Произвести сбор и обработку информации о производстве

Рассчитываем скорость роста биомассы:
µ=0,5µmaxССус+С СпмСпм+Со-С = 0,511+1 1010+8-1 = 0,147r-1 = 4,08·10-5 с-1
Далее определяем концентрацию абсолютно сухой биомассы:
С' = (Со-С)/α = (8-1)/1,3 = 5,38 кг/м3
Удельная производительность аппарата по абсолютно сухой биомассе составит:
g' = µ С' = 4,08·10-5·5,38 = 21,95·10-5 кг/(м3·с)
или с учетом 10% остаточной влажности продукта будет равна:
g0 = g'/0,9 = 21,95·10-5/0,9 = 24,4·10-5 кг/(м3·с)
Рабочий объем реактора, необходимый для обеспечения заданной удельной производительности, должен быть равен
Vp = G0/g0 = 6,342×10-5/24,4·10-5·= 0,26м3
Тогда полный рабочий объем ферментатора с учетом аэрации жидкости в аппарате:
V'p = Vp/Ka = 0,26/0,7 = 0,37 м3
Количество питания, которое необходимо подавать в аппарат:
υп = µ Vp = 4,08·10-5·0,26 = 1,06·10-5 м3/с
Удельный расход кислорода на выращивание биомассы
υк = g' gк = 21,95·10-5·2,0 = 43,9·10-5 кг О2/(м3с)
Объемная доля кислорода в воздухе, отходящем из ферментатора
Ук = υвУн-(υкρв)υв-(υкρв) = 0,028×0,21-(43,9·10-5/1,43) 0,028-(43,9·10-51,43)=0,20
Ρв = 1,43 кг/м3 = плотность воздуха, соответствующая условиям подачи в ферментатор
Ун = 0,21 – объемная доля кислорода в воздухе, поступающем на аэрацию
υв = 100 м3/ч = 0,028 м3/с
Парциальное давление кислорода в отработанном воздухе
Рк = П·Ук = 9,81·104×0,20 = 1,96·104 Па
где П=9,81·104 Па – давление воздуха на выходе из аппарата
Движущая сила по кислороду при условии идеального перемешивания воздуха с жидкостью будет равна
∆у = Ук/Кр = 0,20/35 = 5,7·10-3 кг О2/м3
Коэффициент массопереноса при этих условиях:
βу = υк/∆у = 43,9·10-5/5,7·10-3 = 0,077 с-1
Расход воздуха, подаваемого в ферментатор
Vв = υв Vр = 0,028×0,26 = 0,0073 м3/с
Удельный расход воздуха, затраченного на образование биомассы
υ'в = 100·Vр·τ/G0 = 100×0,26/(6,342·10-5×3600) = 114 м3/кг
Общее количество энергии, вводимое в рабочий объем аппарата
Nобщ = Nм + Nпг +Nв = 56+5+15,8 = 76,8 кВт/м3
Удельная вводимая мощность
Nуд = Nобщ/Vр = 76,8/0,26 = 295,4 кВт/м3
Расход мощности в аппарате на получение 1 кг биомассы
N'уд = Nобщ τ/G0 = 76,8/(3600×6,342·10-5) = 336,8 кВт·ч/м3
Тепловой баланс для ферментатора
Qp +Qв1 +Qм = Qв2 +Qт +Qпот
Тепловой поток, выделяемый при росте биомассы
Qp = ∆HrG0/τ = 16,8·103 ×6,342·10-5= 1,066 кВт
Тепловой поток, вносимый в аппарат воздухом
Qв1 = Vв ρв Iв1 = 0,0073 ×1,43×83,8 = 0,87 кВт
где Iв1 = 83,8 кДж/кг – энтальпия воздуха по условиям входа
Тепловой поток, уносимый отработанным воздухом из аппарата
Qв2 = Vв ρв Iв2 = 0,0073 ×1,43×330 = 3,44 кВт
Тепловой поток, выделяющийся при работе механического перемешивающего устройства
Qм = 0,86 Nм = 56×0,86 = 48,16 кВт
Тепловые потери в окружающую среду
Qпот = 0,1(Qp+ Qм) = 0,1(1,066+48,16) = 4,92 кВт
Тепловой поток, который необходимо отводить в теплообменник
Qт = Qp +Qв1 - Qв2+Qм - Qпот = 1,066+0,87 - 3,44 +48,16 - 4,92 = 42,036 кВт
Количество питательной среды, циркулирующее в теплообменнике
Gп = Qтρп·сп·∆Тп = 42036900×4150×4 = 0,28·10-2 м3/с
Количество охлаждающей воды, которое необходимо подавать в теплообменник
Gх = Qтρх·сх·∆Тх = 420364190·1000·7 = 0,14·10-2 м3/с
Средняя разность температур в теплообменнике согласно температурной схеме
Питательная среда 299 – 295 К
Охлаждающая вода 292 – 285 К
∆Т1 = 7∆Т2 = 10
будет равна
∆Тср = (∆Т1 + ∆Т2)/2 = (7+10)/2 = 8,5К
Площадь поверхности теплообменника, которую необходимо иметь для обеспечения нормального теплового режима работы ферментатора
F = QтК∆Тср = 42036930×8,5 = 5,32 м2