- •Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України Національний університет харчових технологій затверджую
- •Процеси і апарати біотехнологІчних виробництв методичні рекомендації
- •Київ нухт 2012
- •1. Загальні відомості
- •Розподіл годин за видами занять
- •2. Цілі навчальної дисципліни
- •3. Зміст навчальної дисципліни та види діяльності студентів
- •3.1. Лекційні заняття
- •Лабораторні заняття
- •3.3 Практичні заняття
- •3.4. Індивідуальні завдання
- •Зміст модулів навчальної дисципліни, їх оцінювання в балах, форми і терміни поточного і модульного контролю
- •3 Семестр 2 чверть; 4 семестр 3 і 4 чверть
- •Підсумковий контроль знань, умінь і навичок студентів
- •6. Критерії оцінювання знань, умінь і навичок студентів на іспиті
- •7. Питання для підготовки до іспиту
- •7.1. Загальні питання
- •7.2. Основи гідравліки
- •7.3. Гідромеханічні процеси
- •7.4. Теплові процеси
- •7.5. Масообміні процеси
- •7.6. Біоінженерні процеси
- •8. Виконання індивідуальних завдань.
- •8.1. Завдання на виконання курсової роботи
- •8.1.1. Варіанти індивідуальних завдань на виконання курсової роботи
- •8.1.2. Варіанти номерів теоретичних запитань для відповідей до виконання курсової роботи
- •8.1.3. Запитання до виконання курсової роботи
- •8.2. Приклад розрахунку ферментера для безперервного гомогенного культивування аеробної культури мікроорганізмів глибинним способом
- •8.2.1. Загальні відомості
- •8.2.2. Методика розрахунку мішалок з механічними перемішуючими пристроями
- •8.2.2.1. Конструкції перемішуючих пристроїв
- •8.2.3. Вибір типу перемішувального пристрою
- •8.2.4. Розрахунок потужності при перемішуванні
- •8.2.5. Визначення якості перемішування
- •8.2.5. Суспендування і гомогенізація
- •8.2.7. Інтенсифікація теплообмінну
- •8.2.8. Інтенсифікація масовіддачі
- •8.2.9. Приклад розрахунку Порядок розрахунку апарата з перемішувальним пристроєм
- •8.3. Завдання до практичних занять у 3-й чверті (денна форма навчання) та завдання на виконання контрольної роботи у V семестрі (заочна форма навчання)
- •1. Основи гідравліки
- •Визначаємо надлишковий тиск на вільну поверхню рідини, Па:
- •Визначення тиску на дно резервуару
- •Визначення тиску на дно резервуара, h:
- •Визначення сили тиску на кришку люка.
- •Визначення тиску на дно резервуара, Па
- •Запишемо рівняння рівноваги:
- •Рівень води в барометричній трубі, м
- •Абсолютний тиск в конденсаторі, Па
- •Визначити втрати напору в трубопроводі, м:
- •Задача 5. Визначити режим руху рідини в трубках і міжтрубному просторі кожухотрубного теплообмінника для нагрівання цукрового розчину водою і накреслити схему теплообмінника.
- •Визначення критерію Рейнольдса при русі цукрового розчину:
- •Визначення режиму руху води в міжтрубному просторі.
- •Рівняння Бернуллі для перерізів I-I (рівень води в криниці) і II-II (центр насоса).
- •Розрахунок гідравлічної характеристики н-q трубопроводу.
- •Визначення робочої точки.
- •Визначення потужності на валу насоса, кВт, під час його роботи на трубопровід:
- •Характеристика насоса
- •2. Гідромеханічні процеси
- •Визначення швидкості осідання частинок.
- •Визначення маси освітленої рідини.
- •Визначення площі поверхні відстійника, м2
- •Визначення діаметра відстійника.
- •Визначення об’єму фільтрату Vф, м3/с
- •Визначення питомої продуктивності фільтра за цикл V, м3/м2
- •Визначення тривалості циклу фільтрування ф, с
- •Визначення необхідної площі поверхні барабанного вакуум-фільтра f, м2
- •Визначення частоти обертання барабана п, об/хв
- •Визначення ступеня занурення барабана в суспензію
- •1. Визначення потужності n, кВт на валу повітродувки при пневматичному перемішуванні визначають з рівняння:
- •2. Визначення кількості повітря, що подається в апарат, м3/с
- •1. Визначення відцентрової сили, яку створює шар суспензії с, кН:
- •2. Визначення фактору розділення Kр
- •5. Визначення опору осаду r, м-1
- •3. Теплові процеси Задача №1
- •Визначаємо загальні витрати охолодної води
- •2. Визначаємо питомі витрати охолодної води:
- •Задача №2
- •1. Визначення діаметра конденсатора.
- •2. Визначення кількості полиць і висоти конденсатора.
- •3. Визначення розмірів барометричної труби.
