2015-05-05
1860
Рабочий объем ферментатораVфр = 25 м3, высота слоя жидкости 5 м, Vв.уд = удельный расход воздуха 1 объем на 1 объем среды в минуту, или 60 объемов на 1 объем среды в час. Общий расход воздуха на рабочий объем ферментатора:
Vв. общ = 60 м3/ч · 25 = 1500 м3/ч = 25 м3/мин.
Выбирается ротационная воздуходувка ВР-АО-25/0,8. Vр = 25 м3/мин = 1500 м3/ч.
Давление в линии нагнетания 0,8 кгс/см2.
При сжатии воздуха до избыточного давления 0,8 кгс/м2 температура его повышается от 20 ºС на линии всасывания, до 110 ºС на выходе из воздуходувки. Перед подачей в ферментатор воздух требуется охладить до t = 30 ºС. Для охлаждения воздуха предварительно выбирают одноходовой кожухотрубный теплообменник ТН с неподвижными трубными решетками, рассчитанный на избыточное давление 6 кгс/см2. Воздух проходит внутри трубок, вода – по межтрубному пространству. Параметры воздуха, поступающего в воздуходувку: р1 = 1 кгс/см2 (абс), t1 = 20 ºС, ρ1 = 1,12 кг/м3, φ1 = 70 %, V1р = 1500 м3/ч.
Параметры воздуха, выходящего из воздуходувки: р2 = 1,8 кгс/см2 (абс), t2 = 110 ºС. Производительность воздуходувки по сжатому воздуху определим из выражения:
Р1 · V1 = Р2 · V2.
T1 Т2
Отсюда количество воздуха, выходящего из воздуходувки:
V2 = (Р1 · V1) · Т2 = 1 · 1500 · (273 +110) = 1060 м3/ч.
Т1 Р2 (273 +20) · 1,8
Плотность сжатого воздуха при выходе из воздуходувки:
Р1 = Р2;
ρ1 · Т1 ρ2 · Т2
ρ2 = ρ1 · Р2 · Т1 = 1,12 · 1,8 · (273 +20) = 1,54 кг/м3.
Р1 Т2 1,0 (273 +110)
Количество тепла, отводимого от воздуха в холодильнике:
Q = V2 · ρ2 · с'2 · (t2 – t1) = 1060 · 1,54 · 1018 · (110 – 30) = 36900 Вт
где с'2 – мольная теплоемкость воздуха при 70 ˚С (9, стр. 528, табл. ХХVΙΙ); с'2 = 29,2 кДж/кмоль · К. Мв – молекулярная масса воздуха, Мв = 29, с2 = 29,2/29 = 1,018 кДж/кг.
Расход воды на охлаждение воздуха:
Gв = 0,99 · Q = 0,99 · 36900 = 0,874 кг/с
с · (t2 – t1) 4186 · (25 – 15)
где 0,99 – коэффициент, учитывающий потерю тепла в окружающую среду излучением;
с – теплоемкость воды, с = 4186 Дж/кг · К;
t1 и t2 – начальная и конечная температуры охлаждающей воды.
Скорость воздуха в трубах:
w = Vср = 975 = 6,45 м/с
3600 · F 3600 · 0,042
где F – площадь сечения трубок теплообменника, F = 0,042 м2.
Объем воздуха при средней температуре 70 ºС:
Vср = V1' · р1' · Т2 = 1060 · (273 + 70) · 1,8 = 975 м2
Т1 р2 (273 +110) · 1,8
где V1' – удельный объем воздуха перед теплообменником, V1' = V2 = 1060 м3/ч;
Т2 – принята равной 273 + tср.
Коэффициент теплопередачи от воздуха к охлаждающей воде К принимаем 25 Вт/м2 · К (табл. 2).
Определим среднюю логарифмическую разность температур сред в теплообменнике при противоточном движении:
Δtср = (110 – 25) – (30 – 15) = 40,6 ºС.
2,3 · lg(110 – 25)/(30 – 15)
Потребная поверхность теплообмена:
F = Q = 36900 = 36,4 м2.
К · ∆tср 25 · 40,6
Принятый теплообменник ТН с теплообменной поверхностью 43 м2 соответствует требованиям.
