3. Расчет узла аэрации и мощности привода ферментера
Исходные данные для расчета: V - объем аппарата; - коэффициент заполнения, К - кратность аэрации (или Qс – секундный расход газа).
Последовательность расчета
1. Руководствуясь представлениями об особенностях протекающих в аппарате процессов и особенностях его эксплуатации, выбирают в соответствии с ГОСТ 9931-79 тип конструкции корпуса и размеры D и L (таблица 1 приложения). Размеры днищ приведены в таблице 2 приложения.
2. Выбирают тип мешалки (таблица 3 приложения) и ее стандартный размер (таблица 4 приложения). Соотношения dм/D для различных типов мешалки приведены в таблице 3 приложения.
3. Частота вращения мешалки, обеспечивающая редиспергирование подаваемого (аэрирующего) воздуха должна быть:
nс >4Q /dм3 ,
где Q - секундный расход газа, м3/с:
Q = KV/60 .
При этом окружная скорость края лопасти (v=dмnс) должна находиться в рекомендуемом диапазоне (таблица 3 приложения). Стандартные значения частоты вращения выходного вала мотор редуктора [nс] приведены в таблице 6 приложения.
4. Расположение кольцевого барботера относительно открытой турбинной мешалки и их основные размеры приведены на рисунке 2.
При выборе размеров кольцевого барботера, мешалки и их элементов рекомендуются следующие соотношения: hм=0,2dм , Lл=0,25dм , hб=0,25dм , Dср=6dб.н .
Г
азораспределительные
отверстия диаметром
do = 2-5 мм рекомендуется располагать при возможности в секторе угла, обеспечивающего подачу газа вниз и внутрь барботера [4].
5. Внутренний диаметр трубы барботера (с учетом раздвоения трубы):
,
где v=25 м/с - скорость газа в трубе (задается).
6. Уточняется диаметр трубы по стандартному размеру (обычно в большую сторону) и определяются внутренний и наружный диаметры трубы барботера dб.в и dб.н (таблица 7 приложения).
7. Скорость газа в отверстии барботера:
,
где ж и г - плотности жидкости и газа, кг/м3.
8. Количество отверстий в барботере:
.
9. Разметка отверстий по поверхности барботера. Расстояние между отверстиями при скорости истечения газа 20м/с должно быть не менее 25 мм для диаметров 4-7 мм. В случае невозможности размещения отверстий на поверхности барботера с указанным интервалом, задаются большим диаметром отверстия и повторяют расчет. Допустимо также увеличение скорости истечения газа vo в пределах 40 м/с.
10. Объем жидкости в аппарате:
Vж=V ,
где - коэффициент заполнения аппарата.
11. Высота уровня жидкости Нж вычисляется по формуле
.
12. Газосодержание жидкостной системы (объемная доля газа в смеси):
=С Аn ,
где С=0,0094 и n=0,62 при А<18 ; C=0,026 и n=0,26 при А>18.
,
где - коэффициент поверхностного натяжения (для воды = 0,07 н/м).
Через определяется плотность газожидкостной системы, объем и высота газожидкостной смеси в аппарате:
г-ж=ж(1-)+г ; Vг-ж=Vж/(1-) ; Нг-ж=Нж/(1-) .
13. Мощность привода одноярусной мешалки при перемешивании чистой жидкости:
,
где Кн - коэффициент высоты уровня жидкости; Кн = (Hж/D)0,5 ;
К i и Кп - коэффициенты, учитывающие наличие в аппарате внутренних устройств: К i =1,1-1,2 - при наличии гильзы термометра, уровнемера, трубы передавливания; Кп=1,25 для аппаратов с отражательными перегородками, для аппаратов без перегородок Кп=1.
N - мощность, затрачиваемая на перемешивание жидкости:
N=KN n3d5м ,
где КN - критерий мощности, определяемый по соответствующему данной мешалке графику (рисунок 1 приложения) - зависимости KN=f(Reц).
Reц - центробежный критерий Рейнольдса:
.
Мощность, затрачиваемая на перемешивание газожидкостной смеси:
,
где С и а - константы, зависящие от типа мешалки (таблица 5 приложения).
Мощность на перемешивание многоярусной мешалкой:
Nm=N (0,6m+0,4),
где m - число ярусов мешалки.
Nуп - мощность затрачиваемая на преодоление трения в уплотнениях, Вт; для торцовых уплотнений:
Nуп = 6020 dв1,3 ,
где dв=0,117dм - для турбинной мешалки, 0,166dм - для трехлопастной, 0,05dм - для рамных и 0,04dм - для якорных мешалок.
- К.П.Д. привода мешалки; =0,85-0,9.
14. По таблице 6 приложения выбирается предусмотренный ГОСТом мотор-редуктор.