- •4. Визначення діаметрів патрубків.
- •Задача № 3
- •Теплофізичні властивості рідини, що нагрівається.
- •Розрахунок коефіцієнта тепловіддачі.
- •Задача №4
- •Визначення температурних умов нагріву.
- •Теплове навантаження і кількість нагрітої води.
- •Додатки
- •Теплофізичні властивості води на лінії насичення
- •Теплофізичні характеристики цукрових розчинів
- •9. Література Основна
- •Додаткова
- •Процеси і апарати біотехнологІчних виробництв методичні рекомендації
Задача №4
Розрахувати і накреслити кожухотрубний теплообмінник, який нагріває воду від початкової температури , до кінцевої , ; тиск нагрівної пари Р, МПа, кількість пари V, м3/год; коефіцієнт теплопередачі К, Вт/м2· .
Визначити необхідну площу поверхні теплопередачі теплообмінника і кількість нагрітої води. Теплоту охолодження конденсату не враховувати.
Таблиця № 3.3
Величина, одиниця вимірюван-ня |
Передостання цифра шифру |
|||||||||
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
V, м3/год |
1000 |
1500 |
2000 |
2500 |
3000 |
3500 |
4000 |
1250 |
1350 |
5000 |
, 0С |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
10 |
20 |
30 |
10 |
40 |
, 0С |
50 |
70 |
60 |
60 |
70 |
70 |
80 |
80 |
70 |
60 |
|
Остання цифра шифру |
|||||||||
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
Р, МПа |
0,2 |
0,32 |
0,38 |
0,36 |
0,26 |
0,24 |
0,16 |
0,18 |
0,28 |
0,3 |
К, Вт/м2·0К |
800 |
750 |
700 |
720 |
850 |
900 |
880 |
780 |
950 |
920 |
Визначення температурних умов нагріву.
Середня різниця температур між парою і водою, що нагрівається, визначають як середньоарифметичну якщо
(3.26)
де , - різниці температур між теплоносіями на кінцях теплообмінника;
; (3.27)
; (3.28)
- температура насиченої пари за тиску Р.
Якщо , то визначають як середньо логарифмічну
; (3.29)
Середня температура рідини, яку нагрівають
= - (3.30)
Теплофізичні властивості води .
При середній температурі води визначають теплофізичні параметри води за допомогою таблиць (таблиця Д.1)
З таблиць знаходять теплоємність води (Дж/кг··0К) та густину (кг/м3)
Теплове навантаження і кількість нагрітої води.
Теплове навантаження
(3.31)
де - ентальпія пари, Дж/кг
- витрати пари, кг/с.
(3.32)
де - густина пари, кг/м3;
Кількість нагрітої води визначають з рівняння теплового балансу:
(3.33)
де - коефіцієнт, що враховує витрати рідини в навколишнє середовище; =1,02…1,05;
- витрати води, кг/с.
Визначення площі поверхні теплопередачі.
Площа поверхні нагрівання теплообмінника визначається за такою формулою:
(3.34)
Додатки
Таблиця Д.1
Теплофізичні властивості води на лінії насичення
Температу-ра t, ˚С |
Густина ρ, кг/м3 |
Теплоєм-ність С, Дж/(кг·К) |
Теплопровідніс-ть λ, Вт/(м·К) |
Коефіцієнт динамічної в'язкості μ· 106, Па·с |
Критерій Прандтля Рr |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
0 |
1000 |
4218 |
0,562 |
1811,140 |
13,609 |
1 |
1000 |
4212 |
0,564 |
1751,343 |
13,093 |
2 |
1000 |
4208 |
0,567 |
1694,439 |
12,604 |
3 |
1000 |
4205 |
0,569 |
1640,249 |
12,142 |
4 |
1000 |
4202 |
0,572 |
1588,609 |
11,705 |
5 |
1000 |
4200 |
0,574 |
1539,368 |
11,290 |
