1.3. Расчет дозатора для пеногасителя

Во избежание образования пены в ферментаторы вводят жидкие пеногасители в количестве 0,8-1,0 кг на 1 м³ среды. Предварительно пеногаситель стерилизуют в отдельном аппарате, из которого пеногаситель пропускают в сборник-дозатор. Одна установка может быть использована для пеногашения в 2-х ферментаторах. V_р 2-х ферментаторов = 50 м³, удельный расход пеногасителя в = 1 дм³/м³ за весь цикл роста τ = 24 ч. Пеногаситель готовят 1 раз в сутки.

Часовой расход масла на пеногашение:

V_м.ч = V_р · в/24 = 50 · 1/24 = 2,08 дм³/ч

Суточный расход масла на пеногашение:

V_м.сут = 24 · V_м.ч = 24 · 2,08 = 50 дм³ = 0,05 м³/сутки

Полный объем дозатора для пеногасителя принимаем из расчета вмещения в него суточной потребности при коэффициенте заполнения 0,8:

V_н = V_м.сут/0,8 = 50/0,8 = 62,5 дм³

Для стерилизации масла принимаем мерник стальной со змеевиком объемом 63 дм³.

Внутренний диаметр дозатора D_вн = 400 мм, высота его Н = 650 мм, днище сферическое, крышка съемная.

Стерилизация масла осуществляется путем его нагревания от t'_м = 15 ºС до t''_м = 130 ºС паром (р = 3 кгс/см² = 2,94 · 10⁵ Па) через змеевик из трубки диаметром 25/21 мм.

Количество тепла, затрачиваемое на стерилизацию суточной потребности пеногасителя (масла):

Q_м = 1,03 ·V_м.сут · ρ · с · (t''_м – t'_м) = 1,03 · 0,05 · 910 · 2,093 · (130 – 15) = 11300 кДж

где ρ – плотность масла, ρ = 910 кг/м³;

с – теплоемкость масла, с = 2093 Дж/(кг · К);

1,03 – коэффициент, учитывающий потери тепла стерилизации в окружающую среду.

Расход пара на стерилизацию масла:

G_п = Q_м = 11300 = 5,28 кг

(Ι_п –Ι_к) (2740 – 597)

где Ι_п – энтальпия насыщенного пара, при р = 3 кгс/см² Ι_п = 2740 кДж/кг;

Ι_к – энтальпия конденсата пара, при р = 3 кгс/см² Ι_к = 597 кДж/кг (9, стр. 549, табл. LVII).

Объемный расход пара на стерилизацию:

V_п = G_п · V' = 5,28 · 0,4718 = 2,48 м³

где V' – удельный объем пара, при р = 3 кгс/см² V' = 0,4718 м³/кг.

Коэффициентом теплопередачи от пара к маслу зададимся из табл. 2, К = 65 Вт/(м² · К).

S_ст – толщина стенки змеевика, S_ст = 0,002 м.

Поверхность нагрева змеевика определим по основной формуле теплопередачи:

F = Q = 6270 = 1,93 м²

(K · Δt_ср) (65 · 50)

где Q – количество тепла, передаваемого маслу от стенки змеевика при условии, что нагрев осуществляется в течение 0,5 ч.

Q = 11300 · 10³ = 6270 Вт.

0,5 · 3600

Средняя логарифмическая разность температур:

Δt_ср = (t_нас – t_м') – (t_нас – t_м'') = (142,9 – 15) – (142,9 – 130) = 50 ºС

2,3 · lg(t_нас – t_м') 2,3 · lg (142,9 – 15)

(t_нас – t_м'') (142,9 – 130)

где t_нас – температура конденсата пара при р = 3 кгс/см² t_нас = 142,9 ºС.

При диаметре трубок змеевика d = 0,025 м длина трубок змеевика:

L = F/(π · d) = 1,93/(3,14 · 0,025) = 24,6 м.

При диаметре змеевика D = 0,25 м число витков змеевика:

n = L/(π · D) = 24,6/(3,14 · 0,25) = 31,4 витка.

Принимаем n = 32 витка, тогда поверхность нагрева змеевика:

F = π · d · π · D · n = 3,14 · 0,025 · 3,14 · 0,25 · 32 = 2,05 м².

Простерилизованное масло охлаждают в течение 30 мин в самом стерилизаторе до 35 ˚С путем подачи в змеевики воды. Количество тепла, отводимое водой, с учетом потерь 3 % на излучение:

Q' = (100 – 3) · V_м.сут · ρ · c · (t_м'' – t₂)/100 = 97 · 0,05 · 910 · 2,03 · (130 – 35)/100 = 8780 кДж или

Q_сек' = 2 · Q'/3600 = 2 · 8780 · 10⁴/3600 = 4875 Вт.

Расход воды на охлаждение масла:

G_в = Q' = 8780 = 210 кг

(t₂-t₁) · с (25-15) · 4,186

где t₁ – температура воды на входе в змеевик, t₁ = 15 ºС ;

t₂ – температура на выходе их змеевика, t₂ = 25 ºС .

Коэффициент теплопередачи от масла к охлаждающей воде также принимаем 65 Вт/м² · К (табл. 2).

Средняя логарифмическая разность температур:

Δt_ср = (130 – 25) – (35 – 15) = 51º.

2,3 · lg(130-25)/(35-15)

Потребная поверхность для охлаждения пеногасителя в течение 0,5 ч:

F = Q_сек = 4875 = 1,47 м².

К · Δt_ср 65 · 51

Расчетная поверхность змеевика 2,05 м², обеспечивает также и охлаждение масла.