- •Приклад 1.1. Розрахунок об’єму культуральної рідини в ферментаторі
- •Приклад 2.1. Розрахунок швидкості циркуляції рідини в ферментаторі.
- •Приклад 2.2. Розрахунок жолобчатого барботера.
- •Приклад 2.5. Розрахунок потужності, що витрачається на перемішування в ферментаторі з мішалкою в циркуляційному контурі.
- •Решение.
- •Приклад 5.1. Розрахунок плівкового випрювача.
- •Основные технические данные испарителей со стекающей пленкой
- •Приклад 5.2. Розрахунок роторного плівкового випарювача.
- •Основные параметры роторных пленочных аппаратов с шарнирным креплением лопастей
- •Приклад 7.1. Вибір труби Вентурі.
- •Приклад 8.1 Трубчаста аераційна система
- •Приклад розрахунку аераційної системи.
Основные технические данные испарителей со стекающей пленкой
(диаметр труб 38 х 2 мм)
Внутренний диаметр кожуха D, м |
Число труб z, шт, |
Площадь поверхности теплообмена F (м2) при длине труб L, м |
|||
2,0 м |
3,0 м |
4,0 м |
5,0 м |
||
0,6 |
54 |
11,5 |
17,0 |
23,0 |
29 |
0,8 |
120 |
25,6 |
38,4 |
51,2 |
64 |
1.0 |
210 |
44,8 |
67,0 |
89,6 |
112 |
1,2 |
360 |
77,0 |
115,0 |
153,0 |
192 |
1,4 |
510 |
109,0 |
163,0 |
218,0 |
272 |
1,8 |
932 |
— |
299,0 |
398,0 |
498 |
2,0 |
1154 |
— |
370,0 |
493,0 |
616 |
Приклад 5.2. Розрахунок роторного плівкового випарювача.
Необходимо подобрать стандартный роторный пленочный аппарат для концентрирования раствора.
Производительность аппарата, приведенная к начальной концентрации
qmн = 0,06 кг/с.
Начальная концентрация раствора хн = 0,50 кг/кг;
конечная концентрация хк = 0,75 кг/кг;
температура кипения при начальной концентрации tкип.н = 83,5 °С,
температура кипения при конечной концентрации tкип.к= 109 °С;
максимальная температура греющего пара tп = 158°С;
допустимое время пребывания жидкости в зоне нагрева τдоп = 30 с.
Теплофизические свойства раствора при средней концентрации имеют следующие значения:
ж = 1097 кг/м3; ср = 3,59.103 Дж/(кг.К); ж = 0,45 Вт/(м.К);
rн = 2,32106 Дж/кг; ж = 1,25.10 -6 м2/с.
Предварительный расчет аппарата осуществляется в следующей последовательности.
Производительность аппарата по конечному раствору
qmк
=
qmнхн
/
хк
=
0,06
=
0,04
кг/с.
Производительность по испаряемому растворителю
qmв = qmн - qmк = 0,06 – 0,04 = 0,02 кг/с.
Средний массовый расход жидкости через аппарат
qтср= (qтн+qтк)/2= (0,06+0,04)/2=0,05 кг/с.
Средний объемный расход жидкости
qж
=
4,55.10-5
м3/с.
Тепловой поток, необходимый для нагревания раствора и испарения растворителя
Q = qmн ср(tkип к—tкип.н) + qmвrи =
= 0,06 . 3,59 .103(109 - 83,5) + 0,02 . 2,32 . 106 = 5,19.104 Вт.
Предварительно примем толщину стенки аппарата cт = 12 мм (табл. 5.2);
коэффициент теплоотдачи со стороны греющего пара 1 = 104 Вт/(м2.К);
коэффициент теплоотдачи со стороны перемешиваемой пленки
2 =1,5103 Вт/(м2.К);
термические сопротивления загрязнений со стороны греющего пара и продукта
r1 = r2 = 104 м2.К/Вт .
Корпус аппарата обычно бывает выполнен из нержавеющей стали с коэффициентом теплопроводности ст = 17,5 Вт/(м.К).
Тогда ориентировочное значение коэффициента теплопередачи составит
К =
=
605 Вт/(м2.К).
Разность температуры теплоносителей в верхней и нижней частях аппарата составит:
tв = tп tкип.н = 158 83,5 = 74,5 °С;
tн = tп tкип.к = 158 – 109 = 49о С.
