Розрахунково - практична робота № 4
ЄМНІСНІ АПАРАТИ З МЕХАНІЧНИМИ
Механічні перемішують пристрої складаються з трьох основних частин: мішалки; вертикального, горизонтального або похилого вала, на якому закріплена мешалка, і електропривод. Залежно від частоти обертання вони поділяються на швидкохідні (частота обертання до 40 с -1) і тихохідні (частота обертання не більше 1 с -1). До тихохідних відносяться лопатеві, рамні, якірні мішалки, до швидкохідних - турбінні та гвинтові. Типи і розміри пристроями, для вертикальних апаратів визначено в ГОСТ 20680-75. Вимоги ГОСТу для основних типів пристроями, наведені в додатку Б.
Розрахунок ферментаторів з механічною мішалкою
Мета роботи: познайомитися з пристроєм ємнісних апаратів, пристроями таких апаратів і основними конструктивними розрахунками апаратів і перемішують на прикладі розрахунку ферментатора по заданому робочому об'єму.
Порядок виконання розрахунків
Кожен студент виконує розрахунки самостійно відповідно до індивідуального завданням.
Перед проведенням розрахунків встановлюють об'ємну масу живильного середовища, динамічну в'язкість, коефіцієнт теплопровідності, робочий тиск в ферментаторі при стерилізації його парою, теплоємність с. При розрахунках можна скористатися даними ВНИИбиотехники: об'ємна маса живильних середовищ знаходиться в межах = 1060-1070 кг / м 3. динамічна в'язкість в межах = 0,001. 0,00155 Па · с, теплоємність приймають рівній з = 4186 Дж / (кг · К), коефіцієнт теплопровідності = 0,6 Вт / (м · К).
Для стерилізації живильного середовища всередині ферментатора необхідно створити робочий тиск не менше 0,2 МПа. Коефіцієнт заповнення апарату залежить від складу середовища і виду вирощуваного організму до = 0,5. 0,65.
Конструктивний розрахунок ферментатора. Робочий об'єм апарату Vр розраховується за формулою:
Розрахунок механічної мішалки ферментатора. Для перемішування поживних середовищ в період зростання мікроорганізмів використовують різні перемішують пристрої: лопатеві, якірні, рамні, турбінні, пропелерні. Внаслідок наростання біомаси підвищується в'язкість культуральної рідини, погіршується перемішування і аерація середовища. Для інтенсифікації перемішування суспензій рекомендується застосовувати турбінні мішалки.
Діаметр турбінної мішалки розраховується за формулою:
де Dвн - внутрішній діаметр ферментатора, м.
За отриманою величиною dм по каталогам вибирають мішалку з ефективною системою перемішування. Характеристика пристроями, приведена в таблиці 1 додатка А.
Визначаємо частоту обертання мішалки за формулою:
За отриманою частоті обертання мішалки приймаємо її фактичну швидкість.
За прийнятою величиною частоти обертання мішалки за каталогом НДІХІММАШ вибирають редуктор.
Розраховуємо споживану мішалкою потужність для перемішування зростаючої культури без урахування впливу допоміжних пристроїв:
де - критерій потужності, що залежить від інтенсивності перемішування і характеризується відцентровим критерієм Рейнольдса (Reц); - щільність середовища, кг / м 3; n - частота обертання мішалки з -1; - діаметр мішалки, м.
Критерій Рейнольдса можна розрахувати за формулою:
де - динамічна в'язкість середовища, Па · с.
За залежності критерію потужності Nm від Reц для обраного типу мішалок знаходимо його значення (Стабніков В.Н. Процеси і апарати харчових виробництв. -М. Харчова промисловість, 1976. С. 127-130).
Розрахункову потужність на валу мішалки розраховуємо за формулою:
де - коефіцієнт заповнення апарату зростаючої культурою; - коефіцієнт, що враховує збільшення споживаної потужності через підвищення опору зростаючої культури в процесі її росту (= 1,1); - коефіцієнт, що враховує збільшення споживаної потужності на подолання опору, що викликається допоміжними пристроями.
де kп - коефіцієнт опору відбивних перегородок; kм - коефіцієнт опору додаткової мішалки; Kтр - коефіцієнт опору труби для підведення повітря; kт - коефіцієнт опору гільзи для термометра. Значення цих коефіцієнтів наведені в таблиці 2 (додаток А).
Потужність на подолання тертя в сальнику валу розраховують за формулою:
де n - частота обертання валу мішалки, с -1; d в - діаметр вала, м; Sc - товщина набивання сальника вала, м; р - робочий тиск повітря в апараті над рівнем рідини, Па; hc - висота набивання сальника, м (можна прийняти
Діаметр приводного вала мішалки визначають за формулою:
де Мкр -крутящій момент на валу мішалки, Н · м; - допустиме напруження для матеріалу вала на кручення, Н / мм 2; см - поправка на корозію, ерозію і знос матеріалу, мм.
Крутний момент на валу мішалки дорівнює:
де Nр - передана розрахункова потужність на валу, Вт; н - запас міцності.
Для забезпечення жорсткості вала розрахункову величину d в множать на коефіцієнт 1,25.