"тамақ Өндірісінің машиналары мен аппараттары" кафедрасы биотехнологиялық жабдықтар

жүктеу/скачать 177.48 Kb.

Дата	27.06.2016
өлшемі	177.48 Kb.
	#161148

МЕХАНИКАЛЫҚ АРАЛАСТЫРҒЫШЫ ЖӘНЕ БАРБОТЕРІ БАР ФЕРМЕНТАТОРДЫ ЕСЕПТЕУ Араластыру құрылғысының есебі
Жылулық есебі
Қолданылатын әдебиеттер

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ

БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТІРЛІГІ

СЕМЕЙ қаласының ШӘКӘРІМ атындағы

МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ

"ТАМАҚ ӨНДІРІСІНІҢ МАШИНАЛАРЫ МЕН АППАРАТТАРЫ" кафедрасы

БИОТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ ЖАБДЫҚТАР

пәнінен білім алушылардың 2 межелік бақылауға арналған

тапсырмалар

Семей

2014

МЕХАНИКАЛЫҚ АРАЛАСТЫРҒЫШЫ ЖӘНЕ БАРБОТЕРІ БАР ФЕРМЕНТАТОРДЫ ЕСЕПТЕУ
Араластыру құрылғысының есебі
Биотехнологияда микроорганизмдерді культивациялау кезінде әдетте ауадан культуральды сұйықтың қанығу мәселесі шешіледі және механикалық араластыру құрылғысынан құрастырылған араластыру қолданылады.

D

b_o или В

Н

Н_а

2-сурет. Стандартты өлшемді сұйыққа арналған

турбиналы араластырғыштың сұлбасы

Механикалық араластыратын құрылғының жұмыс параметрлері мен құрығысын таңдау көптеген параметрлерге байланысты. Олардың ең негізгілері

құрылғы оңайлығы, шыдамды, сенімді болуы;
ортаның тұтқырлығы, араластырғыштың жүрдектілігі және т.б.
араластыруға кететін қуатын аз болуы

есепке алу керек. Соңғы негізгісі басқалардың ішінен ең елеулісі болып табылады.
Практика көрсеткендей биотехнологияда ферментаторларда турбиналы; бұрандалы (немесе пропеллерлі), қалақты және т.б. араластырғыштар қолданылады.

Барлық осы араластырғыштарға араластыруға арналған қуатты есептеудің бірдей әдістемесі қолданылады.

Стандартты өлшемдері бар аппараттарға (2-кесте) арналған қуат Эйлер критериіне байланысты анықталады:
N = f(Eu_м)
2-кесте. Араластырғыштардың стандартты өлшемдерін анықтау

Араластырғыштардың стандартты өлшемдері немесе олардың қатынасы

Белгіленуі және мәндері

аппарат диаметрі

араластырғыш диаметрі

сұйық денгейінің биіктігі

араластырғыш диаметрі

турбина ұзындығы

араластырғыш диаметрі

араластырғыш қалақтарының ені

араластырғыш диаметрі

ярустар арасының қашықтығы

араластырғыш диаметрі

шағылдырғыш қалқасыныңені араластырғыш диаметріне қатынасы

аппарат диаметрі

сұйық денгейінің биіктігі

шағылдырғыш қалқасының ені

b_о немесе В=0,1D

Түбінен араластырғышқа дейін арасы

y немесе h

араластырғыш қалақтарының ені

S

Эйлер критериінде қуаттың ізделінетін шамасы бар, бұл оның есептелуіне мүмкіндік береді.

N=Eu_M·ρn³d⁵
Эйлер критериі критериалдық теңдік бойынша анықталады:

Фруд критериінің әсері Re_M>300 кезінде шағылдырғыштық қасиеті жоқ араластырғышта болғанда ғана білінеді.

Шағылдырғыштық қалқалар сұйық бетінде тереңдетулердің пайда болуынан сақтайды. Ереже бойынша ферментаторда шағылдырғыштық қалқалар ғана емес, сонымен қатар ирек түтікті және т.б. жылу алмастырғыштар; сатылар және с.с. қолданылады.

