4. Технічна характеристика

1. Апарат призначено для напрацювання біомаси Corynebacterium glutamicum для подальшого біосинтезу глутамінової кислоти. 2. Об’єм ферментера:

номінальний 63 м³; робочий 37.8 м³.

3. Температура робочого середовища у ферментері: 29 ^оС.

4. Температура в рубашці апарата:

початкова 15 ^оС;

кінцева 19 ^оС. 5. Тип перемішуючого пристрою – турбінна мішалка.

6. Кількість мішалок 2.

7. Кількість відбивних перегородок немає.

8. Частота обертання вала мішалки 3,3с^-1 .

9. Потужність електродвигуна 167Вт.

10. Габаритні розміри:

− ширина 1000мм;

− довжина 1000мм;

− висота 1670 мм.

11. Маса : 500кг.

5. Розрахунки, що підтверджують працездатність та надійність конструкції

5.1 Конструктивний розрахунок

Вихідні дані:

Номінальний об’єм: V_н = 63 м³.

Коефіцієнт заповнення: K_z = 0,6.

Розрахуємо робочий об’єм за формулою:

Для даного номінального об’єму V_н = 63 м³ обираємо зі стандартного ряду [5] основні розміри апарату:

Внутрішній діаметр апарату - D = 3200 мм;

Діаметр валу мішалки – d _в = 95 мм.

Для процесу, що буде проходити в даному апараті – біосинтез глутамінової кислоти за допомогою бактерій Corynebacterium gtutamicum – краще встановити відкриту турбінну мішалку для забезпечення інтенсивного перемішування і диспергування газу в рідині [6].

Розрахуємо параметри мішалки.

Рис. 5.1 – Параметри турбінної мішалки.

Діаметр мішалки розрахуємо за формулою:

(5.2)

Із стандартного ряду [5] приймаємо, що

Геометричні розміри турбінної мішалки розрахуємо за наступними формулами:

Висота лопасті мішалки:

(5.3)

Ширина лопасті мішалки:

(5.4)

Відстань від днища до мішалки:

(5.5)

Відстань від мішалки до барботера:

(5.6)

Розрахуємо геометричні розміри мішалки:

,

Для апарата з V_н = 63 м³ для забезпечення рівномірного перемішування із розрахунку, що на кожні 20 м³ необхідна 1 мішалка, приймаємо, що кількість мішалок, які необхідно встановити в даному апараті z = 3. Частоту обертання мішалки приймаємо із стандартного ряду n = 2,67 – 3,33 с^-1. Приймаємо, що n = 3,33 с^-1.

Розрахунок днища апарату. Для апаратів, у яких відбувається біосинтез глутамінової кислоти, рекомендують вибирати еліптичні днище і кришку [6].

Рис.5.2 – Еліптичне днище ферментера.

Приймаємо, що для даного апарату висота еліптичної частини днища ,.

Для знаходження об’єму днища скористаємося формулою об’єму еліпсоїда:

де a, b, c – довжини півосей еліпсоїда.

У нашому випадку a = b = 1,6 м , c = 0,8 м.

Тоді об’єм еліпсоїда

Об’єм еліптичної частини днища апарату: .

Об’єм циліндричної частини апарату знайдемо за формулою:

де r – радіус циліндричної частини днища, h – висота еліптичної частини днища.

У нашому випадку r = 1,6 м², h = 0,04 м.

Тоді об’єм циліндричної частини днища:

Об’єм днища апарату:

(5.9)

.

Розрахуємо висоту рідини в апараті за формулою:

H_p = H_pднища + Н _{р цил} (5.10)

H_pднища = h + h_в = 0,8 + 0,04 = 0,84 м. (5.11)

Висоту рідини у циліндричній частині днища розрахуємо за такою формулою:

Тоді висота рідини в апараті:

.