Средняя разность температур
tcр = (tв + tн)/2 = (74,5 + 49) / 2 = 61,75° С.
Ориентировочная площадь теплообмена
Fmin
=
=
=
1,36
м2.
При концентрировании или нагревании термолабильных растворов роторный аппарат должен иметь площадь теплообменной поверхности меньше меньшего из значений, вычисленных по формулам:
Fmax1=2,3
g0,45q
/
;
Fmax2
= 0,55(
gq
ж)0,4.
Из этого условия найдем максимально допустимую площадь теплопередающей поверхности аппарата:
Fmax1=
2,3
=13,2 м2.
Fmax2
= 0,56
= 11,2 м2.
В соответствии с условием 1,36<F<11,2 из табл. 5.2 выбираем наименьший аппарат со следующими основными параметрами:
D = 0,3 м; F = 1,6 м2; H= 1,73 м; с т= 10 мм; z = 6; пл = 3 мм; n = 2,1 с-1; Nэ = 3 кВт.
Уточненный расчет аппарата проведем в следующей последовательности. Коэффициент мощности в предположении, что лопасти работают в режиме «стирания», вычисляем по формуле
KN2
=7,75z2
КN2
= 7,75. 6
. 0,0342
= 0,0548.
Параметр , входящий в это выражение,
=2,4.6-0,33.1550,27 (l,51•105)-0,38. 0,1350,17 sin 600 = 0,034.
Здесь критерии подобия соответственно составят
Reпл
= 4Гср/ж
=
=
155;
Reцб
= nD2/ж
=
= 1,51.105;
Frцб
=n2D/g
=
=
0.135.
При работе лопастей в режиме «плавания» коэффициент мощности при массе лопасти длиной 1 м, равной
mуд = лплпb = 7800 • 0,003 • 0,04 = 0,936 кг,
определим по формуле
КN1
=
15,5
sin
2
КN1
= 15,5
sin
1200
= 1,02.
В рассматриваемом случае КN1>КN2, т.е. лопасти работают в режиме «стирания» и зазор =0. Коэффициент мощности, характеризующий затраты энергии на вращение ротора, с учетом трения лопастей о корпус (лопасти стальные и коэффициент трения f =0,17) вычислим по формуле :
KN3
=
КN3
=
=
0,286.
а мощность— по выражению :
N=КNiжn3D4H
N =0,286.10972,130.34 1,73=40,7 Вт.
Объемный расход жидкости в одном валике согласно
qвл = (qж- qпл)/z
составит
qвл
=
=
0,76.10-5
м3/с.
Для нахождения площади сечения валиков выполним расчеты по уравнениям (5.100) и (5.101):
Sвл
/D2
= 0,95
Fr
Re
[qвл/(
D)]0'56
(KN/z)0,12
(sin )-0,32
Sвл = 3,75 [qвл /(gsin )]0,5
Sвл =
0,95.0.32
(1,51.105)-0,76.0,1350,56
(sin
60)-0,32 =10,4.10-6
м2.
Sвл = 3,75
=
3,97.10-6
м2.
Принимаем площадь сечения валиков равной наибольшему из найденных значений: Sвд = 10,4.10-6 м2.
Удерживаемый на теплообменной поверхности объем жидкости вычислим по формуле (5.94):
Vж = DH + zHSвл
Vж = 0 + 6.10,4. 10-6.1,73 = 1,08. 10-4 м3 .
Среднее время пребывания жидкости на теплообменной поверхности составит
ср = Vжж / qmср = 1,08.10-4 . 1097 / 0,05 = 2,37 с.
Найденное время меньше допустимого (доп=30 с), т. е. одно из условий выбора аппарата выдержано.
Коэффициент теплоотдачи найдем по формуле (5.130):
=1,13(z
n ж
ср)0,5
=
1,13 (6.2,1.0,45.1097.3,59.103)
=
1516 Вт/(м2.К)
,
где Рг = сржж / ж = 3,59.103.1097.1,25.10-6/0,45 = 10,94.
Уточненный коэффициент теплопередачи
К =
=
652 Вт/(м2.К).
Необходимая площадь поверхности теплообмена по формуле (5.119):
F=(Q-N)/(Ktср)
F
=
= 1,27 м2.
Найденное значение F меньше площади теплообмена ранее выбранного аппарата РП-300-1,6, но больше, чем у ближайшего меньшего типа РП-160-0,8, поэтому окончательно выбираем аппарат РП-300-1,6.
Таблица 5.2
