5.3.2 Визначення поверхні теплообміну

Теплофізичні властивості теплоносія – води при температурі 30^оС.

Густина води:

Теплоємність:

c_р = 4,20511 - 0,00136578 · 10^-2 ·t + 0,152341·10^-4·t² = 4,20511 - 0,00136578·10^-2 ·30 + 0,152341 · 10^-4·900 = 4,177 ,

Коефіцієнт теплопровідності:

λ = 0,551444+0,2588·10^-2 ·t-0,1278·10^-4 ·t² = 0,551444+0,2588·10^-2 ·30-0,1278·10^-4 ·900 = 0,617

Коефіцієнт кінематичної в’язкості:

ν= {exp(exp[33,22999-5,9304·ln(t + 273)]-0,87} ={exp(exp[33,22999-5,9304·ln(30+ +273)]-0,87} =0,801·10^-6

Необхідно знайти коефіцієнт тепловіддачі у ферментері і сорочці та коефіцієнт теплопередачі.

a = = = 0,04 м

b = 0,146 м

d_екв = = = 0,0628 м – еквівалентний діаметр каналу.

D_cp = D_c – a = 3,700 – 0,04 = 3,66 м, де D_c – діаметр сорочки.

Для апаратів з перемішуючим пристроєм в умовах барботажу коефіцієнт тепловіддачі від рідини до стінки апарату:

Звідки коефіцієнт тепловіддачі:

α_р =

Критерій Нуссельта розраховуємо за формулою:

Критерій Рейнольдса:

Re_p = = = 2327,073 ⋅ 10³

Критерій Прандтля:

Pr_p = = = 9,687

Критерій Фруда:

Fr_p = = = 0,827

Критерій Нуссельта:

Nu_p = 1,35 ⋅ 5707,131 ⋅ 2,116 ⋅ 1 ⋅ 1,019 = 16612,747

Отже, коефіцієнт тепловіддачі від середовища до внутрішньої стінки апарату:

α_р = = = 2025,832

Коефіцієнт тепловіддачі теплоносія в сорочці визначають з наступної формули:

α_т = α_т1 (1 + 3,54)

α_т1 визначаємо з формули:

α_т1 = = = 307,93

Критерій Нуссельта розраховуємо за формулою:

Re_т = = = 5253

2300 < Re_т < 10000

Отже Nu_т

Nu_т = 0,008 Re_т^0,9 Pr_т^0,43 = 0,008 ⋅ 2230,317 ⋅ 1,757 = 31,343

Pr_т = = = 3,707

Коефіцієнт тепловіддачі:

α_т = α_т1 (1 + 3,54) = 307,93 ⋅ (1 + 3,54 ⋅ ) =326,634

Коефіцієнт тепловіддачі розраховуємо за формулою:

K = = = 243

Розрахуємо площу поверхні теплообміну за формулою:

F_p = = = 1,352

Розрахуємо дійсну площу поверхні теплообміну:

F_д = π D H_ц = 3,14 ⋅ 3,6 ⋅ 8,51 = 96,246

F_p < F_д – умови теплообміну виконуються, поверхня теплообміну рубашки апарату забезпечить заданий температурний режим протягом його роботи.

6. Техніка безпеки та охорона праці

Техніка безпеки – система організаційних і технічних засобів і заходів, що сприяють усуненню впливу на працюючих шкідливої виробничої дії факторів, які можуть призвести до травматизму.

Високі темпи розвитку мікробіологічної промисловості вимагають усілякої уваги до організації техніки безпеки, створенню безпечних і безаварійних умов праці на підприємствах галузі. Людина, що бере участь у виробничому процесі, потенційно піддається різним видам небезпеки, до яких можуть бути віднесені контакти з хімічними й агресивними рідинами, високі температура й тиск в апаратах і трубопроводах. Тому постійний контроль і суворе дотримання технологічної дисципліни, технологічного регламенту, дотримання при цьому правил і норм техніки безпеки й виробничої санітарії – одна з гарантованих умов безпеки.

