Fermentieve verwerking van wei

1 1 5

Laboratorium voor Chemische Technologie

V e r s l a g behorende bij het fabrieksvoorontwerp

van . . i ^ ? / . J . ^ M ? ® . . . . i L M ^ ? ^ . . ] ? . ? . 9 ? . 6 É M onderwerp: F e r m e n t a t i e v e v e r w e r k i n g v a n w e i adres: S e k t i e B i o c h e m i s c h e R e a k t o r e n J a f f a l a a n 9 D e l f t opdrachtdatum: j a n . ' 7 7 verslagdatum: m r t. ' 7 7

J . P . Barendse J.W.H. Roozenburg a d r e s ; S e k t i e B i o c h e m i s c h e R e a k t o r e n j a f f a l a a n 9 D e l f t B e g e l e i d i n g ; p r o f . d r . i r . N.W.F. K o s s e n i r . A.G. M o n t f o o r t maart 1977

D i t f a b r i e k s v o o r o n t w e r p h a n d e l t o v e r w e i , een b i j p r o d u k t van de k a a s f a b r i k a g e .

Wei b e v a t a l s w a a r d e v o l l e komponenten l a k t o s e en e i w i t t e n .

De e i w i t t e n worden v i a u l t r a f i l t r a t i e van de wei a f g e s c h e i d e n en t o t wei e i w i t p o e d e r opgewerkt. De o v e r g e b l e v e n l a k t o s e i n de wei wordt v e r g i s t met b e h u l p v a n de g i s t Saccharomyces f r a g i l e s i n een k o n t i n u b e d r e v e n f e r m e n t o r . Na h e t f e r m e n t a t i e p r o c e s w o r d t de g i s t * d o o r m i d d e l van c e n t r i f u g e r e n a f g e s c h e i d e n , waarna h e t opgewerkt wordt t o t gedroogde g i s t c e l l e n v i a m u l t i p l e e f f e k t v e r d a m p e r s en s p r o e i d r o g e r . De k a p a c i t e i t b e d r a a g t 500 nr wei per dag.

De p r o d u k t i e k o s t e n komen op ƒ 2 , - per kg e i w i t ( l O O ^ ) . De m a r k t p r i j s b e d r a a g t c a . ƒ 7 » - ( l i t . 6 ) .

Inhoud

B l z .

1. K o n k l u s i e 3 1.1

2 . I n l e i d i n g 2.1 3• Uitgangspunten voor het ontwerp 3•1

4• B e s c h r i j v i n g van het proces 4•1

4 . 1 . I n l e i d i n g 4*1• 4 . 2 . U l t r a f i l t r a t i e 4-1

4 . 3 . P a s t e u r i s a t i e voor de U.F. 4«2 4«4» Opwerking van het c o n c e n t r a a t 4«3

4 « 5 ' Toevoegingen permeaat 4»3 4 . 6 . P a s t e u r i s a t i e voor de f e r m e n t a t i e 4 . 3 4 . 7 « . Het v e r g i s t i n g s p r o c e s 4*4 4 . 7 . 1 . M i c r o b i o l o g i e 4 . 4 4 . 7 . 2 . P r o c e s k o n d i t i e s 4*5 2a Be k i n e t i e k van de g i s t 4*5 2b Mediumtoevoegingen en Og-behoefte 4 «6 2c Temperatuur, pH, Menging 4«7 2d De e n t i n g 4*7 4 . 8 . Opwerking van de f e r m e n t a t i e v l o e i s t o f 4«8

5• Keuze en berekening van apparatuur 5.1

5 . 1 . De fermentor 5*1 5 . 1 . 1 . Berekening volume fermentor 5*1

5 . 1 . 2 . Opbrengst g i s t / v e r b r u i k s u b s t r a a t 5*2 5 . 1 . 3 « D i m e n s i o n e r i n g fermentor 5«2 5 . I . 4 . Menging 5 • 2 5 . 1 . 5 ' S t o f o v e r d r a c h t 5«3 5 . 1 . 5 ' 1 • Berekening van k^ en a 5«5 5 . 1 . 5 « 2 . Berekening z u u r s t o f t r a n s p o r t 5«6 5.1«5«3« Berekening z u u r s t o f opname 5«6 5 . 1 . 6 . K o e l i n g 5«7 5 . 1 . 6 . 1 . Warmteproduktie g i s t 5«7 5 . 1 . 6 . 2 . Warmteproduktie r o e r e n 5«7 5 . 1 . 6 . 3 . Warmteverlies wand 5«8 5 . 1 . 6 . 4 « K o e l s p i r a a l 5«8

5 - 4 . M u l t i p l e e f f e k t verdamainper 5.11 5 . 5 - De s p r o e i d r o g e r 5-14 5 . 6 . App. o p w e r k i n g c o n c e n t r a a t 5.14 5 . 7 - De p l a t e n w i s s e l a a r 5.14 5.8. C e n t r i f u g e 5.18 6 . De p r o d u k t i e k o s t e n 6.1 7 . A l t e r n a t i e v e p r o c e s s e n _7.1 7 . 1 . V e r a n d e r i n g v a n g r o n d s t o f 7.1 7 . 2 . B a t c h p r o d u k t i e 7 . 3 8. S y m b o l e n l i j s t 8.1 9 . L i t e r a t u u r _9.1 B i j l a g e n b i j l a g e A b i j l a g e B b i j l a g e C processchema + a p p a r a a t t e k e n i n g a p p a r a t e n l i j s t + massa/warmte b a l a n s 8 p e c i f i k a t i e k o s t e n

K o n k l u s i e s

1) Fermentatieve verwerking van wei gecombineerd met u l t r a f i l t r a t i e i s t e c h n i s c h r e a l i s e e r b a a r en ekonomisch v e r a n t w o o r d .

2) I n t e g e n s t e l l i n g t o t v e e l l i t e r a t u u r kan u i t de b e r e k e n i n g e n van d i t ontwerp g e k o n k l u d e e r d worden, d a t de z u u r s t o f t o e v o e r n i e t l i m i t e r e n d i s b i j v e r g i s t i n g van w e i met een d.s. g e h a l t e

van 5 , 7 5 ^ .

3) Zou z u u r s t o f t o e v o e r toch l i m i t e r e n d z i j n , wat t o t u i t d r u k k i n g komt i n een lagere» y i e l d , dan b l i j f t h e t p r o c e s r e n d a b e l .

4) B i j n i e t gekoppelde verwerking van wei aan een k a a s f a b r i e k kan v e r g i 3 t i n g v a n i n g e d i k t e w e i

( d . s . ca.11^) ekonomisch a a n t r e k k e l i j k e r z i j n .

5) Kontinue p r o d u k t i e v e r d i e n t de voorkeur boven b a t c h - g e w i j z e p r o d u k t i e .

i n v e n t a r i s a t i e door van S u i j d a m en J a n s e n ( l i t . 5 )over m o g e l i j k h e d e n van w e i v e r w e r k i n g , d i e i n de p r a k t i j k kunnen worden t o e g e p a s t . I n deze i n v e n t a r i s a t i e werd h e t v o l g e n d e g e k o n k l u d e e r d : - de w e r e l d - e i w i t m a r k t b i e d t m o g e l i j k h e d e n t o t a f z e t ; - de w i n s t b i j e i w i t p r o d u k t i e u i t w e i door u l t r a f i l t r a t i e g e v o l g d dooi* f e r m e n t a t i e van l a k t o s e t o t s i n g l e c e l l p r o t e i n i s n a a r v e r h o u d i n g hoog; - f l u k t u a t i e s i n de w e r e l d e i w i t p r i j z e n kunnen h i e r d o o r worden opgevangen; - d i t p r o c e s b i e d t om deze redenen t o e k o m s t p e r s p e k t i e f , mede omdat de t e c h n i s c h e m o e i l i j k h e d e n mêt U.F. overwonnen l i j k e n .

I n d i t v o o r o n t w e r p i s g e t r a c h t deze k o n k l u s i e s nader u i t te werken, v o o r a l wat de b e r e k e n i n g van de f e r m e n t a t i e s t a p b e t r e f t .

Wei wordt v e r k r e g e n door k o a g u l a t i e van caseïne t i j d e n s h e t maken van k a a s . Het b e v a t ongeveer de h e l f t van de v a s t e s t o f f e n van de melk, h e t g r o o t s t e d e e l v a n de l a k t o s e ,

ongeveer 1/5 van de e i w i t t e n en het meeste van de v i t a m i n e n . A l s g r o n d s t o f k a n de wei d i e n e n v o o r de p r o d u k t i e van

voedzame t o e v o e g i n g e n i n de l e v e n s m i d d e l e n i n d u s t r i e . Wei k a n dus een w a a r d e v o l b i j p r o d u k t van de k a a s i n d u s t r i e z i j n .

I n t e g e n s t e l l i n g hiermee i s h e t v o o r v e e l b e d r i j v e n een l a s t i g a f v a l p r o d u k t , waar men zo goedkoop m o g e l i j k v a n a f w i l komen, Daar de l o z i n g van wei op h e t o p p e r v l a k t e w a t e r een k o s t b a r e zaak wordt door de s t e r k g e s t e g e n l o z i n g s k o s t e n , i s de h i s t o r i s c h g e g r o e i d e mening d a t wei een w e i n i g w a a r d e v o l p r o d u k t i s aan h e t omslaan.

Men z o e k t daarom n a a r m o g e l i j k h e d e n om u i t wei w a a r d e v o l l e p r o d u k t e n t e winnen. Een reële m o g e l i j k h e i d l e v e r t h e t i n d i t ontwerp beschouwde p r o c e s .

3.1 U i t g a n g s p u n t e n v o o r h e t ontwerp C a p a c i t e i t j 15O.OOO t o n w e i / j a a r A a n t a l b e d r i j f s d a g e n : 500 dagen/jaar ( v o l k o n t i n u ) P r o d u k t e n : wei e i w i t j 1800 t o n / j a a r (95$ ds.) gedroogde g i s t : 4500 t o n / j a a r ( 9 5 $ ds.) G r o n d s t o f f e n : A f v a l : w e i 150.000 t o n / j a a r ammoniumsulfaat 4 2 7 , 5 t o n / j a a r k a l i u m m o n o f o s f a a t 71,25 t o n / j a a r g i s t e k s t r a k t 4 2 7 , 5 t o n / j a a r , J B i j h e t c e n t r i f u g e r e n o n t s t a a t een a f v a l s t r o o m met een BOB g e t a l van

4000 mg/1. g r o o t t e s t r o o m : 114.000 m^/jaar U t i l i t i e s : k o e l w a t e r e l e k t r i c i t e i t stoom (LD) 2 , 7 6 . 1 0 t o n / j a a r 1,4. 1 06 kWh. 12.270 t o n / j a a r S a m e n s t e l l i n g ( i n $ ) wei permsaat c o n c e n t r a a t w e i e i w i t d.s. _{5,75 4 , 8 5 21,7 95} e i w i t 0,80 _{0 , 1 4 12,45 5 4 , 5} l a k t o s e _{4 , 4} 4 , 2 5 7 , 5 0 3 2 , 8 as 0 , 5 0 , 4 8 0,80 _{3 , 5} v e t 0 , 0 5 0 , 0 0 , 9 5 4 , 2 Het e i w i t g e h a l t e i n de gedroogde g i s t i s - 5 0 $ . l i t . 1.

