Расчетная часть
Тепловой баланс ферментатора (Дж)
(5.11.1)
где Qбиол – количество теплоты, выделяемое биомассой при культивировании, Дж; Qв – количество теплоты отводимое охлаждающей водой, Дж; Qт.и. – количество теплоты отводимое теплоизлучением, Дж.
(5.11.2)
здесь cф - среднее удельное тепловыделение биомассы при культивировании, Дж/кг; т – величина прироста биомассы, кг/ч;
Количество теплоты Qeoзд, (Дж), уносимой с уходящим из аппарата воздухом,
(5.11.3)
где J1, J 2 - энтальпии соответственно входящего и выходящего из аппарата воздуха, Дж/кг (J1 и J2 определяются с помощью I - d -диаграммы); Vвозд – расход воздуха, м3/ч.
Количество теплоты, отводимой водой (Дж),
(5.11.4)
Расход воды для отвода теплоты (кг/ч),
(5.11.5)
где с - удельная теплоемкость воды, Дж/(кг∙К); с = 4187 Дж/(кг∙К); ρ = 1000 кг/м3 - плотность воды.
Необходимая площадь поверхности охлаждения ферментатора (м2)
(5.11.6)
где k - коэффициент теплопередачи от охлаждающей воды к охлаждаемой среде, Вт/(м2∙К); ΔТср - средняя разность температур, К.
Графическая часть
Постройте
зависимость величины прироста биомассы
от времени культивирования в виде
.
Сделайте статистическую обработку
результатов. Выполните рабочий чертеж
одного из сборочных единиц ферментатора
(подшипниковый узел, сальниковое
уплотнение, поршневая группа) и сделайте
спецификацию к нему в соответствии с
требованиями ЕСКД.
Проверь себя
[тесты ]
Работа 5.12 ректификационная установка периодического действия
Технологическая задача: разделение многокомпонентных смесей.
Цель работы: Оценить технический уровень (состояние) ректификационной установки периодического действия и дать предложения по развитию её конструкции для повышения эффективности процесса ректификации.
Задачи работы:
1. Изучить устройство и принцип работы ректификационной установки периодического действия.
2. Рассмотреть особенности процесса ректификации.
3. Определить теоретическую и экспериментальную производительности, а также мощности нагревателей ректификационной установки периодического действия при различных режимах её функционирования и обработать результаты испытаний.
4. Дать предложения по техническому обслуживанию ректификационной установки периодического действия.
5. Усвоить правила безопасной эксплуатации и наладки ректификационной установки периодического действия.
Оборудование, инструменты и инвентарь: лабораторная ректификационная установка периодического действия, спиртометр, термометр, мерные стаканы и емкости, приемный резервуар, тряпка.
Продукты: этиловый спирт – 4 дм3, дистиллированная вода – 6 дм3, вода водопроводная.
Изучение установки и принципа ее работы.
Лабораторная ректификационная установка (рис. 5.12.1.) представляет собой аппарат периодического действия и состоит из следующих основных узлов: куба 1, ректификационной колонны 3, дефлегматора 6 и холодильника 10.
Куб установки 1 оснащен электрическими нагревателями 2 (два ТЕНа) и термометром 5. Один из электрических нагревателей включается в сеть «напрямую», а другой через ЛАТР 11.
Ректификационная колонна 3 имеет 40 тарелок 4 вихревого типа.
Внутри дефлегматора 6 находится змеевик 7, под которым расположена воронка 8.
С помощью крана 9 регулируется количество дистиллята, поступающего в холодильник 10.
Установка работает следующим образом:
В куб 1 загружают исходную водно-спиртовую смесь. Далее на куб устанавливается ректификационная колонна 3 с дефлегматором 6 и холодильником 10. Электрические нагреватели 2 включаются в сеть: один «напрямую», а другой через ЛАТР 11. По мере нагревания содержимого куба начинают подачу воды в холодильник 10 и дефлегматор 6.
В начале оба электронагревателя работают на полную мощность, затем, с момента закипания жидкости в кубе 1 начинают регулировать интенсивность кипения с помощью ЛАТРа 11. Образующиеся в кубе водно-спиртовые пары поднимаются по ректификационной колонне 3 с тарелками вихревого типа 4, где они укрепляются за счет контакта со стекающей вниз флегмой и далее конденсируются в дефлегматоре 6. Образующийся конденсат поступает в воронку 8 и далее в холодильник 10, где он охлаждается до температуры 15…20 ºС и отводится из установки.
Рис. 5.12.1. Схема ректификационной установки периодического действия:
1 – куб; 2 – электрические нагреватели; 3 – ректификационная колона; 4 – тарелка вихревого типа; 5 – термометр; 6 – дефлегматор; 7 – змеевик; 8 – воронка; 9 – регулирующий вентиль; 10 – холодильник; 11 – ЛАТР
В начале ректификационная колонна 3 работает с маленьким флегмовым числом (близким к нулю): конденсат, образующийся в дефлегматоре 6, практически полностью отводят из колонны. По мере уменьшения крепости отбираемой фракции ниже заданной, флегмовое число увеличивают до образования необходимого на орошение и укрепление водно-спиртовых паров количества флегмы. Флегмовое число регулируют с помощью вентиля 9.
Процесс ректификации продолжается до достижения заданного состава кубовой жидкости, который определяется по температуре кипения, контролируемой с помощью термометра 5.
Техническая характеристика
Производительность, дм3/ч Расход охлаждающей жидкости, дм3/ч Объем куба, дм3 Рабочее давление куба, кПа не более Заполнение куба, % не более Питание (однофазное), В Потребляемая мощность, кВт Число тарелок, шт. КПД тарелок Габаритные размеры, мм Масса, кг |
7…9 100 20 101,9 75 220 3 40 0,6…0,8 800×400×3000 25 |