Расчет
ферментера для выращивания дрожжей

на углеводном субстрате

Исходные данные для расчета: 

Конечная концентрация дрожжей в
микробной суспензии

Время ферментации

=  18,05 час = 57549,5
с

Объем суспензии с аппарата

VЖ=V·j = 10·0,75= 7,5 м3

Производительность аппарата по
биомассе

Нужна помощь в написании доклада?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Заказать доклад

АХ=VЖ = 7,5 · 33 = 247,5 кг

Требуемый расход воздуха (через
расходные коэффициенты)

1.
Расчет узла аэрации и мощности привода ферментера

Последовательность
расчета

1.
Выбираем в соответствии с ГОСТ 9931-79 тип конструкции корпуса ВЭЭ и размеры D и L (табл. 1 приложения). Размеры днищ (ГОСТ 6533-78)
приведены в табл. 2 приложения.

2.
Выбираем тип мешалки (табл. 3 Приложения) и ее стандартный размер (табл. 4
приложения). Соотношения dм/D для различных типов мешалки приведены в таблице 3
приложения.

3. Частота вращения мешалки,
обеспечивающая редиспергирование подаваемого (аэрирующего) воздуха должна быть:

nс >4Q /dм3  = 4·0,11887/(0,5)3=
3,804 с-1

Стандартные значения частоты
вращения выходного вала мотор редуктора [nс] находим по таблице 6
приложения.      [nс]= 4,17

Окружная скорость края лопасти

vл=pdмnс = 3,14 · 0,5 ·4,17 = 6,55 м/с 

находится в рекомендуемом диапазоне [2,5 м/с < vл <10 м/с] (табл. 3 прил.).

4. Расположение кольцевого
барботера относительно открытой турбинной мешалки и их основные размеры
приведены на рисунке 1.

Нужна помощь в написании доклада?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Заказать доклад

При определении размеров кольцевого барботера
(рис.1), мешалки и их элементов используем рекомендуемые соотношения :

hм=0,2dм= 0,1м;      Lл=0,25dм = 0,125 м;    hб=0,25dм = 0,125 м;       Dср=6dб.н

Газораспределительные отверстия
обычно имеют диаметр  do = 3-5 мм, назначим do = 4 мм

5.
Внутренний диаметр трубы барботера (с учетом раздвоения трубы):

=
0,07783        (или )

где v=25 м/с — скорость газа в трубе
(рекомендуемая).

6.
Уточняем диаметр трубы по стандартному размеру и определяем внутренний и
наружный диаметры трубы барботера dб.в и dб.н (табл. 7 прил.):

dб.в = 0,076 м;    dб.н = 0,083 м.

Нужна помощь в написании доклада?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

Средний диаметр барботера  

Dср=6dб.н  = 6· 0,083 = 0,5 м

7.
Скорость газа в отверстии барботера:

=
27,87 м/с

где rж  и rг — плотности жидкости и газа при
температуре культивирования, кг/м3,        rж
 =1000 кг/м3;  rг = 1,165 кг/м3
(табл.12 Прил.)

8.
Количество отверстий в барботере:

.   = 339,57

9.
Разметка отверстий по поверхности барботера.

Нужна помощь в написании доклада?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

Количество отверстий в ряду

nо.р=p Dср /0,025 = 3,14 ·0,5 /0,025 = 62,8
отв (62 в ряду)

Для отверстий диаметром 4-7 мм рекомендованный шаг равен 25 мм.

Число рядов отверстий на
барботере

nр= nо / nо.р= 339,57/ 62=5,41

Предельное допустимое число рядов
на трубе барботера

nр.пред. = p dб.н /0,025= 3,14 ·0,083/0,025 = 10

Таким образом, размещение
отверстий на барботере возможно.

Нужна помощь в написании доклада?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

10.
Объем  жидкости в аппарате:

Vж=V·j
= 10 ·0,75 = 75 м3

где j
— коэффициент заполнения аппарата.

