Выполнила

От депрессии:

	Концентрация, %	Температура кипения, ºС	Депрессия, ºС или ºК
В Ι корпусе	8,2		3,0
Во ΙΙ корпусе	13,6		4,0
В ΙΙΙ корпусе	50,0		8,0

Для упрощения расчета не уточняем температурную депрессию (в связи с отличием давления в корпусах от атмосферного.
По трем корпусам:
Δt_депр = 3 + 4 + 8 = 15 К.
От гидростатического эффекта:

Концентрация, %	8,2	13,6	50,0
Плотность, ρр, кг/м^3

Эти значения плотностей примем и для температур кипения по корпусам.
Расчет ведем для случая кипения раствора в трубах при оптимальном уровне:
Н_опт = [0,26 + 0,0014 · (ρ_р – ρ_в)] · Н_тр
где Н_опт – оптимальная высота уровня по водомерному стеклу, м;
Н_тр – рабочая высота труб, м, принимаем Н_тр = 5 м;
ρ_р – плотность раствора конечной концентрации при температуре кипения кг/м³;
ρ_в – плотность воды при температуре кипения, кг/м³.
Ι корпус:
Н_опт = [0,26 + 0,0014 · (1250 – 1000)] · 5 = 3,05 м
р_ср = р₁ + 0,5 · ρ_р · g · Н_опт = 0,34 + 0,5 · 1250 · 9,81 · 3,05 = 0,35 МПа
10⁶
При р₁ = 0,34 МПа t_кип = 137,8 ºС, при р_ср = 0,35 МПа t_кип = 138,8 ºС
Δt_г.эф = 138,8 – 137,8 = 1 ºС = 1 К
ΙΙ корпус:
Н_опт = [0,26 + 0,0014 · (1320 – 1000)] · 5 = 2,83 м
р_ср = 0,18 + 0,5 · 1320 · 9,81 · 2,83 = 0,19 МПа
10⁶
При р₂ = 0,18 МПа t_кип = 116,7 ºС, при р_ср = 0,19 МПа t_кип = 118,6 ºС
Δt_г.эф = 118,6 – 116,7 = 1,9 ºС = 1,9 К.
ΙΙΙ корпус:
Н_опт = [0,26 + 0,0014 · (1450 – 1000)] · 5 = 3,56 м
р_ср = 0,02 + 0,5 · 1450 · 9,81 · 3,56 = 0,05 МПа
10⁶
При р₁ = 0,02 МПа t_кип = 59,64 ºС, при р_ср = 0,05 МПа t_кип = 81,3 ºС
Δt_г.эф = 81,3 – 59,64= 21,66 ºС = 21,66 К.
Всего: ∑Δt_г.эф = 1 + 1,9 + 21,66 = 24,56 ºС = 24,56 К.
От гидравлических сопротивлений: Потерю разности температур на каждом интервале между корпусами принимаем в 1 ºК. Интервалов всего 3 (Ι-ΙΙ, ΙΙ-ΙΙΙ, ΙΙΙ-конденсатор), следовательно:
Δt_г.с = 1 · 3 = 3 ºК.
Сумма всех температурных потерь для установки в целом:
Δt_пот = 15 + 24,56 + 3 = 42,56 ºК.
6. Полезная разность температур.
Общая разность температур 156,4 – 59,64 = 96,76 ºС = 96,76 К, следовательно полезная разность температур:
Δt_пол = 96,76 – 42,56 = 54,2 К.
7. Определение температур кипения в корпусах:
В ΙΙΙ корпусе: t₃ = 59,64 + 1 + 8 + 21,66 = 90,3 ºС;
Во ΙΙ корпусе: t₂ = 116,7 + 1 + 4 + 1,9 = 123,6 ºС;
В Ι корпусе: t₁ = 137,8 + 1 + 3 + 1 = 142,8 ºС.
8. Расчет коэффициентов теплопередачи по корпусам.
Принимаем (9, по табл. 4.8, стр.169) из соотношения К₁ : К₂ : К₃ = 1 : 0,7 : 0,45
Для Ι корпуса: К₁ = 1600 Вт/м² · К;
Для ΙΙ корпуса: К₂ = 1100 Вт/м² · К;
Для ΙΙΙ корпуса: К₃ = 700 Вт/м² · К.
9. Составление тепловых балансов по корпусам.
Для упрощения расчета не учитываем тепловые потери и принимаем, что из каждого корпуса в последующий раствор поступает при средней температуре кипения.
По условию раствор подается на выпарку подогретым до температуры кипения в Ι корпусе.
Тогда расход тепла в Ι корпусе:
Q_Ι = W_Ι · r_Ι = 3,707 · 2156 · 10³ = 7973669,9 Вт
Раствор приходит во ΙΙ корпус перегретым, следовательно, Q_нагр отрицательно (теплота самоиспарения). Расход теплоты во ΙΙ корпусе:
Q_ΙΙ = W_ΙΙ · r₂-G_Ι · с_Ι · (t₁ – t₂) = 4,073 · 2216,2 · 10³ – 10,19 · 4190 · 1,2 ·
· (142,8 – 123,6) = 8066447,1 Вт
Количество теплоты, которое дает вторичный пар Ι корпуса при конденсации, составляет W_Ι · r_Ι = 7973669,9 Вт. Расхождение прихода и расхода теплоты в тепловом балансе ΙΙ корпуса меньше 1 %.
Расход теплоты в ΙΙΙ корпусе:
Q_ΙΙΙ = W_ΙΙΙ · r₃-G₂ · с₂ · (t₂ – t₃) = 4,444 · 2357,5 · 10³ – 6,11 · 4190 · 1,15 ·
· (123,6 – 90,3) = 9493677,1 Вт
10. Расход греющего пара в Ι корпусе:
G_г.п = Q_Ι = 7973669,0 = 3,74 кг/с
r_г.п · х 2130,8 · 10³
где х – паросодержание.
Удельный расход пара:
d = G_г.п = 3,74 = 0,31 кг/кг
W 12,22
11. Распределение полезной разности температур по корпусам.
Сделаем в двух вариантах:
1. Из условия равной площади поверхности, т.е. пропорционально Q/K
2. Из условия минимальной общей площади поверхности корпусов, т.е. пропорционально √Q/K