O-4» B e s c h r i j v i n g van het proces

4*1 • I n l e i d i n g .

Aan de hand v a n een v e r e e n v o u d i g d p r o c e s s c h e m a ( z i e f i g u u r 1 ) z u l l e n . d e o n d e r d e l e n v e r d e r worden u i t g e s p i t .

De c e n t r a l e s t a p i n h e t p r o c e s i s de f e r m e n t o r . H i e r i n wordt de l a k t o s e omgezet i n g i s t , warmte en CO^. De g i s t b e v a t de w a a r d e v o l l e e i w i t . Om a l l e e i w i t z o efficiënt m o g e l i j k t e v e r b r u i k e n , i s h e t z i n v o l om de r e e d s i n de w e i aanwezige e i w i t t e c o n c e n t r e r e n en a f t e s c h e i d e n v a n de l a k t o s e u i t de w e i . 4 . 2 . U l t r a f i l t r a t i e I-C' Een g e s c h i k t a p p a r a a t h i e r v o o r i s een u l t r a f i l t r a t i e e e n h e i d . D i t i s een s c h e i d i n g s p r o c e s w a a r b i j men met b e h u l p v a n een membraan en een tegendruk g r o t e r dan de o s m o t i s c h e druk een

s c h e i d i n g op d e e l t j e s g r o o t t e k a n b e w e r k s t e l l i g e n .

B i j de s c h e i d i n g v a n e i w i t t e n en l a k t o s e moet een membraan worden gevonden d a t d e e l t j e s met een m o l g e w i c h t v a n 37000 g tegenhoudt en k l e i n e r e d o o r l a a t . R e d e l i j k h i e r v o o r i s A B C O R - c e l l u l o s e a c e t a a t . ( L i t . 2. ) . I n ons g e v a l v a n w e i , d a t wordt g e u l t r a f i l t r e e r d , z a l de s c h e i d i n g b e s t a a n u i t een f a s e v a n g e c o n c e n t r e e r d e e i w i t o p l o s s i n g en een n i e t g e c o n c e n t r e e r d e f a s e met de l a k t o s e e n z o u t e n , d i e i n de w e i z a t e n . I n f i g u u r 2 wordt d i t schematisch u i t g e w e r k t .

. Fig. 2 Ultrafiltration of milk or whey

SOLUIION MEMBRANE •« -o» K<CONCENTRATE '.jfiVpER ® PROTEIN • LACTOSE . SALTS

_ OTHER LOW MOLECULAR COMPOUNDS (lactic acid, amino acid)

p l a t e n w a r r a t e w i s s e l a a r u i t r a f i l t r a t i e - e e n h e i d c o n c e n t r a a t niongtamk p i a t e n w a r m t e > w i s s e l a a r f e r m e n t a t o r c e n t r i f u g e m u l t i p l e e f f e k t v e r d a m p e r s p r o e i d r o g e r F i g u u r /. : V e r e e t r w o u d i g d p r o c e s s c h e m a

l i t . 3 ) ,

I n ons g e v a l wordt e r gerekend met een v o l u m e r e d u k t i e i n het c o n c e n t r a a t v a n 95$; d i t houdt i n dat het e i w i t z i c h dan i n 5$ van het uitgangsvolume b e v i n d t .

A l s u i t g a n g s s t o f wordt wei genomen, z o a l s d i e u i t de k a a s f a b r i e k komt, met een d.s. van 5»75$« Het kan v o o r d e l e n bieden om van meer i n g e d i k t e w e i u i t t e gaan ( t o t d.s. g e h a l t e v a n 20$ ) . D i t wordt n a d e r t o e g e l i c h t b i j h e t o n d e r d e e l a l t e r n a t i e v e n .

Om t e z o r g e n d a t de f l u x v o l d o e n d e hoog b l i j f t moet e r b i j ca. 50 °C worden gewerkt. D i t i s tegenwoordig m o g e l i j k doordat de membranen meer en meer s y n t h e t i s c h worden.

B i j deze hogere t e m p e r a t u u r kunnen ze dan f b c h r e d e l i j k l a n g meegaan ( c a . 9 maanden ).

Een hogere t e m p e r a t u u r ( v r o e g e r c a . 10 °C) l e v e r t een tweemaal zo g r o t e f l u x op. ( l i t . *V ) .

Een p r o b l e e m b i j de u l t r a f i l t r a t i e vormt h e t d i c h t s l i b b e n v a n de c o n c e n t r a t i e k a n a l e n , doordat' de e i w i t t e n op den duur de poriën v a n h e t membraan v e r s t o p p e n . H i e r d o o r moet m i n s t e n s een maal p e r dag g e r e g e n e r e e r d worden.

De werkdruk b i j u l t r a f i l t r a t i e b e d r a a g t 4 - 5 atm.; door het d i c h t s l i b b e n z a l op den duur een hogere druk n o d i g z i j n .

P a s t e u r i s a t i e v o o r de U l t r a f i l t r a t i e

Omdat e r een w e r k t e m p e r a t u u r van 50 °C wordt aangehouden b i j de U.F. en b i j deze t e m p e r a t u u r h e t k i e m g e t a l z e e r hoge waarden kan aannemen, h e t g e e n e v e n t u e l e a f k e u r i n g kan i n h o u d e n van h e t w e i - e i w i t poeder b i j v e r w e r k i n g i n de l e v e n s m i d d e l e n i n d u s t r i e , i s h e t n o o d z a k e l i j k d a t e r v o o r a f g a a n d aan de U.P. w o r d t

5 , 7 5 $ ds 0,00,.'.ei w i t 4»4/ölac tose 0, 5$ as ïïWI o,0', v e t X (c n n t r i 1'u ge r en] o o n c c n t r a a t * , 5 kg/1000 kg wei i 1 2, 4 5; 'C i wi t ¡7 , ','G ' l a c t o s e !•:, 1:0 'as UI, 9 V w e t - f — k l l r a f i 1 t r a l x a no ,'=~pqn| w e i - e i w i t p o e d e r 12 k g / 1 0 0 0 k g w e i 95.> d s 54 » 5 e i w i t p ^ , ü'^iac t o s e j, 5;uas ¡4 t 2 y3v e t permeaat 9 4 6 , 5 k g / l 0 0 0 k g wei 4 , 8 5 $ds 0,14"'eiwit 4 , 2 5c^ l a c t o s e 9,48$as O.Oïbvet -* /3 o 7) OJ jpas t e u r i s a t i e ] :i;xs.tingi [een t r i t'ugereri-126,8kg/10Q0kg g i s t s l u r r y l 15$ ds 7 , 5 / i e i w i t 6 , 0 5 $ i 1, 4$as Ü.O^vet i / ; J ' / ¿ j í j • ' v e r g i s t I ^ iiexaejiaJti. p l a s m o l y s e r e i (5-6 dagen) rewassen g i s t l © verwarmen ( a u t o l y s e t e m p . ) ¡3pr0eidr0ge.nl 2 0 , 0 2 k g / l 0 0 0 k g w e i 95$ ds 4 7 , 5 $ e i w i t 3 6 ,6$lactose 8,6$as 0, 3$vet ; a u t o l y a e r e n (2-3 dagen) I v e r d u n n e n met water! [verwarmen ( k a p o t m a k e n enzymen) s c h e i d i n g (van c e l r e s t e n ) •*—{wassen s c h e i d ingi~»---£iXre g_t e n j j o p g e l o s t e i w i t f w a l s d r o g e n ]1 e r d a m p i n g t o t c a . 40",<'d3) Iruw g i s t a u t o l y s a a t l veevoeder 8 k g / l 0 0 0 k g wei 95'r/? ds r i j p i n g ( l - 2 weken) I v e r d u n n e n met w a t e r l /erwarmen [om o p l o s s e n te vergema.kkeli.jken' t3cheidingj [onopgeloste s t o f f e n ! indampen ( t o t 80$ d s ) • ' g i s t e x t r a c t 80$ ds 12,27 kg/1000kg wei 40$ e i w i t 10$ l a c t o s e 4$ as(zonder NaC)) 18^o NaCl ' g i s t e x t r a c t 80$ ds 12,27 kg/1000kg wei 40$ e i w i t 10$ l a c t o s e 4$ as(zonder NaC)) 18^o NaCl

k o n s t a n t .

Een compromis i s gevonden door de w e i 15 s b i j 72 °C t e

p a s t e u r i s e r e n . Deze t i j d i s t e k o r t om h e t e i w i t t e d e n a t u r e r e n . Vanwege de z e e r k o r t e t i j d wordt e r i n een p l a t e n w a r m t e w i s s e l a a r g e p a s t e u r i s e e r d .

Opwerking v a n h e t c o n c e n t r a a t V ! 'V '

Het c o n c e n t r a a t v a n de w e i v e r k r e g e n na de U.P. h e e f t een d . s . g e h a l t e v a n c a . 2 0 $ . Na indampen met b e h u l p v a n m u l t i p l e e f f e k t " v e r d a m p e r s en s p r o e i d r o g e n v e r k r i j g t men h e t w e i - e i w i t p o e d e r . De t e m p e r a t u u r b i j h e t s p r o e i d r a o g p r o c e s i s b e l a n g r i j k wegens m o g e l i j k o p t r e d e n v a n d e n a t u r a t i e . ( l i t . S ) , Het e i w i t p o e d e r b e v a t c a . 5 0 $ e i w i t en 3 0 $ l a k t o s e . T o e v o e g i n g e n permeaat A l v o r e n s de w e i g e f e r m e n t e e r d k a n worden, i s h e t n o o d z a k e l i j k d a t h e t v o o r de Saccharomyces f r a g i l e s goede medium a a n w e z i g i s . I n een mengtank worden d a a r t o e de n o d i g e a m i n o z u r e n , s t i k -s t o f en f o -s f a a t v e r b i n d i n g e n toegevoegd.

D i t g e s c h i e d t i n de vorm v a n g i s t e k s t r a k t , d i k a l i u m m o n o f o s f a a t , en ammoniumsulfaat.

p a s t e u r i s a t i e v o o r de f e r m e n t a t i e

V e r g i s t i n g v a n h e t permeaat m.b.v. S . f . maakt p a s t e u r i s a t i e n i e t n o o d z a k e l i j k ; de t o e v o e g i n g e n z o a l s boven genoemd, met name h e t g i s t e k s t r a k t z o r g e n v o o r k o m p l i k a t i e s .

4-4

Vandaar d a t e r ook nu wordt g e p a s t e u r i s e e r d na de mengtank b i j 15 s en 72 °C. Experimenteel i s gebleken dat de kans op b e s m e t t i n g dan g e r i n g i s . ( l i t . O ).

Om de p a s t e u r i s a t i e s e n e r g e t i s c h v o o r d e l i g t e l a t e n v e r l o p e n worden b e i d e i n een w a r m t e w i s s e l a a r u i t g e v o e r d .

De g e p a s t e u r i s e e r d e stroom wordt g e b r u i k t om de inkomende s t r o o m op t e warmen.

4 . 7 Het v e r g i s t i n g s p r o c e s

4 • 7 • 1 M i c r o b i o l o g i e

De l a k t o s e i n h e t permeaat van de u l t r a f i l t r a t i e kan m.b.v. m i c r o o r g a n i s m e n v i a een f e r m e n t a t i e p r o c e s i n e i w i t t e n worden omgezet. De m i c r o o r g a n i s m e n g e b r u i k e n d a a r t o e de l a k t o s e a l s v o e d i n g s s t o f ( k o o l s t o f b r o n ) ; door v e r m e e r d e r i n g van h e t m.o.

(wat z e l f u i t e i w i t t e n b e s t a a t ) wordt zodoende de l a k t o s e omgezet, ( l i t . ^ t ? ) .

Op b a s i s van o n d e r s t a a n d e k r i t e r i a moet een m.o. g e s c r e e n d worden ( l i t . ^ 5 " ) :

-een goede g r o e i s n e l h e i d om andere o r g a n i s m e n geen kans te geven

-een hoge y i e l d

-zo min m o g e l i j k t o e v o e g i n g e n aan h e t medium -efficiënte b e n u t t i n g v o e d i n g s s t o f f e n

- r e l a t i e f g r o t e d i a m e t e r , g e m a k k e l i j k t e c e n t r i f u g e r e n - h e t m.o. mag n i e t t o x i s c h z i j n .

De g i s t d i e h i e r a a n v o l d o e t i s Saccharomyce3 f r a g i l e s o f onder de nieuwe naam: Kluyveromyces f r a g i l e s .

Deze g i s t h e e f t a l s e x t r a v o o r d e e l d a t h i j n i e t g e v o e l i g i s v o o r m e l k z u u r v a r i a t i e s i n h e t medium, omdat de g i s t h e t aan-w e z i g e m e l k z u u r s n e l v e r b r u i k t .

4.7*2 P r o c e s k o n d i t i e s 2a) De k i n e t i e k v a n de g i 3 t De k i n e t i e k f o r m u l e s d i e b i j de b e r e k e n i n g e n v a n de f e r m e n t o r worden g e b r u i k t z u l l e n h i e r o n d e r worden t o e g e l i c h t . De exponentiële g r o e i f a s e v a n g i s t e n k a n worden b e s c h r e v e n met de Monod v e r g e l i j k i n g . / = A •- -2- 1. C + K -8 S U i t l i t e r a t u u r g e g e v e n s ( l i t . ^ ) e n e x p e r i m e n t e l e b e p a l i n g e n van h e t KIZO b l i j k t d a t : 0.18 h "1 K m 0.01 g / l E i j k o n t i n u e f e r m e n t a t i e g e l d t de v o l g e n d e m a s s a b a l a n s : <6 . ( f - R .V 2. / v m m — I n k o m b i n a t i e met de v e r g e l i j k i n g v o o r de r e a k t i e s n e l h e i d R =/t .C 3. m / m *• % g e e f t d i t : ^V-C'm V * ' Cm*V H i e r u i t v o l g t t p g — * D ( d i l u t i o n r a t e ) r K o m b i n a t i e v a n 1. en g e e f t : K ~ K P 8 & K0 • n — — — — — s -8 / J S - A u ' * "1 De m a s s a b a l a n s o v e r h e t m.o. en h e t s u b s t r a a t l u i d t : ac 4c -c) . y dft sm Y - 0.5 s c h a t t i n g ( l i t . 8. /<?) sm ~ ' De c o n c e n t r a t i e aan m.o. i n de u i t g a a n d e s t r o o m w o r d t : K C . Y ( C ) 8. m s n r so Xn'Z',.1 ~ < S S

4»6.

2b) Mediumtoevoegingen en z u u r s t o f b e h o e f t e

Saccharomyces f r a g i l e s i s n i e t i n s t a a t om op pure w e i t e g r o e i e n ; v o o r z i j n g r o e i z i j n een a a n t a l a m i n o z u r e n n o d i g d i e n i e t z e l f kunnen worden gemaakt.

Vandaar d a t e r a m i n o z u r e n worden toegevoegd i n de vorm v a n g i s t e k s t r a k t . D e e i w i t t e n , d i e i n h e t permeaat z i t t e n worden ook v e r b r u i k t . V o o r t s h e e f t de g i s t nog een a a n t a l z o u t e n n o d i g ; n l . NH.S0, en KoHP0,.

4 4 2 4

De h o e v e e l h e d e n z i j n : o.$a/o Nli SO.

4 4

o. o 5 $ KoH P 0 ,

2 4

0. 3 $ g i s t e k s t r a k t . ( l i t . l ^ ^ f - y// )

De z o u t e n en g i s t e k s t r a k t worden toegevoegd i n de mengtank.

Saccharomyces f r a g i l e s i s een aërobe g i s t , d.w.z. de g i s t h e e f t z u u r s t o f n o d i g om z i c h o p t i m a a l t e v e r m e e r d e r e n . Wanneer b l i j k t d a t de t o e g e v o e r d e h o e v e e l h e i d z u u r s t o f t e g e r i n g w o r d t , l i m i t e r e n d w e r k t , z a l d i t de s t a p z i j n waar h e t v e r g i s t i n g s p r o c e s z o v e e l m o g e l i j k g e o p t i m a l i s e e r d moet worden. U i t l i t . g b l i j k t d a t b i j onvoldoende z u u r s t o f t o e v o e r en/of een t e hoge s u b s t r a a t c o n c e n t r a t i e de y i e l d v a n h e t o n g e l o o f l i j k hoge O.72 kg g i s t / k g l a k t o s e b i j 2fo l a k t o s e d a a l t naar

0.28 k g g i s t / k g l a k t o s e b i j 6fo l a k t o s e .

Z i e f i g u u r 3 .De verminderde opbrengst aan g i s t gaat dan . a l s a l k o h o l de f e r m e n t o r u i t .

Fig.^-Effect of lactose concentration on yeast concentra-tion, yeast productivity and yields of yeast, protein and nucleic acid during continu-ous cultivation of S. fragilis at dilution rate of 0.18 per hr. Cultivation con-ditions: see Fig. 1. (m yeast concen-tration (g/literj; o productivity <g,1iter/hr); A K-protein IN X 6.25) yield; * L-protein yield; X nucleic acid yield; o yeast yield.)

2c) Temperatuur, pH, menging

Saccharomyces f r a g i l e s h e e f t een o p t i m a l e g r o e i t e r a p e r a t u u r

b i j 3 0 - 3 2 °C. ( l i t . S, ƒ ).

De g i s t kan g r o e i e n i n een pH g e b i e d v a n 3«5 t o t 7«(lit. 5 ' ) « De f e r m e n t a t i e wordt u i t g e v o e r d b i j pH=5 ( l i t . j p ).

Om de t e m p e r a t u u r c o n s t a n t t e houden moet de d o o r de g i s t g e p r o d u c e e r d e warmte worden a f g e v o e r d . D i t g e b e u r t m.b.v. een k o e l s p i r a a l .

B i j een c o n t i n u e f e r m e n t o r i s h e t v a n b e l a n g d a t de v l o e i -s t o f goed gemengd i -s . A f v o e r van warmte, z u u r -s t o f t o e v o e r en p H - r e g e l i n g z i j n dan b e t e r t e r e a l i s e r e n .

B i j d i t p r o c e s z a l een r o e r d e r n o d i g z i j n om d i t t e kunnen b e w e r k s t e l l i g e n .

De g i s t e n p r o d u c e r e n zuur-; om de pH c o n s t a n t t e houden z a l dus een p H - r e g e l i n g moeten worden ingebouwd.

V o o r t s moet e r een s c h u i m r e g e l i n g worden a a n g e b r a c h t , d a a r f e r m e n t a t i e " d i k w i j l s met s c h u i m v o r m i n g gepaard g a a t .

U i t g a a n d e van - 5fo d.s. b i j de i n g a n g s s t r o o m i n de f e r m e n t o r

+

moet b i j i d e a l e omstandigheden h e t e i n d g e h a l t e aan d.s.- 2 , 5 ^ z i j n .

2d) De e n t i n g

B i j c o n t i n u e f e r m e n t a t i e i s de e n t i n g e e n m a l i g . Omdat v o o r deze g i s t n i e t p e r s ê s t e r i e l h o e f t t e worden g e w e r k t ,

i s het. genoeg om de f e r m e n t o r d o o r t e b l a z e n met stoom. (T=120 °C).

V e r v o l g e n s kan de f e r m e n t o r langzaam g e v u l d worden, w a a r b i j v r i j w e l i n h e t b e g i n a l geënt kan worden.

De r o e r m o t o r en de b e l u c h t i n g worden d i r e k t a a n g e z e t . Deze b a t c h g e w i j z e p r o d u k t i e wordt v o o r t g e z e t t o t v i a

monstername b l i j k t , d a t de c o n c e n t r a t i e aan g i s t o f l a k t o s e de waarde hebben b e r e i k t , d i e z i j t i j d e n s de c o n t i n u e

f e r m e n t a t i e moeten hebben. Op d i t t i j d s t i p kan met de c o n t i -nue v e r g i s t i n g worden aangevangen.

4.6

4 . 8 . Opwerking van de f e r m e n t a t i e v l o e i s t o f

De v l o e i s t o f d i e u i t de f e r m e n t o r komt wordt t o t 95$ d.s. g e h a l t e o p g e w e r k t .

Vanwege de n o d i g e e n e r g i e b e s p a r i n g e n wordt deze o p w e r k i n g i n d r i e s t a p p e n gedaan, t e weten:

c e n t r i f u g e r e n ; h i e r wordt de g i s t van de v l o e i s t o f g e s c h e i -den t o t een g e h a l t e aan droge s t o f v a n + 15$.(was - 2 , 5 $ ) . -indampen; met b e h u l p van \ m u l t i p l e e f f e k t v e r d a m p e r s ,

w a a r b i j h e t droge s t o f g e h a l t e van 15$ op - 50$ wordt g e b r a c h t , - s p r o e i d r o g e n ; d o o r v e r s p r o e i i n g w o r d t h e t droge s t o f g e h a l t e

t o t - o p g e v o e r d , waarna h e t p r o d u k t i n poedervorm

5 . Keuze en berekening van de apparatuur

5« 1 * De fermentor

o

5•1•1• Berekening volume fermentor

Het benodigde volume b i ^ c o n t i n u e p r o c e s v o e r i n g kan worden v e r k r e g e n door de t e v e r w e r k e n w e i - s t r o o m t e v e r m e n i g v u l d i g e n met de benodigde v e r b l i j f t i j d . I n deze v e r b l i j f t i j d moet o p t i -male g i s t c o n c e n t r a t i e v e r k r e g e n worden.

