8. Расчет аппарата для выращивания глубинной посевной культуры

Посевную культуру готовят в количестве 10 % от объема среды в ферментаторе. Рабочий объем маточника V^р_мат = 0,1  25 = 2,5 м³. Во избежание применения пеногасителя принимаем меньший коэффициент заполнения:  = 0,5.

Полный объем маточника:

V_мат = V^p_мат/η = 2,5/0,5 = 5 м³.

D_вн = 1,6 м.

Эллиптические днища для аппарата с таким диаметром имеют следующие размеры: внутренний диаметр D_вн = 1,6 м, высота выпуклой (эллиптической) части h_в = 0,25  D_вн = 0,25  1,6 = 0,4 м, высота отбортовки h  2,5  S, принимаем h = 0,04 м (S – толщина стенки днища), внутренняя поверхность F_вн = 2,98 м², объем днища V_дн = 0,617 м³.

Полный объем маточника состоит из объема цилиндрической части V_ц и объема эллиптических днищ V_дн:

V_мат = V_ц + 2  V_дн = 5 м³.

Отсюда V_ц = 5 - 2  V_дн = 5 – 2  0,617 = 3,766 м³.

Высота цилиндрической части маточника:

Н_ц = V_ц/F_м = 3,766/(0,785  1,6²) = 1,88м.

Принимаем Н_ц = 1,9 м.

Общая высота маточника:

Н_общ = Н_ц + 2  (h_в + h) = 1,9 + 2  (0,4 + 0,04) = 2,78 м.

Далее аппарат подбирается по каталогу.

9. Тепловой расчет маточника

В маточник подают питательную среду, подогретую до t₁ = 130 °С (начальная температура среды), без предварительного охлаждения.

Перед засевом культурой среду охлаждают до t₂ = 30 С (конечная температура среды). Время охлаждения по условиям технологического режима  = 2 ч.

Количество тепла отводимого в течение 1 ч:

Q_ч = V    с  (t₁ - t₂)/2 = 2,5  1065  3950  (130 - 30)/(3600  2) = 146  10³ Вт,

где V – объем питательной среды, 2,5 м³;

 - плотность среды, 1065 кг/м.

Теплоемкость среды при W = 92 %,

с = 0,29 + 0,071  W = 0,29 + 0,071  92 = 3950 Дж/(кг  К).

Количество воды, необходимое для отвода тепла:

G_в = (Q_ч - Q_5изл)/[с  (t₂ - t₁)] = (146  10³ - 2930)/[4186  (22-15)] = 4,88 кг/с,

где с - теплоемкость воды, Дж/(кг  К);

t₁ – начальная температура охлаждающей воды, 15 °С;

t₂ – температура воды, выходящей из рубашки, 22 °С.

Тепло, отводимое излучением в окружающее пространство, принимаем 2 % от Q_ч:

Q_5изл = 0,02  Q_ч = 0,02  146  10³ = 2920 Вт.

Определим расход охлаждающей воды для отвода тепла, выделяемого растущей культурой микроорганизмов.

При приготовлении питательной среды для посевной культуры задают 6 % кукурузной муки, или на 2,5 м³, все количество муки составит 2500  0,06 = 150 кг. Это количество эквивалентно 150  0,747 = 112 кг сахара, где 0,747 – коэффициент пересчета муки в глюкозу при средней крахмалистости 67,3 %. В 1 кг муки содержится крахмала 0,673 кг; в пересчете на глюкозу: 1,11  0,673 = 0,747 кг, где 1,11 – коэффициент пересчета крахмала в сахар.

При сгорании 1 кг сахара (глюкозы) выделяется 3744 ккал тепла. Принимаем для упрощения расчета, что весь сахар будет израсходован при развитии микроорганизмов и образовавшееся при этом тепло будет выделено в среду.

При этом общее количество выделившегося тепла:

Q = 112  3744 = 420000  4,186 = 1760  10³ кДж.

Культура выделяет тепло в период активного роста, продолжающегося около 24 ч.

Количество тепла, выделяемого в течение 1 ч:

q = 1760  10³/(24  3600) = 20350 Вт.

Тепло отводится охлаждающей водой через рубашку и теплоизлучением. Отвода тепла воздухом не происходит, т.к. температура подаваемого на аэрацию воздуха равна температуре среды (30 °С).

Потери на излучение q₅ принимаем в размере 2 %:

q₅ = 0,02  20350 = 407 Вт.

Тепло, отводимое водой:

q_в = q - q₅ = 20350 - 407 = 19943 Вт.

Расход воды на охлаждение растущей в маточнике культуры:

G_в = 19943/[4198  (22 - 15)] = 0,68 кг/с,

где t₁ и t₂ – температура охлаждающей воды при входе и выходе из рубашки маточника.

Список использованной литературы

1. Грачева И.М., Иванова Л.А., Кантере В.М. Технология микробных белковых препаратов, аминокислот и биоэнергия. – М.: Колос, 1992. – 383 с.

2. Грачева И.М., Кривова А.Ю. Технология ферментных препаратов. – М.: Элевар, 2000. – 510 с.

3. Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии. – Л.: Химия, 1991. – 352 с.

4. Калунянц К.А., Голгер Л.И., Балашов В.Е. Оборудование микробиологических производств. – М.: Агропромиздат, 1987. – 398 с.

5. Кантере В.М. и др. Основы проектирования предприятий микробиологической промышленности. – М.: Агропромиздат, 1990. – 304 с.

6. Карпов А.М., Саруханов А.В. Теплофизические и физико-химические характеристики продуктов микробиологического синтеза: Справочник. – М.: Агропромиздат, 1987. – 223 с.

7. Колосков С.П. Оборудование предприятий ферментной промышленности. – М.: Пищевая промышленность, 1969. – 383 с.

8. Николаев А.П. и др. Процессы и аппараты пищевых производств. Примеры и задачи: Учебное пособие. – Киев: Вища школы, 1992. – 232 с.

9. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. – Л.: Химия, 1987. – 576 с.

10. Саруханов А.В., Быков В.А.. Оборудование микробиологических производств. Справочник. – М.: Колос, 1993. – 384 с.

11. Соколов В.Н., Яблокова М.А. Аппаратура микробиологической промышленности. – Л.: Машиностроение, 1988. – 278 с.

Содержание

Введение...............................................................................................…...3

І. Содержание и объем курсового проекта............................................…4

ІІ. Варианты заданий для курсового проектирования...............................8

ІІІ. Примеры расчетов процессов и аппаратов........................................31

1. Оборудование для хранения компонентов питательных сред.......…31

   1. Бункера и питатели...............................................................31

   2. Емкостное оборудование......................................................35

2. Расчет диаметра трубопровода............................................................37

3. Расчет насосов......................................................................................37

Пример расчета центробежного насоса......................................……39

4. Вентиляторы.........................................................................................42

5. Расчет смесителя для среды, подаваемой в маточник...................…45

6. Аппараты для стерилизации и охлаждения питательных сред.........48

7. Расчет теплообменника для охлаждения среды,

подаваемой в ферментатор.…………………………………………..51

8. Расчет аппарата для выращивания глубинной

посевной культуры.……………………………………………………55

9. Тепловой расчет маточника..........................................................…...56

Список использованной литературы.............................................……...59

Людмила Афанасьевна Иванова

Марина Ивановна Дорошенко

Ирина Сергеевна Иванова