	Q/K	√(Q/K) · 10^3
Ι корпус	7973669,9 = 4983,5
ΙΙ корпус	8066447,1 = 7333,1
ΙΙΙ корпус	9493677,1 = 13562,4
	∑Q/K = 25879	∑√(Q/K) · 10^3 = 8603

Полезные разности температур по корпусам:

	Вариант равной площади поверхности корпусов	Вариант минимальной общей площади поверхности корпусов
ΔtΙ	54,2 · 4983,5 = 10,4º	54,2 · 2232 = 14,0º
Δt2	54,2 · 7333,1 = 15,4º	54,2 · 2708 = 17,0º
Δt3	54,2 · 13562,4 = 28,4º	54,2 · 3683 = 23,1º
∑Δtол, °К	54,2º	54,1º

12. Определение площади поверхности нагрева.

	Вариант равной площади поверхности корпусов	Вариант минимальной общей площади поверхности корпусов
F1 = Q1/(K1· ΔtΙ)	7973669,9 = 479,2 м^2 1600 · 10,4	7973669,9 = 356,9 м^2 1600 · 14
F2 = Q2/(K2· Δt2)	8066447,1 = 476,2 м^2 1100 · 15,4	8066447,1 = 431,7 м^2 1100 · 17
F3 = Q3/(K3· Δt3)	9493677,1 = 477,5 м^2 700 · 28,4	9493677,1 = 587,1 м^2 700 · 23,1
∑F, м^2	1432,9	1374,7

Так как разница между вариантами меньше 10 %, то принимаем вариант равной площади корпусов, обеспечивающий однотипность оборудования.
По ГОСТ 11987-81 принимаем выпарной аппарат со следующей характеристикой:
Поверхность теплообмена при диаметре
трубы 38х2 мм и длине 5000 мм 500 м²
Количество труб 955
Диаметр греющей камеры 1600 мм
Диаметр сепаратора 4500 мм
Диаметр циркуляционной трубы 1200 мм
Высота аппарата 16500 мм
Масса аппарата 33000 кг
7.2. Пример расчета барометрического конденсатора
1. Определение расхода охлаждающей воды.
Расход охлаждающей воды G_в определяют из теплового баланса конденсатора:
G_в = W₃ · (I_бк – С_в · t_к), где
С_в · (t_к – t_н)
I_бк – энтальпия паров в барометрическом конденсаторе, Дж/кг;
С_в – удельная теплоемкость воды, Дж/(кг · К);
t_н – начальная температура охлаждающей воды, ºС;
t_к – конечная температура смеси воды и конденсата, ºС.
t_к = t_бк – 5º = 69,1 – 5 = 64,1 ºС
G_в = 4,444 · (2624,4 · 10³ – 4,19 · 10³ · 64,1) = 51,94 кг/с
4,19 · 10³ · (64,1 – 16)
2. Расчет диаметра барометрического конденсатора.
Диаметр определяют из уравнения расхода:
d_бк = 4 · W₃ , где
ρ · π · υ
ρ – плотность паров, кг/м³;
υ – скорость паров, м/с, принимаем υ = 20 м/с.
d_бк = 4 · 4,444 = 1,48 м
0,1913 · 3,14 · 20
По ОСТ 26717-73 подбираем конденсатор диаметром, равным ближайшему большему и выбираются размеры конденсатора.
3. Расчет высоты барометрической трубы.
Выбираем конденсатор с d_бк = 1500 мм. Внутренний диаметр барометрической трубы равен 300 мм. Скорость воды в барометрической трубе V_в равна:
V_в = 4 · (G_в + W₃) = 4 · (51,94 + 4,444) = 0,8 м/с
ρ_в · π · d²_бк 998 · 3,14 · 0,3²
Высоту барометрической трубы определяют по уравнению:
Н_бт = В + (1 + Σξ + λ · Н_бт ) · V_в + 0,5 , где
ρ_в · g d_бт 2 · g
В – вакуум в барометрическом конденсаторе, Па;
Σξ – сумма коэффициентов местных сопротивлений;
λ – коэффициент трения;
Н_бт, d_бт – высота и диаметр барометрической трубы, м;
0,5 – запас высоты на возможное изменение барометрического давления, м.
В = р_атм – р_бк = 9,8 · 10⁴ – 0,3 · 10⁵ = 6,8 · 10⁴ Па
Σξ = ξ_вх + ξ_вых = 0,5 + 1,0 = 1,5
ξ_вх и ξ_вых – коэффициенты местных сопротивлений на входе в трубу и выходе из нее.
Коэффициент трения λ зависит от режима течения жидкости. Определим режим течения воды в барометрической трубе:
Re = ρ_в · V_в · d_бт , где
μ_в
μ_в – вязкость воды, Па · с.
Re = 998 · 0,3 · 0,8 = 443555,5
0,54 · 10^-3
Для гладких труб при Re = 443555,5 λ = 0,0135. Принимаем новые стальные трубы. Для них е = 0,1 мм.
Н_бт = 6,8 · 10⁴ + (1 + Σ1,5 + 0,0135 · Н_бт ) · 0,8 + 0,5 = 7,51 м
998 · 9,8 0,3 2 · 9,8
Сушка
Сушка является завершающим этапом производства значительной части продуктов микробного синтеза. В микробиологической промышленности сушке до влажности 8-12 % подвергаются концентрированные суспензии культуральных жидкостей вместе с биомассой, растворы аминокислот и витаминов, ферментосодержащие материалы и другие суспензии.
Цель сушки состоит в получении стабильных при хранении продуктов, удобных для транспортировки и в потреблении.
Методы сушки и конструкции сушилок в значительной степени определяются режимами сушки для конкретного материала, обеспечивающими высокое качество сухого продукта при наименьших капиталовложениях и энергозатратах.
Это особенно характерно для продуктов микробного синтеза, оптимальные режимы и методы сушки которых могут быть определены после изучения не только физико-химических и теплофизических характеристик, но и биологических свойств. Специфика сушки связана со сравнительно низкой термоустойчивостью и требованиями максимально возможной сохраняемости целевых продуктов биосинтеза в конечных продуктах.
Для сушки различных сред используются разнообразные типы сушилок, которые различаются следующими основными признаками: конструкцией сушильных камер, способом подвода тепла, давлением в сушильной камере, организацией движения сушильного агента и высушиваемого материала (прямоток, противоток, перекрестный ток), видом используемого теплоносителя (паровые, газовые, воздушные) и др.
В биотехнологической промышленности в основным используются конвективные сушилки: распылительные и сушилки с кипящим слоем, ленточные и барабанные. В значительно меньшей степени применяются контактные сушилки: вальцевые сушилки и вакуум-сушильные шкафы. Ограниченное применение находят сублимационные сушилки.