Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Теоретическое и экспериментальное обоснование эффективного тепломассообмена при твердофазной ферментации грибных средств защиты растений

ВАК РФ 03.00.23, Биотехнология

Автореферат диссертации по теме "Теоретическое и экспериментальное обоснование эффективного тепломассообмена при твердофазной ферментации грибных средств защиты растений"

НА7ЧН0-ИС СЛЕДОВ АТЕЯЬСКИЙ ПТОЕКТНО-КОНСТГУКТОРСКИЙ ■ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНОЙ БИОХИМИИ

РГО сд

На правах рукописи

ФАТУЕВА ГАЛИНА ГВОРГИША

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ И ЭКШЕРИМШТАЯЬНОЕ ОБОСНОВАНИЙ ЭФФМТИШОГО ТЕПЛОМАССООБМЕНА ПРИ ТВЕРДОФАЗНОЙ ФЕРМЕНТАЦИИ ГРИБНЫХ СРЕДСТВ ЗАЩИТЫ РАСТЕНИЙ.

Специальность 03.00.23 - биотехнология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1993 г.

Работа выполнена в институте. Биотехнологии и биофармации АО " Биотехнология "

Научные ~руководИ1шш : доктор технических наук.. Матвеев Более 3$имовиз. кандидат биологических наук Бальвидио Шявс Юоаович

Официальные оппоненты : доктор технических лаук, профессор Винаров Александр Юрьевич доктор биологических наук, профессор Кислухина Ольга Владимировна

-Ведущая, организация Московская Государственная академия химического машиностроения.

Защита состоится 199 г. в . /о- . чдс

на ааседании специализированного совета 0*98.07.01 Научног-иосдедо-вательского проектно-конструкторского института прикладной биохимии.

Отзывы на автореферат,заверенные печатью,просш направлять по адресу: 125299, Москва, ул.К.Цеткин, д. 4/6» НШЙиохиммавшроект, ученому секретарю.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИЙбиохимиаш-проекта.

Автореферат разослан /О ¡ЛМЛЩЭчА 199 4 г.

. Ученый секретарь Специализированного совета . И.И.1Усева

кандидат биологических наук

-о -

• ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В решении продовольственной прзблскы Важное место, занимает средства защиты растений, от эффективности которых во многом зависит урожай сельскохозяйственных культур и аго сохранность» . . ......

. Современная служба защиты растений и животных от вредителей и болезней базируется преимущественно на применении пестицидов химического синтеза.....

Однако,несмотря .на их массированное использование потери ми-, рового сельского хозяйства не снижаются,а возрастает?. При этом отмечается ухудшение экологического состояния агробиоценозэв и загрязнение продуктов питания остаточными количествами пестицидов.

Особенно резко обострилась проблема сохранения урожая в закрытом грунте.в связи с необходимостью многократной обработки растений химическими средствами.

В связи с этим органы здравохранения ставят, .задачу максимально совратить количество химических препаратов дая защиты растений в теплицах и замены их биологическими и микробиологическими средствами, позвашздивд не. только защитить урожай, но и получить экологически чистую продукцию.

3 список разрешенных к применению в странах СНГ биопрепаратов включены песгициды грибдой природы, получаемые на основе живых спор несовершенных грибов родов ТиекоЛсгтл, В>о^еп'а^Лг^сс^¿ит

... Наиболее эффективным способом получения вышеупомянутых микро-мицетоз является твердофазный.Однако, сдерживающим фактором в создании производств является отсутствие целенаправленных технологических разработок л оборудования, которые обеспечивали бы-лолучение биопрепаратов требуемого качества при минимадьных-затратах...

Результаты многочисленных исследований указывает «что одними

из наиболее актуальных являются вопросы тепломассообмена меаду культурой ыикроыицетов и окрунапцей средой, от решения которых во многом зависит.получение биопрепарата,с.требуемыми~свойствамп.

Цель к задачи . к с с л "е я о в а ,н и й. .Цель настоящей работы заключается в проведении комплекса исследований,обеспечивающих теоретическое и экспериментальное обоснование эффективного

тепломассообмена цри ТФФ грибных средств защиты растений (G3P).