11.
Высота уровня жидкости Нж вычисляется по формуле

2,56
м

12.
Газосодержание жидкостной системы (объемная доля газа в смеси):

y =С
Аn ,

где С=0,0094  и  n=0,62  при А<18 ;   C=0,026  и  n=0,26 
при А>18.

Нужна помощь в написании доклада?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Цена доклада

=
453,67

где s — коэффициент поверхностного
натяжения (для воды s = 0,07 н/м).

А >18, поэтому С=0,026 и  n  = 0,26

y =С
Аn = 0,026·(134,95)0,26
= 0,128

Через y
определяется:

— плотность газожидкостной
системы

 rг-ж= rж(1- y)+ rг
y = 1030·(1-0,128)+ 1,165·0,128 = 898,76 кг/м3

—  объем газожидкостной смеси в
аппарат (должен быть менее 0,9V)

Нужна помощь в написании доклада?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Заказать доклад

Vг-ж=Vж/(1- y).
= 7,5/(1-0,128) = 8,6 м3

— высота газожидкостной смеси в
аппарате:

Нг-жж/(1- y)
= 2,56/(1-0,128) = 2,93

13.
Мощность привода одноярусной мешалки при перемешивании чистой жидкости:

,

где Кн — коэффициент высоты уровня
жидкости;

Кн = (Hж/D)0,5
= (2,56/2)0,5 = 1,131;

Кп — коэффициент,
учитывающий наличие в аппарате отражательных перегородок, для аппаратов с
отражательными перегородками Кп=1,25;

Нужна помощь в написании доклада?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Цена доклада

Кi  — коэффициент, учитывающие
наличие в аппарате внутренних устройств: К i =1,05 -1,2 — при наличии гильзы
термометра, уровнемера, трубы передавливания.

N — мощность, затрачиваемая на
перемешивание жидкости:

N=KN r n3d5м   ,

где КN
— критерий мощности, определяемый по соответствующему данной мешалке графику —
зависимости KN=f(Reц) (рис. 1 приложения).

Reц — центробежный
критерий Рейнольдса:

= 536887,5.

где μк.ж — вязкость культуральной
жидкости, 2·10-3Па·с (табл.9 приложений)

Для мешалки заданного типа при
указанном Reц коэффициент мощности KN = 3.

Нужна помощь в написании доклада?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

N=KN r n3d5м = 3·1030 ·4,173 ·0,55
= 7001,91 Вт,

Мощность,
затрачиваемая на перемешивание газожидкостной смеси:

=
4607,2 Вт

где С и а — константы, зависящие от типа мешалки
(табл. 5 приложения), для данног типа мешалки С= 0,41,  а =-0,32

Nуп — мощность
затрачиваемая на преодоление трения в уплотнениях, Вт; для торцовых уплотнений:

где dв=0,117dм — для турбинной
мешалки, dв=0,117·0,5 = 0,0585 м

Принимаем
стандартное значеие диаметра вала dв=0,065 м.

h — К.П.Д. привода мешалки; h=0,9.

= 8149,6 Вт

Мощность стандартного
электродвигателя 11 кВт. По табл. 6 приложения выбирается предусмотренный
ГОСТом мотор-редуктор.

2 Тепловой баланс процесса
ферментации

Если допустить
постоянство тепловыделения в аппарате, то тепловой баланс процесса ферментации
будет следующим:

Qб + Qм
+ Qв + Qпс + Qп + Qохл = 0 ,

где Qб — тепло,
выделяющееся в процессе биосинтеза; Qм — тепло, выделяющееся при
работе мешалки; Qв — тепло уносимое с аэрирующим воздухом; Qпс
— тепло, вносимое с питательной средой; Qп — потери тепла в
окружающую среду через стенки аппарата; Qохл — тепло, отводимое с
охлаждающей водой.

Для удобства будем
считать тепловые потоки в удельных величинах, отнесенных на 1 м3 культуральной жидкости в аппарате.

