0.13 Các thiết bị lên men nuôi cấy chìm vi sinh ật trong các môi  (Page 15/15)

Công suất để thắng ma sát trong vòng chắn dầu của trục:

$N_c=2{\text{nd}}_B^2{S}_{c}Pe^{\mathrm{0,1}\frac{h_c}{S_c}}-1$

trong đó: n và dB - số vòng quay, vòng/phút và đường kính của trục, m;

Sc - chiều dày miếng đệm vòng chắn dầu của trục;

P - áp suất làm việc của không khí trong thiết bị trên mức lỏng, Pa;

hc - chiều cao miếng đệm vòng chắn dầu, m: (hc = 6Sc).

Để xác định Nc có thể lấy P = 0,1 MPa.

Xác định đường kính trục dẫn của máy khuấy theo công thức gần đúng, xuất phát từ độ bền chịu xoắn của trục:

$d_B=\mathrm{1,7}\cdot \sqrt[3]{\frac{M_x}{{\tau }_{\text{CP}}^{\text{'}}}}+C_M$

trong đó: Mx - mômen xoắn trên trục máy khuấy, N m;

${\tau }_{\text{CP}}^{\text{'}}$ - ứng suất tiếp cho phép đối với vật liệu trục chịu xoắn;

CM - hiệu chỉnh rò rỉ, xói mòn vật liệu, m.

Mô men xoắn trên trục máy khuấy:

$M_x=\mathrm{0,}\text{163}\frac{N_P}{n}$

trong đó: NP - công suất tính cho trục;

n - hệ số an toàn.

Để đảm bảo độ bền cần phải nhân đại lượng nhận được theo tính toán dB với hệ số 1,25 và nhận được $d_B^{\text{'}}$ .

Để xác định đường kính đoạn trục nằm cao hơn tuabin nhỏ ở phía dưới $d_B^{\text{'}\text{'}}$ cần nhân đại lượng $d_B^{\text{'}}$ với hệ số 1,07. Để xác định đường kính của trục nằm cao hơn tuabin nhỏ ở phía trên $d_B^{\text{'}\text{'}\text{'}}$ khi lưu lượng qua vòng chắn dầu cần nhân trị số $d_B^{\text{'}}$ với hệ số 1,14.

Trục được chế tạo bằng thép CT45. Giới hạn bền của thép CT45 là b = 610 MN/m2 (xấp xỉ 62 kG/ mm2), hệ số an toàn nB = 2,6. Ứng suất cho phép được xác định theo tỷ số giữa độ bền giới hạn và hệ số an toàn, ta có :

$\left[\sigma \right]=\frac{{\sigma }_b}{n_B}$

Ứng suất tiếp cho phép: $\left[\tau \right]=\mathrm{0,6}\left[\sigma \right]$ .

Ứng suất cho phép đối với các trục của các cơ cấu khuấy trộn :

$\left[{\tau }^{\text{'}}\right]=\mathrm{0,5}\left[\tau \right]$ .

Bề dày của miếng đệm vòng chắn dầu (mm):

$S_c=\mathrm{0,}\text{044}\sqrt{d_B^{\text{'}\text{'}}}$

trong đó: $d_B^{\text{'}\text{'}}$ - đường kính của trục, m.

Sau đó xác định lực nén lên miếng đệm:

$P_C^{\text{'}}=\pi d_B^{\text{'}\text{'}}+S_c\cdot S_{c}P\cdot e^{\mathrm{0,4}\frac{h_c}{S_c}}$

trong đó: P - Áp suất cho phép trong thiết bị khi tiệt trùng, Pa.

Công suất được thiết lập cuối cùng NTL (kW) của động cơ dẫn động cho máy khuấy trộn được tính theo công thức:

$N_{\text{TL}}=\mathrm{1,}\text{15}\frac{N_P+N_C}{\eta }$

 - hiệu suất truyền động của bộ truyền.

Sau đó theo trị số NTL chọn dẫn động đứng, dạng động cơ, công suất của nó và số vòng quay.