•

В соответствии с поставленной целью нами решались следующие задачи:.. .-•■•-

- проводился статистический анализ экспериментальных данных, полученных при ТФФ несовершенного гриба рода Ttickodetjna- на воспроизводимость стадии ферментации по концентрации спорового материала;

- обосновывались основные технологические факторы, влияющие на воспроизводимость результатов ферментадий; --

- разрабатывалась математическая модель процесса тепломассообмена меаду биоматериалоы и хладоагентом;

- обосновывались основные технические характеристики экспериментального стенда;

- проводились экспериментальные исследования по обоснованию .нового метода тепломассообмена с использованием в качества хладоагента водного аэрозоля;

- создавалась методика инженерного расчета температурного поля в слое биоматериала в стационарном рекшле охлаждения.

Hay.ч наян о виз на работы. . ..

.. Научная , новизна работы заключается el .создании теоретической модели процессов тепломассообмена при твердофазной ферментации (ТФФ), получении математического описания зависимостей скорости . сушки и коэффициентов теплоотдачи от параметров хдадо агента и биоматериала.Впервые разработан технологический процесс,в котором в качестве хладоагевта использован водный аэрозоль,обеспечивающий б о-

... - 5 -

лее эффективную ассимиляцию тепла в период интенсивных тепловыделений .от культуры микр о организмов.Обоснованы и реализованы в практике новые технические решения для предотвращения подсыхания культуры микромицетов в процессе ферментации.Предложен новый метод кэличзст венной оценки, степени.влияния температурное влаяностнд-времеиног') комплекса величин на динамику .накопления целевого, продукта.

П р а к т ичёская ценность работы.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований позволили создать методику инженерного расчета температурных полей е слое биоматериала, в.стационарном_реаиме охлаждения при использовании в качестве-хладоагентов. как влаянэго воздуха, так и водного аэ-роаоля.. а также нашли отражение в создании новых технических решений, обеспечивапцих получение грибных средств защиты растений методом Ш.

. . Результаты работы использованы в ШШ " Перспективные процессы в перерабатнвавдих-.отраслях АПК" по направленна 02.04.27 «утвержденной. постановлением Й193 ГКНТ СССР от 14 марта 1990-г.,а также при воздвнии новой установки для ТФФ триходермина на предприятии ТОО "Биозар",расположенном.в.Московской области.

Апробация работы.

.: Основные лолоаенкя диссертационной работы докладывались и об-зувдались на выездном заседании Бюро. .Отделения защиты растений ЗАСХНМ им.В.И.Леыша 21 мая 1991 года (г.Кишнев),на секции защи» гы растений Россельхозакадемии по проблеме "Развитие исследований ю микробиологическим средствам защиты растений в Российской Федерации 31 октября 1991 года (г.Москва), на выездном заседании Госу-харственной химической коггиссии по проблеме формирования концепция развития.малотоннажных производств микробиологических средств защиты растений.2й мая. 1993 года (г.. Санкт-Петербург).

Публикации. Материалы диссертационной работы опубли-

кованы в >6 печатных работах.Получено положительное решение по заявке на.изобретение.от 22 апреля.1991 года.

Структура и объ ем., работы. Диссертационная работа состоит из введения. 7. глав, выводов,_ списка литературы (118.источников, из них 32 рабою зарубежных ав-. торов), 13 приложений. Работа изложена на 159~стрвнкцах машинописного текста, оодераит 21 таблицу и.76 рисунков. Назашиту выносятся.

- результаты статистического анализа экспериментальных данных,полученных при ТФ5 несовершенного гриба рода Г каыС&ългт. ; -.результаты теоретического анализа процессов тепломассообмена между биоматериалом и окружающей средой;

- математическая модель процессов тепломассообмена;

- новый вариант технологии охлаждения, обеспечивающий, поддержание температуры и влажности биоматериала на заданном уровне; ..

- технические решения, позволяпцие обеспечить реализацию процессов ТФФ в-цромыоленном-лроизводстве.- .....-

.-.О бъект иссл е.д о в а н и й. Объектом исследований является несовершенные грибы родов .Тиско^ата .Ла^слпшп., ЫяяхСл. блаСчлл. е др. в .сочетании со специализированными бдэ-_ инженерными системами,обеспечивающими необходимые условия твердофазной ферментации. . .......

