Қазақша рефераттар

Араластырғыш құрылғысының типі

Ферментаторды жобалауға арналған бастапқы берілгендер

Ферментаторды есептеу микроорганизмдерді культивациялау кезінде екі негізгі міндетті қатар шешуді көздейді: оттегіні тиімді жеткізу (массаалмасу) және артық жылуды әкету (жылуалмасу).

Массаалмасу (оттегі)

  • Микроорганизмдердің оттегіні сіңіруінің меншікті жылдамдығы: qVC = 1,0·10−3 кг/(м³·с).
  • Ерітілген оттегінің ағымдағы концентрациясы: C = 0,1·CR, мұндағы CR — қанығу концентрациясы.
  • Аппаратқа келетін ауа (газ) шығыны: Стабников бойынша Wг = 0,1 м³/с; Калунянц бойынша 60–120 м³/(сағ·м³).

Жылуалмасу (жылу бөлу және суыту)

  • Жылу бөлінудің меншікті жылдамдығы: qVt = 15 кВт/м³.
  • Орта температурасы: t = 35°C.
  • Суыту суы: 15°C → 25°C, орташа 20°C.
  • Жылу әкету: жейделі бет (серіппелі қалқа), серіппе адымы 0,25 м, қима 0,25×0,03 м.

35°C-та культуральды сұйықтың қасиеттері

Тығыздық
ρ = 994 кг/м³
Динамикалық тұтқырлық
μ = 727,15·10−6 Н·с/м²
Жылусыйымдылық
c = 4199 Дж/(кг·К)
Жылу өткізгіштік
λ = 0,599 Вт/(м·К)
Прандтль саны
Pr = 4,9
Толтыру коэффициенті
φ = 0,5

Құрастырма есеп: жұмысшы көлем және негізгі өлшемдер

Аэрация кезінде газ-сұйық жүйе көлемі ұлғаяды, ал аппараттың жоғарғы бөлігінде көбікке арналған орын қарастырылады. Сондықтан жұмысшы көлем (аэрацияланбаған, яғни ауамен қанықпаған сұйық көлем) ферментатордың жалпы көлемі мен толтыру коэффициенті арқылы табылады: Vp = φ·V.

Мысал (10-нұсқа)

Жалпы көлем
V = 10,0 м³
Толтыру
φ = 0,5
Жұмысшы көлем
Vp = 5,0 м³
Ішкі диаметрді таңдау

Кесте бойынша 10-нұсқаға Dіш = 1800 мм немесе 2200 мм. Есептеуде Dіш = 1800 мм қабылданады.

Қима ауданы

F = 0,785·Dіш2 → F = 2,54 м².

Эллипстік түп

Түптің эллипстік бөлігінің биіктігі: hэл = 0,25·Dіш → 0,45 м.

Түп радиусы әдетте: r = (0,5–0,625)·Dіш.

Цилиндрлік бөлік

Цилиндр көлемі толық көлем мен екі түп көлемдерінің айырмасына тең. Мысалда: Vц = 8,3 м³.

Цилиндр биіктігі: Hц = Vц/F → 3,267 м.

Жалпы биіктік

Жалпы биіктік шамамен: Hжал = Hц + 2(hэл + h).

Қабырға қалыңдығы S ≈ 10 мм болса, h ≈ 0,01 м қабылдауға болады. Мысалда: Hжал = 4,188 м.

Механикалық араластырғыш: массаалмасуды қамтамасыз ету логикасы

Культивацияда араластырғыштың басты рөлі — оттегінің сұйыққа өтуін күшейту. Ол үшін есептеуде көлемдік массаалмасу коэффициенті, газдың қатысты мөлшері (газұстам) және меншікті қуат сияқты шамалар бір-бірімен байланыста қарастырылады.

Алдын ала есептеулер (10-нұсқа)

Қысымдар
  • Шығу қысымы: Pк = 1,01·105 Па.
  • Сұйық биіктігі: Hж = 0,5·Hжал = 2,09 м.
  • Кіру кезіндегі абсолют қысым: Pабс = Pк + ρgHж = 1,21·105 Па.
Оттегі құрамы және шығын
  • Атмосферадағы оттегінің массалық үлесі: yн = 0,232.
  • Ауа тығыздығы (30–35°C): ρв = 0,127 кг/м³.
  • Ауа шығыны: Wг = 0,1 м³/с.
Маңызды қорытынды

Алынған теңдеулер арқылы концентрациялардың үлкен/кіші айырымдары және олардың орташа (арифметикалық немесе логарифмдік) айырымы анықталады. Осыдан кейін толық араластыру үшін масса берудің жалпы коэффициенті есептеледі және қажетті меншікті араластыру қуатына талап қойылады.

Газұстам (φ) және аэрация әсері

Газдың қатысты құрамы (дисперсті фаза) тәжірибелік теңдеулер арқылы бағаланады. Бұл параметр оттегі тасымалына да, араластырғыш қуатының нақты мәніне де әсер етеді.

Практикада есеп нәтижесі алдын ала қабылданған мәндерден қатты ауытқымаса, келесі итерация (нақтылау) жүргізілмей, жоба параметрлері қабылданады.

Жобалық критерий

Араластырғыш таңдалғаннан кейін тексеру шарты ретінде жиі қолданылатын көрсеткіш — газ-сұйық жүйедегі меншікті қуат. Ол берілген талаптан жоғары болса, араластырғыш қажетті массаалмасу қарқындылығын қамтамасыз етеді.

Араластыру құрылғысын таңдау: стандартты турбиналы араластырғыш

Ферментаторларда жиі қолданылатын араластырғыштар: турбиналы, пропеллерлі (винтті), қалақты және басқа типтер. Есептеу әдістемесінің негізі — Эйлер критерийі арқылы қуатты анықтау.

Негізгі тәуелділік

Қуат (бірфазалы сұйық үшін) жиі келесі түрде жазылады: N = EuM·ρ·n³·d5.

Мұнда EuM — Эйлер критерийі (кедергі коэффициенті), ρ — сұйық тығыздығы, n — айналу жиілігі, d — араластырғыш диаметрі.

Стандарттан ауытқу болса

Егер аппараттың геометриялық қатынастары стандартты өлшемдерден ауытқыса, түзету көбейткіштері енгізіледі: EuM = EuM0·ψ, мұндағы ψ бірнеше жеке түзеткіштердің көбейтіндісі ретінде алынады.

10-нұсқа үшін қабылданған шешім

  • Араластырғыш түрі: ашық турбиналы (тип 03), 6 қалақ.
  • Шағылдырғыш қалқалар саны: 4.
  • Диаметрді стандарттық қатармен сәйкестендіру: жуық мән бойынша d ≈ 0,8 м.

Газ-сұйық жүйедегі қуат

Аэрация араластырғыштың жүктемесіне әсер етеді, сондықтан газ-сұйық жүйеге арналған қуат бірфазалы (аэрациясыз) қуаттан өзгеше есептеледі.

Нәтижесінде есептелген меншікті қуат талаптан жоғары болса, жобаланған араластырғыш қажетті оттегі берілуін қамтамасыз етеді.

Жылулық есеп: бөлінетін жылуды әкету

Культивацияда температураны 35°C деңгейінде ұстап тұру үшін екі көзден келетін жылу әкетіледі: биохимиялық реакциялар жылуы және араластыру қуатының диссипациясынан туындайтын жылу.

Суыту сұлбасы

Қарастырылатын шешім — жейделі суыту беті және серіппелі канал. Канал қимасы 0,25×0,03 м, ағын турбулентті режимде есептеледі.

Материал
12Х18Н10Т (тот баспайтын болат), λ ≈ 17,5 Вт/(м·К)
Қабырға қалыңдығы
δ ≈ 0,01 м

Есептеу тізбегі

  1. 1 Жылулық жүктемені анықтау (биохимиялық + механикалық жылу).
  2. 2 Орташа температуралық арынды есептеу (су 15→25°C).
  3. 3 Жылуберу коэффициенттерін табу (Nu, Re, Pr арқылы).
  4. 4 Ластануды ескере отырып жалпы жылуалмасу коэффициентін қабылдау.
  5. 5 Қажетті суыту бетін және оның биіктігін анықтау (аппараттың бүйір бетінің жұмыс аймағында).

Инженерлік ескерту

Жылулық есепте қабырға температурасы көбіне араластырылатын орта мен суытатын су арасындағы орташа температура бойынша шартты түрде қабылданады. Бұл тәсіл жобалау есептерінде жылдам бағалау жасауға мүмкіндік береді.

Аппараттың жинақталуы: негізгі тораптар

Механикалық араластырғышы және барботері бар ферментатордың классикалық құралыма сұлбасында келесі элементтер болады: жетек, жалғауыш, білік тығыздағышы, корпус, тірек, білік, шағылдырғыш қалқалар, араластырғыш, барботер және білік ұшының тірегі.

Араластырғыш жетегі

Электрқозғалтқыш, төмендеткіш ПӘК-ін ескере отырып таңдалады.

Шағылдырғыш қалқалар

Сұйық бетіндегі құйындыны басып, араластыру тиімділігін арттырады.

Барботер

Ауаны ұсақ көпіршік түрінде беріп, массаалмасуды күшейтеді.

Қолданылған әдебиеттер

  1. Калунянц Г.А., Голгер Л.И., Балашов В.Е. Оборудование микробиологических производств. М.: Агропромиздат, 1987. 398 с.
  2. Проектирование процессов и аппаратов пищевых производств / Под ред. В.Н. Стабникова. Киев: Высшая школа, 1982. 199 с.
  3. Карпов А.М., Саруханов А.В. Теплофизические и физико-химические характеристики продуктов микробиологического синтеза: справочник. М.: Агропромиздат, 1987. 20 с.
  4. Грачева И.М. Технология ферментных препаратов. М.: Агропромиздат, 1987. 25 с.
  5. Некрутман С.В., Кирпичников В.П., Леенсон Г.Х. Справочник механика предприятий общественного питания. М.: Экономика, 1978. 223 с.
  6. ГОСТ 20680. Аппараты с механическими перемешивающими устройствами вертикальные. Типы и основные параметры.
  7. РТМ 26—01—90—76. Аппараты с механическими перемешивающими устройствами вертикальные. Метод расчета.
  8. ОСТ 26—01—1245. Мешалки: типы, параметры, конструкция и основные размеры.