Тепловой
эффект биосинтеза определяется расчетом через расходные коэффициенты:

=
6,25 кВт/м3.

(qб = Qб
/Vж ),

где qб — удельное
тепловыделение на (кВт/м3); 14,45 — удельное тепло биоокисления
(кДж/г О2); — расходный коэффициент по
кислороду; — конечная и начальная концентрации
биомассы; t — время
культивирования.

Превращение механической
энергии в тепловую:

qм = Nуд
= N/ Vж = 8149,6/7,5 = 1086,6 Вт/м3=1,086 кВт/м3.

где Nуд — удельная
мощность на перемешивание; N — мощность привода мешалки.

Удельное
количество тепла выносимое с аэрирующим воздухом

qв = mв·(I1 — I2) ,

Нужна помощь в написании доклада?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Цена доклада

где mв = rв·К /60 — удельный массовый расход
воздуха, кг/(с·м3);
rв — плотность воздуха; К — кратность аэрации; I1
и I2  — теплосодержание входящего и выходящего газа:

Ii
= cв·ti + (r + cп·ti)·xi ,

где св = 1,01 кДж/(кг·К) — средняя удельная теплоемкость
сухого воздуха;

сп  = 1,97
кДж/(кг·К) — средняя удельная теплоемкость
водяного пара;

r = 2493 кДж/кг —
удельная теплота парообразования воды при 0 ОС;

ti — температура входящего и выходящего
воздуха (обычно одинаковы и равны температуре культивирования);

хi — влагосодержание воздуха, кг/кг;
(значениями х обычно задаются соответствующими относительной влажности 60% на
входе и 90% на выходе, что при 30 ОС примерно составляет: х1
= 0,017, х2 = 0,024).

I1 = cв·tк + (r + cп·tк)·x1 = 1,01·30+(2493 + 1,97·30)·0,017
=73,68 кДж/кг

Нужна помощь в написании доклада?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Цена доклада

I2 = cв·tк + (r + cп·tк)·x2 = 1,01·30+(2493+1,97·30)·0,024 = 91,55
кДж/кг

qв = (rв·QсVж)·( I1 — I2
)=1,165·0,1188/7,5)·(73,68-91,55)=-0,33 кВт/м3.

Тепло, вносимое с
питательной средой = 0, т.к. температуры питательной среды tпс и
культуральной жидкости tк одинаковы (30 ОС)

Потери тепла через стенки
аппарата:

qп = Fап·qуд / Vж  =
24,5 · 0,1/ 7,5 = — 0,32 кВт/м3.

где Fап — площадь
поверхности аппарата; qуд — удельные потери тепла с 1 м2
поверхности аппарата (зависят от разницы температур стенки аппарата и
окружающей cреды).

Тепло,
отводимое охлаждающей водой находим из уравнения баланса:

qохл = qб
+ qм + qв + qп = =6,25 + 1,09 -0,33
— 0,32 = 6,68 кВт/м3

Нужна помощь в написании доклада?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Цена доклада

Общее
отводимое тепло, кВт

Qохл  = qохл·Vж  = 50,11

Расход
хладагента (воды) максссовый:

W = Qохл /c·(tк — tн) = 50,11/(4,19·(23-13))=
1,19 кг/с

и объемный: = W / ρв=
1,19/1030 = 0,00119 м3/с.

где c — удельная теплоемкость воды,
4,19 кДж/кг·К; tк и tн — начальная и конечная температуры охлаждающей воды
(13 и 23 °С ).

Расчет теплообменных устройств ферментера

В случае прямого расчета
определяется площадь теплообмена

Нужна помощь в написании доклада?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

F = Qохл /(K·Dtср ) .

В случае поверочного —
устанавливается достаточность стандартных теплообменников в аппарате
сопоставлением Qохл с действительной способностью теплообменников,
определяемой уравнением

Q = K·F·Dtср ,

где K — коэффициент теплопередачи; F
— поверхность теплообмена;

Теплообменная поверхность
рубашки аппарата

Fруб = (2/3) Fап = 0,67·24,5 = 16,3 м2.