. В качестве субстрата использовали зерно ячменя - отходы трихо-

граммного производства. .....

^еуоды исследований. ¡Геплофизические характеристики, плотность , влажность биоматериадз и величину тепловой нагрузки в слое культуры микроорганизмов определяли с использованием общепринятых и частных методик,цреддоженных в работах Франчука А.У., Колоскова С.П.,Лыкова А.В.,Никулиной Е.Г.«Голгера Л.И. и др..

Цри изучении процесса тепломассообмена,протекающего при лодцер-

.. г- 7 -

хании требуемых значений температуры и влажности биоматериала использовали современные методы исследований,изложенные в работах Лыкова А.В.,Михеева U.A. «Богословского В.Н.,Мельниковой И.С. и др. авторов.

Цри обработке эксперимедталышх данных по воспроизводимости . результатов, стадии ферментации использовались методы математической статистики и теории вероятности.Ейотехнэлогические характеристики грибов определяли, общепринятыми методами.

Цри измерении и обработке экспериментальных данных использовали автоматизированную систему измерений на базе ПЭВМ "Правец-16".

. .........- СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Литературный обзор. В литературном обзоре рассмотрен процесс коммерциализации биопрепаратов грибной природы для защиты растений от болезней и вредителей в странах СНГ и за рубежом.Показана перспективность их использования как в закрытом,так и в открытом .грунте и необходимость организации промышленного производства методом ТФ5.

Проанализированы исследования процесса ТФФ,выполненные в работах Андреева -Е.Ф..Ахмаджонова Ш.Т.,Виестура У.Э.,Грачевой И.М.,Ка-лунявда К.А..Голгера Л.И.,Кожемякина В.Г..Колоскова С.П..Кузнецова А.М.,Штника. AiА..Никулиной Е.Г.,Роганова К.В. и др. по изучению динамики изменения влажности биоматериала,его теплофизических характеристик, твидового состояния в процессе, ферментации.Определена оптимальная:, толщина стационарного, слоя биоматериала и выявлены способы ассимиляции тепла в. процессе, культивирспания..

Отмечено,дтэ существующие способы охлаждения не удовлетворяют требованиям поддерг~лия на оптимальном уровне температур, и влажности бииматериала.Недэстаточно изучен процесс тешгсмассообмена,отсутствуют математические зависимости, отракапцие динамику изменения ,'.?еп-ломассообменных коэффициентов при изменении параметров биоштершша

к хладоагента.

Выявлены цредпосшпш использования водного аэрозоля в процессах ТФФ и способы его. генерации. Сформулированы основные требования к системам распределения воздуха (аэрозоля), в. климатической .камере.

Отмечено,что отсутствие статистических данных по воспроизводимости результатов ферментации.и данных, по обоснование эффективного тепломассообмена сдергивают практическую реализацию данного метода в производственных, условиях.

На основе, результатов литературного обзора и в соответствии о поставленной целью.работы определены задачи исследований»...

Статистический анализ.экспериментадьных данныг.подученных при..

твердофазной Ферментации несовершенного гриба о ода Т.кагыалит.

Статистический анализ проводили дяя выявления воспроизводимости результатов ферментации,выявления основных технологических параметров и-степени их влияния на накопление.целевого продукта.

Рассматривались данные .полученные в течение 5 лет ,(1981-1985г. при разработке технологии производства щ>епарата триходермин на Нарткалинском химкомбинате.

Результаты статистической обработки по оценке воспроизводимости ферментации по концентрации, спорового материала цредстаЕлеян на гистограммах (рис.1 а.б.в).Количество интервалов разбиения определяли по известной формуле Брукса-Каррузера:

. . _ I = 5.1д(п) , (I).

где: с « количество интервалов разбиения; п. - число циклов культивирования. .. ' ..

Полученный характер кривой расцределепш.по концентрации спор (рис.1 в) близок к. нормальному,воспроизводимость составила 36 Эти результаты свидетельствуют о воспроизводимости результатов .ферментации, что является основанием для дальнейшего масштабирования процесса.

