van de entfermentor is 2 m. 3 uitgaande van de gebruike-lijke verhoudingen van een geroerde fermentor, komt men op de vol-gende afmetingen

H/DT = 2

-..

_DT = 1.1 m. en H

=

2.2 m.

DR/DT

=

0.33 --;'D

R

=

0.35 m.

BIDT = 0.1~ B

₌

0.11 m. 4 X )

In de fermentor bevinden zich twee turbine roerders. Het

toeren-tal is N = 4.6 s-l. Het ingeroerde vermogen is dan "veer ca. 3 kW/m3 Verder geldt hetzelfde als voor de productiereactor ( zie daar).

5.5 Wachttank

De inhoud van de wachttank is 15 D

=

2.12 m.

H

=

4.25 m.

3

m • Nemen we H/D

=

2 dan is

In de wachttank hoeft niet geroerd te "vorden en de gesteriliseerde voeding hoeft niet op temperatuur gebracht te worden. De wacht-tank wordt op overdruk gehouden door gesteriliseerde perslucht

in te blazen. Dit om 'infectie door aanzuiging van lucht t.g.v. koeling van de vloeistof, tegen te gaan. Ook de \vachttank moet gesteriliseerd kunnen worden.

5.6 Filterpers

Aan het einde van de fermentatie ,vordt de reactor inhoud over een filter geleid. De bacteriën worden hier verwijderd voor de vloei-stof verder opgewerkt wordt. Hiervoor is een filterpers nodig met een filtratieoppervlak van 25 m2. ( Bijl. V ).

5.7 Koolfilter

Het koolfilter bevat actief-kool en heeft als functie het ont-kleuren van de gefiltreerde gluconzuuroplossing. De verblijf tijd

•

•

•

•

.

'

•

•

•

•

•

•

- 10

-in het filter is 0.4 h •. en de drukval over het f i l t e r : AP = 3

bar. De inhoud van de kolom is 9 m3 ( H

=

5 m. en D

=

1.5 m.).

De temperatuur in het koolfilter 1S 30

°c.

5.8 Indamper .en bijbehorende warmtewisselaars

~

De indamper werkt continu en moet in één uur de aangeboden

massa-stroom uit het koolfilter kunnen verwerken, d.\".z. : een 24 %

gluconzuuroplossing ( 7.9 kg/s) indampen tot een oplossing van

?

50 %·!glucon~uur. Deze eis betekent dat in de stationaire toestand 4.0 kg water per seconde verdampt moet worden. Er ontstaat dan een gluconzuuroplossing van 50 gew-% waarvan de massastroom

3.9 kg/s is. Het verdampte water .. wisselt warmte uit met de

1n-komende voedingsstroom m.b.v. twee in serie staande warmtewisselaars

(Hl8) (condensor en warmtewisselaar). De gluconzuuroplossing van

o

' d '

50 % wordt gekoeld tot 25 C. De energ1e, no 19 om het water te

o

verdampen, wordt geleverd door stoom van 190 C, 3 bar, die warmte

overdraagt via een spiraal in he't indampvat. Volgens 1'v2sselinq (],9)

is de overall warmteoverdrachtsco~ffici~nt van dit soort systemen

groot U

=

3000 H/m2. oe .

Schematisch ziet de verdamper er als volg'c ui t :

F (lY % GWtOl'UIAJR) l-S 1<r./1$ ~~~~~~~2~~E~~g_~~~_~~_~!22~~~~~2~E L (",~m) IOS,2 oe ~,O K'/5 /(ofL l./JlT!'l? G~"cON~(.(4R ('51> %) 1---->.,--~-·2!i·e

3

,

e

K6/!!>

Er wordt zoveel stoom gegeven. dat 1n totaal 4.0 kg water kan ver

-dampen. Omdat een niveaureçreling in de tank aam,ezig is, kan

eventueel meer S'COO:::1 1vorden gegeven. Schornrnelinç;en i.n de voedings-toevoer (F) kunnen zodoende opgevangen worden. Bij de bepaling van het kookpunt van de gluconzuuroplossing moet rekening gehou-den worgehou-den met een kookpuntsverhoging.

Er is ongeveer 0.4 kg stoom per seconde nodig om de aangeboden

voedingsstroom van 21.5 m3 voldoende verder te kunnen verdampen

~~~~~~~2~~E~~g_~~~_9~_~~E~~~P~E

niet te groot : hoe kleiner de verdamper is, des te eerder is de

eer

--

-•

- 11

-der ontstaat er stoom door verdamping van water, die warmte kan wisselen met de voedingsstroom.

- niet te klein : het benodigde warmtewisselend oppervlak moe-t helemaal in de vloeistof ondergedompeld zijn.

Gekozen is voor een indampt ank met afmetingen

H

=

1.7 m

D=1.1m

3

V_{t an} k

=

5 m

~~~~~~~~~~~~~g_~~~_~~_~~~~~~~~~9êêE~~~~~

Er moet via de spiraal 904 kW aan energie worden overgedragen.

2 .Het warmtewisselend oppervlak dat hier voor nodig is : A

=

3.8 Afmetingen spiraal: diameter 0.025 m., lengte 50 m.

m.

nodig :' 10 windingen die 0.10 m. van elkaar liggen. Voor dimensies van de gebruikte warmtewisselaars zie bijlage IX. De resultaten van deze berekeningen zijn samengevat in tabel I. Uitgaande van bovenstaande dimensioneringen en gegevens, fig.

is het zo dat

o .

-- het product er met een temperatuur van 109.2 CUltkomt en ge-koeld wordt tot 25 oe.

o

- het verdampte water (stoom) met T

=

109.2 C warmte overdraagt

,

_

JA~

,)Pt{,

~

~1~~

warmtewisselaar. Het verdampte water koelt hierbij af tot 40 oe

aan de binnenkomende voedingsstroom via een condensor en een

~/-// tel~ijl de voeding er op kookpunt ( T

=

103 oe ) en gedeeltelijk

~

.

(I v. 'verdampt (46 %) inkomt.

I

rV-I

-

( Voor de verschillende berekeningen van de indamper zie bijl IX )

i I

:

-I

o

(20 oe

I

warmte ..:. U AT Q A

wisselaar (w/m2 Oe) In ( k~v) (m2 ) koelw. (kg/s)

I

.

H118 2000 17.3 9040 262 n.v.t.

I

H218 1500 20.7 1163 37.5 n.v.t.

H20 1000 24.5 1051 43 12.5

•

Tabel I. Dimensies van de w'armtewisselaars bij indampsectie ~.

12

•

•

:. 6.1 Fermentor

•

•

•

•

•

•

I

.

•

•

Het brutovolume van de fermentor is 30 m3. Er wordt gedurende

120 minuten bij een temperatuur van 120

°c

gesteriliseerd met

behulp van stoom van 190

°c

en een druk van 3 bar. (22) • Voor het vullen van de reactor is nOdig

30 -* 1. 12 dichtheid stoom 120

°c )

=

33.6 kg stoom.

Voor het opwarmen van de fermentor tot 120

°c

is nodig :

v

-* J) -* C ~ ,óT

staal ~ staal p,staal staal

Mstoom =

Hcond.,stoom + Cp,stoom -* ~Tstoom

= 48.4 kg stoom C = 2~28 kJ/kg

°c

3 fstaal

=

7600 kg/m

=

0.53 kJ/kg

°c

Cp,staal Hcond.stoom

=

2260 10/kg p,stoom

Vstaal = Awand -* _dwand= 0.29 m3 d d

=

0.005 m. wan 2

=

190 - 120 ATstoom ATstaal = 120 - 20

=

70

°c

= 100

°c

A _wan d

=

57.5 m •

Het warmteverlies Q over de wand gedurende de sterilisatietijd

1 S : Q

=

U 3f: t

~

A

~

DoT

=

6.2 3f: 108 J t

=

7200 s. ~T = 120 - 20 = 100

°c

Om dit te compenseren is : Q H + C *(190-120) cond,stoom p,stoom

=

240 kg stoom nOdig.

In het totaal is dus 322 kg stoom nodig ( 190

°c,

3 bar ), om de fermentor te sterilisren.

6.2 Entfermentor

Een zelfde berekening voor de entfermentor resulteert in een

stoombehoefte van 52 kg.

6.3 Wachttank

Voor sterilisatie van de wachttank is 185.5 kg stoom vereist.

6.4 Sterilisatie van fermentatievloeistof en voeding

=

Sterilisatie wordt t oegepast om te voorkomen dat andere organismen dan Gluconobacter oxydans tijdens de fermentatie aanwezig zullen

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

---~--- - _ ..

Gesteriliseerd moeten worden: 8.2 m3 water, waarin 75 kg gist-extract opgelost is en 12.3 m3 voeding (glucoseoplossing van 500 kg/m3) •

Gekozen is voor sterilisatie door verhitting van het cultuur-medium en de voeding m.b.v. een warmtewisselaar, die de over-dracht van de warmte via dew"and van een gesloten systeem belverl<

-stelligt.

Het medium wordt verhit en in een 'holding' -:-sectie op de gel'lenste sterilisatie temperatuur gehouden. De 'holding'-sectie is een goed

geïsoleerde pijp met voldoende lengte om een bepaalde verblijf-tijd te kunnen halen.

3

De sterilisator moet een capaciteit van ongeveer 15 m /h hebben, d.w.z. het te steriliseren medium 1 minuut op 120 oe houden. Dit resulteert in een sterilisator met een 'holding'-sectie die

-2

bestaat uit een pijp met diameter d

=

11.7 ~ 10 m. en lengte

s

r " • f:' " , " (-: warmte -wisselaar H4 H7 H5 Tabel 11. i ' , \.' ('~'" r '" r- (" ," , " U _~Tln (W/m2 Oe) 1500 80.0 2000 79.6 1000 '17.2.1 r :.' Q (kW) 1646.4 412 206 A (m2 ) 55.0 2.6, 28.5

;

r:

.

~. t" . -' • • I "~I. rf " .. stoom (kg/s) (190 oe 3',lbar) 0.18

I

.

1

•

•

•

•

.

,

J?5 , (20 ., : koe lw (kg!",;;

•

3.2 Dimensies van de warmtewisselaars bij de sterilisatiesectie

•

•

•

•

•

•

•

•

~.

•

•

-•

•

r

I

.

, I.

•

~.

•

- 14- . I

6.5 Warmtewisselaars bij sterilisatiesectie

Om de te steriliseren media op temperatuur (120

oe)

te brengen, wordt

een stoomgecondenseerde platenwisselaar toegepast (H7). De stoom

(190 oe en 3 bar) die condenseert, geeft alleen zijn condensatie -warmte af (aanname).

Gesteriliseerd moeten worden - 8.2 m3 water waarin 75 kg gi st-extract is opgelost.

I

I

- 12.3 m3 glucoseoplossing (500 kg/m31 Ook de andere in het proces gebruikte warmtewisselaars zijn van

het platen-type, omdat die gemakkelijk schoon te houden zijn en

het oppervlak eenvoudig aan te passen is door platen bij te zetten

of weg te halen (18). Voor de temperatuursafhankelijkheid van de

soortelijke warmte (C ) is niet gecorrigeerd bij het berekenen van

p

de dimensies van de warmtewisselaars , omdat

- de temperatuursafhankelijkheid van de

e

-waarden waarschijnlijk

p

kleiner is dan de onzekerheid in de precieze waarden van C .

