ЗАВДАННЯ № 13.
Розрахунок конструкції та кресленик ферментера з механічною мішалкою. Вихідні дані: загальний об’єм ферментера Vзаг = 100 дм3 . Ферментер обладнаний сорочкою для теплоносія, має пристрій для вимірювання температури. Густина розчину середовища в ферментері 1,10 г/с
. Розрахувати: конструктивні дані ферментера, підібрати тип мішалки, її розміри, число обертів, потужність приводу.Розрахнок геометричних параметрів ферментера
ρ = 1,10 г/см3 = 1100 кг/м3;
μ = 0,0015 Па·с;
λ = 0,6 Вт/(м·К);
С = 4186 Дж/(кг·К);
Робочий тиск Р = не менше 0,2 Мпа;
Коефіцієнт заповнення ферментера поживним середовищем R = 0,7
Висота еліптичної частини hел = 0,25 Dвн;
Висота відбортування h ≥ 2S (S – товщина стінки днища);
Приймаємо внутрішній діаметр апарата Dвн = 480 мм.
Еліптичні днища для апарата такого діаметра мають такі показники:
- внутрішній діаметр Dвн = 480 мм;
- висота відбортовки h = 25 мм;
- внутрішня поверхня F = 0,26 м2;
- ємність днища Vдн= 15,8 дм3;
- товщина стінки днища S = 12 мм
1) Робочий об’єм апарата (дм3):
Vp = Vзаг· R = 100 · 0,7 = 70 дм3
Відповідно ГОСТ 6533- 78 приймають співвідношення:
Нел = 0,25 Dвн = 0,25*0,48= 0,12 м.
2)Повний об‘єм ферментера:
100 д Об’єм циліндричної частини ферментера:
Vц = Vзаг - 2 Vдн = 100 – (2 · 15,8) = 68,4 дм3 = 0,0684 м3
3)Висота циліндричної частини ферментера:
=
=
= 0,021 мде F = 0,785*
4) Загальна висота ферментера:
Нзаг = Нц + 2 (Нел + h) = 0,021 + 2 · (0,12 + 0,025) = 0,081 м
5) Об’єм рідини в циліндричній частині Vрц у ферментері:
Vрц = Vр – Vрд = 70 – 15,8= 54,2 дм3
6)Висота рідини у циліндричній частині:
= 0,3 мЗагальна висота рідини у ферментері:
Нр = Нцр + Нел + h = 0,3 + 0,12 + 0,025 = 0,445 м.
Розрахунок механічної мішалки ферментера
Для виробництва рекомендується використовувати турбінну мішалку.
1) Рекомендований діаметр турбінної мішалки:
dм = 0,3 Dвн =0,3 * 0,48 = 0,144 м.
При (μ = 0,0015 Па·с) ω = 5,0 м/с.
2) Частота обертання мішалки, хв-1
с-1 = 663 хв-13) Потужність, що споживається, Вт:
Ni = KN ·ρc·n3·d5
де: ρc – густина середовища, кг/м3;
n – число обертів мішалки, с-1;
d – діаметр мішалки, м;
KN – критерій потужності, що залежить від інтенсивності перемішування та характеризується критерієм Рейнольдса (Re).
З графіку (турбінна мішалка D/dm = 3.33, без перетинок, №12):
KN = f (
= 0.994) Кінцева розрахункова потужність, кВт
NР = K1*К2*(ƩЕ+1)*Ni
де I – висота шару рідини, що перемішується (для турбінних мішалок, I = 0,75 Нзаг), м.
K1 – коефіцієнт заповнення апарата культурою, що росте;
К2 – коефіцієнт, який враховує збільшення потужності, що споживається, через підвищення опору культури в процесі її росту (К2 = 1,1);
ƩЕ – коефіцієнт, який враховує збільшення потужності, що споживається, на подолання опору допоміжних пристроїв (сорочка для теплоносія) = 0,1
=0,99*1100*1 349,2*0,00006=88,15NР = K1*К2*(ƩЕ+1)*Ni =
*1,1*(0,1)* 88,15= 1,21