Щт

С = £0/ к-Ш

Ч

\т

Ш 7,12 3, 54 '65

||47

IV"

II

Ш.

лощеятрашя,

смр/е?'

Рис. I. Гистограммы воспроизводимости твердофазной ферментации несовершенного

гриба Т.Ьагг1«тша | по концентрации спорового материала: а) - первая серия акспериментов;

б) - вторая серия экспериментов; в) - третья серия экспериментов

К = —§кП_ - цена деления по оси абсцисс

^»ах' 'тзСп ~ ьянимзльная и максимальная концентрации спорового материала в серии экспериментов, спор/г.

«о

... ../. .- 10 -. На сл едущем этапе статистического анализа обосновывали минимально.необходимый комплекс технологических параметров и показателей,воспроизведение которых, в условиях промышленного производства гарантировало бы .с. требуемой вероятностью получение максимально возможной концентрации спорового материала. -

Результаты обработки, экспериментальных данных позволили сделать вывод об исключительной значимости температурно-вядхностно- -временного комплекса величин в достижении требуемой продуктивности процесса ТФФ. • .....

Для дрогнозирования хода ферментационного процесса и количественной оценки влияния данного комплекса величин на результативность процесса нами были введены обобщенные комплексы "К1! и "П°,объединяющие вышеуказанные параметры и концентрацию целевого продукта:

-(2)

п=к-т'т „(3) ...

где:"К" - температурно-влажностный комплекс;"П" - комплекс продуктивности; V/^ и - влажность..биоиатериала, % ; м г-..температура...

биоматериала, °С. ; ^геч _ безразмерное время; Ттн - текут* ~ т» •

щее время ферментации, ч ; Г# - время начала споруляции»-ч .; Тк .время окончания инте.нсивйого споронодения, .ч ; "X" - без-

Стож

размерная концентрация; Стек - текущая концентрация,спор/г; Ста* -максимально достигнутая, концентрация,спор/г.

Для процесса ТФФ несовершенного гриба рада Т. кахгсолит зависимость мевду комплексом продуктивности "П" и безразмерной концентрацией- "Т" была описана уравнением вада:

П = 0.295 Т- 0.0639 (4)

Теоретический анализ процессов тепло-и массообмена при ТФ$. С теоретической точки зрения явление тепломассообмена цри ТФВ . сводится к. процессу теплопроводности, осложненному массообменными

дрэцессачи,яри наличии в .биоматериале ..объемных равномерно распределенных внутренних источников теплоты,при внешнем конвективном тепло обмене .мездУ- ловерхностяыи испарения и воздушным потоком.

- , Математическая модель, сформирована на основе кинетики тепло-физических явлений путем суммирования математических зависимостей, отражающих простые, случаи тепломассообмена кашилярнопористых тел с окружающей средой»

Суммарное решение для нестационарного теплового состояния имеет следующий вид: '. \ .

+ F Ф -Qnl iaM ^^Ч ,(5) .

где: 9 ,ди - относительная избыточная, температура; Jlin.- корни характеристического уравнения; Лп. -. амплитуда; Bi ,fv ,Ро - соответственно критерии Ейо,фурье,Померанцева; t(x.т) ,+о . tc - соответст-. венно текущая .начальная температуры тела и температура среды; А. -половина толщины пластины. безразмерная координата. Общее решение для стационарного состояния имеет вид:

где:-¿л - температура мокрого .термометра; ft) - объемная мощность внутренних источников теплдты; А - коэффициент, теплопроводности.

.Представленные зависимости весьма сложны для практического использования,поэтому в дальнейшем попользовали для расчета температурных полей в слое биоматериала в нестационарном.режиме охлаждения метод физических принципов.Последовательность расчета предусматривает два этапа:

- из множества решенных в графической форме задач с учетом выбранных условий однозначности я структуры суммарного решения (5) отбирали простые задачи,решения которых суммировали по принципу суперпозиций .При этом суммы начальных и граничных условий (НУ и ГУ) выбранных задач равны НУ и 17 исходной задачи;

- на основе графических-материалов определяли, незавиоише переменные .входящие в условия однозначности и температурное поле в слое биоматериала.

