Расчет аппаратов для проведения процесса ферментации

Процесс ферментации проводят в специальных аппаратах называемых ферментатами.

- Наиболее распространенный ферментатор – это аппарат с механическим перемешиванием и барботером для повода воздуха.

- Разработаны самовысасующие воздух мешалки. В таких мешалках осуществляется перемешивания с одновременной подачей воздуха для аэрации жидкости. Внутри турбины мешалки внутри полость с кольцевым соплом, соединенная с каналом, подводящим воздух. При вращении мешалки внутри турбины создается разрежение, в результате воздух из атмосферы засасывается во внутреннюю полость мешалки и диспергируются в ферментационной жидкости.

Выделение готового продукта происходит в сепараторах в жидком виде с последующей сушкой в распылительных сушилках.

Расчет ферментаторов данного типа сводится к определению расхода воздуха, теплоты и затрат мощности на перемешивание культуральной среды.

 

Влияние перемешивания на массообменные процессы проявляется с увеличением коэффициента массоотдачи и поверхности контакта фаз. Поэтому для оценки качества перемешивания в таких случаях целесообразно пользоваться объемным коэффициентом массоотдачи:

 

Кv = Ka.

где а – удельная поверхность контакта фаз, м²/м³.

Коэффициент массоотдачи К, отнесенный к поверхности контакта фаз, обычно определяют из критериальных уравнений:

.

- диф. кр. Nu.

 

где С – постоянная;

i – показатель степени;

ρ_ж – плотность дисперсионной фазы, кг/м³;

σ_ж – поверхностное натяжение, Н/м;

μ_ф, μ_ж – динамическая вязкость дисперсной и дисперсионной фаз, Па ∙ с.

 

Для массообмена в системе газ-жидкость применительно к процессам культивирования микроорганизмов, уравнение массопередачи при перемешивании турбинными мешалками имеет вид:

 

 

где φ – относительное содержание дисперсной фазы.

 

Тепловой расчет.

 

Для подержания требуемой температуры процесса при культивировании микроорганизмов, необходимо отводить не только теплоту биохимических процессов, но и теплоту, образующуюся в результате диссипации механической энергии при перемешивании.

Тепловая нагрузка поверхности охлаждения:

 

 

где Nv – удельная мощность, кВт/м³

Vp – объем жидкости, м³;

qVt – удельная скорость массопередачи.

 

Средний температурный напор:

 

 

Коэффициент теплопередачи:

 

, Вт/м²∙К

 

Поверхностное охлаждение:

 

Высота (т.е. на боковой поверхности аппарата в его рабочей зоне):

 

.