P

de onnauwkeurigheid in de bepaling van de totale

warmteover-drachtscoëfficiënt (U) is dermate groot dat het meenemen van de

T-afhankelijkheid van C weinig zinvol is.

p

Zoals gezegd, is de totale warmteoverdrachtscoëfficiënt voor

warmtewisselaar nogal lastig te bepalen. Twee mogelijkheden zijn:

I

-U uitrekenen m.b.v. bestaande correlaties (169~). Deze methode vraagt veel constanten, zoals viscositeit en

warmte-geleidingsvermogen van de film, die lastig te vinden zijn. U berekenen d.m.v. het afschatten van diverse weerstanden

(1})

Ook deze methode heeft zijn onzekerheden.

Beek (8) geeft een tabel met U-waarden van 1varmtewisselaars voor verschillende omstandigheden

globaal kan men zeggen dat : U

~

1500

w/m

2 oe

H4 U H7

~

2000

w/m

2 _oe U H5

~

1000

w/m

2 oe

De dimensies van de verschillende warmtewisselaars zijn nu te

berekenen als de temperatuurvallen over deze apparaten bekend zijn.

De resultaten van deze berekeningen zijn samengevat in tabel 11.

Voor de berekeningen zie bijlage VIII. Voor de berekeningen van

•

•

•

•

•

•

•

I

I

-I

I

-•

- 15 -7. 1 Fermentor

Bij biochemische processen op grote schaal speelt

warmteover-dracht een belangrijke rol. De warmtebalans over de fermentor is:

ophoping van = warmtetransport + warmtetransport + warmteproductie

warmte naar reactor uit reactor in reactor

,,,armteproductie = reactiewarmte + warmteont\"ikkeling t.g.v. roeren

warmtetransport = uit warmteafvoer door koeling + "\olarmteafvoer door wand + warmteafvoer door

verdam-ping van w·ater t.g.v.

beluch-ting (vrije convectie)

Aan koelwater is nodig :

o

_V,koelw.

=

Qreact. Qwand - Qverd. \Vater ( 1 )

Aanname koelwater . wordt opgewarmd van 20 o

e

tot 28 0

e.

=::} AT = 8

oe

C

=

4.2 kJ/kg

p,H₂0

JH₂0 = 1000 kg/m3

Maximale warmteproductie door reactie (worst case) : Qreact.= OUR

*

V

*

D , OUR

=

OTR

=

k_l a ] f Ll. Co

2

Volgens Roels

(1)

is de warmteproductie gekoppeld aan de

zuur-stofconsumptie :

r Q =

W

*

r O ' waarin W = 0.455 ] f 10 3 kJ/mol 02

2 -1

Invullen van: kla = 0.053 s , C

=

0.28 mOI/m3 en V = 21.5 m3

max max

geeft : Q _react.-- 145.1 kW

- Maximalewarmteproductie door roeren 68.5 kW ( b i j l . VII ).

- Het warmteverlies door verdamping van water ten gevolge van

be-luchten :

Aanname

0.034 _{kg H20 _} 14 kW

m3 lucht

er wordt gewerkt met droge lucht, die verzadigd met

waterdamp uit de reactor komt, d.\v.z. : met 0.034 kg

'

.

•

'

.

I

•

•

•

•

•

•

16 ~ H = 2426 KJ/kg verd.H 20 3

0

_v

,lucht

=

0.17 m /s

- Warmtetransport door de '-land is practisch te ven-1aarlozen . Een schattende berekening leert dat : ~and ~ 1.5 kW

C!l) .

De totale hoeveelheid "Brmte die afgevoerd moet .. -lOrden is 198 kW . Invullen van bovenstaande gegevens in vgl. (1) geeft voor het koe l-waterdebiet :

3

~ k = 0.006 m /s )(J.V, oe 1 .. -1

Het benodigde oppervlak van de koelspiraal om de overtollige warmte te kunnen afvoeren is dan uit de volgende relatie te

be-rëkenen : Q _afvoer-- U _~ A _{~ 4} T _In waarin 10 - 2 AT ln

=

ln10- ln2

=

4.97 U

~

1000 w/m2 oe

Afmetingen van de koelspiraal

Eis: Re

=

105 in de koelspiraal. A

=

(8) (2)

o

k ' =

<v)~ ~4 ~

d2 s = 0.006 m 3 /s (3) V, oelw. uit (2) en (3) volgt: d

=

0.075 m. s

A _splraa " 1 = 11' 3f d _s 3f L _splraa . , 1 = 40 m 2 L , _splraa 1 = 174 m. Omtrek van een winding

11' ~ D ' d ' _{Wln lng} =113f 2.45

=

7.7 m.

Er zijn dus

~?~

=

23 windingen nodig, die onderling een afstand van 0.17 m. hebben.

