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

Введение
Расчет мощности, потребляемой мешалкой на перемешивание
Тепловой расчет аппарата
Материальный баланс на одну загрузку
Расчет установки для пеногашения
Список используемой литературы:

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=0,029м; ρ- плотность масла; ρ=910 кг/; µ- коэффициент динамической вязкости масла; при средней температуре: Критерий Прандтля[2, с 269]:Где с- теплоемкость масла, при [2, с 269].- коэффициент теплопроводности масла; λ=0,1745 Вт/(м·град) [2, с 269];с- постоянная зависящая от Re.Коэффициент теплопередачи от пара к маслу[2, с 270]: где –Поверхность нагрева змеевика определим по основной формуле теплопередачи[2, с 270]:ГдеQ- количество 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=0,25м 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 с- теплоемкость 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= 0,00255 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 Ко- коэффициент, 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];С- теплоемкость 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 Q- количество тепла, передаваемое через поверхность змеевика.F- поверхность 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=0,000382 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] ;d- внутренний диаметр змеевика: d- 0,025м.Поправочный коэффициент, учитывающий влияние кривизны трубы, по которой протекает охлаждающая вода:Где- dи R- наружный 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:Где- и - 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=0,025м.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, равнойОпределяем диаметр трубопровода:Принимаем трубопровод из углеродистой стали маркой Ст20- бесшовные холоднодеформированные , диаметром 108х5,0мм, принимаем эквивалентный диаметр трубопровода, Уточняем скорость движения раствора :2) Определим потери на трение и местное сопротивление :Критерий Рейнольдса :=Т.к. Re > 10000, следовательно режим движения турбулентный. Принимаем абсолютную шероховатость стенки труб е=0,2мм. 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:Производительность- Q=45м²/ч.Напор- Н=31 м;Число оборотов- n=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.