De v e r b l i j f t i j d k a n worden a f g e l e i d u i t de k i n e t i e k g e g e v e n s van de g i s t . U i t g e g a a n wordt van een U.P.-permeaatstroom van 475 'm'^/dag ; d i t g e e f t : ^ = 19.79 i»5/hr. I K o s s e n ( l i t . ) g e e f t v o o r een o p t i m a l e o p b r e n g s t b i j c o n t i -nue f e r m e n t a t i e de v o l g e n d e b e t r e k k i n g : K C .-t = (1+ ~- ) M+ (1+ ~ ° r * \ 10. w a a r i n t de ; lil Ki _ _ c K J *—~ m o p t i m a l e v e r b l i j f t i j d -1 m ia so ¿1 » 0,18 hr / m 2 K - 0,01 kg/m C8 o " 4 2'5 k g/m H i e r u i t v o l g t : 2^= 5,64 hr - 1 De u i t s p o e l w a a r d e v a n de g i s t i s g e l i j k aan r B •— » 5 f 5 5 h r . m, m De u i t s p o e l w a a r d e g e e f t de t i j d aan w a a r b i j de c o n c e n t r a t i e aan m i c r o o r g a n i s m e i n de f e r m e n t o r s t e e d s l a g e r w o r d t .

De g r o e i k a n b i j t i j d e n k o r t e r o f g e l i j k aan deze t i j d de con-c e n t r a t i e n i e t meer op p e i l houden d o o r een t e g r o t e a f v o e r . Om e v e n t u e l e f l u k t u a t i e s i n de v e r b l i j f t i j d op t e kunnen vangen, wordt h i e r een v e r b l i j f t i j d i n de f e r m e n t o r aangehouden van zes u u r i ~Z =6 h r . 7 , • ' - " > '

D i t g e e f t v i a b e t r e k k i n g h e t volume van de f e r m e n t o r :

V= 6 . 1 9 , 7 9 - 118,75 m5.

D i t volume moet v e r m e e r d e r d worden wegens h o l d - u p v a n de l u c h t en e v e n t u e l e s c h u i m v o r m i n g . Op b a s i s van p r a k t i j k g e g e v e n s w o r d t h i e r een e x t r a volume van 30$ aangenomen. D i t l e v e r t

3

O 5.2 5 . 1 . 2 . Opbrengst g i s t / v e r b r u i k s u b s t r a a t B e r e k e n i n g met b e h u l p van de r e l a t i e s 6. en 8. g e e f t : c„ • % 1 - ° '1 25 kg/m3; C ~ 4 2 , 3 kg/m5 \ K C «= Y (C ) = 2 1 , 0 9 k g /1 3 m snr so U .T-1' ' ' m

Van de l a k t o s e b l i j f t s l e c h t s 0 , 3 $ van de b e g i n c o n c e n t r a t i e over,

5 . 1 . 3 . D i m e n s i o n e r i n g fermentor

De b e r e k e n i n g v a n o p t i m a l e a f m e t i n g e n van de f e r m e n t o r was n i e t m o g e l i j k op b a s i s van l i t e r a t u u r g e g e v e n s o f t h e o r i e . Daarom z i j n v e e l voorkomende a f m e t i n g e n h i e r overgenomen. De v l o e i s t o f waarmee gewerkt wordt k a n a l s newtons beschouwd worden. Onder de heersende k o n d i t i e s (Re — 10^) mag dan i d e a l e menging v a n de v l o e i s t o f aangenomen worden.

I s b o v e n d i e n de v e r h o u d i n g H^/D^ n i e t t e g r o o t , dan z a l ook de-door t e l e i d e n l u c h t goed gemengd z i j n (geen p r o p s t r o o m ) . Goede menging v a n v l o e i s t o f i n een aërobe f e r m e n t o r i s b e l a n g -r i j k om t e m p e -r a t u u -r v e -r s c h i l l e n t e v e -r m i j d e n en zodoende een op-t i m a l e g r o e i op-t e m p e r a op-t u u r op-t e kunnen handhaven.

3

U i t g a a n d e v a n een b e n o d i g d volume v a n 155 m en van de volgende v e r h o u d i n g e n HT/ DT=2; DR/ Dt= 0 , 3 3 ; B/DT«0,1 l e v e r t d i t de v o l g e n d e a f m e t i n g e n : H^,= 9»24 ni DT« 4 , 6 2 m D «= 1,54 m(standaard z e s b l a d i g e Rushton R B « 0,462m t u r b i n e r o e r d e r ) 5 . 1 . 4 « Menging

De menging wordt g e k a r a k t e r i s e e r d door de m e n g t i j d . D i t i s de t i j d , d i e n o d i g i s om een i n h o m o g e n i t e i t o v e r h e t h e l e v a t t o t op m o l e c u l a i r e s c h a a l t e v e r s p r e i d e n .

Voor de b i o c h e m i s c h e r e a k t o r wordt o v e r h e t algemeen g e s t r e e f d n a a r m e n g t i j d e n van 10 a 60 seconden.

A l s de m e n g t i j d op 30 s g e s t e l d wordt, kan het t o e r e n t a l van de t u r b i n e r o e r d e r • o p o n d e r s t a a n d e w i j z e b e r e k e n d worden. V o l g e n s Voncken ( l i t . tz ) g e l d t : t = ^'^c' H i e r i n is *c de

c i r c u l a t i e t i j d .

\ V / 3\

Voncken g e e f t eveneens de r e l a t i e N . t « , (mits Re>10 ) 11. en g e l d i g v o o r Newtonse v l o e i s t o f f e n en s t a n d a a r d t u r b i n e r o e r d e r . Na b e r e k e n i n g v o l g t v o o r h e t t o e r e n t a l : N = 1,67 s "1.

Het benodigde vermogen kan berekend worden niet de r e l a t i e :

P = P . / 0 . N5. D J 12. ( l i t . $ ).

o / R -— ' . P = 6 , 3 voor z e s b l a d i g e t u r b i n e r o e r d e r s i n d i e n Re>10 .

° p.Dp.N

Re - ~ ~ l i

-Daar h e t s u b s t r a a t s l e c h t s 4 , 8 5 $ d.s. bevat worden voor/? en tO

3 3 -3 2

de waarden v a n w a t e r genomen; d u s p » 10 kg/m ; ^ = 10 Ns/m D i t l e v e r t een R e y n o l d s g e t a l v a n : Re = 4» 1Q_«

Het vermogen i n o n b e l u c h t e t o e s t a n d b e d r a a g t :

P . 6 , 3 . 1 05. ( 1 , 6 7 )5. ( 1 , 5 4 )5 = 254 kW

Wanneer l u c h t d o o r g e b l a z e n wordt d a a l t h e t benodigde vermogen a a n z i e n l i j k .

D i t i s t e berekenen v i a de r e l a t i e v a n M i c h e l en M i l l e r ( l i t . 13 )•

( P2. H . B ' ) ° > «

P gas — " ° '7 0 6 \ JA"

vi,

Y o o r ^ wordt h i e r 1vvm( Ivolume l u c h t per volume s u b s t r a a t per min) genomen.

(fi • x. 120 m^/min - 2 m^/s.

I n v u l l e n i n v g l . 14. l e v e r t v o o r h e t b e g a s t e vermogen:P = 9 7 , 9 kW S t e l de motor efficiëntie op 9 0 $ .

Dan i s h e t benodigde vermogen van de r o e r m o t o r : P . * 109 kW. motor

5 . 1 . 5 . S t o f o v e r d r a c h t

H i e r o n d e r wordt i n g e g a a n op wat de s n e l h e i d s b e p a l e n d e s t a p i s b i j z u u r s t o f o v e r d r a c h t van de l u c h t b e l n a a r de g i s t .

O

5.4

Daar h e t m.o. z i c h i n de v l o e i s t o f f a s e b e v i n d t , moet de z u u r s t o f d o o r twee g r e n s v l a k k e n g e t r a n s p o r t e e r d worden; n l . g a s / v i s t en v i s t / v a s t . De v l o e i s t o f i s i d e a a l gemengd v o o r Og»

I n d i e n e v e n w i c h t b e s t a a t t u s s e n gas en v i s t op h e t b e l opp. wordt de o v e r a l l stofoverdrachtscoëfficiënt gegeven door»

1 1 1

— K — + rr~r met H » k o n s t a n t e van Henry I S .

iY JC- JdLcK

1 g Y o o r h e t s y s t e e m z u u r s t o f / w a t e r i s H g r o o t , t e r w i j l b o v e n d i e n k ^ > k i s , z o d a t p r a k t i s c h de g e h e l e w e e r s t a n d v o o r s t o f o v e r g i -d r a c h t i n -de v l o e i s t o f f a s e l i g t .

Men mag op b a s i s h i e r v a n aannemen, d a t op h e t g r e n s v l a k g a s b e l / v i s t . een Og c o n c e n t r a t i e h e e r s t , d i e i n e v e n w i c h t i s met de

>2

0o c o n c e n t r a t i e i n de g a s f a s e ( b i j 30 °C en 1 a t a i s d i t 7»6 ppm).

De i n v l o e d v a n de g i s t op de f y s i s c h e e i g e n s c h a p p e n v a n h e t c u l t u u r m e d i u m hangen a f van hun g r o o t t e en c o n c e n t r a t i e . Voor de h i e r beschouwde verdunde o p l o s s i n g met e i g e n s c h a p p e n a l s w a t e r g e l d t g l o b a a l : b e l d i a m e t e r d, = 3 . 10~3 m Sc * 10 - 6 gem. d i a m e t e r g i s t d ^ « 5« 10~ Re - 100 h o l d up l u c h t & = 0 , 2 5 P = 1 05 kg/m5 z I v i s t -z p d i c h t h e i d g i s t =1030 kg/nT y y l g t = 10"*pNs/m

De stofoverdrachtscoëff. v o o r een b e l i s dan t e s c h a t t e n met: Sh - 2 , 0 + 0 , 6 9 Re^ . S c1^5 b i j Scj>0,7 en R e < 1 05 JI6.