6 |
1000 |
4197 |
0,576 |
1492,385 |
10,897 |
7 |
1000 |
4195 |
0,578 |
1447,530 |
10,524 |
8 |
1000 |
4193 |
0,581 |
1404,681 |
10,170 |
9 |
1000 |
4192 |
0,583 |
1363,724 |
9,833 |
10 |
1000 |
4190 |
0,585 |
1324,554 |
9,513 |
11 |
1000 |
4188 |
0,587 |
1287,071 |
9,208 |
12 |
1000 |
4187 |
0,589 |
1251,184 |
8,918 |
13 |
1000 |
4186 |
0,591 |
1216,805 |
8,642 |
14 |
999 |
4185 |
0,592 |
1183,856 |
8,378 |
15 |
999 |
4183 |
0,594 |
1152,258 |
8,126 |
16 |
999 |
4182 |
0,596 |
1121,943 |
7,886 |
17 |
999 |
4181 |
0,598 |
1092,844 |
7,656 |
18 |
999 |
4180 |
0,600 |
1064,898 |
7,437 |
19 |
998 |
4180 |
0,601 |
1038,048 |
7,227 |
20 |
998 |
4179 |
0,603 |
1012,237 |
7,026 |
21 |
998 |
4178 |
0,605 |
987,415 |
6,834 |
22 |
998 |
4177 |
0,606 |
963,534 |
6,649 |
23 |
998 |
4177 |
0,608 |
940,546 |
6,473 |
24 |
997 |
4176 |
0,609 |
918,411 |
6,303 |
25 |
997 |
4176 |
0,611 |
897,086 |
6,141 |
26 |
997 |
4175 |
0,612 |
876,534 |
5,984 |
27 |
996 |
4175 |
0,614 |
856,718 |
5,834 |
28 |
996 |
4175 |
0,615 |
837,606 |
5,690 |
29 |
996 |
4174 |
0,617 |
819,164 |
5,552 |
30 |
996 |
4174 |
0,618 |
801,362 |
5,418 |
31 |
995 |
4174 |
0,619 |
784,172 |
5,290 |
32 |
995 |
4174 |
0,621 |
767,566 |
5,167 |
33 |
995 |
4174 |
0,622 |
751,519 |
5,048 |
34 |
994 |
4173 |
0,623 |
736,006 |
4,933 |
35 |
994 |
4173 |
0,625 |
721,005 |
4,823 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
36 |
994 |
4173 |
0,626 |
706,493 |
4,716 |
37 |
993 |
4173 |
0,627 |
692,450 |
4,613 |
38 |
993 |
4173 |
0,628 |
678,856 |
4,514 |
39 |
993 |
4173 |
0,630 |
665,693 |
4,418 |
40 |
992 |
4173 |
0,631 |
652,942 |
4,326 |
41 |
992 |
4174 |
0,632 |
640,588 |
4,236 |
42 |
991 |
4174 |
0,633 |
628,613 |
4,150 |
43 |
991 |
4174 |
0,634 |
617,003 |
4,066 |
44 |
991 |
4174 |
0,635 |
605,743 |
3,986 |
45 |
990 |
4174 |
0,636 |
594,819 |
3,907 |
46 |
990 |
4175 |
0,637 |
584,219 |
3,832 |
47 |
989 |
4175 |
0,638 |
573,929 |
3,758 |
48 |
989 |
4175 |
0,639 |
563,939 |
3,687 |
49 |
989 |
4175 |
0,640 |
554,236 |
3,619 |
50 |
988 |
4176 |
0,641 |
544,809 |
3,552 |
51 |
988 |
4176 |
0,642 |
535,649 |
3,487 |
52 |
987 |
4177 |
0,643 |
526,746 |
3,425 |
53 |
987 |
4177 |
0,644 |
518,089 |
3,364 |
54 |
986 |
4178 |
0,645 |
509,671 |
3,305 |
55 |
986 |
4178 |
0,646 |
501,482 |
3,247 |
56 |
985 |
4179 |
0,647 |
493,514 |
3,192 |
57 |
985 |
4179 |
0,648 |
485,760 |
3,138 |
58 |
984 |
4180 |
0,649 |
478,211 |
3,085 |
59 |
984 |
4180 |
0,650 |
470,861 |
3,034 |
60 |
983 |
4181 |
0,651 |
463,703 |
2,985 |
61 |
983 |
4181 |
0,652 |
456,730 |
2,937 |
62 |
982 |
4182 |
0,652 |
449,935 |
2,890 |
63 |
982 |
4183 |
0,653 |
443,314 |
2,844 |
64 |
981 |
4183 |
0,654 |
436,859 |
2,800 |
65 |
981 |
4184 |
0,655 |
430,566 |
2,757 |
66 |
980 |
4185 |
0,656 |
424,429 |
2,715 |
67 |
980 |
4185 |
0,656 |
418,443 |
2,674 |
68 |
979 |
4186 |
0,657 |
412,603 |
2,634 |
69 |
978 |
4187 |
0,658 |
406,904 |
2,595 |
70 |
978 |
4188 |
0,659 |
401,342 |
2,557 |
71 |
977 |
4188 |
0,660 |
395,912 |
2,520 |
72 |
977 |
4189 |
0,660 |
390,611 |
2,484 |
73 |
976 |
4190 |
0,661 |
