Расcчитать и спроектировать посевной аппарат для аэробного стерильно глубинного культивирования бактерий-продуцентов лизина, объемом 1 м^3

Удельный расход пеногасителяb=1 л/(м³· ч). [2, с 265]. Часовой расход масла на пеногашение[2, с 265]: = =1,3125л/ч где b — расход пеногасителя = 1 л/(м³· суки) Суточный расход масла на пеногашение[2, с 265] :Полный объем дозатора для пеногасителя принимаем из расчета вмещения в него суточной потребности при коэффициенте заполнения = 0,7[2, с 265]: Для стерилизации масла принимаем мерник стальной со змеевиком объемом 63 л (ГОСТ 8932−58) [2, с 265]. Внутренний диаметр дозатора Высота его Н=670 мм. Днище сферическое. Крышка съемная[2, с 265]. Количество тепла, затрачиваемого на стерилизацию суточной потребности пенегасителя (масла) [2, с 268]: где ρ - плотность равная ρ=910 кг /м³[2, с 268]; с — теплоемкость масла; с = 0,5 ккал/(кг· град) = 2093

Дж/(кг· град)[2, с 268]; 1,03 — коэффициент, учитывающий потери тепла стерилизатор в окружающее пространство [2, с 265]. Расход пара на стерилизацию масла[2, с 268]: где — энтальпия насыщенного пара; = 2744 кДж/кг; при Р = 4· Па[4, с 256]; - энтальпия конденсата пара;; при Р = 4· Па[4, с 256] .Объемный расход пара на стерилизацию[2, с 268] :где V' - удельный объем пара =0,4718 м³/кг; при Р = 4· Па. 4, с 256] Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке стального змеевика[2, с 256]: где λ - коэффициент теплопроводности конденсата пара, при средней температуре пленки конденсата в змеевике: — температура стенки змеевика, на которой конденсируется пар; принимаем = 135 ̊С[2, с 268]; - температура конденсата греющего пара при Р = 4· Па; = 142,9 ̊С; [4, с 256]ρ - плотность пленки конденсата; при = 138 ̊С, ρ=927,7 кг/м³[2, с 268] ;r — теплота конденсации пара; при Р = 4· Па; r = 2140 кДж/кг [2, с 268]; d — внутренний диаметр змеевика, в котором конденсируется пар; d = 0,025 м;△ на которой конденсируется пар; △ν = где µ - коэффициент динамической вязкости конденсата при. Коэффициент теплоотдачи от стенки змеевика к маслу[2, с 269] :где Си n — постоянные, зависящие от значения Re. Критерии Рейнольдса[2, с 269]: где — скорость движения нагреваемого масла в аппарате; ;d — наружный диаметр трубок змеевика; d=0,029 м; ρ- плотность масла; ρ=910 кг/; µ- коэффициент динамической вязкости масла; при средней температуре: Критерий Прандтля[2, с 269]: Где степлоемкость масла, при [2, с 269]. — коэффициент теплопроводности масла; λ=0,1745

Вт/(м· град) [2, с 269]; спостоянная зависящая от Re. Коэффициент теплопередачи от пара к маслу[2, с 270]: где -Поверхность нагрева змеевика определим по основной формуле теплопередачи[2, с 270]: ГдеQколичество тепла, передаваемого маслу от стенки змеевика, при условии, что нагрев осуществляется в течение 0,5 ч [2, с 270]; Средняя логарифмическая разность температур[2, с 270] :При диаметре трубок змеевика d=0,029 м длинна труб змеевика :[2, с 270]При диаметре змеевика D=0,25 м число витков змеевика[2, с 270] :следовательно принимаемn=9,тогда поверхность нагрева змеевика[2, с 268]: d· 0,029 · 3,14 · 0,25 · 9=0,643 м²Пастеризованное масло охлаждают в течение 30 минут в самом стерилизаторе до 35˚С путем подачи в змеевики воды. Количество тепла отводимое с водой, с учетом 3% потерь на теплоизлучение [2, с 270р]: Где степлоемкость масла. Расход воды на охлаждение масла[2, с 271]: Где и — температура воды при входе в змеевик и при выходе из него; =16˚С; =27˚С.Коэффициент теплоотдачи от масла к стенке змеевика определяем по той же формуле, что коэффициент теплоотдачи от стенки змеевика к маслу · Где -С и n принимаем в зависимости от значения Re[2, с 271]: Где µ- коэффициент динамической вязкости масла; µ= 0,255 Н· сек/м². 2, с 271]. При охлаждении масла от 110 до 35˚С физические константы масла, входящие в формулу для определения Re, принимаем те же, что при нагревании масла от 16 до 130˚С. Принятое допущение не оказывает заметного влияния на результаты расчетов: Критерий Прандтля[2, с 271] :Здесь коэффициент теплопроводности масла λ=0,1745

Вт/(м· град) ;[2, с 265]. Определим значение Re при движении охлаждающей воды в змеевике [2, с 271]: т.к. 2300, следовательно режим движения воды в змеевике -переходный. Скорость движения воды в змеевике[2, с 271]: Где — ρ-плотность воды, при средней температуреµ- Динамическая вязкость охлаждающей воды при средней температуре = 21 ̊С; µ=0,001 Н· сек/м²[4, с 255] .Поперечное сечение трубок змеевика при внутреннем диаметре трубкиd=0,025 м[2, с 272]. Коэффициент теплоотдачи от стенки змеевика к охлаждающей воде для переходного режима движения определим из выражения[2, с 272]: Где Кокоэффициент, учитывающий влияние на коэффициент теплоотдачи комплекса ферментов; Ко = f (Re) принимаем при Re=2370,25; Ко=3,8[2, с 233] .Критерий Прандтля охлаждающей воды при средней температуре 18,5˚С[2, с 272]р :Где µ- коэффициент динамической вязкости воды; при =21,5˚С; µ=0,001 Н· сек/м²[4, с 255]; Степлоемкость воды; при =21,5 ˚С; С=4190

Дж/кг· град[4, с 255]; Средняя температура охлаждающего масла:[2, с 272]Средняя температура стенки змеевика со стороны масла 75˚С. Температура стенки змеевика со стороны охлаждающей воды определим из выражения теплопроводности для плоской стенки, так как[2, с 272] :Где При этих условиях кривизны стенки оказывает незначительное влияние на тепловой поток и им можно пренебречь. Удельный тепловой поток через стенку змеевика[2, с 272]: Где Qколичество тепла, передаваемое через поверхность змеевика. Fповерхность змеевика, через которую передается тепло; F=0,657м².Так как удельный тепловой поток через стенку змеевика, то температура стенки со стороны воды[2, с 273] :Где-λ- коэффициент теплопроводности стали; λ=58,15 Вт/(м· град)[2, с 273] ;толщина стенки змеевика; Значение критерия Прандтля для воды при При этой температуре вязкость воды µ=0,382 Н· сек/м²; С=4220

Дж/(кг· град); λ=0,672 Вт/(м· град)[4, с 255]. Из полученного значения Nu определим коэффициент теплоотдачи от стенки к охлаждающей воде. :Где-λ коэффициент теплопроводности воды; при=18,5˚С; λ=0,599 Вт/м· град[4, с 255] ;dвнутренний диаметр змеевика: d- 0,025 м.Поправочный коэффициент, учитывающий влияние кривизны трубы, по которой протекает охлаждающая вода:

Гдеdи Rнаружный диаметр трубки змеевика и радиус змеевика по осевой линии .С учетом указанной поправки коэффициент теплопередачи [2, с 265]: Потребная поверхность для охлаждения пеногасителя в течение 0,5 часов. Расчетная поверхность змеевика обеспечивающая нагревание масла = 0,643 м², обеспечивает также охлаждение его в течение 30 мин. Коэффициент теплопередачи от масла к охлаждающей воде:

Средняя логарифмическая разность температуры:

3. Расчет вспомогательного оборудования.

3.1. Подбор индивидуального фильтра дляферментера:

Воздух подаваемый в систему аэрированния выращиваемой культуры плесневых грибов, подвергают обеспыливаннию и очистки от микроорганизмов для обеспечения стерильности процесса. Вначале воздух подвергается грубой очистки от взвесей, в масляных металлических фильтрах. Фильтры хорошо очищают воздух при удельной производительности рабочий площади =4000м³/(ч· м²). При этой нагрузки сопротивление фильтра составит 5 мм вод.

ст. По мере накопления пыли на поверхности фильтра, сопротивление его возрастает до8 мм вод.

ст. При повышении нагрузки фильтра гидравлическое сопротивление его так же возрастает. Определение сопротивления масляных фильтров:

Где Коэффициент очистки воздуха масляным фильтром достигает 80−90% :При =85% концентрация пыли в воздухе после фильтра:

Продолжительность работы масляного фильтра определяется по таблице т.к. мг/м³, следовательно длительность работы фильтра приблизительно 120 часов при =4000 м³/м²· ч[2, с 282]. Потребная поверхность фильтра для очистки воздуха:

Гдеи — полная и удельная производительность фильтра в м³/ч и м³/м²· ч соответственно. После грубой очистки в масляных фильтрах воздух поступает на тонкую очистку, для удаления остатков пыли и бактерий. Принимаем удельный расход воздуха =1м³ на 1м³ среды в минуту. 2, с 282]- удельный расход воздуха=1.Принимаем фильтр тонкой очистки «Лайк» СП6/26; F=26.

3.2. Расчет сборника для готовой культуры. Принимаем .=0,9 м³.h-высотаотбортовки=0,025 м.Высота цилиндрической части сборника: = 1,68 мОбщая высота сборника:

3.3. Подбор центробежного насоса.

1) На перекачивание культуральной жидкости образующейся в ферментере в процессе ферментации в сборник уходит один час, следовательно скорость движения жидкости[1, с 33] :Выбираем диаметр трубопровода. Принимаем скорость перемещения культуральной жидкости во всасывающем и нагнетательном трубопроводе одинаковой, равной

Определяем диаметр трубопровода:

Принимаем трубопровод из углеродистой стали маркой Ст20- бесшовные холоднодеформированные, диаметром 108×5,0 мм, принимаем эквивалентный диаметр трубопровода, Уточняем скорость движения раствора :2) Определим потери на трение и местное сопротивление: Критерий Рейнольдса :=Т.к. Re > 10 000, следовательно режим движения турбулентный. Принимаем абсолютную шероховатость стенки труб е=0,2 мм. Степень шероховатости: Находим коэффициент трения λ=0,03Для всасывающей линии:

вход в трубу (принимаем с острыми краями); ξ=0,5.нормальный вентиль для 0,098, следовательно ξ=4,09ΣДля нагнетательной линии: выход из трубы ξ=1;нормальный вентиль ξ=4,09;дроссельная заслонка ξ=0,9 при d=15˚колено под углом 90˚ ξ=1,6.Определяем потери напора: Во всасывающей линии:

2.В нагнетательной линии:

Общие потери напора:

3) Выбор насоса. Определяем полный напор, развиваемый насосом: Где — давление в аппарате, в который подается жидкость;

геометрическая высота подъема жидкости;

потери напора во всасывающей и нагнетательной линиях. Полезная мощность насоса: Принимаем и для насосов малой производительности. Найдем мощность на валу двигателя:

Мощность потребляемая двигателем от среды, при=0,8:С учетом коэффициента запаса мощности =1,5; устанавливаем двигатель мощностью: Устанавливаем центробежный насос марки Х45/31 со следующими характеристиками:

ПроизводительностьQ=45м²/ч.НапорН=31 м;Число оборотовn=2900 об/м;МощностьN=15 кВтТип электродвигателя- 4А160S2. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ:

Иоффе И.Л. «Проектирование процессов и аппаратов химической технологии» — Ленинград: Химия, 1991;352с.Колосков С. П. «Оборудование предприятий пищевой промышленности» — М.: Пищевая промышленность, 1969;384с.Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. «Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии» — Ленинград: Химия, 1981;560с.Гинсбург А. С. «Лабораторный практикум по курсу: процессы и аппараты пищевых производств» — М.: Пищевая промышленность, 1976;237с.Иванова Л. А., Дорошенко М. И., Иванова И. С. «Методические указания к выполнению курсового процесса по дисциплине: процессы и аппараты биотехнологии» — М.: Издательский комплекс МГУПП, 2000;60.