S u b s t i t u t i e v a n bovenstaande waarden l e v e r t :

1) de waarde van k.. wordt v o o r n a m e l i j k bepaald door c o n v e k t i e

i 1/3

d i c h t b i j h e t g r e n s v l a k ; Sh = 0 , 6 9 R e2 Sc ' * D i t komt goed

o v e r e e n met de r e l a t i e g e b a s e e r d op de p e n e t r a t i e t h e o r i e : Sh = 1,13 Re"8" S c * . V7_.

2) voor k l e i n e organismen i s het c o n v e k t i e v e t r a n s p o r t van de b u l k i n de v i s t . n a a r h e t g i s t opp. r e l a t i e f o n b e l a n g r i j k ; k ^s mag g e s c h a t worden met Sh s 2,0

3) U i t de v e r g e l i j k i n g e n en J_7_. v o l g t d a t :

r-^fi ^ m 1 0 *2- 10~4 aangenomen, d a t e r b o l g e o m e t r i e i s .

k, • a, I s I s

Dus, wanneer a g g l o m e r a t i e v a n de g i s t n i e t voorkomt z a l de v l o e i s t o f f i l m w e e r s t a n d aan h e t g a s g r e n s v l a k de z u u r s t o f o v e r -d r a c h t n a a r -de v l o e i s t o f l i m i t e r e n .

R e i t h ( l i t . /^) g e e f t de v o l g e n d e r e l a t i e v o o r de gemiddelde S a u t e r d i a m e t e r : _ ^„

, i s h e t t o t a l e vermogen wat aan de f e r m e n t a t i e v l o e i s t o f t o t

wordt o v e r g e d r a g e n ; d i t omvat de mechanische i n p u t t . g . v . r o e -r e n ( P g ^o) en de g e d i s s i p e e r d e e n e r g i e v a n de g a s d o o r l a a t ( P ^ ^cja^ )

De l a a t s t e term wordt onder 5 . 1 . 6 . 2 . berekend.

Pt o t . 142 kW ; Pt o t/ V •= 1.2 kW/m5; dg = 3 , 5 - 10"5m

I n h e t v e r v o l g wordt een gemiddelde d i a m e t e r van 4 mm voor de l u c h t b e l l e n aangenomen. 5 . 1 . 5 « I B e r e k e n i n g van k^ en a M i d d l e t o n , S m i t h en Van ' t R i e t geven de v o l g e n d e r e l a t i e v o o r kn . a ( l i t . / 5 " ) j , P N O , 4 7 5 n . k r a - 0 , 0 2 j - f S S J . (V b) 0 , 4 ^

( v o l g e n s Van ' t R i e t g e l d i g v o o r g r o t e app. en Newtonse v i s t . ) . De superficiële g a s s n e l h e i d i s t e b e r e k e n e n v o l g e n s : v - -S- « -77—2 = 0 , 1 2 m/s s opp 77/4DT -1 t— -1 I n v u l l e n i n v g l . J_9_. l e v e r t : k .a = 0,208 s I n d i e n a b e r e k e n d wordt met: 6 . 6 . 0 , 2 5 , ,c 2, 3 a = — r - = *—? - 375 m /nT Q 4 . 1 0 "p l e v e r t d i t v o o r de stofoverdrachtscoëff.: k^ = 5 , 5 5 « 10""^m/s B e r e k e n i n g v a n k^ v o l g e n s r e l a t i e s v a n Van D i e r e n d o n c k ( l i t . / ^ ) . g e l d i g v o o r g e r o e r d e g a s b e l w a s s e r s l e v e r t een v e e l hogere waarde op v o o r k^; n l . 2 8, 4 10~^m/s; deze r e l a t i e i s e c h t e r n i e t g e t e s t v o o r z u l k e g r o t e v a t a f m e t i n g e n a l s h i e r aan de o r d e . O

B e r e k e n i n g van k^ v o l g e n s h e t H i g b i e model ( l i t . ty) g e e f t ~ g e l i j k e waarden v o o r k^; n l . 4*4« 10"4 m/s.

I n h e t v e r v o l g wordt g e r e k e n d met een waarde vans k^»a=o,208. Het b l i j f t e c h t e r een v r i j a r b i t r a i r e aanname, wanneer geen

e x p e r i m e n t e l e gegevens v o o r h a n d e n z i j n .

5.2. B e r e k e n i n g z u u r s t o f t r a n s p o r t

Voor h e t z u u r s t o f t r a n s p o r t kan men s c h r i j v e n : R o k . a (C*- C ) 20.

* 2

C i s de c o n c e n t r a t i e van Op, d i e de v i s t . zou hebben, i n d i e n e v e n w i c h t b e s t o n d met de l u c h t b e l .

Z o a l s boven r e e d s v e r m e l d , mag v o o r C de waarde 7,6 mg/l genomen worden b i j 30 °C en 1 atm.

Voor C, wordt een waarde van 1 ppm aangenomen. D i t l e v e r t : R = 0,208 , ( 7 , 6 - l ) . 1 0 "5 = 1,37-Ï0"5k g 0p/m5s

U2

Voor de h e l e f e r m e n t o r g e l d t :

RQ - 1,37.10~5. V ( = 1 1 8,75) - 0,163 kg 02/ s

5.3 Berekening z u u r s t o f opname door g i s t

Wanneer l a k t o s e g e h e e l v e r b r a n d w o r d t , g e l d t : C1 2H2 2° 1 1 + 1 2 02 — » 1 2 C 02 + 1 1 H2 ° + A H r A Hr= 1 3 5 0 k c a l / m o l . E m p i r i s c h i s gevonden, d a t 1 k g l a k t o s e g e m i d d e l d 500 gr c e l -m a t e r i a a l l e v e r t + 2000 k c a l . B i j v e r b r a n d i n g van 1 k g(=3-mol) komt dus 4050 k c a l v r i j .

Aan z u u r s t o f i s per k i l o l a k t o s e 1,5 . 12 mol 02 n o d i g

«18 mol 02 (komt o v e r e e n met 2,4 mg 02/ g d . s . m i n . ) .

Aan z u u r s t o f i s n o d i g : V. C ^ .0 , so«18= 1 1 8,75» 4 2 , 3 _0 -,,6 k 0 / -C 3 6 0 0 . 6 _l— 2 D i t l i g t i e t s onder de h o e v e e l h e i d g e t r a n s p o r t e e r d e z u u r s t o f ; e r i s dan ook de v o o r z i c h t i g e k o n k l u s i e g e t r o k k e n , d a t de z u u r s t o f o v e r d r a c h t n i e t l i m i t e r e n d i s v o o r de g r o e i van g i s t .

5 . 1 . 6 . K o e l i n g

De warmtebalans o v e r de f e r m e n t o r l u i d t : dT

V . p . . TJ-J: =*0=warmte p r . door g i s t + warmte p r . r o e r e n + warmte pr» g a s d o o r l a a t - k o e l i n g v i a wand - k o e l i n g s p i r a a l . De e e r s t e v i e r termen v a n deze b a l a n s z i j n t e berekenen» h i e r

-u i t v o l g t dan h e t benodigde k o e l o p p e r v l a k .

5 . 1 . 6 . 1 . Warmteproduktie door de g i s t

Van de t o e g e v o e r d e s u i k e r s wordt g l o b a a l 50$ v e r b r a n d ; per k g l a k t o s e l e v e r t d i t - 2000 k c a l .

T o t a l e h o e v e e l h e i d l a k t o s e : V. C ; o m z e t t i n g s t i j d 6 uur.

80

W a r m t e p r o d u k t i e i s : V. C

^ - J g § § - 2000 = 465 k c a l / s . D i t komt o v e r e e n met een p r o d u k t i e v a n 1948 kW.

5 . 1 . 6 . 2 . Warmteproduktie t.g.v. r o e r e n en l u c h t d o o r l a a t

Men k a n s t e l l e n d a t h e t aan de r o e r d e r a s a f g e g e v e n vermogen u i t e i n d e l i j k g e h e e l a l s warmte v r i j komt; d u s :

g e p r o d u c e e r d e w a r m t e / t i j d s e e n h e i d = motorverraogen(kW). e f f i c i e n c y . D i t l e v e r t v o l g e n s v g l . _1^. 97»9 kW.

De h o e v e e l h e i d g e d i s s i p e e r d e e n e r g i e t . g . v . h e t d o o r b l a z e n

van l u c h t k a n b e r e k e n d worden v i a een r e l a t i e v a n M i l l e r ( l i t . /& )

P. GV.R.T l n ( l + 2 1 . l u c h t M P„ ' — o w a a r i n G„ de m o l a i r e g a s s n e l h e i d ; P «druk boven i n f e r m e n t o r . M O p « 0,22 v o o r P « 1 , 2 . l 05N / m2 en H_-10m. G-.=^- « 0,08 k m o l / s . V ' T 0 Vm o l U i t r e k e n e n l e v e r t : P, , ,« 44kW l u c h t

5.8 5 . 1 . 6 . 5 » Warmteverlies v i a de f e r m e n t o r w a n d Het w a r m t e v e r l i e s v i a de wand i s w a r m t e v e r l i e s d o o r v r i j e k o n v e k t i e . De g r o o t s t e w e e r s t a n d i s de w e e r s t a n d b i j t r a n s p o r t v a n de r e a k t o r w a n d n a a r de omgeving. De warmte- warmte-transportcoëff. v o o r v r i j e k o n v e k t i e k a n met o n d e r s t a a n d e r e l a t i e b e r e k e n d w o r d e n ( l i t . ) : Nu = 0 , 1 5 ( G r . P r )1/5 m i t s G r . P r> 1 08, dan i s de strom-i n g l a n g s de wan^ t u r b u l e n t . 2 2 . P r - 0 , 7 2 ; A•- 0,03W/»°C ; ^ ¡ ^ ^ 0 , 0 2 _ , . ^ 1 1 OC- 3 W/m2°C

Het w a r m t e v e r l i e s v i a de wand i s : 0 A.U^AT = 4 kW.

A T . 3 0 - 2 0 * 1 o ° c . r w a n d

5 . 1 . 6 . 4 . K o e l i n g door de k o e l s p i r a a l

U i t de warmtebalans k a n nu b e r e k e n d worden, h o e v e e l warm-te v i a de s p i r a a l a f g e v o e r d moet worden. d . ' . m d . , + d> + $ -4 ,» 1948+98+44-4 • 2086 kw ^ s p i r a a l ' g a s t / r o e r ' l u e h t 'wand y^ y B e r e k e n i n g v a n h e t w a r m t e w i s s e l e n d o p p e r v l a k : Ó . U.A..AT, ; 1 1' d 1 S p i r a a l I n ^ ^+ X + « 2

De warmteweerstand door de wand v a n de k o e l s p i r a a l i s v e r -w a a r l o o s b a a r . De -warmteoverdrachtscoëff. v a n h e t medium n a a r de koelwand k a n b e r e k e n d worden met: ( l i t . 8 )«

Nu- 1.51-.R.2/3. P rV 3 .v i0 , 4 A ) 0 . 5 ArO , 5 6 A ) 0 , 1 5 V i = r és 1 . •D' VD ' vDm y wand 4 ' 1 ° 6 Ä 0 ' 5 Ä ° ' 1 5 „ 0 41' Pr=7 V -<DT> -(D ^ • ° '4 1 D i t l e v e r t : O C ^ 3880 W/m2oC. O

Een z e l f d e type r e l a t i e k a n worden o p g e s t e l d v o o r de warmte-o v e r d r a c h t v a n de wand n a a r h e t k warmte-o e l w a t e r . ( l i t . ftf).