385,433 |
2,449 |
74 |
976 |
4191 |
0,662 |
380,376 |
2,415 |
75 |
975 |
4192 |
0,662 |
375,436 |
2,382 |
76 |
974 |
4193 |
0,663 |
370,609 |
2,349 |
77 |
974 |
4194 |
0,664 |
365,891 |
2,318 |
78 |
973 |
4194 |
0,665 |
361,279 |
2,287 |
79 |
973 |
4195 |
0,665 |
356,771 |
2,256 |
80 |
972 |
4196 |
0,666 |
352,362 |
2,227 |
81 |
971 |
4197 |
0,667 |
348,051 |
2,198 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
82 |
971 |
4198 |
0,667 |
343,834 |
2,170 |
83 |
970 |
4199 |
0,668 |
339,708 |
2,142 |
84 |
969 |
4200 |
0,668 |
335,671 |
2,115 |
85 |
969 |
4201 |
0,669 |
331,740 |
2,089 |
86 |
968 |
4202 |
0,670 |
327,853 |
2,063 |
87 |
967 |
4203 |
0,670 |
327 |
2,038 |
88 |
967 |
4204 |
0,671 |
323 |
2,014 |
89 |
966 |
4205 |
0,672 |
319 |
1,990 |
90 |
965 |
4206 |
0,672 |
315 |
1,966 |
91 |
965 |
4208 |
0,673 |
311,7 |
1,943 |
92 |
964 |
4209 |
0,673 |
308,4 |
1,920 |
93 |
963 |
4210 |
0,674 |
305,1 |
1,898 |
94 |
963 |
4211 |
0,674 |
301,8 |
1,877 |
95 |
962 |
4212 |
0,675 |
298,5 |
1,856 |
96 |
961 |
4213 |
0,676 |
295,2 |
1,835 |
97 |
961 |
4214 |
0,676 |
291,9 |
1,815 |
98 |
960 |
4216 |
0,677 |
288,6 |
1,795 |
99 |
959 |
4217 |
0,677 |
285,3 |
1,776 |
100 |
958 |
4218 |
0,678 |
282 |
1,756 |
101 |
958 |
4219 |
0,678 |
279,4 |
1,738 |
102 |
957 |
4220 |
0,679 |
276,8 |
1,740 |
103 |
956 |
4222 |
0,679 |
274,2 |
1,702 |
104 |
955 |
4223 |
0,680 |
271,6 |
1,684 |
105 |
955 |
4224 |
0,680 |
269 |
1,667 |
106 |
954 |
4226 |
0,681 |
266,4 |
1,650 |
107 |
953 |
4227 |
0,681 |
263,8 |
1,633 |
108 |
952 |
4228 |
0,682 |
261,2 |
1,617 |
109 |
952 |
4229 |
0,682 |
258,6 |
1,601 |
110 |
951 |
4231 |
0,683 |
256 |
1,585 |
111 |
950 |
4232 |
0,683 |
253,5 |
1,570 |
112 |
949 |
4233 |
0,684 |
251 |
1,555 |
113 |
949 |
4235 |
0,684 |
248,5 |
1,540 |
114 |
948 |
4236 |
0,685 |
246 |
1,526 |
115 |
947 |
4238 |
0,685 |
243,5 |
1,511 |
116 |
946 |
4239 |
0,686 |
241 |
1,497 |
117 |
945 |
4240 |
0,686 |
239,287 |
1,484 |
118 |
945 |
4242 |
0,686 |
237,189 |
1,470 |
119 |
944 |
4243 |
0,687 |
235,127 |
1,457 |
120 |
943 |
4245 |
0,687 |
233,099 |
1,444 |
121 |
942 |
4246 |
0,688 |
231,106 |
1,431 |
122 |
941 |
4248 |
0,688 |
229,145 |
1,418 |
123 |
940 |
4249 |
0,689 |
227,217 |
1,406 |
124 |
940 |
4250 |
0,689 |
225,321 |
1,394 |
125 |
939 |
4252 |
0,689 |
223,456 |
1,382 |
126 |
938 |
4253 |
0,690 |
221,621 |
1,370 |
127 |
937 |
4255 |
0,690 |
219,815 |
1,359 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
128 |
936 |
4256 |
0,691 |
218,039 |
1,347 |
129 |
935 |
4258 |
0,691 |
216,290 |
1,336 |
130 |
934 |
4259 |
0,691 |
214,570 |
1,325 |
131 |
933 |
4261 |
0,692 |
212,876 |
1,314 |
132 |
933 |
4263 |
0,692 |
211,210 |
1,304 |
133 |
932 |
4264 |
0,693 |
209.569 |
1,293 |
134 |
931 |
4266 |
0,693 |
207,953 |
1,283 |
135 |
930 |
4267 |
0,693 |
206,363 |
1,273 |
136 |
929 |
4269 |
0,694 |
204,796 |
1,263 |
137 |
928 |
4270 |
0,694 |
203,254 |
1,253 |
138 |
927 |
4272 |
0,694 |
201,735 |
1,243 |
139 |
926 |
4274 |
0,695 |
200,238 |
1,234 |
140 |
925 |
4275 |
0,695 |
198,765 |
1,225 |
Таблиця Д.2