Средняя разность
температур среды и теплоносителя Dtср :

 

Коэффициент теплопередачи
определяют по формуле

 ,

где a1  и a2 — коэффициенты теплоотдачи со стороны среды и со
стороны хладагента (воды); lст
коэффициент теплопроводности материала аппарата, lст = 17 Вт/м·К; d — толщина стенки, d = 0,006 м; r1 и r2
— термические сопротивления загрязнений на стенке со стороны охлаждающей воды и
культуральной жидкости.

Коэффициент
теплоотдачи
a1 для рубашки. Коэффициент теплоотдачи от перемешиваемой среды к стенке
аппарата  определяется зависимостью вида

 

где D — внутренний диаметр аппарата.
Значения коэффициентов С и а для различных случаев перемешивания приведены ниже
в таблице 3 уч. пособия

Для турбинной
открытой мешалки С = 0,76, а = 0,67

Reц = = 536887,5  

Нужна помощь в написании доклада?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Цена доклада

Pr = сμ/λ = 4000·0,002/0,59 =
13,55,

где с, μ, ρ — теплоемкость,
вязкость и плотность культуральной жидкости при температуре культивирования 30 °С (табл. 9 приложения)

=
3658 Вт/м2·К

Коэффициент теплоотдачи a2 со стороны воды (для простой цилиндрической рубашки)

Теплоотдача внутри
простой цилиндрической рубашки происходит в условиях естественной конвекции и
рассчитывается по формуле

Nu = aHр/l = С(Gr
Pr)a ,

где С=0,76 и а=0,25 при  103<
GrPr <109;  С=0,15 и а=0,33 при >109.

  —
критерий Грасгофа,

Нужна помощь в написании доклада?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

Если в качестве
теплоносителя используется вода, произведение GrPr рассчитывается по упрощенной
зависимости

 ,

где Нр — высота стенки
сосуда, заключенной в рубашку (примерно равна высоте цилиндрической части
аппарата, L= 2,55 м), м; tст
температура стенки сосуда, оС; tср — средняя температура
теплоносителя (воды) в рубашке, оС., а все физические константы
комплекса GrPr сведены в величину В

tст=(tк
+ tср)/2  = (30 + 18) = 24

Коэффициент
В зависит от tср и при 18 оС  В = 14·109.

a2 == 356
Вт/м2·К

Термическое
сопротивление загрязнений со стороны культуральной жидкости ориентировочно
можно принять 0,001 м2·К/Вт. Термическое сопротивление загрязнений
со стороны охлаждающей воды для оборотной воды r=2,3·10-4 м2·К/Вт;

·К

Расчетное отводимое тепло

Q = K·F·Dtср =
0,214·16,3·11,27 =59,194 кВт

Q > Qохл
, следовательно рубашка справляется с отводом тепла.



1.  www.engineer-oht.ru
– материал по расчетам пищевых аппаратов

2.  Общая химическая
технология / под ред. А.Г. Амелина. – М. : Химия, 1977. – 400 с.

Нужна помощь в написании доклада?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Заказать доклад

3.  Бондаренко, А.А.
Технология химической промышленности / А.А. Бондаренко. – Киев : Вища школа,
1982. – 152 с.

4.  Практикум  по  общей 
химической  технологии :  учебное  пособие / под  ред.  И.П.  Мухленова. – М. :
Высшая школа, 1979. – 421 с.

5.  Мухленов, И.П. Основы
химической технологии / И.П. Мухленов, В.Д. Тамбовцева, А.Е. Горштейн.  – М. :
Высшая школа, 1975. – 344 с.

Средняя оценка 0 / 5. Количество оценок: 0

Поставьте оценку первым.

Сожалеем, что вы поставили низкую оценку!

Позвольте нам стать лучше!

Расскажите, как нам стать лучше?

329

Закажите такую же работу

Не отобразилась форма расчета стоимости? Переходи по ссылке