- •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
8.2.5. Визначення якості перемішування
При відомій потужності якість (ефективність) перемішування можна розрахувати за формулою
, (8.12)
де Е — показник якості перемішування (β, α, К і ін.); NV — питома потужність перемішування, рівна відношенню потужності до об'єму перемішуваного середовища, кВт/м3.
Залежності виду (8.12), отримані для різних технологічних процесів і конструкцій, дозволяють вибрати найбільш ефективну конструкцію перемішувального пристрою і потім підібрати параметри його роботи для конкретного технологічного процесу. Поки що такі залежності розроблені лише для окремих процесів і конструкцій, тому якість перемішування звичайно встановлюють за критеріальними рівняннями, у визначальний критерій яких входить шуканий показник ефективності.
8.2.5. Суспендування і гомогенізація
Ступінь однорідності системи β при перемішуванні в апаратах періодичної дії пов'язаний з тривалістю перемішування:
(8.13)
де — критерій Фур’є; — час, необхідний для досягнення заданого ступеня однорідності ; DT — коефіцієнт турбулентної дифузії.
Зі збільшенням величина наближається до нуля. Час повного перемішування (при ) визначають [5] з рівняння
, (8.14)
де n — частота обертання мішалки, ; С — константа (зазвичай приймається ); — показник степеня; для турбінних і гвинтових (пропелерних) мішалок .
Симплекс також впливає на , але в меншій мірі, ніж , і в розрахунок не приймається.
У проточному апараті перемішування впливає на час перебування частинок оброблюваного матеріалу в апараті. Характер розподілу цього часу багато в чому визначає протікання технологічних процесів і якість продукції. Середній час перебування суспензії в апараті безперервної дії
(8.15)
де — витрати суспензії, м3/с; V — об'єм апарата, м3.
При ізотропній турбулентності і відомому значенні коефіцієнта турбулентного перенесення DT час перебування частинок в проточному апараті з перемішуванням визначають за рівняннями:
; (8.16)
, (8.17)
де — концентрація суспензії в потоці; — середня концентрація суспензії в апараті; — критерій Пекле-Боденштейна; — швидкість осадження частинок; — швидкість потоку суспензії в апараті (f — площа поперечного перерізу потоку в апараті).
Рівняння (8.16) застосовується при протилежному напрямку векторів швидкості і , а (8.17) — при їх співпадінні.
8.2.7. Інтенсифікація теплообмінну
Коефіцієнт тепловіддачі, що характеризує якість перемішування в теплообмінних апаратах, визначають з критеріальних рівнянь вигляду:
, (8.18)
де — критерій Нуссельта (для змійовика ); — критерій Прандтля; — критерій Рейнольдса; — динамічна в'язкість середовища при температурі стінки; — поправочні коефіцієнти:
; ; ; ; ; ; ; ; ;
— показники степеня при симплексах подібності; d3, l3 — діаметр труб змійовика і відстань між ними (рис.8.2.2); D3 — діаметр навивки змійовика; т, q, f — показники степеня при критеріях подібності; С — константа рівняння.
Значення константи С, показників степеня і поправочних множників зведені в табл.8.2.7. Знаком «0» позначені параметри мішалки, прийнятої як типова для розрахунку.