Главная Обратная связь

Дисциплины:






Тепловой баланс процесса ферментации



Если допустить постоянство тепловыделения в аппарате, то тепловой баланс процесса ферментации будет следующим:

Qб + Qм + Qв + Qпс + Qп + Qохл = 0 ,

где Qб - тепло, выделяющееся в процессе биосинтеза; Qм - тепло, выделяющееся при работе мешалки; Qв - тепло уносимое с аэрирующим воздухом; Qпс - тепло, вносимое с питательной средой; Qп - потери тепла в окружающую среду через стенки аппарата; Qохл - тепло, отводимое с охлаждающей водой.

Для удобства будем считать тепловые потоки в удельных величинах, отнесенных на 1 м3 культуральной жидкости в аппарате.

Тепловой эффект биосинтеза определяется расчетом через расходные коэффициенты:

= = 16,93 кВт/м3.

(qб = Qб /Vж ),

где qб - удельное тепловыделение на (кВт/м3); 14,45 - удельное тепло биоокисления (кДж/г О2); - расходный коэффициент по кислороду; - конечная и начальная концентрации биомассы; t - время культивирования.

Превращение механической энергии в тепловую:

qм = Nуд = N/ Vж = 8149,6/7,5 = 1086,6 Вт/м3=1,086 кВт/м3.

где Nуд - удельная мощность на перемешивание; N - мощность привода мешалки.

Удельное количество тепла выносимое с аэрирующим воздухом

qв = mв·(I1 - I2) ,

где mв = rв·К /60 - удельный массовый расход воздуха, кг/(с·м3); rв - плотность воздуха; К - кратность аэрации; I1 и I2 - теплосодержание входящего и выходящего газа:

Ii = cв·ti + (r + cп·ti)·xi ,

где св = 1,01 кДж/(кг·К) - средняя удельная теплоемкость сухого воздуха;

сп = 1,97 кДж/(кг·К) - средняя удельная теплоемкость водяного пара;

r = 2493 кДж/кг - удельная теплота парообразования воды при 0 ОС;

ti - температура входящего и выходящего воздуха (обычно одинаковы и равны температуре культивирования);

хi - влагосодержание воздуха, кг/кг; (значениями х обычно задаются соответствующими относительной влажности 60% на входе и 90% на выходе, что при 30 ОС примерно составляет: х1 = 0,017, х2 = 0,024).

I1 = cв·tк + (r + cп·tк)·x1 = 1,01·30+(2493 + 1,97·30)·0,017 =73,68 кДж/кг

I2 = cв·tк + (r + cп·tк)·x2 = 1,01·30+(2493+1,97·30)·0,024 = 91,55 кДж/кг

qв = (rв·Qс\Vж)·( I1 - I2 )=1,165·0,1188/7,5)·(73,68-91,55)=-0,33 кВт/м3.

Тепло, вносимое с питательной средой = 0, т.к. температуры питательной среды tпс и культуральной жидкости tк одинаковы (30 ОС)

Потери тепла через стенки аппарата:

qп = Fап·qуд / Vж = 24,5 · 0,1/ 7,5 = - 0,32 кВт/м3.

где Fап - площадь поверхности аппарата; qуд - удельные потери тепла с 1 м2 поверхности аппарата (зависят от разницы температур стенки аппарата и окружающей cреды).

Тепло, отводимое охлаждающей водой находим из уравнения баланса:

qохл = qб + qм + qв + qп = =6,25 + 1,09 -0,33 - 0,32 = 6,68 кВт/м3



Общее отводимое тепло, кВт

Qохл = qохл·Vж = 50,11

Расход хладагента (воды) максссовый:

W = Qохл /c·(tк - tн) = 50,11/(4,19·(23-13))= 1,19 кг/с

и объемный: = W / ρв= 1,19/1030 = 0,00119 м3/с.

где c - удельная теплоемкость воды, 4,19 кДж/кг·К; tк и tн - начальная и конечная температуры охлаждающей воды (13 и 23 °С ).





sdamzavas.net - 2017 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...