De drukval in een rechte buis '-1ordt gegeven door :

1 2 L hp = 4f 3f

2"

-* <: v> lE

PH

2 0 3f d s = 0.43 bar (~) 3 waarin L = 174m. ~H

°

= 1000 kg/m

4f =

frictiefacto~

(0.021 bij Re = 105 en een gemiddelde ruwheid van de buis van 4

~

10-5m. (v>

=

1.33 mis d

=

0.075 m.

s

Correctie op de drukval t.g.v. de kromming van de koelspiraal wordt gegeven door

é:.P

=

~

d

P ( 1 + 3.74

~

s )

=

~

bar

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

17 -~~~E~~~~i~~_~~~_~~~~

Over warmteoverdracht ln geroerde vaten is zeer veel bekend voor systemen zonder lucht. Literatuur over systemen met lucht is

schaarser. De gegevens die gevonden zijn, komen uit kleine-schaal

experimenten en omdat er geen duidelijk stromingsmodel gegeven

wordt en omdat überhaup't de invloed van beluchten op de stroming

op grote schaal niet goed bekend is, is niet zeker dat deze regels ook voor grote schaal apparatuur gelden. Aangenomen wordt daarom

een overall warmteoverdrachtscoëfficiënt (U), die aan de veilige

kant is :

U

'

~

1000 w/m2 oe (l,§,) •

~

7.2 Entfermentor

Voor de entfermentor geldt dezelfde warmtebalans als voor de pro-ductiefermentor. Het benodigde koelwater voor koeling van de entfermentor is :

Aanname

.0

= Qreact + Qroer + Qwand - Qverd.

V, w'ater e H

°

~ A T ~ .PH

°

p, 2 2

( 1 )

koelwater wordt opgewarmd van 20 oe tot 28 oe, dus,

AT = 8 oe

o

=

4.2 kJ/kg

.e

=

1000 kg/m3

- Maximale warmteproductie door reactie Q _react. = OUR ~ V ~

J

Aanname: (kla) t~ ' =

en r. . 3

OTR

=

0.015 mol 02/m .s

OUR

=

OTR

=

kla

*

Co

2

( )

=

0.053 s-l

kla prod.f.

. 1 3

Entvolume 1S m en v.) = 455 kJ/mol 02 <.~), hier uit

volgt :

Q _{react -}- 0.015

*

1

*

455 = 6.8 kW - Maximale warmteproductie door roeren :

3

Ook hier is een ingeroerd vermogen van ~ 3 kW/m nodig voor een

redelijke stofoverdracht (~). De roerdersnelheid is dan: N = 4.6 s

(met 90 % efficiency trekt de roermotor 3.33 kW)

- Warmteverlies door verdamping t.g.v. beluchten :

Q -

.0

.

~

ilH '

~

0.034 kg H 20/m 3 1ucht = verd.H 20- V,lucht verd.H20

=

1.4 kW

•

•

•

•

•

•

•

"

•

•

•

•

•

I - 18

-~ volgt uit de eis dat de lucht ongeveer

V, lucht

10

%

van de zuurstof overdraagt

~V

,lucht = OTR 3t V O.llEC _{. O} I ht 2, uc

=

0.015 lE 1 in 0.1::K 8.31

- Warmteverlies door de wand is ca. 0.3 kW

(12)

De totale hoeveelheid warmte die afgevoerd moet worden is

8.5 kW.

Invullen van bovenstaande gegevens in (1) geeft voor het koel-waterdebiet :

-4 3

~ = 2.5 lE 10 m

Is

V,koelw.

Het benodigde oppervlak van de koelspiraal om de overtollige warmte te kunne afvoeren is dan uit de volgende relatie te

be-rekenen : A

=

1. 7 waarin t:. TIn = 4.97 U = 1000

w/

oc.m2 Afmetingen koelspiraal : E ; 1S Re = 104 1n koelsp1raal . . ~ v

>

1E d _s -4 2.5 1E 10 uit (2) en (3) volgt: d

=

0.032 m. s 2

=

0.01 m

Is

3 m

Is

2 rn ( 2) ( 3) A . =11lEd lEL , sp1raal s sp1raal 2

=

1.7 m L _splraal . .

=

17 m.

Omtrek van een winding: IflE D ' d ' ='T(lE 1.05 = 3.3 rn.

W1n 1ng

17

Er zijn dus 3:3

=

6 windingen nOdig, die onderling een afstand

van 0.17 m. hebben.

De drukval in een rechte buis wordt gegeven door

1 2 p

=

4f 3t

'2

'*'

<

V> 3t.fH 0 3{ 2 waarin: L

₌

17 m. 4f

₌

0.03

<

v)

=

0.31 mis en d

₌

s L d s

=

0.008 bar (voor Re

₌

104 en rmvheid van 4 1E 0.032 m. (~) een gemiddelde -5 10 m.)

I

.

i.

IN

Voor-waarts

~iI/TWéRPNR. "

-Retour

UIT

- 19

-Massa -en

vVarmtebalans

M

Q

M

Q

I

•

M

Q

M

Q

S

TE: RiLi

skri

E GiSTE X/RAC-r

oPLossiNG-'I.b

385

_31J6

'1,1 I

•

~;S1{J(Tfl/!cr OI'LoSSiNG ,--...."

0

/5'16

0

/5Lfb

'1.6

/930

I

,2 '1.6

3,6

CD

---H1

-- -0

()

386

~

Ó

_-ST<-OO-M

_~

I I l tf,6

•

0---71

3 _H5

•

I

0

Iq3

---.--~

IlFKoEL./NG

V

'1.6

5"rfo

•

'-16

5g0

-0

---•

_--1

I

• I

i

I I •

·

I

•

•

I

n

U

•

1.;.6

13/8

'1.b

•

•

•

I

I

I

.

•

•

•

,

1

;

V 111 WLd\ r IV 1\ •

.

'-//1

~)n- /-/V 'VI 'lll /1 / '- L.J /1/...'1/ v -.J ..JICf"'Ill-l.)nIIC Dl-U (. (/JC -

.

/

-.

J

M

l,s-0

O

'

/5""

VOOR -

- 20

-N

WAi1RTS

_~Lf

Q

M

_Q

4.-'30

3

.t

/./<;

(i)

..

3~3. 6

1\

'i

,

l(0--

---.

/?7LJ 6.{<)

{DI

--/gJlrJ

I-J

t

8

39'1

~ sr();)N t./.;-

0---

-.

