
- •Викладення технологічного процесу
- •2. Призначення та галузь використання виробу, що розробляється
- •3. Описання та обґрунтування вибраної конструкції
- •4. Технічна характеристика
- •5. Розрахунки, що підтверджують працездатність та надійність конструкції
- •5.1 Конструктивний розрахунок
- •5.2 Розрахунок потужності, що витрачається на переміщування
- •5.3 Розрахунок потужності електродвигуна
- •5.4 Тепловий розрахунок.
- •5.4.1 Тепловий баланс
- •5.4.2 Уточнення коефіцієнта тепловіддачі
- •5.4.3 Розрахунок змійовиків
- •5.5 Розрахунок барботеру
- •5.6 Розрахунок масообмінного процесу
- •6. Техніка безпеки та охорона праці
- •7. Охорона навколишнього середовища
- •Висновки
- •Перелік посилань
5.4.2 Уточнення коефіцієнта тепловіддачі
Для апаратів з перемішуючим пристроєм в умовах барботажу коефіцієнт тепловіддачі від середовища до внутрішньої стінки апарату визначають з наступної формули:
Звідки коефіцієнт тепловіддачі:
Критерій Нуссельта розраховуємо за формулою:
Розрахуємо швидкість газу:
Критерій Рейнольдса:
Критерій Прандтля:
Критерій Фруда:
Критерій Нуссельта:
Отже, коефіцієнт тепловіддачі від середовища до внутрішньої стінки апарату:
Коефіцієнт тепловіддачі теплоносія в сорочці визначають з наступної формули:
Звідки коефіцієнт тепловіддачі:
Критерій Нуссельта розраховуємо за формулою:
,
(5.56)
де
при 103
<
<
109
c
= 0,76, n
= 0,25;
при
>
109
c
= 0,15, n
= 0,33.
У
даному процесі в якості теплоносія
використовується вода, значить добуток
можна розрахувати по наступній спрощеній
залежності:
.
(5.57)
Приймаємо,
що початкова температура теплоносія
,
а кінцева температура теплоносія
.
Тоді середня температура теплоносія:
Температура стінки:
Коефіцієнт B визначаємо за середньою температурою теплоносія:
В = 10,25*109.
>
109
, значить c
= 0,15, n
= 0,33.
.
Коефіцієнт тепловіддачі розраховуємо за формулою:
Розрахуємо реальну площу поверхні теплообміну за формулою:
Середня різниця температур розраховується за формулою:
Розрахуємо середню різницю температур:
,
.
.
Реальна площа поверхні теплообміну:
Оскільки орієнтовна поверхня теплообміну більша за поверхню сорочки, тепловий режим не забезпечується підведенням теплоносія в сорочку. Необхідні додаткові теплообмінні елементи - змійовики.
5.4.3 Розрахунок змійовиків
Для забезпечення ефективного відводу теплової енергії у період максимального синтезу глутамінової кислоти в апараті додатково встановлюють змійовики.
Приймаємо,
що зовнішній діаметр труби змійовика
,
а внутрішній діаметр
,
труба змійовика 59×4,5 мм. Приймаємо, що
необхідна кількість змійовиків –
з діаметром витка
і з крокомt
= 100 мм. Висота змійовика H
= 3000 мм.
Кількість витків змійовика розрахуємо за формулою:
z = 30 + 1 = 31 виток.
Загальна довжина труби змійовика:
Загальна довжина усіх труб змійовика:
(5.65)
Площа поверхні теплообміну, яку будуть забезпечувати змійовики:
(5.66)
Отже, в період максимального синтезу глутамінової кислоти відвід тепла забезпечать змійовики та сорочка апарата із загальною площею поверхні теплообміну Fзаг = 114 м2.
5.5 Розрахунок барботеру
Для даного процесу обираємо роз'ємний барботер квадратного типу, його конструкція зображена на рисунку 5.3.
Рисунок 5.6. Квадратний барботер.
Приймаємо,
що швидкість повітря на виході з отвору
барботера
Діаметр отвору барботера
.
Крок отворівt
= 14 мм.
Площа поперечного перерізу всіх отворів барботера:
Діаметр труби барботера розрахуємо за формулою:
Із стандартного ряду приймаємо, що труба барботера буде з такими розмірами: 180×5 мм.
Число отворів на барботері розрахуємо за формулою:
Число отворів:
Довжину сторони барботера приймаємо L = 560 мм. Необхідно розмістити 656 отворів на 4 сторонах барботера довжиною L = 560 мм з кроком
t = 14 мм. Число отворів на одній стороні барботера в одному ряду:
Розмістимо
усі 656 отворів у 4 ряди на чотирьох
сторонах барботера по 41 отвору в кожному
ряду. Перевірка:
Отже, саме така конструкція барботеру і розрахована кількість отворів забезпечать оптимальну аерацію середовища у даному ферментері.