Осыған байланысты ақырғы тәуелділік жеңілдетіледі:

Егер аппарат құрылғысы жоғарыда келтірілген стандартты өлшемдерден ауытқыса, онда есептелінетін критериалды теңдікке түзетулер енгізіледі:

Еu_м = Eu_мo·ψ_м

Бұл теңдіктің түзету коэффициенті :

ψ_м = ψ_D·ψ_Н·ψ_h·ψ_b·ψ_B ψ_S·ψ_l·ψ_п·ψ_л

мұнда

;

мұндағы теңдіктен кейінгі көрсетілген шамалар – жеке түзету көбейткіштер.

Симплекстер қатынасы сәйкес параметрлер мен алмастырылуы мүмкін.

или

и т.д.
Сұйықтық-газ жүйесін араластыру кезінде қуатты мына түрдегі теңдеумен анықтайды:

Мұндағы, N_Ж-Г – сұйық-газ жүйесін араластыру кезіндегі қуат;

N_Ж – сол араластырғышпен тұтас сұйықты араластырғандағы қуат;Вт

W_Г – ауа шығыны

n –араластырғыштың айналу жиілігі, айн/мин

d_М – араластырғыш диаметрі,м
Араластырғышы бар аппараттар үшін теңдік келесі түрге келтіріледі:

N_Ж = Eu_M·ρn³d⁵ екенін ескере отырып теңдікті келесідей түрлендіреміз:

Араластырғыш түрін таңдаймыз:

10 нұсқа үшін: айналу жиілігі-4,2 с; 03 типті -6 қалағы және келесі параметрлері бар ашық турбиналы арластырғыш:

симплекстер ;
шағылдырғыштық қалқалар саны– 4;

Егер Рейнольдс критериі 10

-нен көп болса онда график бойынша (Павлов К.Ф. және т.б.) қуат критериі Eu=6. Демек,

Араластырғыш диаметрі:

Алынған араластырғыш диаметрін стандарттық қатар бойынша теңестіреміз (3-кесте).

3-кесте. Араластырғыш түрлері

Араластырғыш құрылғысының типі	Араластырғыш диаметрі, мм	Г_D
Үшқалақты (қалақтарының көлбеу бұрышы 24⁰)	80, 100, 125, 180, 200, 220, 250, 280, 320, 360, 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000, 1120, 1250, 1400, 1600, 1800, 2000, 2240, 2500	2 – 6
02. Пропеллерлі (винтті)	80, 100, 125, 180, 200, 220, 250, 280, 320, 360, 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000, 1120, 1250, 1400, 1600, 1800, 2000, 2240, 2500	2 – 6
03. Ашық турбиналы	80, 100, 125, 180, 200, 220, 250, 280, 320, 360, 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000, 1120, 1250, 1400, 1600, 1800, 2000, 2240, 2500	2 – 6
04. Жабық турбиналы	80, 100, 125, 180, 200, 220, 250, 280, 320, 360, 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000, 1120, 1250, 1400, 1600, 1800, 2000, 2240, 2500	2 – 6
05. Алты қалақты	80, 100, 125, 180, 200, 220, 250, 280, 320, 360, 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000, 1120, 1250, 1400, 1600, 1800, 2000, 2240, 2500	2 – 6
06. Клетті	80, 100, 125, 180, 200, 220, 250, 280, 320, 360, 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000, 1120, 1250, 1400, 1600, 1800, 2000, 2240, 2500	2 – 6
07. Қалақшалы	80, 100, 125, 180, 200, 220, 250, 280, 320, 360, 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000, 1120, 1250, 1400, 1600, 1800, 2000, 2240, 2500, 2800, 3150, 2800, 3150, 3550	1,4 – 4

3-сурет. Араластырғыш түрлері:

а – Үшқалақты (тип 01); б) винтті (тип 02); в – турбиналы (тип 03); г – жабық турбиналы (тип 04); д) – алтықалақты (тип 05); е) – клетті (тип 06); ж – қалақты (тип 07); з) – қаңқалы (тип 10)

Бұл кестенің жуық мәні бойынша араластырғыш диаметрі 0,8м. Араластырғыштың қалған мөлшері араластыру құрылғысының кестеде (4-кесте) берілген қалған мәндері бойынша анықталады.

