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 виткаі 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 F_заг = 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.