Nu= 0 , 0 2 7 . R e0*8. P r1/5 ( R e> 1 04e n P r> 0 , 7 ) 2±.

+ 3 /

S t e l h e t k o e l w a t r e v e r b r u i k i s - 350 m / h r , dan i s met een

5 s p i r a a l d i a m e t e r v a n 0 , 1 5 m i Re => 8 , 2 . 1 0 . D i t l e v e r t v o o r t f 2 1 0 . 1 0 5 w/m2°C. 2 o U k a n nu b e r e k e n d worden: U » 2 8 0 0 w/m C. De t e m p e r a t u u r v a n de f e r m e n t o r i s 30°C. Het k o e l w a t e r wordt opgewarmd v a n 2 0 naar 25°C. Het l o g a r i t m i s c h temperatuurver-s c h i l i temperatuurver-s dan; 1P^5___ 7 , 0

A T l n " I n 1075 ' ° ° '

Het benodigde k o e l o p p e r v l a k i s :

^ s p i r a a l 2 0 8 6 . 1 05 2

° I T A T ^ ~ " 2 8 0 0 . 7 , 5 * 1 0 2 m

Met een s p i r a a l d i a m e t e r v a n 0 , 1 5 m en een diameter van de w i n d i n g v a n 4 , 5 & z i j n 16 windingen n o d i g .

Het k o e l w a t e r v e r b r u i k b e d r a a g t :

S

_ S p i r a a l . 2 0 8 6 . 1 0 ^ 0 0 3 / h r

5.10

5 . 2 . Be Mengtank

3

V o o r de f e r m e n t o r i s p e r dag 475 m medium n o d i g . Aan het wei-permeaat moet i n de mengtank worden toegevoegds

> 0 , 3 $ ( N H4)2S 04 i B 1 4 2 5 k g p e r d a g

0 , 0 5 $ K2H P 04 i s 2 3 7 , 5 kg per dag

0 , 3 $ g i s t e k s t r a k t i s 1425 kg per dag

De o p l o s b a a r h e d e n van deze s t o f f e n i n h e t permeaat z i j n t o e r e i k e n d .

3

Voor de mengtank wordt een v a t met volume van 3 m genomen, u i t g e r u s t met een t u r b i n e r o e r d e r . Be m e n g t i j d wordt op 1/10 van de v e r b l i j f t i j d g e s t e l d . Het t o e r e n t a l en v e r m o g e n s v e r b r u i k wordt op d e z e l f d e m a n i e r b e r e k e n d a l s b i j de f e r m e n t o r . Be a f m e t i n g e n van h e t v a t z i j n : D„»1,24m; H^«2,48m; DR= 0 , 4 l m . De v e r b l i j f t i j d i s 545 seconden, •t - 5 4 , 5 s tc « tf f i/ 4 : - - 14 s; J - 2J6 • 1,3 s -1 D2 V * c Re , / ° ' *' R - 2 , 2 . 1 05; P c= 6 , 3 3 5

P - P ./O.N . D^ » . 0 , 2 0 kW. Met een motorefficiëntie van

O /

K

90$ i s h e t benodigde vermogen van de roermotor 0 , 2 3 kW. De t e m p e r a t u u r wordt op 50°C gehouden (komt overeen met de t e m p e r a t u u r van de U . F . ) .

5 . 3 . De U l t r a f i l t r a t i e

B i j d i t f y s i s c h c h e m i s c h s c h e i d i n g s p r o c e s wordt een s c h e i -d i n g teweeg g e b r a c h t t u s s e n -de e i w i t t e n en -de l a k t o s e . H i e r v o o r wordt een ABCOR f i l t e r g e b r u i k t .

Om een goede u i t w i s s e l i n g t e v e r k r i j g e n z i j n de k a n a l e n e r g smal ( 0 , 3 - 0 , 5 mm).

Tevens wordt e r v o o r g e z o r g d , d a t e r geen l a m i n a i r e s t r o m i n g i n de k a n a l e n o n t s t a a t ? e e n t u r b u l e n t e s t r o m i n g g e e f t een O

v e r m i n d e r d r i s i c o a a n eiwitopbouw en g e l l e r i n g op de mem-b r a n e n .

P e r dag moet 5 0 0 * 0 0 0 1 w e i worden v e r w e r k t . U i t de B o e r , H i d d i n k en Kooy ( l i t . ) v o l g t d a t v o o r n i e t i n g e d i k t e w e i de f l u x b i j een w e r k t e m p e r a t u u r v a n 5 0 ° C over h e t membraan

40 l/m h r i s .

Een U.F. module i s - 20 uur per dag i n b e d r i j f ; de r e s t e r e n d e O- ' t i j d d i e n t v o o r x^egeneratie en schoonmaakwerkzaamheden.

P e r u u r moet e r 5 0 0 . 0 0 0 = 2 5 . 0 0 0 1 w e i worden v e r w e r k t .

20

Het benodigde o p p e r v l a k wordt dan: A . 40 « 2 5 0 0 0

3 A - 625 m2

U l t r a f i l t r a t i e a p p a r a t u u r wordt a l t i j d i n modules met een b e p a a l d o p p e r v l a k g e l e v e r d . Voor de v e r w e r k i n g v a n deze

capa-2

c i t e i t wordt een module g e b r u i k t met o p p e r v l a k t e v a n 2 4 , 2 m ( l i t . *G) .

Het a a n t a l modules wordt d a n : 625 - 26 modules.

2 4 , 2 J O D 3 5«4» De m u l t i p l e e f f e k t verdamper

Neem a l s u i t g a n g s p u n t een d r i e e f f e k t s v e r d a m p e r . Met CJoatesiV P r e s s b u r g ( l i t . ^ / ) z i j n de o p p e r v l a k t e n v a n de e f f e k t e n t e b e r e k e n e n . De warmte v a n de stoom b r o n wordt door de verdampers i n s e r i e o v e r g e d r a g e n . U i t e i n d e l i j k wordt deze warmte i n

een c o n d e n s o r , d i e de damp v a n h e t l a a t s t e e f f e k t o n t v a n g t , aan h e t k o e l w a t e r a f g e g e v e n . E r w o r d t v a n u i t g e g a a n d a t geen k o o k p u n t s v e r t r a g i n g o p t r e e d t .

Het s e r i e w e e r s t a n d c o n s e p t mag worden t o e g e p a s t . Z q - Z A T / • ^

Om deze v e r g e l i j k i n g t e kunnen b e r e k e n e n , k a n g e b r u i k worden gemaakt v a n de s l e u t e l v e r g e l i j k i n g e n :

Zq » A

o . Z E 2 6 .

^ a v 51E b -"*-*

A

&v

=

g e m i d d e l d e l a t e n t e warmte v a n de damp(average l a t e n t h e a t ) b » (1+ 0,1 n ) ; ET OT = ( UO I A ) *1; ^a v -EE C ; \'SA.ZAT. B i j g e l i j k e o p p e r v l a k k e n i a 2A= n. A ^ . De o v e r a l l warmtetransportcoè'ff. i s ; 1 1 1 , 1 uo u1 u2 u3 Het s t o o m v e r b r u i k k a n u i t de o v e r g e d r a g e n warmte i n h e t e e r s t e e f f e k t g e s c h a t worden: _ „/\ \ / *\/ \ oo q i = « i . E( Aa v- Al 1( n- 1 ) / n ) 28.

Het s t o o m v e r b r u i k i s dan: S = qi/ ^ (A = l a t e n t e warmte stoom).

I s s De warmte ekonomie i s d a n : 2 E / s .

P e r dag wordt 95 m (=P) v e r g i s t m a t e r i a a l v a n 15$ d.s. v e r w e r k t . I n de e f f e k t v e r d a m p e r s wordt verdampt t o t 50$ d.s.

De p r o d u k t s t r o o m i s dan 2 8,5 m^/dag.

De h o e v e e l h e i d verdampt w a t e r b e d r a a g t dan: 6 6 , 5 m /dag(=ZE). E r w o r d t aangenomen, d a t de warmteoverdrachtscoëfficiënten van de d r i e e f f e k t e n een waarde hebben van a c h t e r e e n v o l g e n s : 3124; 1988 en1136 W/m2°C.

u i t g e g a a n i s v a n stoom van 1 atm. en 120°C ; aan het e i n d van h e t p r o c e s i s de damp 50°C en 0 , 1 3 atm. T^,» 30°C. Na b e r e k e n i n g volgt» Z A T = 70 °C TL 1 - 107,6 ° C ' A a v " 2>2*- l °6 jA g Z A - 43,91 m ( A1« A2- A3- 1 4 , 6 4 ) q1 - 5 , 9 4 kW As = 2,21 . 1 06j / k g q Het s t o o m v e r b r u i k i s dan: S = r — » 969 kg/hr.

\

De warmte ekonomie b e d r a a g t : —g— = 2 , 9 of 2 , 9 ' kg damp p e r k g stoom. Voor een o p t i m a l i s a t i e v a n h e t a a n t a l e f f e k t e n z i j n v a n b e l a n g de k o s t p r i j s v a n een e f f e k t en de k o s t e n v e r b o n d e n aan de beno-d i g beno-d e h o e v e e l h e i beno-d stoom.

P e r r y ( l i t . ^ ) g e e f t v o o r een e f f e k t een p r i j s v a n ƒ 2 5 0 0 0 , -I n b e g r e p e n z i j n dan de i n s t a l l a t i e , pompen, i s o l a t i e en bedie-n i bedie-n g s i bedie-n s t r u m e bedie-n t a r i u m .

De s t o o m k o s t e n v o o r LD-stoom b e d r a g e n - ƒ 1 0 , - / t o n stoom. U i t h e t a r t i k e l van C o a t e s v o l g t d a t v o o r é é n e f f e k t

de warmte ekonomie 0,8 k g damp/kg stoom i s . \ V o o r d r i e e f f e k t e n i s d i t 2^9«

V o o r v i e r e f f e k t e n k a n d e z e l f d e b e r e k e n i n g worden o p g e z e t a l s h i e r v o o r v o o r d r i e gedaan.

2

Het o p p e r v l a k wordt 13,6 m per e f f e k t . De h o e v e e l h e i d stoom wordt 870 k g / h .

