 |
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция
Определение теплового баланса ферментатора
В ферментаторе в процессе жизнедеятельности микроорганизмов выделяется тепло. При повышении температуры растущей культуры рост культуры замедляется, а затем возможна и гибель микроорганизма. Для предотвращения этого ферментаторы должны быть оборудованы теплосъемными устройствами (змеевики, рубашки, тепловые трубы).
Количество тепла, отводимого от растущей культуры, и расход охлаждающей воды определяют из теплового баланса.
| Приход тепла С питательной средой Q1= Gпcпtп Биологическое тепло, выделяющееся при росте культуры, Q2=qp С охлаждающей водой Q3=GBcBt1B С продуваемым воздухом Q4= Li1 | Расход тепла С готовой культурой Q5= Gкcкtк С охлаждающей водой QB=GBcBt2B С продуваемым воздухом Q7= Li Потери тепла в окружающую среду Q8= 3600αFa∆t |
Здесь Gп, Gв, Gк- масса питательной среды, охлаждающей воды и готовой культуры, кг;
сп, св и ск - удельные теплоемкости питательной среды, охлаждающей воды и готовой культуры, кДж/(кг·К);
tп, tк, t1в и t2в - температуры питательной среды, готовой культуры, начальная и конечная охлаждающей воды, К;
q - среднее количество тепла, выделяющееся при приросте биомассы культуры микроорганизма; кДж/кг;
р- прирост биомассы организмов, кг/ч;
L- количество продуваемого воздуха, кг/ч;
i1 и i2- энтальпия свежего и отработавшего воздуха, кДж/кг;
α- коэффициент теплоотдачи от поверхности ферментатора в окружающую среду, кВт/(м2·К);
Fa - площадь поверхности ферментатора, м2;
∆t- средняя разность температур растущей культуры и окружающего ферментатор воздуха, К.
Уравнение теплового баланса ферментатора имеет вид
Обозначим Q1+Q2- Q5- Q8- L(i2-i1)= Q, тогда расход охлаждающей воды (кг/ч):
Площадь поверхности теплопередачи ферментатора, м2:
где К- коэффициент теплопередачи, Вт/(м2·К); ∆t- средняя разность температур растущей культуры и охлаждающей воды, 0С.
Величина теплоотдачи α2для воды определяется в зависимости от критерия Re. Определение величины теплоотдачи от стенки к растущей среде α1усложняется наличием в среде большого количества воздуха, раздробленного на мелкие пузырьки и ухудшающего условие теплоотдачи. Поэтому с определенной погрешностью можно воспользоваться эмпирическим уравнением для определения теплоотдачи от поверхности трубы к разным по плотности и вязкости растворам сахара и мелассы при естественной конвекции:
где tж и tст – температуры растущей культуры и стенки рубашки, 0С; µ- динамическая вязкость среды, Па·с.
Вязкость разбавленных мелассных растворов может быть вычислена по формуле
где В – концентрация раствора, %; t – температура раствора.
На основании опытных данных для ферментаторов, снабженных охлаждающими рубашками, с учетом загрязнения стенок можно принимать К=3000 Вт/(м2∙К). Расход воздуха на аэрирование растущей культуры находится в пределах 60-120 м3/(ч∙м3).
Лабораторная работа № 3
Поиск по сайту: