Тепловой расчет процесса стерилизации и охлаждения пустого ферментатора

Стерелизация пустого аппарата производят только острым паром ( через барботер).

 

Тепловой баланс процесса стерилизации пустого ферментатора острым паром рассчитывается по уравнению:

 

Q_{остр. пара} = Q _апп. + Q_изол.+ Q _{потерь ЛК} +Q _конд.,

где: Q _апп. – количество теплоты, затрачиваемое на нагрев аппарата, кДж;

Q _изол - количество теплоты, затрачиваемое на нагрев изоляции, покрывающей аппарат, кДж;

Q _{потерь ЛК.} - количество теплоты, выделяющееся в окружающую среду (потери за счет лучеиспускания и конвекции), кДж;

Q _конд. - количество теплоты, выделяемое при конденсации острого пара, кДж.

 

1. Определяем количество теплоты, затрачиваемое на нагрев аппарата, кДж:

Q_апп. = ,

 

где: m _апп. – масса аппарата, кг;

m _апп = 5250 кг; [6]

С _апп. – удельная теплоемкость материала аппарата, кДж/кг ∙ К; [14, стр.528]

С _апп = 0, 5 кДж/кг ∙ К – удельная теплоемкость стали;

t_стер = 140 ^оС – температура стерилизации ферментатора; [по д.з]

t_нач = 30 ^оС – температура начальная. [по д.з]

 

Q_апп. = 5250 ∙ 0, 5 (140 – 30) = 288750 кДж

1. Определяем количество теплоты, затрачиваемое на нагрев изоляции, кДж:

 

Q _изол = ,

 

где: m_изол. – масса изоляции аппарата, кг;

С _изол. – теплоемкость изоляции, принимаем равной 1, 47 кДж/кг ∙ К; [14, стр.528]

t _{нач. изол.} = t _цеха = 20 ^оС – температура изоляции начальная, принимаем равной температуре цеха; [по д.з]

t _{ср. изол} – средняя температура изоляции.

 

m_изол = F_изол. ∙ δ _изол. ∙ ρ _изол.,

где: F_изол. - поверхность изоляции аппарата, м²;

δ _изол – толщина изоляции, равная от 0, 05 до 0, 1 м, принимаем равной 0, 07 м;

ρ _изол – плотность изоляции, кг/м³;

ρ _изол = 1380 кг/м³, (в качестве материала изоляции принимаем текстолит) [1, стр.528]

F_изол. = 1, 3 F _руб.,

где: F _руб – поверхность рубашки (теплообмена), м², определяем по каталогу. [6]

 

F_изол. = 1, 3 ∙ 18, 5 = 24, 05 м²

m_изол = 24, 05 ∙ 0, 07 ∙ 1380 = 2323, 23 кг

 

t _{ср. изол} = ,

 

где: t _{изол. вн.} – внутренняя температура стенки, ^оС;

t _{изол. вн} = t _{стенки сос ст.изол.} = t _стер. = 140 ^оС; [по д.з]

t _{изол. нар.} – температура наружной изоляции, принимаем равной 30 ^оС.

 

t _{ср. цеха} = ^оС

Q _изол = кДж

 

1. Определяем количество теплоты, выделяющееся в окружающую среду (потери эа счет лучеиспускания и конвекции), кДж:

Q _пот. = ,

где: общий коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием и конвекцией, Вт/м²∙ К;

F_изол. = 24, 05 м² - поверхность изоляции аппарата, м²;

время, за которое пар расходуется на компенсацию теплопотерь, с.

 

,

 

где: время на нагрев аппарата; [по д.з]

время выдержки, если идет расчет не по слабым точкам то принимаем 30-40 мин.

 

мин = 3600сек

 

где: разность температур наружного воздуха и наружного слоя изоляции.

Вт/м²∙ К

 

Q _пот. = Дж

 

1. Определяем количество теплоты, выделяемое при конденсации острого пара, кДж:

Q _конд.. = ,

где: m _конд. = 1133, 38 кг - масса конденсата, кг (из таблицы 11.13 материального баланса стадии ТП.4.3 приготовления и стерилизации питательной среды для ферментаторов). [c.88]

i _конд. – удельная энтальпия сконденсированного пара, принимается по давлению пара,

i _конд = 589, 5 кДж/кг [14, стр.548]

 

Q _конд.. = кДж

Q_{остр. пара} = 288750 + 221984, 63+ 9038, 95 +668127, 5 = 1187901, 08 кДж

 

1. Масса острого пара, кг:

,

где: : i _п – удельная энтальпия насыщенного водяного пара, принимается по давлению пара;

i _п = 2730 кДж/кгж; [14, стр. 549]

i _конд. – удельная энтальпия сконденсированного пара, принимается по давлению пара,

i _конд = 588, 9 кДж/кг [14, стр.548]

 

кг

 

Уравнение теплового баланса охлаждения пустого аферментатора после стерилизации.