Cân bằng nhiệt cho các thiết bị lên men

Trong quá trình hoạt động của vi sinh vật trong thiết bị, một lượng nhiệt được thoát ra. Sự phát triển giống bị chậm lại khi tăng nhiệt độ canh trường, còn sau đó có khả năng vi sinh vật bị chết. Để ngăn ngừa hiện tượng đó các thiết bị lên men cần phải trang bị các cơ cấu thải nhiệt (ống xoắn, áo, các ống nhiệt).

Lượng nhiệt thải ra từ canh trường và tiêu hao nước làm lạnh được xác định từ cân bằng nhiệt.

trong đó: Gn , GB và Gk - khối lượng môi trường dinh dưỡng, nước làm lạnh và canh trường thành phẩm, kg;

Cn , CB , và Ck - nhiệt dung riêng của môi trường dinh dưỡng, nước làm lạnh và canh trường thành phẩm, kJ/(kgK);

tn , tk , t1B và t2B - nhiệt độ của môi trường dinh dưỡng, canh trường thành phẩm, nước làm lạnh đầu và cuối, K;

q - lượng nhiệt trung bình được giải phóng khi mức tăng sinh khối của chủng vi sinh vật, kJ/kg;

p - mức tăng sinh khối sinh vật, kg/h;

L - lượng không khí được thổi, kg/h;

i1và i2 - entanpi của không khí mới và không khí thải, kJ/kg;

Fa - diện tích bề mặt của thiết bị lên men, m2;

 - hệ số thải nhiệt từ bề mặt thiết bị vào môi trường xung quanh kW/(m2K);

t - hiệu trung bình nhiệt độ của canh trường phát triển và không khí xung quanh thiết bị, K.

Phương trình cân bằng nhiệt độ của thiết bị lên men có dạng:

$G_B{C}_Bt_{\mathrm{2B}}-t_{\mathrm{1B}}=Q_1+Q_2-Q_5-Q_8-Li_2-i_1$

Đặt $Q_1+Q_2-Q_5-Q_8-Li_2-i_1=Q$ , khi đó tiêu hao nước làm lạnh (kg/h):

$G_B=\frac{Q}{C_Bt_{\mathrm{2B}}-t_{\mathrm{1B}}}$

Diện tích bề mặt truyền nhiệt của thiết bị lên men, (m2):

$F=\frac{Q}{\text{3600}\mathrm{K\Delta t}}$

trong đó: K - hệ số truyền nhiệt, W/(m2K);

t - hiệu trung bình nhiệt độ của canh trường phát triển và nước làm lạnh, 0C:

$K=\frac{1}{\frac{1}{{\alpha }_1}+\frac{\delta }{\lambda }+\frac{1}{{\alpha }_2}}$

Đại lượng thải nhiệt 2 đối với nước được xác định phụ thuộc vào chuẩn Re. Xác định được đại lượng thải nhiệt từ tường tới môi trường phát triển 1 sẽ bị phức tạp do sự tồn tại trong môi trường một lượng lớn không khí phân tán ra thành những bọt nhỏ và làm giảm điều kiện thải nhiệt. Cho nên với sai số xác định, có thể sử dụng phương trình thực nghiệm để xác định thải nhiệt từ bề mặt của ống đến các dung dịch đường và rỉ đường theo tỷ trọng và độ nhớt khi đối lưu tự nhiên:

${\alpha }_1=\text{2850}\cdot \sqrt[3]{\frac{t_{\text{CT}}-t_T}{\mu }}$

trong đó: tCT và tT - nhiệt độ của canh trường phát triển và nhiệt độ của tường áo, 0C;

 - độ nhớt động học của môi trường, PaS.

Độ nhớt dung dịch rỉ đường loãng có thể tính theo công thức:

$\mu =\mathrm{1,2}+\mathrm{0,}\text{046}B-\mathrm{0,}\text{0014}\text{Bt}\cdot {\text{10}}^{-3}$

trong đó: B - nồng độ của dung dịch, %,

t - nhiệt độ của dung dịch, 0C.

Trên cơ sở của các số liệu thực nghiệm đối với thiết bị lên men có áo lạnh, có tính đến sự nhiễm bẩn tường có thể lấy k = 3000 W/(m2K). Tiêu hao không khí để thổi canh trường phát triển ở trong giới hạn 60  120 m3/ (hm3).