--

~

-

-1~5'.5'

~s-1

I

---~-B

I1Fl<oELING

(0---(5

{ 6

"Q7

I

I

I

/162

Et

Totaal

~

Massa

in kg/s

Warmte in

k

Vv

-

• Vr'LUOJ1JVl RETOU.R

U

I T

·

-al

M

M

Q

) I

I

I _,

0

15

_7'1

~ I "

b

.

1'i

1

I

,

,,2 3

t5'

t

I

, I I

I

!

I

I I ()

Iq;

-I

/.;~

sq?

I

I

6./0

23/rP

Fabri eks

vooront

werp

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

- 21

-Massa- en warmtebalans over de fermentor ( voor 1 fermentatie)

stroom in nummer massa (kg) warmte (kJ)

glucose opl. 9 18700 1699200 gistextract opl. 9 8275 1042650 entvloeistof 12 1050 132300 stoom ster. ST 2 322 737720 koelwater KW 2 648000 54432000 lucht L 2 6200 reactiewarmte 15660000 roerwarmte 7398000 totaal 1287300 81091870

stroom uit nummer massa (kg) 1varmte (kJ)

beslag 11 2838 2724480 stoomcondens

-

322 162290 koelwater KH 2 648000 76204800 lucht L 2 612000

-warmteverliès 1

-

-

113000 warmteverlies 2

_-

-

162000 verdampingsverlies

-

-

1512000 totaal . 1 warmteverlies t . 2 warm everlles 1288750 80878500

warmteverlies tijdens sterilisatie van de fermentor

nl. de warmte die aan de omgeving wordt afgegeven. warmteverlies tijdens de sterilisatie t.g.v.

L;'A. - 1,

IN

Yoor-

Massa -en

Retour

UIT

waarts

Warmtebal ans

•

M

Q

M

rrR ODU.C TO PlAJ ER J< i

tiG

M

M

Q

•

Q

Q

1-3

tf)j's-

_&~g.5

7-3

I(~}---..

-i

,~ !

MI'5

M

CT"

""

®

O.fJ06

0}3

I

•

I

I

•

0)---

I

7-3

cf)

9·

5"

•

Tr

T

7-J

0--

-

---,

f:<J

.

5"

~!fJ

i

J

?

I

... 1 ~/8'

-

,

0

I/bi

0

/Ib

/

I

•

•

ro

0---;,

J.!]

----0

'1·0 /gg/

IIJI

•

Uli

l _-"

0

J/lO

()

_tj

_oC;tJ

-4 .

0---,

7-J

-

-

-@

~/·o Ilt)]/

_/1/g

10J?J'!

•

r-r-(J

_/01

₀

@-

_stoON r

•

3 . .9 /360

2/

•

I

I

.

•

•

I

:

_I

.

I

:

.

I I I

•

'

.

i

I

I

·

I i ;

:

.

,

f

I "

I

,

.

.' : ; , " I

•

l·g

.J.g

Y

/350

~~O

I

-IK~"~G

@V

0

I

I

3,9

i@}----

-~

3·9

312 I

.

.

I I

/2,(

3/

~

Massa

in

kgis

W

t

·

I \ ' 1

arm

e in

KVV

U

~-r

I

I

I

Totaal·

1>

1-9

Fabri

eks

voor ontwerp

No:

t

/JC;!

I

I

J

3/{;

I

I

I

I

_'l I

,

,

,

-'

I

_!

/J.lJt;

•

•

•

•

A eparaa tsTr oom

ij

, Componenten

_M

Q GiST[XTRI1CT_O!'L·

t;·6

.JJJ6

Totaal:

'1

·

6

3Jl6

APparaatstroom

f(

-I

t

Componenten

M

Q GLUCOSF ../.O~ _53·3 tvlT-rè'f?

'I

.

Ir) _3717"

Totaal:

1 .'/ ) '

39

3

.

1

1 - -- --- - -- - - --- - - _ ---~

M in kg/s

Q

in

kW

•

•

•

•

•

:;-

_f

₁

M

0.

M

Q.

M

'T.t

/930 ~b _.lJ

/6

_y-Ó ~. (

19

JO

1(.6

_23/6

tr.6'

-S-

6

1

M

Q

M

Q

M

,!.os-

_~//.~ ,l.O5'

_Jlo

,l·

oS-L/./O

_/t/-?

Ij./o

';ó6/

y·jO

6./<;;

/9

J'rf

/ / 5 -? J

rJt!

6./5"'

-~~

-Stroom /Componenten staat

•

•

cP

0.

M

7:73

y

·

b

. .

-1

/

3

ç:6

rf

Q

M

/

06.

6

.l.O5' 6cfcP. jl Y·/o 735,

S'

6./5' Q 5cPO ~cPo

Q

cfa 5/7

5'97

•

I , ~

_...

_.

c--...

,

I"l) ).,;

~

.:::z, <"') '\ C) ~ Q v, v, ... _.... ~ .

\~

_:.:Jj

1

--.

r---1

-,I

\~

-\

-C\'l r--:>::. ~ ~ ~ ~ IJ tv t:;~ '::::,. I

~

_"'~~_'~_"'· ___ ."_'-___ ~_M"" ___ _ ._.',.:.-: __ ~ __ ~":":._~-=~~=-~~....--.~ _ _ __ _ _ _ __ __ _ _

•

•

Apparaatstroom

+

Componenten

. W,4TEP.

GLU CON <UU!?

'8 ftCTc f{ /è /11

-Totaal:

~ A~paraatstroom

f

Componenten

WHTé7f r:;U~coN'2 U(,(J(

Totaal:

M

in

kg/s

Q

in

kW

•

•

13

M

Q

5'91

iS3

(.'j,Z

_Z5"

0.006 o·

T

3

tg

;)fJ

';0 ,{

M

0.