Підприємства мікробіологічної промисловості – це виробництва хімічного профілю, де в технологічних процесах широко використаються кислоти, луги, різні солі, які виділяють речовини, що є шкідливими. У зв’язку із цим надзвичайно важлива локалізація шкідливих речовин безпосередньо на місці їхнього утворення, шляхом створення й застосування більш сучасного устаткування, максимальної його герметизації, по можливості ліквідації ручної праці, застосування автоматизованих пристроїв з дистанційним керуванням цехів, у повітрі яких можуть бути небезпечні й шкідливі речовини, ефективної й стабільно працюючої системи вентиляції, проведення профілактичних санітарно-гігієнічних заходів, спрямованих на збереження здоров’я працюючих зі шкідливими речовинами

При виконанні робіт повинна бути забезпечена безпека для співробітників при виникненні таких небезпечних і шкідливих виробничих чинників:

• запиленість та загазованість повітря;

• рівень шуму та вібрації на робочому місці;

• недоліки освітлення;

• відхилення від оптимальних норм температури, відносної вологості та швидкості руху повітря в робочій зоні;

- електробезпека машин, що застосовуються і обладнання.

Попередження небезпечних дій під час підготовки та виконання заміни вузлів апаратури, при реорганізації, новому будівництві та технічному переозброєнні обгрунтовані та встановлені ГОСТ 12.3.038-85. Проведення всіх робіт має відповідати вимогам “ССБТ. Процессы производственные. Общие требования безопасности“, ГОСТ 121004-91, “ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования”.

Особливу небезпеку на підприємствах мікробіологічної промисловості являє повітря заводських приміщень. Це перш за все відноситься до відділень складських приміщень і цехів приготування поживних середовищ (вміст сухих компонентів середовищ), відділення виділення та екстракції (культура продуцента, органічні розчинники), відділенням сушки, фасування та зберігання готової продукції (найдрібніші частинки порошкоподібних препаратів, спори і конідії продуцентів ).

Для зменшення запиленості заводських приміщень передбачається герметизація окремих приміщень і обладнання.

За відсутності на підприємстві спеціальних пристроїв у місцях запилення і при порушенні нормальної роботи припливно-витяжної вентиляції у всіх приміщеннях вміст органічного пилу підвищується до 80 – 125 мг/м³. Пил в такій концентрації не тільки створює антисанітарні умови роботи, але і значно перевищує норми вибухонебезпеки.

У разі неможливості забезпечення герметичності обладнання встановлюють пристрої з індивідуальною аспірацією вузла. Операції, пов’язані з пилевиділенням необхідно ізолювати від інших приміщень, по можливості механізувати й автоматизувати.

Нормальні умови для працюючих на підприємствах мікробіологічної промисловості підтримуються за допомогою приточно-витяжної вентиляції, що забезпечує 4 – 8-кратний повітрообмін у вентильованому приміщенні. Повітря, що подається в робочі приміщення, повинно мати наступні характеристики: відносна вологість 60-65%, температура 18-20°С, відсутність пилу. Видаляєме з приміщень повітря, якщо є небезпека його забруднення мікроорганізмами, очищають на масляних і знеплідню вальних фільтрах або на фільтрах типу ФТО-1000 або ФТО-750; якщо можливо просто запилення, його очищають на звичайних масляних фільтрах, циклонах чи рукавних фільтрах.

На підприємствах мікробіологічної промисловості повинен здійснюватися постійний контроль за наявністю в повітрі токсичних газів і парів. Гранично допустимі концентрації хімічних речовин в повітрі виробничих приміщенні встановлюються відповідними нормами:

Речовина	Гранично допустима концентрація, кг/м3	Речовина	Гранично допустима концентрація, кг/м3
Аміак	20	Оцтова кислота	5
Ацетон	200	Вуглеводні	300
Бензин-розчинник	300	Пил скляного і мінерального волокна	3
Бензол	20	Антибіотик	0,3
Окись вуглецю	20	Метиловий спирт	50
Піридин	5	Етиловий спирт	1000
Ртуть металічна	0,01	Бутиловий спирт	200
Сірчана кислота	1
Соляна кислота	5

Отже, виробничий процес повинен бути побудований таким чином, щоб виключити утворення побічних продуктів, і зокрема речовин, які можуть зробити процес небезпечним [2].