ПЕРЕМЕШИВАЮЩИМИ УСТРОЙСТВАМИ

Задание:Рассчитать биореактор с тремя многоярусными перемешивающими устройствами рабочим объемом 200м3 и скоростью сорбции кислорода 13кгО2/м3.ч

1. Исходные данные

2. Расчет аппарата с тремя многоярусными перемешивающими устройствами

Наименование и единицы измерения величин		Обозначение и расчетная формула	Числовое значение
Расчетные величины
Начальная концентрация кислорода в воздухе, объемная доля	Yн		0.21
Плотность жидкости, кг/м3	r		1000
Давление воздуха на выходе из аппарата, Н/м2	Рвых		105
Коэффициент, учитывающий механические потери	kм		0,95
Коэффициент	l¢		2
Коэффициент заполнения	k		0,5
Коэффициент мощности турбинной мешалки			5,5
Коэффициент мощности мешалки-диспергатора			2,3
Рабочий объем условного модуля, прорабатываемого одной многоярусной мешалкой, м3	Vр ус		67
Число многоярусных перемешивающих устройств	m = Vр/Vр ус		200/67 = 2.985
Общий объемный расход воздуха при рабочих условиях, м3/с	Vг = VV×Vp		27.7×10-3×200 = 5,54
Общий объемный расход воздуха при рабочих условиях для одного модуля, м3/с	Vг ус = VV×Vp/m		27.7×10-3×200/3 = 1,856
Число ярусов
Расстояние между соседними мешалками	l = l¢×dм		l = 2dм 2×1.129=2.257
Коэффициент	K2 = 0,785k1-2×l¢		0,785(0,18)-2×2 = 48,457
Диаметр мешалки, м
Частота вращения мешалки, с-1	n = Vг ус×102/Q*dм3		1,85×102/41(0,77)3 = 3.148
Высота монолитной жидкости, м	Нж = l¢×dм×mя		2×0,77×3 = 6.48
Давление воздуха на входе в аппарат, Н/м2	Рвх=[Ра+(0,1Нж)]×105		[1+(0,1×4,62)] 105= 1,648×105
Относительная мощность, соответствующая Q	No=0,65(Q-1)0,14		0,65(41-1)0,14=0,386
Удельная мощность, затрачиваемая на перемешивание газовой фазой, кВт/м3			[1,4/(1,4-1)]×1,462×105×27,7×10-3´ ´[(1,462×105/1×105)(1,4-1)/1,4-1]´10-3 =2.451
Удельная мощность, потребляемая на перемешивание турбинными мешалками, кВт/м3			[0,38×5,5×3×103×9,83´ (0,77)5×3×10-3] /200 = = 1.743
Удельная мощность, потребляемая на перемешивание мешалкой - диспергатором, кВт/м3			[0,38×2,3×103×9,83´ (0,77)5×10-3] /200 = = 0.729
Общая удельная мощность, потребляемая на перемешивание, кВт/м3			2,451+1,743+0,729=4.924
Объемный коэффициент массопередачи кислорода, с-1			0,82∙(10,64)^0,53∙ (9,8)^0,2×(3)^0,5 ∙(0,24)^1,5=0,478
Среднее давление, Па	Рср=[(Рвх+Ра)/2]×105		[(1,462+1)/2]×105= 1.324×105
Движущая сила процесса массопередачи, кг/м3			[(27,7×10-3×0,21×3600- М /1,43)//(27,7×10-3 ×3600-М/1,43)]´ ´1,324×105/23×105= =(20,9-0,7Mp/99,7-0,7Mp) ´0,058 =(1,21-0,04Mp -–99,7-0,7Mp)
Расчетная скорость сорбции кислорода, кгО2/м3ч	Мр = KLa×Dc		Мр = 0.478×3600´ ´(1,21-0,04 Мр/99,7- -0,7 Мр; 0.7Мр2 -168,5 Мр + +2082,17=0; Мр=13,07
Диаметр аппарата, м	D=(4Vр/pНж)0,5		(4×200/3,14×4,62)0,5=6.269
Полный объем аппарата, м3	Vф = Vp/k		200/0,5 = 400
Высота аппарата, м	Нф = Нж/k		4,62/0,5 = 12.959
Мощность электродвигателя для одного перемешивающего устройства, кВт	Nдв 1 = NVм×Vp/kм×m		10,64×200/0,95×3 @ 174
Общая мощность электродвигателей для 3-х перемешивающих устройств, кВт	Nдв 1× m		174*2 = 520
Удельные энергозатраты на растворение кислорода, кВт ч/кгО2			4,924/13,07=0,377

Рассчитанные ведичины основных размеров биореактора с тремя многоярусными перемешивающими устройствами показаны на рисунке 5.

Рисунок 5 – Биореактор с многоярусными мешалками и нижним приводом

Где, 1 - корпус; 2 –мешалка.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе были рассчитаны основные параметры биореактора с тремя многоярусными перемешивающими устройствами рабочим объемом 200м³ и скоростью сорбции кислорода 13кгО2/м³. В том числе геометрические параметры, мощность электродвигателя, удельные энергозатраты.