71· 0 IcY3/ t(.()

IJJ/

-- ;

•

•

•

•

•

15'

I t

l

M

Cl.

M

Cl

M

:;,-- 91

753 ~-':J7 /,:>3

_'i"-91

/.

~z

75"

/. qJ..

,

.

1'5"

j. 9~

-7-9

rJ)J

7-9

JJJ)

7-[3

,l/

22

M

0.

M

Q

M

I· 9S- j?g 3 1.9'=' .,l () 'S 1·95'

.-Ijl'

I. gs- 107

-3

·3

1163 .3 .

.9

3

/

-1

Stroom /Componenten staat

•

Itf?

0.

M

IcPo'T Lf· tJ (tflo

-19("5

_Y

Q

_M

•

/0 /

Q

/ocP-?,/

ItJcf;1

0.

•

I I -., I I I

I

I

,

I

c

< ( (' (

--

-

--

-

---_

..

_

.

_

._

'

.

'-

==-============~----

---•

- 26

-Apparatenlijst voor reaktoren, kolommen, vaten

---•

Apparaat No:

_Vi

_V2..

\/~

_R\~

'P'd

4

Benamin;;;, g\l.ic.ose -

giSt

e><+rac,t

w

o.c.l1t-

bo...l'\~ Fe:;l.t\E;VTO P-. e.rvTfé~Me

",,-type O~\o':>

va.t.

o~\o~

Va.t

-\:;oç... .

•

~ . ,-.os.

\

,

'2

druk in bar

'2-•

temp. in

oe

_2.0

₂₀

₃₀

₃₀

_]0

Inhoud in m3

_\b

\0

\5"

30

2

Diam. in m _~·7°

_2.

_{?, 0} '2.. \ 2-

2.51-

\

.

I

1 / h in T!1 _''1..

7 [;

_1... 3~

_4.2.5"

b

.

o

~. 2

•

Vulling::':

•

schotels-aant. vaste pakking katalysator-type

•

-

,

,

_-

vorm

·

...

-

.

...

·

...

· ...

•

Speciaal te

ge-S+aa.l

_3ol...f

I

s+cwJ

2>oli

S.J.a.a..L 30Y

S+aa..\

3tb

staa.t

3tb

bruiken mat. aantal

•

serie/parallel

\

t

5

S

b

,

_0\

I/la<L -

I

'f\I \ vt;..o,..u..

-

Ni

Ve.a.(Á.

... ?HJ \-toMp.) V~, VOE-Olfl/91

\ tv

~T9.u..l'Y\etJ

t.

\1'\oic.o...t:us

\()o\c.(À.H~

.

",i\lE(l.lA.j s,,~&.C.i,..,

...

SC.H t4.l·Mit6~ el.:""9.

1\

f'\Clc.at.l€ _{~Q..\\fV11 voeO- rJiil~1} l:eMp.

j",Q.

•

•

~

o. aangeven wat bedoeld wordt

•

•

•

•

•

•

Benaming, type Ab +' f A ; ( ; l S.O,- e I . druk in bar

.

°c

temp. ~n Inhoud in m3 Diam. in m 1

,I

h in m Vulling:* schotels-aant. vaste pakking katalysator-type - 27 .:: Clc.lii:.f ~ooL- \N01\MPGf2-f\L'feiR.

I

3

30

• - " - vorm

I

.

•

•

•

•

...

Speciaal te ge- StaaL 3 I

b

bruiken mat. aantal serie/parallel cAf\..\..\.\< vC\.L- _ me.rÎtJ(j

\

I

Ni ve.o.Ll., $","00 I'f\

I

+eMp.

•

•

•

•

•

•

•

•

i

I

.

I , - 28

-Apparatenlijst voor pompen, blowers, kompressoren

,

--_

.

_---Apparaat No:

P,3

f\~

_PlO

p\ \

C ~ Nilt'

fuqaClI-3enaming, _{Po"M{> L~ L~. ·}

l.()Uvv\-type _{S ~""" ~} a.ClJtd.

te verpompen <a Lu.c.o S.E - "'ft. . ~ IVrç;

vV-'1it,t

ex

k-a

c,t _

c-pL. L~

t..oUw"

.

_{F~,lM~,..,.fOe.} medium (ljes+"-I2.\.U HIl~) (qe~t""I'~L\ se u",")

Capaciteit in

6.

IS

_?

_.5"

,' kg/s*

o·

sO

0.30

Dichtheid IS"OO \ 5 0 0 \500 \ Q \

0

in kg/m

3

\ 0

07

\0°7

l 007 .persdruk in bar: . ,

~

3

₃

₃

h_"

--eff. temp. in

oe

'20/

30/

S0

1°1

30/

/ uit

20

:3>0

3 0

in Vermogen in kW

2...

₂

.,.:: ·:">prakt.

0,

I

o .

I

Speciaal te ge

S

l-a

(.L,{ $tc:u~.A

304

5toaJ

"30"1

bI'uiken ma t.

SktAl

30y 30~

-

\

o . - - ''-''~, J

_

.

~-'-'-

-*

aan~even wat bedoeld wordt

Pl3

.

~. ~E.Sl.Ac., NA"R. F Î\..n:.,t

7·9

\;)2.S""

I

0

3°1

30

~.

S-Staal 3/6

- 29

-•

•

Apparaat No:

p\

b

Benaming, type ~ .

•

te verpompen

q

Lu...

'-0 n ~ u.!A.~_

medium apLoS$ I ~/9

.

•

Capaciteit in t/d of kg/s iK

7-9

.r') , Dichtheid

\32..S

in kg/m 3

•

/persdruk in bat' :;:

-3

eff. - , t-emp. in

°c

7:>0/3

0

in

_/

uit

•

Vermogen in kW

L,

theor./ prakt. ~ Speciaal te ge

óib

brui ken mat.

$taoL

•

i ':. . ~ - :=:'" --:: - -,:.--":": _. -

-•

_I

•

*

aan~evèn wat bedoeld wordt

•

-

30

-•

~EE~~~~~~~~j~~_!~~~ _---warmtewisselaars, fornuizen

•

Appa:-aat ~;o:

Hit

Us-

H7

I

"-HIJ>

11,

t

•

~- WorMt€.. _ w o.-T M. (ä.. - L-V-Wi'h _ WoJ'~

-::er:a:'1infT,

w~LctA1·

~

~

W \ ~5

etCUV{(.

W\~&

e..

La!t-("

type

•

:-~edium

~oF'

_\'cte.ïY\

I

.

/

~~/

LcJ..A-'N\ W~/

pijper.-/

of

q

i

,;4-

ex t-fo.cA-

ep(.

I

$

te.

f"

L\

S

(.t.a,f

~o~L\tJll-f-~t.