воздухом водой

 

Q _охл. = Q _{охл. апп.} + Q _изол. - Q _{пот. .},

 

где: Q _{охл.апп.} – количество теплоты, затрачиваемое на охлаждение аппарата, кДж;

Q _изол - количество теплоты, затрачиваемое на охлаждение изоляции, покрывающей аппарат, кДж;

Q _пот. – количество теплопотерь при охлаждении, кДж.

 

1. Количество теплоты, затрачиваемое на охлаждение аппарата, кДж:

Q_{охл.апп.} = ,

 

где: m _апп. – масса аппарата, кг;

m _апп = 5250 кг; [6]

С _ст. – удельная теплоемкость материала аппарата, кДж/кг ∙ К;

С _ст = 0, 5 кДж/кг ∙ К – удельная теплоемкость стали; [14, стр.528]

t_нач = 80 ^оС – температура до которой аппарат охлаждают стерильным сжатым воздухом; [по д.з]

t_кон = 35 ^оС – температура до которой аппарат охлаждают водой. [по д.з]

Q_апп. = 5250 ∙ 0, 5 (80 – 35) = 118, 125 кДж

2. Количество теплоты, затрачиваемое на охлаждение изоляции, покрывающей аппарат, кДж:

Q _изол = ,

 

где: m_изол. =2323, 23 кг – масса изоляции аппарата, кг;

С _изол. – теплоемкость изоляции, принимаем равной 1, 47 кДж/кг ∙ К; [14, стр.528]

t _цеха = 20 ^оС – температура цеха; [по д.з]

t _{ср. изол} – средняя температура изоляции.

t _{ср. изол} =

Q _изол =

 

3. Количество теплопотерь при охлаждении, Дж:

Потери составляют 2-5% от количества теплоты на охлаждение ферментатора.

 

Q _охл. = 118, 125 _. + 119, 53 - 0, 05 Q _охл.

1, 05 Q _охл.=237, 655

Q _охл.=226, 34 кДж

 

4. Масса воды на охлаждение ферментатора, кг:

 

где: 4, 19 – теплоемкость воды; [14, стр.537]

температура воды, выходящая из рубашки (средняя).

 

,

 

где: средняя температура по поверхности теплообмена, разность температур между холодным и горячим теплоносителем ( средний температурный напор), ^оС;

 

Принимаем начальную температуру воды , пусть вода нагревается на 3^оС.

Тогда Θ ₂ = 18 + 3 = 21 ^оС

^оС > 3 ^оС → вода выбрана правильно.

Рассчитаем константу А для данного процесса теплообмена:

А= =

≤ 49^оС вода выбрана правильно.

Δ t_ср=

кг

 

5. Расчет поверхности теплообмена, м²:

F _т/о = ,

 

где: Q_охл. – количество теплоты, которое необходимо отвести в процессе охлаждения, кДж;

K – коэффициент теплопередачи, Вт/м² ∙ К; (принимаем К = 360 Вт/м² ∙ К);

τ _охл. = τ _нагр – время, за которое происходит охлаждение аппарата, с, (принимаем τ _нагр = 30 мин= 1800 сек); [по д.з]

температура по поверхности теплообмена, разность температур между холодным и горячим теплоносителем ( средний температурный напор), ^оС.

 

F _т/о = < =18, 5м² времени наохлаждение достаточно.

 

6. Время необходимое на охлаждение, ч:

7.

где: Q_охл. – количество теплоты, которое необходимо отвести в процессе охлаждения, кДж;

K – коэффициент теплопередачи, Вт/м² ∙ К; (принимаем К = 360 Вт/м² ∙ К);

температура по поверхности теплообмена, разность температур между холодным и горячим теплоносителем ( средний температурный напор), ^оС.

 

 

⇐ Предыдущая9101112131415161718Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. I. СИСТЕТЕХНИЧЕСКОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ
2. III.5. Анализ урока с учетом закономерностей процесса мышления
3. V этап. Сестринский анализ эффективности проводимого сестринского процесса.
4. V) Построение переходного процесса исходной замкнутой системы и определение ее прямых показателей качества
5. Автоматическое регулирование процесса
6. Автоматическое регулирование процесса сварки электронным лучом
7. Анализ гематологических параметров крови, их изменения в ходе инвазионного процесса
8. АНАЛИЗ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОго ПРОЦЕССА
9. Анализ предполагаемого технологического процесса с точки зрения охраны окружающей среды и условий труда
10. Анализ процесса материальной мотивации трудовой деятельности на предприятии
11. Анализ процесса социально-психологической мотивации работников предприятия
12. Анализ технологического процесса