De warmte ekonomie i s dan 3»43» «. Wanneer men de s t o o m k o s t e n u i t z e t t e g e n h e t a a n t a l e f f e k t e n

e v e n a l s de k o s t e n v a n de e f f e k t e n , v i n d t men een ekonomisch optimum. D i t i s h i e r gedaan v o o r 1, 3 en 4 e f f e k t e n onder de aanname van 300 werkdagen per j a a r en een a f s c h r i j v i n g i n 5 j a a r . e f f e k t e n stoom t o n / j a a r 1 25295 3 6978 • 4 5998 U i t g r a f i e k 1, b l i j k t , dat d r i e , v i e r en v i j f e f f e k t v e r -dampers geen s i g n i f i k a n t v e r s c h i l o p l e v e r e n i n de t o t a l e p r o d u k t i e k o s t e n .

H i e r i s dan ook gekozen v o o r de o p l o s s i n g met de m i n s t e i n v e s t e r i n g s k o s t e n : d r i e e f f e k t s v e r d a m p e r .

5«5» De s p r o e i d r o g e r

O .

P e r r y ( l i t . ^ ) g e e f t een a a n t a l e x p e r i m e n t e l e g r a f i e k e n met b e h u l p waarvan een s p r o e i d r o g e r zowel i n c a p a c i t e i t a l s i n k o s t e n b e r e k e n d kan worden.

O 3

De i n g a n g s s t r o o m v o o r de s p r o e i d r o g e r i s 28,5 m per dag met een d.s. g e h a l t e van - 50$* d.w.z. 14*250 kg g i s t c e l l e n . D r o o g c a p a c i t e i t p e r uur moet dan z i j n ; - 600 k g g i s t c e l l e n . Het benodigde volume h i e r v o o r b e d r a a g t 312 1.

De d i a m e t e r van de d r o g e r wordt 0 , 6 9 m.

Aangenomen wordt d a t de l u c h t binnenkomt met een t e m p e r a t u u r v a n 3 7 i ^0 en de s p r o e i d r o g e r v e r l a a t met een T van 93 °C.

O

5 . 6 . E f f e k t e n en s p r o e i d r o g e r voor opwerking c o n c e n t r a a t

Deze a p p a r a t u u r i s n i e t n a d e r b e r e k e n d v o o r de o p w e r k i n g van h e t c o n c e n t r a a t , wat u i t de U.P. s t a p komt, d a a r de p r i n -c i p e s h e t z e l f d e z i j n .

Wel z i j n de k o s t e n van deze a p p a r a t u u r b e r e k e n d , wat a l s v o l g t i s gedaan: a l s b a s i s z i j n de c a p a c i t e i t e n van m u l t i p l e e f f e k t en s p r o e i d r o g e r genomen, z o a l s h i e r b o v e n i s b e r e k e n d . De v e r h o u d i n g benodigde c a p a c i t e i t c o n c e n t r a a t en b a s i s c a p a c i -t e i -t v e r m e n i g v u l d i g d me-t de k o s -t e n v a n b a s i s c a p a c i -t e i -t l e v e r -t de k o s t e n . 3

C a p a c i t e i t M.E v o o r c o n c e n t r a a t : 14»15 m /dag (stroom i n van 25 m3/dag, d s . 2 1 , 7 $ ; stroom u i t van 10,85 m3, d s. 5 0 $ ) .

C a p a c i t e i t s p r o e i d r o g e r v o o r c o n c e n t r a a t : 5»14 m3/dag ( s t r o o m

i n van 10,85 m3/dag, d s . 50$j stroom u i t van 5»71 m3» d s . 95$ )

O m r e k e n i n g s f a k t o r m u l t i p l e e f f e k t ; ''^''"'ip' ** 0,21 O m r e k e n i n g s f a k t o r s p r o e i d r o g e r : 5« 14 n. T B

1 3 , 5 0 " 0 , 5 0

5.7• De p l a t e n w i s s e l a a r

De kenmerken van een p l a t e n w a r m t e w i s s e l a a r z i j n een g r o o t warm-t e w i s s e l e n d o p p e r v l a k / v o l u m e w i s s e l a a r en z e e r hoge warmwarm-teover- warmteover-drachtscoëfficiënten.

5 . De stromen l o p e n l a n g s de p l a t e n , d i e zo g e k o n s t r u e e r d z i j n , d a t maximale u i t w i s s e l i n g m o g e l i j k is» Z i e f i g u u r 4 . u i t : Thermal handbook ( l i t . X3 ) f i g u u r 4 M e e s t a l z i j n e r d r i e d e l e n t e o n d e r s c h e i d e n f a. k o e l i n g b. r e g e n e r a t i e c. opwarming Wanneer e r z o a l s b i j deze w e i v e r w e r k i n g wordt g e p a s t e u r i s e e r d , kan de w a r m t e w i s s e l a a r ook i n deze d e l e n worden o n d e r s c h e i d e n . De b e i d e p a s t e u r i s a t i e s t a p p e n ( v o o r de U.F.; na de mengtank) worden i n een w a r m t e w i s s e l a a r o n d e r g e b r a c h t ,

P a s t e u r i s a t i e v o o r de U . P . J temp. w e i s t r o o m / i n : 20 °C. temp. w e i s t r o o m / u i t : 50 °C. p a s t e u r i s a t i e temp.: 72 °C. P a s t e u r i s a t i e n a mengtank : temp. medium/in : 50 °C. temp. medium/uit : 30 °C. p a s t e u r i s a t i e temp.: 72 °C. I n een schema wordt d i t : 20 —» 72 -—» 50 F1 = 500 m^/dag

50 - * 72 —» 30 P2 - 475 m5/dag

De warmte v a n s t r o o m P2 d i e v r i j k o m t b i j a f k o e l i n g v a n

72 naar 30 C wordt g e b r u i k t om stroom P^ op t e warmen o

van 20 naar x C.

Evenzo: de warmte v a n s t r o o m F^ d i e v r i j k o m t b i j a f k o e l i n g van 72 naar jj( C wordt g e b r u i k t om s t r o o m P2 op t e warmen

B e r e k e n i n g van x: 4 7 5 . ( 7 2 - 3 0 ) - 5 0 0 . ( x - 2 0 ) j x « 60 C

De andere stroom d a a l t i n t e m p e r a t u u r van 72 naar ^°C~y^ •

Met een efficiëntie van 92$ betekent d i t , dat y2= 6 6 , 6 ° C .

K e t r e g e n e r a t i e schema w o r d t dan u i t e i n d e l i j k : l20 6 0 ~ 7 \ 72 — 30

50 6 6 , 6 \ 72 — 5 5 F1

De k o n k l u s i e s van d i t schema z i j n :

1) beide stromen moeten worden opgewarmd» van 60 — 72 (P^) en van 6 6 , 6 — 72 (Fp)«

2) de stroom moet van 55°C naar 50 C worden g e k o e l d .

B e r e k e n i n g b e n o d i g d opp. v o o r de r e g e n e r a t i e ; a)

AT,*

U.A.AT ~<f> .p.C .AT ; U-3500 W/m2°C

I n rv . 1 7 5/ 2 4 . ? 6 0 Q ) . 1 0 ^ 4;2 . 1 Q5. 4 2 2 A 3 5 0 0 . 10,97 • * b) 12=10- 10 f97 oc In' I n 1,2 ^ T l n "5 , 1 9 C* A • 2 3 , 4 2 m B e r e k e n i n g b e n o d i g d opp. v o o r h e t a f k o e l e n ; AT I n 3 0 , 5 ° C . A - 1,17 m

Aan k o e l w a t e r i s n o d i g : ^ O .c .AT = P..0 .0 .AT.

0 'v,k < w p 1 l w p

5.17

B e r e k e n i n g b e n o d i g d opp. v o o r h e t opwarmen;

3 o a) s t r o o m F. »=500 m /dag van 60 naai' 72 C

b) s t r o o m F2« 4 7 5 m /dag van 6 6 , 6 naar 72 C.

D i t wordt g e r e a l i s e e r d m.b.v. L.D. stoom, d i e wordt geconden-s e e r d . De c o n d e n geconden-s a t i e w a r m t e van geconden-stoom i geconden-s 2100 k j / k g geconden-stoom.

a /stoon a ,6 ^ - 5 0 0 / 2 4 . 1 05. 4 , 2 . 1 03. 1 2 - ^s t 0 Q m« 2 1 0 0 . 1 0; /stoom^ 5 15 kg /hr {^w 3 . 1 05j / s \ < * 4 7 5 /24 . 1 05. 4 , 2 . 1 05. 5 , 4 - ^ 8 t o o a ' 2 ,1 -1 0 ^stoom* 220 k g / h r 1 , 2 8 . 1 05j / s

V o o r een w a r m t e w i s s e l a a r met een f a s e o v e r g a n g mag v o l g e n s Stammers&Smith ( l i t . ) d e z e l f d e b e r e k e n i n g s w i j z e worden t o e g e p a s t a l s b i j e e n f a s i g e s y s t e m e n , a) b) lt>o tot tOo tOo 6iè w = ü. A .AT. a I n A Tl n~ 5 1 , 0 9 WC . 1,18 m U i t h e t l'hermal H a n d b o o k ( l i t . £3 ) v o l g t , d a t v o o r deze c a p a c i t e i t h e t t y p e P-14 het g e s c h i k s t i s . Het oppervlak

2 p e r p l a a t i s 0 , 3 2 m . Het a a n t a l benodigde p l a t e n i s s r e g e n e r a t i e 1 a) 82 b) 73 k o e l i n g ; 4 opwarming» a) 8 b) 4

J r 18. •»

5.8. De c e n t r i f u g e ( z e l f l o s s s n d e s c h o t e l c e n t r i f u g e )

Voor een k l e i n d e e l t j e i n een c e n t r i f u g e k a n worden aangenomen, d a t de S t o k e s r e l a t i e de s n e l h e i d i n r a d i a l e r i c h t i n g r e d e l i j k b e s c h r i j f t ! r . o f r P g - P v l s t U d ) *

V

De r a d i a l e a f s t a n d , d i e door een d e e l t j e w o r d t a f g e l e g d i s : l n 11 m ^ ( V P v l 3 t ) ( , d )2 V l n ^ 18.¿7 g ' 7 v 1 1 De k r i t i s c h e d i a m e t e r d^ w a a r b i j d e e l t j e s k l e i n e r dan d^ i n de v l o e i s t o f a c h t e r b l i j v e n wordt gegeven d o o r : « ^ g r v l s t ^ rrr2« d i k t e v l s t < l a a g V g l . ¿ 2 . k a n g e s c h r e v e n worden a l s ^

w a a r i n v. « .((?S„..^Y!gs^) • & • k r=de s n e l h e i d v a n een d e e l t j e i n 2 / een g r a v i t a t i e v e l d .