StOöYY\

~~~

~~

f:'.a-r.telzi jde _{~ ~}

Capaciteit, uitgewisselde

_\bltb,\i

'2.0

b

lt

11-

9

0 '10

) J

63

•

war!:lte _ir:

k'''.

;;ia::-:!!tewiss elend

'2,b

oppevl. in m 2

5"'S"

?8.S'

2,b2-

37,

5

•

,,:::..'-""a1 .. ... "':> ,. _ _ _ _ .L

r;>

c;r>"Î ie'e" /

I

I

I

I

1

{

I , eff. \ druk: in bar

3/

3

3/3

3/

3

pi.jpen-

_/

3/:5

3/3

•

r::2.!1"!:elzijde

.

-temp. in / uit _{'2..0 /100}

_20/3

r

_IOO/J

1, 0

/09-

7-

/109-

t o~

I

09·2../~

0

i~

-

_~O/3

₀ ~

11.0/4b

,qo

;'90

-110

!>

pijpzijde

72-

30

172-l!Iantelzijde Speciaal te

ge-sfa.cJ

3\6

c5~ruJ

31b

1~aAL

Z

1b

s

~(Ml1.

3

L

6

~t-ao1. 3L

6

br'liken

mat.-.

•

•

•

'*

aaneeven wat bedoeld wordt

- 31

-•

•

Apparaat No:

H?-o

~-~

, n . _Jenam~np:",

•

type .~~-

I

;·!edium pijpen-/

~~/

•

r.:antelzijde

~

Capaciteit, ui tge\.fÎsselde

_/0

SI

•

warmte in ki-l. 1,·[a::::mtewi9selend

4

3

oppevl. in m 2

•

"cI.!1 va Abs. \- ~ 1 of paral:tëerf. sc",,;p{ ~ '

I

druk i!1 bar

2>

/3

pijpen-

_/

•

!':'la!1telzijde temp. in

_/

uit

₁₀₉

_.

2./ '").

₅ in or,

"LO

/3

pijpzijde

S"

•

mantelzijde Speciaal te

fre-Shwl

3l

b

" bruiken mat.

_I

•

_I

•

•

~ aangeven wat bedoeld wordt

32 ;...

•

!EE!~~!~nlijst voor diversen

---Apparafl,.t No:

M

b

M

_\S

•

Bena.ming, 1 Ste~i

Li

Sa.l-o R-I

(l{oL~iw9

$E;C-T1E)1 : . • type FiLTf:~PE~S

•

Capaciteit

6

~

_t

/

.

_{o· \.')}

₀

_b

_ky

j

/

. ~ bacJ41~ I'\o.)\CL

•

pH

s,.e(. I affe

3

, I druk in bar I .. I I I I I ,

•

temp. in

°c

llo

3

0

! : Inhoud in m3

0.2.

S

of afmetingen

L=2.1.~O

S~OoMcUwcd-in m

*

ol

~ 1\-7~lo-2

•

o.a/(d

.

-~

\

\

,I

.;

rf\

(A

t

Q.1t l

act.<.

$tClo1.

3 l b

s

~oo.t ~

l

~

I

V0.

~

Jv

(.ANI ~~~w.

\-Iz.rvt

~ro:~

clR

v.k

vol

•

•

*

aangeven wat bedoeld wordt

•

•

•

•

•

•

•

•

I. j

•

•

- 33 --10 Personeelsbehoefte

De personeelsbehoefte voor de gluconzuurfabriek is geschat met de Wesselrelatie (20). Deze relatie ziet er als volgt u i t :

Aanname

manuren _ k ~ aantal stappen

ton product - - ( _{capacltelt ag} . . /d )0.76

- voor een gemengd proces is

- capaciteit per dag

- aantal stappen: 5, nl. voorbewerking voeding fermentatie opwerking k = 17 1 2 2 22 ton/dag

In/vullen van deze gegevens in de Wesselrelatie geeft 9 manuren/ton product.

Dit is : 9 3IE 22

=

198 manuren / dag. 1 dag - 8 uur

=~ er is 25 man personeel nodig.

Reservefactor 1,5 (voor continue ploegendienst, ziekte etc.)

==?

in het totaal is 38 man personeel nodig. Het gemiddelde jaarloon

wordt op

f

60.000, = gesteld. Dit maakt dat de totale loonkosten op

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

- 34

-In tabel 111 is een over gegeven van het grond- en

hulpstoffen-verbruik bij een fermentatie. De opbrengst aan gluconzuur per

fermentatie is 6920 kg. (100 %-basis). grond- of hulpstof 1.entfermentatie glucose gistextract proces\vater glucose gistextract proceswater natriumhydroxide proceswater actief kool verbruik 60 }ç:g 0.6 kg 1 m3 6200 kg 75 30 75 45 50 kg 3 m kg 3 m kg

Tabel 111 Overzicht van verbruik van grond- en hulpstoffen

per fermentatie

,12 Verbruik van stoom, electriciteit, lucht en koelwa"ter -~~-~-

--Tabel IV geeft een overzicht van het stoom-, electriciteit-, lucht- en koelwaterverbruik per fermentatie.

Sectie stoom 190 oe koelwater lucht electriciteit

3 bar, (kg) 20 oe (m 3 ) (m3 ) (kWh) sterili- 1050 15.5 - 0.3 satie entferm~ 52 9 612 33 ferm. 322 648 18000 2160 opwerk. 1440 45

-

13.5

Tabel IV Overzicht verbruik stoom, electriciteit, lucht en

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

- 35

-De kostprijsberekening zal analoog aan (26) worden uitgevoerd.

Eerst \vorden de investeringen geschat. Aangenomen vTordt dat

de totale investeringen twee maal de apparaatkosten zijn. In tabel V is een schatting van de apparaatkosten gemaakt. Hierbij

is gebruik gemaakt van het WEBeI-boekje (27) en persoonlijke

mededelingen C~)

.

Apparaat prijs per stuk (f) aantal totaal (f)

VI oplostank 30.000 1 30.000 V2 oplostank 40.000 1 40.000 ' P3 pomp 2.000 1 2.000

I

H4 warmtewisselaar 37.000 1 37.000 H5 : warmtewisselaar 28.000 1 28.000 H6 holding sectie 5.000 1 5.000 H7 warmtewisselaar 11. 500 1 11. 500 V8 'vachttank 27.000 5 135.000 P9 pomp 6.000 5 30.000 PlO pomp 2.000 5 10.000 PIl pomp 3.400 5 17.000 R12 fermentor (30 m3) 500.000 5 2.500.000 P13 centrifugaalpomp 11.900 1 11. 900 R14 entfermentor 35.000 5 175.000 MIS filterpers 95.000 1 95.000 p16 pomp 10.000 1 10.000 T17 act~kool filter 30.000 2 60.000 H18 warmtewisselaar 170.000 1 170.000 M19 indamper 40.000 1 40.000 H20 warmtewisselaar 38.000 1 38.000

Tabel V Schatting a.12.12araatJ<osten Totaal

_f

3.446.400,=

De totale investeringen worden geschat op 2 ~

f

3.446.400,=

is

f

6.892.800,=

In tabel VI is de kostprijsberekening samengevat. De kosten per jaar voor elke kostensoort zijn aangegeven en uit de som van deze kosten gedeeld door de totale opbrengst aan gluconzuur per jaar

is de kostprijs per kg gluconzuur berekend.

Het aantal fermentaties (met 5 fermentoren) bedraagt 1125 per Jaar.

•

•

•

•

I

!

.

I

I

I

I

.

!

.

-•

•

•

•

- 36 -r - - - -.- --- -- --- - - y verbruik per Kostensoort glucose gistextract NaOH (loog) stoom sterilisatie stoom entferm. stoom fermentatie stoom opwerking koelwater~ 'ster. koelwater entferm koelwater ferm. koelwater opwerk lucht entferm lucht fermentatie electriciteit ster electriciteit entf. electriciteit ferm electriciteit opw. totaaloverzicht grond- en hulpstoffen prijs per eenheid (f) 2 per kg 6 per kg

o .

65 / kg (26) 0.03 per kg 0.03 per kg 0.03 per kg 0.03 per 0.15 per 0.15 per 0.15 per 0.15 per 0.01 per 0.01 per kg 3 m 3 m 3 m • 3 m 3 m 3 m 0.15 per kWh 0.15 per kWh 0.15 per kWh 0.15 per kWh

water stroom lucht electriciteit personeelskosten

onderhoud (7~ % van investeringen)

fermentatie 6200 kg 75 kg 75 kg subtotaal 1050 kg 52 kg 322 kg 1440 kg 15.5 m3 9 m3 648 m3 45 m3 612 m3 3 lS000 m 0.3 kWh 33 kWh 2160 kWh 13.5 kWh subtotaal totaal

afschrijving (10

%

van investeringen)

overheadkosten (12~ productiekosten excl. grond en hulpstoffen) totaal Tabel VI Kostprijsberekening kosten per jaar (f) 13.950.000 506.000 57.850 14.514.470 35.400 1.755 10.875 48.600 2.615 1.300 109. 350 7.500 6.900 202.500 50 5.568 364.500 2.280 799.493 14.514.470 14.514.470 799.493 2.280.000 516.960 689.280 535.750 19.336.000

•

•

•

•

•

.

'

•

•

•

•

•

- 37

-De jaarproductie is 7350 ton gluconzuur. -De kostprijs is :

19.336.000/ 7.35

*

106 kg =

f

2.63 per kg 100 % gluconzuur wanneer het als 50 % oplossing wordt verkocht.

Dus: f 1.31 per kg 50 % gluconzuuroplossing

Stel de kostprijs

f

1.35 per kg 50% gluconzuuroplossing. De ver-koopprijs van een %50 % gluconzuuroplossing is f 2,=/kg.

.De winst is dan: f 10.064.00. Na aftrek van 48 % belasting is het rendement op gelnvesteerd vermogen (R.O.I.)

0.52

*

3.675.000/19.336.000

=

27 %

I

'('v-,,- .... t'