4-кесте. Араластырғыш өлшемдері

d_M, мм

Араластырғыш құрылғысының типіне байланысты араластырғыш өлшемдері

b, мм

Н, мм

Н₁, мм

d, мм

S, мм

01- 05

06

06

01, 05

03, 04, 06

07

01 – 05

06

07

80

16

12

120

18

18

-

3

4

-

100

20

15

150

18

18

-

3

4

-

125

25

18

180

18

18

18

3

4

3

160

32

24

240

18

18

18

3

4

4

180

36

28

270

25

25

18

4

6

4

200

40

30

300

25

25

18

4

6

4

220

44

34

330

25

25

25

4

6

6

250

50

38

380

45

45

25

4

6

6

280

56

42

420

45

45

25

4

6

6

320

64

48

480

45

45

25

4

6

6

360

72

54

540

45

45

25

6

6

8

400

80

60

600

45

45

25

6

6

8

450

90

68

680

45

45

32

6

6

8

500

100

75

750

45

60

32

6

6

8

560

112

84

840

45

60

32

8

8

10

630

126

95

950

60

60

32

8

8

10

710

142

105

1050

60

80

45

8

8

10

800

160

120

1200

60

80

45

8

8

10

900

180

135

1350

60

80

45

10

8

12

1000

200

150

1500

80

90

45

10

8

12

1120

224

170

1700

80

90

60

10

8

12

1250

250

190

1900

80

100

60

12

8

12

1320

264

-

-

90

100

-

12

-

-

1400

280

-

-

90

100

80

12

-

14

Ары қарай есептеу үшін келесілерді нақтылау керек:

газ-сұйықтық жүйесінің N. араластыру қуатын;
аэрацияланбаған сұйықтың N араластырғыш қуатын.

Бірақ алдын-ала Eu мәнін нақтылау керек , себебі жобаланатын араластырғыш стандартты араластырғыштан Г Г Г параметрлері бойынша есептелінеді.

Сондықтан жоғарыда келтірілген теңдік бойынша:

Еu_м = Eu_мo·ψ_м = Eu_мo·ψ_D·ψ_H·ψ_B =

Мұндағы геометриялық ұқсастық симплекстері мынаған тең:

Г_D =D/d_M=1,8/0,8=2,25
Г_H =H/d_M=2,09/0,8=2,62
Г_B =B/d_M= 0,1D/d_M = 0,225
Зерттелген араластырғыш үшін Рейнольдс критериі:

Рейнольдс бұл мәнінде Эйлер критериі 6-ға тең болады ( график бойынша ).

Жобаланатын араластырғыш үшін

кедергі коэффициентін анықтай отырып, араластырғыш параметрлеріне (Г_D=2,25; = 0,16 м) жүгініп, егер аппарата бір араластырғыш (_м = 1), төрт шағылдырғыш қалқасы (_п = 4) болса қосымша параметрі :

мәні бойынша график көмегімен К_м=0,14 параметрін анықтаймыз және Еu_месептейміз:

Бұл мәнді келесі есептеулерге қабылдаймыз

Газсұйықты жүйені араластыру қуатын анықтаймыз:

аэрациялау жоқ кезінде араластыру қуаты:

осыдан, газ-сұйықты жүйенің меншікті араластыру қуаты

берілгеннен () көп және жобаланған араластырғыш қажетті массаалмасу жылдамдығын қамтиды.

мәні бойынша араластырғыш құрылғысына жетек таңдаймыз.

Теңдеу бойынша табылған араластырғыш білігінің есептік қуаты, қуатынан айтарлықтай айырмашылығы жоқ, осыдан тұтқырлығы аз ортаны араластыру кезінде А₁ = 1, ал көмекші құрылғының әсерімен қуатты есептемеуге болады. Төмендеткіштің ПӘК есепке алып электроқозғалтқыш жетегінің номинальді қуаты

Каталог бойынша тік жетек пен элетроқозғалтқыш таңдаймыз.
Жылулық есебі
Микроорганизмдерді культивациялау кезінде процестің қажетті температурасын (t = 35° С) ұстау үшін биохимиялық процестің жылуын ғана емес сонымен қатар меншікті қуатпен N_V=5,84 кВт/м³араластыру кезінде механикалық энергияның диссипациясы нәтижесінде туындайтын жылуды шығару керек. Сұйықтың V_P = 5 м³ мөлшерінде суыту бетінің жылулық жүктемесі:

Суытатын судың жоғарыда қабылданған параметрлері бойынша орташа температурлы арын:

Суыту бетін есептеу үшін жылуберу коэффициентін табу қажет:

мұнда алмастырылатын сұйықтан аппарат қабырғасына жылу беру коэффициенті, Вт/(м²К);

— аппарат қабырғасынан салқындататын суға жылу беру коэффициенті, Вт/(м²К);

— аппарат қабырғасының қалыңдығы;

= 0,01 м;

— қабырғаның жылуөткізгіштігі, 12Х18Н10Т маркалы тот баспайтын болат үшін

= 17,5 Вт/(м-К).

есебін теңдігі бойынша (№2 әдебиет) жүргіземіз. Зерттелген типті құрылғының Г_D и Г_н бойынша жобаланатын аппараттың ауытқуын есепке аламыз ( Гв әсерін ескермейміз):

Nu мәні бойынша:

Есептеу кезінде қабырға температурасы араластыратын ортамен суытатын су арасындағы орташа температурасы бойынша шартты түрде қабылданады (t_ст = 27°С).

Суытатын су тік бұрышты қима бойынша серіппелі каналмен ағады (n_сп × Ь_сп = 0,25 м×0,03 м), оның ауданы , f= 0,0075 м²ал эквивалентті диаметрі:

Суытатын су шығыны, жылу балансының теңдеуі бойынша анықталады:

Каналдағы су ағымының жылдамдығы:

Бұндай жылдамдық кезіндегі Рейнольдс критериі:

режим турбулентті, ал есебі үшін критериалды теңдікті қолдануға болады:

мұндағы

- канал ұзындығының жылу беру коэффициентін ескеретін түзетуші коэффициенті, дегенмен біздің жағдайда каналдың ұзындығы каналдың эквивалентті диаметріне қатынасы 50 көп, каналдың ұзындығының әсерін есепке аламыз:

=1;

Х-серіппе қисықтығын ескеретін коэффициенті:

деп қабылдап, Нуссельт критериін анықтаймыз:

коэффициентті:

Жылу беру коэффициенті:

Беттің ластануын ескере отырып

;

Жылу беру коэффициентін анықтаймыз:

Суыту беті:

Суыту бетінің биіктігі

Судың беті яғни аппараттың бүйір бетінде жұмысшы зонасында орналасады. Алынған нәтижелер бойынша аппарат жобаланады.

4 –сурет. Механикалық араластырғышы бар және барботері бар ферментатор

1 – араластырғыш құрылғысының жетегі; 2 – жалғауыш; 3 – білік тығыздағышы; 4 – тұрық; 5 – аппарат тұрығы; 6 – араластырғыш араластырғыш құрылғының білігі; 7 – шағылыстырғыш қалқасы; 8 – араластырғыш; 9 – барботер; 10 – білік ұщының тірегі.

Қолданылатын әдебиеттер
1. Калунянц Г.А., Голгер Л.И., Балашов В.Е. Оборудование микробиологических производств. М.: Агропромиздат, 1987, 398 с.

2. Проектирование процессов и аппаратов пищевых производств. Под ред. В.Н. Стабникова – Киев.: Высшая школа, 1982, 199 с.

3. Карпов А.М., Саруханов А.В. Теплофизические и физико-химические характеристики продуктов микробиологического синтеза: Справочник, М.: Агропромиздат, 1987, 20 с.

3. Грачева И.М. Технология ферментных препаратов. М.: Агропромиздат, 1987, 25 с.

4. Некрутман С.В., Кирпичников В.П., Леенсон Г.Х. Справочник механика предприятий общественного питания. М.: Экономика, 1978, 223 с.

5. Аппараты с механическими перемешивающими устройствами вертикальные. Типы и основные параметры. ГОСТ 20680—7э.

6. Аппараты с механическими перемешивающими устройствами вертикальные. Метод расчета. РТМ 26—01—90—76.

7. Мешалки Типы, параметры, конструкция и основные размеры. ОСТ 26—01—1245

жүктеу/скачать 177.48 Kb.

Достарыңызбен бөлісу: