- •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
8.2. Приклад розрахунку ферментера для безперервного гомогенного культивування аеробної культури мікроорганізмів глибинним способом
8.2.1. Загальні відомості
Перемішування — це допоміжний процес, що застосовується в харчовій промисловості для приготування емульсій, суспензій, сумішей, гомогенізації розчинів, а також інтенсифікації тепло- і масообмінних процесів та біохімічних реакцій.
Здійснення процесу перемішування вимагає підведення енергії. При цьому досягається певний ефект — збільшення продуктивності або при тій же продуктивності підвищення якості готового продукту і збільшення його виходу за рахунок більш повного використання сировини.
Для оцінки ефективності перемішування технологічний ефект, що досягається, співставляють з витратою енергії на перемішування. Ефективніший той перемішуючий пристрій, який при тій же витраті енергії забезпечує більший ефект або для досягнення аналогічного ефекту вимагає менше енергії.
У зв’язку з різноманітністю технологічних процесів одержувані технологічні ефекти також дуже різні, що ускладнює порівняння ефективності різних перемішуючих пристроїв і способів перемішування. Тому якість перемішування зазвичай оцінюють за такими показниками:
— при суспендуванні і гомогенізації — за ступенем однорідності системи
,
де — концентрація компоненту при ідеальному перемішуванні; — середнє відхилення концентрації від в різних точках робочого об’єму апарата;
— при інтенсифікації теплообміну — за величиною коефіцієнта тепловіддачі , Вт/(м2.К);
— при інтенсифікації масообміну — за величиною коефіцієнта масовіддачі , м/с.
Оскільки оцінити ефективність перемішування складно, розрахунок процесу часто зводиться до визначення витрати енергії на перемішування.
Залежно від агрегатного стану середовища, що перемішується, розрізняють перемішування рідких середовищ, газів, сипких матеріалів і пластичних мас. До цього часу розроблено основи теорії розрахунку лише для перемішування рідких середовищ. Воно буває механічним, потоковим і пневматичним.
Механічне перемішування здійснюється в апаратах з механічними перемішувальними пристроями.
Потокове перемішування застосовується для перемішування рідин. Проектування перемішуючих пристроїв у цьому випадку зводиться до розрахунку гідравлічних опорів і довжини ділянки змішування. Витрата енергії на перемішування:
, (8.1)
де — витрата середовища, що перемішується, м3/с.
Пневматичне перемішування здійснюється газами (частіше всього повітрям) або водяною парою. Перше зазвичай застосовується при насиченні середовища відповідним газом, друге — при одночасному нагріванні. Пневматичне перемішування широко використовується в мікробіологічній і бродильній промисловості при культивуванні мікроорганізмів. Повітря при цьому подається в робочий об’єм апарата, де відбувається перемішування, через спеціальні пристрої — барботери. Витрату енергії на перемішування визначають за рівнянням, в якому втрата тиску
,
де — тиск стовпа рідини, що перемішується, Па; — гідравлічний опір барботера, Па; — перепад тиску, обумовлений поверхневим натягом в отворах барботера, Па; , — відповідно густина газу (повітря) і рідини що перемішується, кг/м3; — швидкість повітря в отворах барботера, м/с; — висота стовпа рідини, що перемішується, м; — поверхневий натяг рідини, Н/м; dотв — діаметр отворів барботера, м; — коефіцієнт місцевого опору.