 |
Обработка опытных данных и составление отчета
|
|
|
|
Эффективность перемешивания жидкости в аппарате и затраты энергии на вращение мешалки зависят от ряда факторов: плотности
и вязкости перемешиваемой жидкости, типа, размеров и частоты вращения мешалки, размеров и конструкции аппарата (наличие отбойников, змеевиков и др.), объема рабочей жидкости, расхода воздуха, подаваемого на аэрацию.
Для каждого типа перемешивающего устройства проводят расчеты в следующем порядке.
При заданной частоте вращения 
мешалки по показаниям тахометра 14 интенсивность перемешивания среды в аппарате характеризуется центробежным критерием:
, (2.19)
где 
– плотность жидкости в аппарате, кг/м3;
– динамическая вязкость жидкости, Па с (см. таблицы А.1 – А.3).
Определяют потребляемую мощность 
при работе мешалки без учета влияния вспомогательных устройств по уравнению (2.4).
Критерий мощности 
, входящий в уравнение (2.4), зависит от интенсивности перемешивания и от типа используемой мешалки (см. рисунок Б.3). Для турбинной мешалки значение 
можно определить при помощи эмпирических зависимостей (2.6) и (2.7).
Далее находится расчетная мощность на валу мешалки 
по зависимости (2.8). Предварительно следует определить значение коэффициентов 
, учитывающих влияние вспомогательных устройств (формулы (2.9), (2.10), см. таблица А.7).
Определяется окончательная установленная мощность 
, потребляемая приводным электродвигателем мешалки по уравнению (2.14). В этом уравнении мощность на преодоление трения в уплотнении вала 
находится в зависимости от вида используемого уплотнения на установке [8].
Экспериментальное определение величины мощности 
, потребляемой приводным электродвигателем мешалки, определяется по уравнению:
|
|
|
, (2.20)
где 
– полезная мощность, потребляемая на перемешивание, найденная опытным путем соответственно по электрической мощности, потребляемой электроприводом, и по крутящему моменту на валу мешалки, Вт.
Для нахождения величины 
пользуются данными по электрической мощности, потребляемой электроприводом мешалки. Значение
определяют по тарировочному графику «показания амперметра – полезная мощность» (см. рисунок Б.1).
Значение величины 
определяется по уравнению:
, (2.21)
где 
– крутящий момент на валу мешалки, Н м;
– угловая скорость мешалки, рад/с.
Окружная скорость мешалки 
рассчитывается по уравнению:
. (2.22)
Величина крутящего момента на валу определяется по нагрузке, создаваемой на валу и фиксируемой показаниями индикатора 26. Величина крутящего момента на валу мешалки определяется по тарировочному графику «показания индикатора – крутящий момент» (см. рисунок Б.2).
Все данные заносят в таблицу 2.2.
Далее проводится расчет затрат мощности на перемешивание при аэрации среды.
По показаниям U-образного дифференциального манометра диафрагмы рассчитывают расход воздуха, поступающего по воздуховоду
в барботер:
, (2.23)
где 
– коэффициент расхода диафрагмы в трубопроводе (см. таблицу А.5);
– поправочный множитель, учитывающий шероховатость стенок трубопровода (см. таблицу А.6);
– площадь отверстия диафрагмы, м2;
– диаметр отверстия диафрагмы, м;
– разность уровней жидкости в дифманометре, м;
– плотность жидкости в дифманометре, кг/м3;
– плотность воздуха, протекающего по воздуховоду, кг/м3.
Рассчитывают скорость движения воздуха по воздуховоду из уравнения расхода:
, (2.24)
где 
– внутренний диаметр воздуховода, м.
Для каждого рабочего значения частоты вращения мешалки в условиях аэрирования рассчитывается число аэрации:
. (2.25)
Рассчитывается отношение затрачиваемых энергий на перемешивание в системе газ-жидкость и в жидкости без газа, 
, по зависимости (2.18). Значения коэффициентов 
и 
, входящих в уравнение, определяется в зависимости от типа используемой мешалки по таблице 2.1. Определяется экспериментальное значение затрачиваемой мощности в условиях аэрации 
аналогично нахождению величины , описанному выше. Рассчитывается экспериментальное отношение затрачиваемых энергий на перемешивание в системе «газ-жидкость» и в жидкости без газа 
. Все данные заносят в таблицы 2.2 и 2.3.
|
|
|
Таблица 2.2 – Результаты экспериментов по определению мощности, затрачиваемой на перемешивание неаэрируемой жидкости
| мешалка |  ,
с-1
| 
|  ,
Вт
|  Вт
| А, А | ,
Вт
| ,
Н . мм
| ,
Вт
|  Вт
|
| … |
Таблица 2.3 – Результаты экспериментов по определению мощности, затрачиваемой на перемешивание аэрируемой жидкости
| мешалка | , с-1
| ,
мм
|  ,
м3/с
| А,
| ,
Вт
| , Н . мм
| , Вт
|  ,
Вт
| 
| 
| 
|
| … |
Отчет о выполненной работе должен содержать: титульный лист (см. Приложение В), цель работы, задание, описание конструкции
и принципа работы ферментатора с механической мешалкой и барботером, основы расчета затрат энергии на перемешивание, схему установки, отчетную таблицу, необходимые расчеты, графические зависимости, выводы по проделанной работе.
В выводах следует изложить основные результаты работы, оценить влияние интенсивности перемешивания на затраты мощности, оценить изменение затрат мощности на перемешивание аэрируемой
и неаэрируемой сред, выдать рекомендации по величине скорости вращения перемешивающего устройства, при которой обеспечивается полноценное диспергирование потока воздуха в жидкость, сравнить экспериментальные и расчетные значения затрат мощности при аэрации.
2.7 Контрольные вопросы
1. Какие процессы относят к биохимическим?
2. Назовите производства пищевой промышленности использующие продукты микробиологического синтеза.
|
|
|
3. Какие процессы протекают в ферментаторе при культивировании микроорганизмов?
4. Какая стадия является основой микробиологического синтеза, и в каких аппаратах она проводится?
5. Что понимается под оптимальными условиями ферментационного процесса?
6. По каким параметрам можно оценить эффективность различных ферментационных аппаратов?
7. Какова конструкция и принцип работы промышленных ферментаторов с комбинированным подводом энергии?
8. Какие конструкции перемешивающих устройств используются в ферментаторах?
9. Каков принцип работы самовсасывающей мешалки?
10. Какими достоинствами обладают ферментаторы с комбинированным подводом энергии?
11. За счет чего возможно варьирование массообменных характеристик ферментатора в широких пределах?
12. Как обеспечивается герметичность ведения процесса культивирования в ферментаторе?
13. Для чего ферментатор оснащают рубашкой?
14. Какие функции в аппарате играют мешалки?
15. От чего зависит эффективность перемешивания и затраты энергии в ферментаторе?
16. Как взаимно располагаются в аппарате барботер и мешалка?
17. Как определяются затраты мощности на перемешивание в аппарате?
18. Каким образом происходит равномерное диспергирование аэрируемого воздуха в аппарате большого объема с комбинированным подводом энергии?
19. Объясните характер изменения затрат мощности на перемешивание в аэрируемой жидкости.
ПРИЛОЖЕНИЕ А
(обязательное)
|
|
|