Z i s een k a r a k t e r i s t i e k e g r o o t h e i d v a n de c e n t r i f u g e en n i e t van h e t t e s c h e i d e n s y s t e e m . Voor de s c h o t e l c e n t r i f u g e g e l d t :

3 3

t= 2 . n . - n (r2 "rl ) t o2 . , . . . , , . 3 4 .

2. - ~ï tan JT-— w a a r i n n=aantal s c h o t e l s min 1

j>.g. an r ©ar „buiten en b i n n e n s t r a a l s c h o t e l _/L = hoek van de s c h o t e l s . B e r e k e n i n g : (j)^ 2 v^.ZL <^.« 5»5«10" m/s / g e v i s t " 3 0 W f f l 3 d. = 10"6m k fj = 1 0 "5 N s / i I n v u l l e n i n v g l . v o o r l e v e r t : » l6,3«10"^m/s Met v a s t s t a a n d e ^ en i s Z t e b e r e k e n e n v i a v g l . 33 «

M e t Z v e r k r i j g t men een t h e o r e t i s c h e waarde g e b a s e e r d op de

g e o m e t r i e . De e x p e r i m e n t e e l b e p a a l d e Z. kan a a n z i e n l i j k a f w i j k e n .

^ _ - 3 ,2

5.19

Daarom wordt Z. met een efficiëntie f a k t o r v e r m e n i g v u l -d i g -d , -d i e m e e s t a l i n -de or-de g r o o t t e van - 55$ l i g t .

^ f - = o, 5 5 2

t

I n v u l l e n l e v e r t i Z. « 3 0 . 1 0 ^ m^

Met een c e n t r i f u g e met ongeveer 100 s c h o t e l s (diameter 24 cm) en t o e r e n t a l v a n - 6500 rpm i s d i t h a a l b a a r . De a f s t a n d

t u s s e n de s c h o t e l s b e d r a a g t een paar m m . ( l i t . ) . Voor de s c h e i d i n g v a n g i s t e n van een medium i s de z e l f l o s -sende e c h o t e l c e n t r i f u g e een geëigend a p p a r a a t ; 15?» d.s. i s goed h a a l b a a r .

e n e r g i e b e h o e f t e ; Voor " n o z z l e d i s c h a r g e c e n t r i f u g e s " b e d r a a g t de benodigde e n e r g i e g l o b a a l 15 t o t 40 kW-hr per t o n a f g e s c h e i d e n v a s t e s t o f d o o r de n o z z l e s . ( l i t . stx) H i e r wordt 25 kW.hr/ton g i s t aangenomen.

A f v o e r s t r o o m i s 95 m met d.s. van 1 5 $ . D i t komt o v e r e e n met 0 , 1 5 . 9 5 . 1 0 ^ /24 = 594 kg/hr. E n e r g i e v e r b r u i k p e r u u r : ¿24 . 25 ~ 14,85 kff.hr. 1 05 A f v a l w a t e r De a f v a l w a t e r s t r o o m u i t de c e n t r i f u g e b e d r a a g t 380 m^/dag. Het BOD g e t a l i s g l o b a a l 4000 mg/l.

D i t komt o v e r e e n met 22500 I.E. per dag.

i n b i j l a g e 4 g e s p e c i f i c e e r d e k o s t e n : 1. De i n v e s t e r i n g s a f h a n k e l i j k e k o s t e n , r e n t e , a f s c h r i j v i n g ( 1 5 j a a r ) , vormen t o t a a l 1J$ van de i n v e s t e r i n g s k o s t e n . 0,13 • 17.680.000 - ƒ2.299.000,-2 . De p r o d u k t i e a f h a n k e l i j k e kosten» •= -3.335*000,-5 . De l o o n k o s t e n : •* - 263.000,-4 . Onderhoud» - - 900.000,-5« Algemene bedrijfskosten» g - 400.000»t o 400.000»t a a l ƒ 7 . 1 9 7 . 0 0 0 , -J a a r l i j k s e p r o d u k t i e w e i e i w i t : 1800 t o n met e i w i t g e h a l t e van - 5 0 $ ; d i t g e e f t 900 t o n e i w i t ( l 0 0 $ ) per j a a r .

J a a r l i j k s e p r o d u k t i e aan gedroogde g i s t : 4500 t o n met

een g e h a l t e aan e i w i t v a n - 50$ ; d i t l e v e r t 2250 t o n e i w i t per j a a r .

T o t a l e j a a r l i j k s e e i w i t ( l 0 0 $ ) p r o d u k t i e : 3 1 5 0 . 0 0 0 k g . De p r i j s p e r k g i s dan: 7 . 1 9 7 . 0 0 0 / 3 1 5 0 . 0 0 0 = ƒ 2,28

7.1

7• A l t e r n a t i e v e processen

7•1• V e r a n d e r i n g van de g r o n d s t o f wei

B i j d i t v o o r o n t w e r p i s e r v a n u i t g e g a a n , d a t de w e i v e r w e r k i n g r e c h t s t r e e k s aan een k a a s f a b r i e k wordt g e k o p p e l d , d i e een wei p r o d u k t i e h e e f t van ongeveer 500 ra^/dag.

Wanneer e r wordt u i t g e g a a n van een c e n t r a l e w e i v e r w e r k i n g door. een a a n t a l k a a s f a b r i e k e n , z a l h e t vanwege de v e r v o e r s k o s -ten r e n d a b e l e r z i j n om de w e i t o t een b e p a a l d p e r c e n t a g e i n te dampen. D i t g e e f t v o o r de u l t r a f i l t r a t i e een a a n z i e n l i j k e b e s p a r i n g ( z i e t a b e l 1 ? l i t . ). i Tabel 1

Vergelijking van de met de ultrafiltratie samenhangende kosten bij verschillende drogestofgehalten van de uitgangswei. In de totale kosten zijn de extra kosten voor het indampen van waswater, de besparingen die kunnen worden verkregen door de toepassing van omgekeerde osmose in plaats van indamping en de extra kosten voor aanvoer van wei met een drogestofgehalte van minder dan 2 5 % .

drogestof-gehalte uitgangswei

(%)

kosten U F besparing door omgekeerde osmose kosten indampen waswater ( c t / k g d r o o g W E C ) ( c t / k g d r o o g W E C ) ( c t / k g d r o o g W E C ) W E C 3 7 W E C 65 W E C 37 W E C 65 W E C 37 W E C 65 voorlopige totale kosten (ct/kg droog W E C ) W E C 37 W E C 65 extra transport-kosten (ct/kg droog W E C ) W E C 37 W E C 65 totale kosten incl. transport ( c t / k g d r o o g W E C ) W E C 37 W E C 65 5,5 11 20 25 25* 65 43 35 34 33 158 111 97 94 91 11 2 7 10 21 65 158 27 37 102 10 35 104 2 37 104 -33 112 2 50 18 3 92 47 37 37 35 208 1 120 107 104 112 •alternatieve processchema's, -1

Gehanteerde tarieven: kosten omgekeerde osmose van wei tot een drogestofgehalte van 11 % : 'f 8, — per ton verwijderd water, kosten indampen: f 10, — per ton verwijderd water, transportkosten: / 6, — per ton,

exploitatiekosten ultrafiltratie-installatie: f 0,30 per m2 membraanoppervlak per

uur. Hoe d i t v o o r de f e r m e n t o r l i g t , k a n n i e t d i r e k t worden gezegd. V o l g e n s V a n a n u v a t l i g t b i j f e r m e n t a t i e h e t o p t i m a l e g e h a l t e aan l a k t o s e b i j 2 ^ . ( l i t . ^ ) . B i j hogere k o n c e n t r a t i e s z o u de z u u r s t o f v o o r z i e n i n g o n t o e r e i k e n d worden. D i t r e s u l t e e r t dan i n l a g e r e y i e l d a v e r g e -l e k e n met d i e v a n -l a k t o s e v a n 2ia,

De f e r m e n t o r wordt h i e r v o o r twee v e r s c h i l l e n d e d s . ge-h a l t e s i n de w e i b e r e k e n d ; n l . a. 2 , 6 $ ; ( 5 , 7 5 $ ) »h.11$ . D i t g e e f t voor de l a k t o s e koncen-t r a koncen-t i e s ; a. 2 $ ; ( 4 , 2 3 $ ) ; b . 8 , 4 6 % De p e r c e n t a g e s t u s s e n h a a k j e s z i j n d i e , waarmee i n d i t voor» ontwerp g e r e k e n d i s en z i j n v a n onverdunde w e i .

E r wordt een v e r b l i j f t i j d v a n 6 u u r aangenomen.

a. 2 $ l a k t o s e ; Ó = 4 ^ P . 475 - 1005 m5/dag- 4 1 , 87 m5/n. V m 251 var (4t25?6 l a k t o s e ;

f^ff

.475*»

475 m3/dag y 1 1 8,75 m5) b. 8, 5 $ laktose;© =. 4 J 2 3 o , / - 3 / J n o c 3 ' rv " f t F » 475= 236 m /dag « 9»85 n r / h . De y i e l d is» b i j 2$ l a k t o s e ; Y . 0 , 7 2 5 -SIu ( b i j 4 , 2 3 $ l a k t o s e ; Yg m= 0 , 5 ) b i j 8,6$ l a k t o s e ; Yg n= 0,3 De g i s t c o n c e n t r a t i e s worden» a. C = 1 4 . 5 kg/m5 3 ( Cn- 21,15kg/m; >) b. Cm= 25,38 kg/m5

De o p b r e n g s t aan p r o d u k t p e r dag wordt»

a. 14»57 t o n gedroogde g i s t c e l l e n / d a g (14»25 t o n gedroogde g i s t c e l l e n / d a g ) b. 6, 0 t o n gedroogde g i s t c e l l e n / d a g De m e e r k o s t e n v o o r h e t indampen, c e n t r i f u g e r e n en g r o t e r f e r m e n t o r v o l u m e v o o r a l t e r n a t i e f a . d o e t deze m o g e l i j k h e i d a f v a l l e n .

Wanneer de w e i i n g e d i k t a a n g e v o e r d wordt n a a r een c e n t r a l e w e i v e r w e r k i n g s f a b r i e k moet a l t e r n a t i e f b. overwogen worden.

Ten o p z i c h t e v a n n i e t i n g e d i k t e w e i( 5 , 7 5 $ ) l e v e r t d i t b e s p a r i n g e n op aan t r a n s p o r t en u l t r a f i l t r a t i e k o s t e n . Wanneer men de i n d a m p k o s t e n , d i e vóór h e t t r a n s p o r t gemaakt moeten worden l a a t w e g v a l l e n t e g e n de e x t r a i n d a m p k o s t e n van n i e t i n g e d i k t e w e i na de v e r g i s t i n g ( v e r g e l e k e n met

f e r m e n t a t i e v a n i n g e d i k t e w e i ( m u l t i p l e e f f e k t en s p r o e i d r . ) , kan m en a l s v o l g t kiezen»