Дня процесса охлавдения биоыатериала,находящегося в фазе логарифмического роста культуры микроорганизмов,последовательность ре- ■ шения представлена на .рис.2..

Ори решении задачи рассматривали не всю толщину слоя,а половину,исходя из условия .симметричного.обдува тела хладоагентом. ..... . Экспериментальные исследования температурно-влакностного соо-уояния биоматериала дпи различных способах его охлаждения. Экспериментальные исследования проводили на специально разработанном стенде,учитывающем особенности ТОФ.а также требования масштабирования процесса (рис.3).

Метрологическое обеспечение.включало.сиотемы измерений параметров турбохолодильной машины¡воздуха (аэрозоля) в воздуховодах, а климатической камере ;йиоматериала в кюветах и ¡электронагревателей, имитирующих тепловую.нагрузку.Дня контроля использовали термопары ТХК-0515,термометры сопротивления ТСП-10,психрометрический измеритель влажности индивидуального изготовления,датчики теплового потока,си-лоиэмеритедышй тензорезистор 190&-ДСТ,шфровой онешметр.АП-1. .

В Процессе экспериментальных исследований изучались следующие режимы:

- охлаждение .(нагрев) биоматериала без .внутренних источников теплоты ненасыщенным воздухом и водным аэрозолем;

- охлаждение.сиоматериала влааным ненасыщенным воздухом и аарозолем в условиях изменяемой тепловой нагрузки в. бпоматериале;

«- принудительное осавдение частиц аэрозоля на поверхность Сиомате-риала .

Результаты вкспедиментальных исследований. На первом этапе исследования проводились без тепловой нагрузки в Сиоматериале при следующих параметрах хладоагента (см.стр.15):

©

Vh •comt i

©

br .14 * conti

\____/"J

@ 15-0

Q=o

e «0 0

TiM

I ax

J(ag

Ш

&-h ic Од ——"

•X*« OgaUdCt.'К*

— ' чес коР

J3I

' ¿/г* о"

а=о

Ин

Рис.2 Тепловая схема расчета задачи при наличии внутренней тепловой нагрузки в биоматериале QdM. НУ I : -¿о= const (равномерное температурное поле); НУ II: -to = iocp. (параболическое температурное поле),-

■6е = const, Vc = conti

щ

дх.

.(7)

'**> ег

Аргументы: Fo =—£г « = # -

,(8), (9). (1.0)

Xflf

. (12) (13) .(14)

' Я

Расчетные формулы:1. ±.р= t^+ ¿а^ --¿^

2. -¿г = .^с +0го ( £„ - и) при ц = I

=Чт& +кго9го(4:е - £с ) при I

3. ¿а? = —,где: с , а .^.-соответственно

¿Г. Мх\ц

г теплоемкость, температуро проводность и масса.

где: еСщ - конвективный коэффициент теплоотдачи; ¿/> , ¿в?, , 4 { - соответственно расчетная температура,адиабатическая (температура тела с внутренними источниками теплоты при полном отсутствии теплообмена на поверхности)»температура тела без внутренние источников теплоты при ^ = лу?^,температура тела без внутренних источников теплоты при = гга г; 6 - скорость изменения адиабатической температуры на поверхности равная: 6 ^^ (15);

, ¡9-* - темперстурдое параметры,определяемые по графическому итериалу;^0- коэффициент иррегулярности; - расчетное время.

Q

х

х

Рис. 3. Схема экспериментального стеная, I - дроссельные заслонки; 2 - вентилятор ВЩ||-4; 3 - воздуховоды для подвода и отвода хладоагекта; 4 - каркас с закрепленными на нем подвесками с кюветами; 5 - всасывающая статическая предкамера; б - воздухораспределительные элементы; 7 - климатическая камера "Херьб"; 8 - сопло Вито-шинского; 9 - байпасная линия; 10 - турбохолодильная машина МТХМ 2-50.

- 15 -

1. ±c< , % < to , Vi =cons-b ;

2. tc bs.M. , fe. ~f.O, Vc = consti

3. be < i:Sji. > 1.0 , . Vc^£0/7St.

~ На втором этапе исследования проводились о тепловой нагрузкой в биоматериало при следующих параметрах хладоагента и биоматериала:

1. "tc = const ; Vc -consi; Qs.m. = const ; o,5 £ >fc (S ,

2. tc «.tonit;. lrc.* const, Vc - * WO Br

..... . Результаты анализа кривых, отражающих динамику, изменения .тепловых, потоков. на .поверхности биоматериала и .температуры позволили, прийти к заключению,что теоретические представлении о кинетике.теп-лофизических процессов на стадии ферментации в целом достаточно точно отражают характер реальных, процессов.

. . На втором этапе, испытаний предварительно, .была определена ско-рость.потока Хладоагента (около. 5 м/с),позволяющая при максимальной Хбшювой нагрузка в.биоматериале на.уровне. 100 Вт полушть шншаль-

ный перепад температур в слое биоматериала.........

.....В ходе экспериментов.были.получены зависимости,отражающие динамику твплофнзических характеристик (ТФХ) биоматериала от величины плотности:

Л =0,0545 + 2,33 х ПГ4/

с =0,7812 + 2,029 х IO' Y а = (4,9385 - 22,376 к ICT^jf) я Ю-4

(16)

Для проведения расчетов. теплового баланса на стадии ферментации. л температурных полей в слое сиоматериала на основе обработки, экспериментальных данных были получены графические зависимости вида: (Lw.

Па рисунке 4 в качестве примера показана зависимость Семейства кривых описывались следующими завксшлостяяз: - при(?^= ICO Вт , < 1,0 :

0,1 к 0,24( 0,074 »<17>

^КшЛ'л

%

30

&

га №

0

1

Рис. 4.Зависимость конвективного ксэфсГициента теплоотдачи от степени насыщения воздуха влагой «¡^ и величины тепловой нагрузки в бисматериале б.м» '

И - экспериментальные значения с(к ;

.. - 17 -

- при < 100 Вт i <fsc < 1,0 :

^=Í0,I к 0.24(^-I)+0,074)-(0,I9(I-P)0'715) .(18)

-npnOffw. = 100 Вт , > 1,0: •

^(0,I*0,24< ^-I>+0,074)-(I,58e(0'08p3.84_0f46)_I) Ц9)

- при QfM < 100 Вт , fe. ;> 1,0 : •

%=(0,I*0,24< ^>+0.074)-(1.58е<°'Ю^М-°'46>-1) -

- (0,19 (I-P)0'715) ,( P)

где: скорость сушки биоматериала,кг/(ч * м^); Р - тепловая на.1-, грузка в биоматериале в долях по отношению к Qj>.=« 100 Вт.

- при 0,5 « ^ < 1,0 , 40 4 100 Вт :

<//fS(3e95^.+20,65)-(8,I6(I-P)0'751) . (21)

-при 1,0 < 1,5 , 40 ^ Qs-^IOO Вт : :

^«30.65( f<, -1,75)3-30,65( </¿-1,75)+35,68 - 23,73(1-Р)0,756 (22)

- при 0,5-С % < 1,5 о 40-« -Оь* 100 Вт : -

^»:(25,16х0,П9( ^"Р+5,98) -Лб.гбба-Р)0»706 - - (23)

Результаты анализа теплового баланса показали,что использование водного аэрозоля позволяет.сократить долю тедла,снишемого испарени-. ем до 20-32 %, что а .1,7-2,5 раза меньше,чем при использовании воздуха о высокой относительной влажностью 90-95 %. _

Расчет нестационарного температурного поля в слое биоматериала. по методу физических принципов (рис.2) локазал,что величины отклонений расчетных значений.от экспериментальных находятся на уровне,не, превышающем точности измерения температур в эксперименте-О,27+0,5°С.

Для расчета стационарного.температурного поля в слое биоматериала использована приближенные зависимости,описываотре температурные поля в материалах параболами /1-го порядка с использованием надрав-ляххдей точки процесса: • '

A«* .(24)

где:~ín,i,r температуры поверхности и центра.слоя биоматериала; * - расстояние от центра тела до расчетной точки в слое;

.-18- ....

Хо- координата адиабатической плоскости; Л - степень параболы. .

