Выполнила

2. Тепловой расчёт ферментатора
Рабочий объем ферментатора V_р = 25 м³, в состав питательной среды входит 6 % муки (25 · 60 кг = 1500 кг). В пересчете на сахар питательной среды при крахмалистости муки К_кр = 68 % получим:
крахмала 1500 · 0,68 = 1020 кг;
сахара 1,11 · 1020 = 1120 кг, где 1,11 – переводной коэффициент крахмала в глюкозу.
В процессе развития плесневых грибов происходит диссимиляция сахаров с выделением избыточного тепла:
С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ = 6Н₂О + 6СО₂ + 674 ккал.
Следовательно, при сгорании 1 гмоль сахара выделяется 674 ккал тепла или 2820 кДж.
Масса 1 гмоль сахара составляет:
12 · 6 + 1 · 12 + 6 · 16 = 180 г = 0,18 кг.
Тепловыделение составит 2820/0,18 = 15670 кДж/кг сахара.
На основании экспериментальных данных полагаем, что усвоение сахара развивающейся культурой микроорганизмов происходит в течение 24 ч. Для упрощения расчетов принимаем, что тепловыделение в этот период происходит равномерно.
Тогда количество биологического тепла, выделяемого этой культурой:
Q_сек = 1120 · 15670 · 10³ = 2035 · 10² Вт.
24 · 3600
Во избежание перегрева среды выделяемое тепло отводят. Тепло отводится охлаждающей водой Q_вод, воздухом Q_возд, подаваемым на аэрирование культуры, теплоизлучением Q_п.
Тепловой баланс ферментатора:
Q_сек = Q_вод + Q_возд + Q_п.
В расчетах Q_возд можно не принимать во внимание, т.к. величина его незначительна, поскольку воздух подают в аппарат с температурой, близкой к температуре среды: t_ср - 30 ºС.
Потери на теплоизлучение в окружающую среду принимаем 2 % от Q:
Q_п = 0,02 · 2035 · 10² = 40,7 · 10² Вт.
Тепло, отводимое водой:
Q_вод = Q_сек – Q_п = 2035 · 10² – 40,7 · 10² = 1994,3 · 10² Вт.
Расход воды для отвода тепла (охлаждения ферментатора):
G_вод = Q_вод = 1994,3 · 10² = 6,8 кг/с
с · (t₂ – t₁) · 1000 4186 · (22 – 15)
где t₁ и t₂ – температура воды при входе в рубашку (t₁ = 15 ºС) и при выходе из рубашки (t₂ = 22 ºС).
Потребная поверхность охлаждения ферментатора:
F = Q_вод/(К · ∆t_ср), где
К – коэффициент теплопередачи от охлаждающей воды к охлаждаемой среде:
Δt_б = 30 – 15 = 15º
Δt_м = 30 – 22 = 8º
Δt_б/Δt_v = 15/8 < 2
Для данного случая средняя разность температур теплоносителей:
Δt_ср = (Δt_б + Δt_м)/2 = (15 + 8)/2 = 11,5º
По таблице 2 принимаем значение К = 800 Вт/(м² · К).
Загрязнение стенок отложениями в процессе эксплуатации приводит к ухудшению коэффициента теплопередачи, поэтому для расчета принимаем К = 700 Вт/(м² · К).
Тогда:
F = 1994,3 · 10²/(700 · 11,5) = 24,8 м².
Таблица 2
Ориентировочные значения коэффициентов теплопередачи, Вт/(м² · К)

Вид теплообмена	Вынужденное движение	Свободное движение
От газа к газу (при невысоких давлениях)	10 – 40	4 – 12
От газа к жидкости (газовые холодильники)	10 – 60	6 – 20
От конденсирующегося пара к газу (воздухоподогреватели)	10 – 60	6 – 12
От жидкости к жидкости (вода)	800 – 1700	140 – 340
От жидкости к жидкости (углеводы, масла)	120 – 270	30 – 60
От конденсирующегося пара к воде (конденсаторы, подогреватели)	800 – 3500	300 – 1200
От конденсирующегося пара к органическим жидкостям (подогреватели)	120 – 340	60 – 170
От конденсирующегося пара органических веществ к воде (конденсаторы)	300 – 800	230 – 460
От конденсирующегося пара к кипящей жидкости (испарители)	―	300 – 2500

При диаметре корпуса ферментатора D_н = 3,02 м высота рубашки:
Н_р = F = 24,8 = 2,62 м.
(π · D_н) (3,14 · 3,02)