. Обработка результатов эксперимента по определении степени параболы для различных режимов охлаждения в. зависимости ох тепловой нагрузки в биоматериале показала прямую зависимость мезду величинами: .....

- для 0,5 £ у«, < 1,0 (коэффициент регрессии 0,906):

Л = 0,01276 б б.м.+-0,547 ... (25)

- для 1,0 < ^с < 1,5 (коэффициент регрессии 0,972):

/1= 0,01397 0 б#м>+ 0,858 (26) :

Расчет температурных полей по приближенным зависимостям пока-., зал,что полученные величины отклонений расчетных значений от экспериментальных находятся на уровне 0,12 - 0,48°С и не превышают точности измерения температур в эксперименте. .

Полученные результаты позволили использовать данный метод в новой методике расчета технологических параметров.(рис.5).

Уравнения,необходимые, для расчета стационарного .температурного поля в слое биоматериала,сгруппированы в системы в соответствий с принятым режимом охлавдения.

Результаты исследований.по принудительному осаждению частиц аэрозоля на поверхность биоштериала позволили установать,.что наиболее перспективным.и технологичным способом компенсации испаренной влаги.является электростатический,т.к. его.использование не ограничено величиной тепловой нагрузки в .биоматериале и.позволяет при определенных условиях поддерживать постоянный баланс влаги в биоматериале. ....... ....

Технико-экономическая опенка разработанного режима - тепломассообмена.

В качестве основного показателя обеспечивающего объективную оценку эффективности обоснованного наш режима охлаждения биоматериала воднУм аэрозолем по сравнению с режимами принятыми в прак-

Начало

Характеристики сиоматериа-ла

Исходные данные

Характеристики единичного ферментатора

Температура: ■ЬерИлЬЛтСп, ¿тах , Л{

Влажность:

\Vcpt

Ъ/т1п. УУ'тах

ТФХ: к, с,

Массовые характеристики

Мил. М|,МГн

Время: Т<р,Т<}.

Тепловая нагрузка:

Обработка теплограммы

9-= ПЧУ

Выбор параметров хла-доагента: г^, ^е.

Габаритные раз меры: Ь*1>к

Объем: V? — Площадь

Расчет (система уравнений 6.4.) Расчет "¿и (система уравнений 6.3.)

Расчет влажное ти биоматериа-.лги

рис. 5. Блок-схема

Расчет температуо-ной кривой по урав неншо:

•¿т«<с= А 2

Т

конец

тике,избрана степень продуктивности процесса по целевому продукту: . ..........:: - ¿„.zjfZr—. .................. . .(а?).

''max

где :иДрп5-расяетнэа.знаяениа. комплекса, продуктивности; -"-Пмах" ~ максимально возмояное.значение комплекса продуктивности при"Т-"=1,0.

Вкачестве базового варианта рас смотрен, процесс. ЛДФ-несовер-.. oeimoro.гриба.рода...который..осуществлялся на опытно-промышленной. установке Нарткалинского химкомбината. . '.'..........

.Сравнение полученных значений .£п. выявило .преимущество вновь. разработанного варианта технологии охлаздсшя биоматериала.поэволя-

пцего повышать.продуктивность.на 32,3.%.............. —

.....Условный..экономический .эффект с.учетам перспективной потребности рассадных и овощных теплиц в триходершше составит 206820,0 тыс. рублей.

.........ВЫВОДЫ ............... -......

.. I. На. основе..критического анализа литературы показана..эффективность. лрименения.дая защиты, .растений..биодрепаратов грибной природы и.целесообразность создания их.производства............

.. -2. На основе, статистической обработки экспериментальных данных по. ТФФ несовершенного, гриба .рода. 7%ithccttii»a~ доказано: -. .

- штамм.БгЮ-12 имеет воспроизводимость по концентрации спорового материала;....._ . ........._ ...........................- ............

- температурно-гвланноседа-временной фактор является. определяющим в получении.высокой концентращи-коне.чаога продукта. - .

3. Теоретически.обоснованы.обобщенные .комплексы "К", й "П" и степень-продуктивности Д? ,позволяющие .прогнозировать, .ход процесса ТФЭ.л количественно оценивать влияние температурнотвлаяностао-^вре--ценного.фактора на степень отклонения получаемых.величин концентра* ций целевого продукта от максимально, достижш,-их .в. данных условиях,.

4. Экспериментально доказана адекватность теоретически обосно-

. - 21 -

ванных моделей теплового состояния биоматериала в период роста микроорганизмов в. стационарном, л нестационарном режимах его охлаждения в растильной камере.Разработанные модели полонены в основу методики расчета теплового состояния биоматериала.

5. Теоретически и экспериментально обоснованы условия использования водного аэрозоля в качестве материального.лютока,обеспечивающего требуемые режимы"тепло-и массообмена и получение качественно биоматериала при увеличении производительности установки на

32,3$. . .. .......

. 6. Экспериментально доказано,что при отсутствии тепловой на- . грузки в биоматериале его температуру следует принимать равной тем-юратуре мокрого термометра.соответствующей относительной влалнос-гк воздуха 100 #.Каадому шагу увеличения скорости потока хладоаген-:а в I м/с ( в диапазоне от 0,8 до 5,2 м/с) соответствует уыеньше-ше времени охлавдения на 12 минут., . .......

7. На основе анализа теплового баланса (тепловая нагрузка на 'ровне 100 Вт) установлено:

• при относительной влажности в.о.здуха 50 % практически все тепло шшается испарением при перепада температур в.слое биоматериала -,0-4,5°С и скорости сушки - 0,278 кг/(ч к м2).;. при относительной влажности в.оэдуха 90г-95 % доля тепла,снимаемого спарением.составляет от 47,5 до 57 % при перепаде температур в лое - 7,5-8,0°С и скорости оушки - 0,181 - 0,189 кг/(ч ж м2); при степени насыщепид воздуха влагой выше 100 % доля тепла,снима-лзгэ испарением, сокращается, до. 20-32 % при перепаде температур в хое- 6,5-7,0°с. и скорости сушки - 0,014 -.0,088 кг/(ч. к м2). _

8, Рекомендуются для использования в расчетах подученные зави-[мости изменения скорости сути коэффициентов теплоотдачи

'.к , г1и от величины тепловой нагрузки в биоматериале 0. л и сте-«и насыщения воздуха влагой у/с .

9.-Установлено,что при.использовании в качестве зернового. оуД-страта.отходов трихограммного.производства коэффициенты тёплояро-г водности и теплоеыкосаи следует..принимать на 26-30 % выше,чем рекомендовано, в ранее опубликованных работах.,

. 10. Разработанная.и обоснованная в ходе, исследований.методика технологических расчетов форыентатора ж выбора .основного оборудовав ния.для производства несовершенных.грибов методом ТФФ-рекомендуется к..использовании в научно-исследовательских и цроектно-конструкторс-ких организациях биотехнологического профиля.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ. -

1. Горохов Г.А..Гальвидис ИЛЭ.,Фатуева Г.Г.. Приоритеты-.агехни-.. чесхих .решений.при создании оборудования для твердофазной ферментации микрогрибов.-Сб.научных трудов ВНИИ Гипронисельпром.Орел, 1991, с. 120 - 135. .. . . ......

2. Матвеев В. Е. .Гальвидис И.Ю.,Фатуева Г. Г. Статистическая обработка-результатов твердофазной ферментации Ttit&ooU&nA. -/uiuiojum восцроизводимость данных.о концентрации целевого продукта.-Биотехнология, 1993, К I, с.31-33.

3. Матвеев В.Е..,Гальвидис. И.Ю.^.Фатуева Г.Г. Формирзвание комплексных .технологических параметров для оценки результативности процесса твердофазной ферментации несовершенного гриба Tit с hade хт ianLanum. .-Биотехнология, 1993, % 2, с.44-47.

.4..Горохов ЕА.,Фатуева Г.Г. Грибным препаратам - промышленное производство.-Защита растений, 1993, К 2, с. 14-16^" ...

5.,.Фатуева Г.Г^Цромыишенное получение триходермина.-Защита растений, 1993, й 4, с.48.

Отп. s отделе, оперативно!! полиграфии Оюлоеск'сго обЛясгаого ^прамюния статистики, Тйюак ioo экз. Вйкаа л 34Y