Учебно-методический комплекс дисциплины «Биотехнологическое оборудование» (стр. 19 )

1. Изучение процесса измельчения твердых материалов.

2. Изучение конструкции экспериментальной установки.

3. Проведения испытания.

4. Обработка результатов испытаний.

5. Отчет по лабораторной работе.

Вопросы для самопроверки и защиты лабораторной работы:

1. Каковы типы и конструкции дробилок?

2. Каково устройство молотковой дробилки?

3. Назовите параметры, характеризующие работу дробилок?

4. Как проводится ситовый анализ продуктов диспергирования?

5. Каков порядок проведения работы и анализ опытных данных?

Тема 2. Испытание лопастной мешалки.

Цель занятия: Изучение основных конструктивных элементов мешалок, определение расхода энергии на перемешивание, обобщение экспериментальных данных.

Методические рекомендации по проведению работы и обработке экспериментальных данных:

1. Изучение процесса перемешивания.

2. Изучение конструкции экспериментальной установки.

3. Проведения испытания.

4. Обработка результатов испытаний.

5. Отчет по лабораторной работе.

Вопросы для самопроверки и защиты лабораторной работы:

1. В чем заключается назначение процесса перемешивания?

2. Какие типы мешалок бывают?

3. Опишите вид и значение общего критериального уравнения?

4. Каково описание основных элементов установки?

5. Каков порядок проведения работы и анализ опытных данных?

Тема 3. Испытание фильтрующей центрифуги периодического действия.

Цель занятия: Изучение основных закономерностей фильтрования под действием центробежной силы, определение продолжительности процесса центрифугирования и заданной конечной влажности.

Методические рекомендации по проведению работы и обработке экспериментальных данных:

1. Изучение процесса разделения.

2. Изучение конструкции экспериментальной установки.

3. Проведения испытания.

4. Обработка результатов испытаний.

5. Отчет по лабораторной работе.

Вопросы для самопроверки и защиты лабораторной работы:

1. Какие вы знаете типы и конструкции центрифуг и сепараторов?

2. Каково устройство подвесной фильтрующей центрифуги?

3. Назовите параметры, характеризующие работу центрифуг и сепараторов?

4. Каков порядок проведения работы и анализ опытных данных?

Тема 4. Экспериментальное определение коэффициентов фильтрации на рамном фильтрпрессе.

Цель занятия: Ознакомление с устройством фильтрпресса и его работой, проведение опытной фильтрации, расчет коэффициентов фильтрации по экспериментальным данным.

Методические рекомендации по проведению работы и обработке экспериментальных данных:

1. Изучение процесса фильтрации.

2. Изучение конструкции экспериментальной установки.

3. Проведения испытания.

4. Обработка результатов испытаний.

5. Отчет по лабораторной работе.

Вопросы для самопроверки и защиты лабораторной работы:

1. Расскажите о назначении процесса фильтрации?

2. Каковы способы создания напора на фильтре?

3. Чем характеризуется режим фильтрации?

4. Запишите уравнение Пуазейля, объясните его физический смысл и возможность примене­ния для расчета фильтрации?

5. Что такое стационарная и нестационарная фильтрация?

6. Запишите дифференциальное уравнение фильтрации и его решение?

7. Назовите основные элементы экспериментальной установки?

8. Объясните устройство фильтрпресса?

Тема 5. Испытание одноходового теплообменного аппарата.

Цель занятия: Изучение процесса теплообмена на действующем аппа­рате, определение общего коэффициента теплопередачи по опытным данным, определение потерь тепла в окружающую среду.

Методические рекомендации по проведению работы и обработке экспериментальных данных:

1. Изучение процесса теплообмена.

2. Изучение конструкции теплообменного аппарата.

3. Проведения испытания.

4. Обработка результатов испытаний.

5. Отчет по лабораторной работе.

Вопросы для самопроверки и защиты лабораторной работы:

1. Какие вы знаете типы и конструкции теплообменных аппаратов?

2. Каково устройство одноходового теплообменного аппарата?

3. Назовите параметры, характеризующие работу теплообменного аппарата?

4. Каков порядок проведения работы и анализ опытных данных?

Тема 6. Испытание выпарного вакуум-аппарата.

Цель занятия: Изучение конструкции вакуум-выпарного аппарата, определение удельного расхода грею­щего пара на выпаривание, определение коэффициентов теплопередачи для периода подогрева раствора и периода выпаривания.

Методические рекомендации по проведению работы и обработке экспериментальных данных:

1. Изучение процесса выпаривания.

2. Изучение конструкции вакуум-выпарного аппарата.

3. Проведения испытания.

4. Обработка результатов испытаний.

5. Отчет по лабораторной работе.

Вопросы для самопроверки и защиты лабораторной работы:

1. Из каких основных элементов состоит установка для выпаривания при разрежении?

2. В чем преимущества выпаривания под вакуумом?

3. Как определяется температура кипения воды в вакуум-аппарате при известном разрежении?

Тема 7. Исследование процесса конвективной сушки пищевых продуктов в циркуляционной сушильной установке.

Цель занятия: Изучение процесса конвективной сушки кусковых матеpиaлoв, построение по результатам испытания кривых сушки и кривых скорости сушки, анализ процесса сушки па основании построенных кри­вых.

Методические рекомендации по проведению работы и обработке экспериментальных данных:

1. Изучение процесса конвективной сушки.

2. Изучение конструкции экспериментальной установки.

3. Проведения испытания.

4. Обработка результатов испытаний.

5. Отчет по лабораторной работе.

Вопросы для самопроверки и защиты лабораторной работы:

1. Как строится кривая сушки?

2. Как строится кривая скорости сушки?

3. В чем заключается метод графического дифференцирования?

Тема 8. Испытание барабанной сушильной установки.

Цель занятия: Построение по данным испытания процесса сушки в I - d-диаграмме, аналитический расчет: удельного и полного расхода воздуха, удельного и полного расхода тепла в калорифере, графический расчет по I - d - диаграмме: удельного расхода воздуха, удельного расхода тепла в калорифере.

Методические рекомендации по проведению работы и обработке экспериментальных данных:

1. Изучение процесса сушки.

2. Изучение конструкции экспериментальной установки.

3. Проведения испытания.

4. Обработка результатов испытаний.

5. Отчет по лабораторной работе.

Вопросы для самопроверки и защиты лабораторной работы:

1. Что характеризует и от чего зависит удельный расход воздуха?

2. Что характеризует и от чего зависит удельный расход тепла в калори­фере?

3. Из каких основных элементов состоит сушильная установка для конвективной сушки?

4. Какие линии нанесены на I – d-диаграмме?

5. Как определяются по I – d-диаграмме основные параметры влажного воздуха?

6. Как изображаются на I – d-диаграмме процессы нагревания и охлаж­дения воздуха и как в этих процессах изменяются его основные параметры?

7. Как изображается на диаграмме процесс осушки воздуха и как изме­няются в этом процессе его параметры?

8. Как изменяются параметры влажного воздуха в процессе сушки?

9. Как изображается на I – d-диаграмме процесс смешения воздуха раз­личных параметров?

10. Как строится на I – d-диаграмме процесс, протекающий в калорифере и в сушильной камере?

4. САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА СТУДЕНТА

4.1 Методические рекомендации по организации самостоятельной работы студента.

В ходе изучения дисциплины каждый студент получит индивидуальные домашние задания, которые охватывают основные разделы курса и позволяют выяснить, насколько хорошо усвоены теоретические положения и может ли студент применять их для решения практических задач.

Каждое задание должно быть выполнено на листах формата А4 и оформлено в соответствии с требованиями, предъявляемыми к оформлению расчетных работ. Работа должна быть написана разборчивым почерком. На обложке расчетно-графической работы необходимо указать специальность, курс, группу, фамилию и имя студента, номер варианта и дату сдачи работы.

Решение задач следует сопровождать краткими пояснениями, обязательно приводить все формулы, используемые в задаче, необходимые построения производить с учетом масштаба. После завершения домашней работы необходимо сделать ссылку на использованную литературу.

Не откладывайте выполнение задания на последний день перед его сдачей. К сожалению, некоторые студенты так и поступают. В этом случае у вас возникнут затруднения при решении более сложных задач.

Если вы будете придерживаться установленного графика выполнения работы, то во время проведения СРСП, я смогу ответить на возникшие у вас вопросы при решении задач.

Числовые значения указанных в задаче величин следует выбрать по варианту.

Недостающие параметры, необходимые для решения задач, могут быть выбраны из таблиц приложения данного пособия или других справочных пособий.

4.2 Выполнение расчета ферментатора с механической мешалкой и барботером по варианту задания (табл. 1).

4.2.1 Предварительный расчет ферментатора

с механической мешалкой и барботером

1. Удельная скорость поглощения кислорода воздуха микроорганизмами при культивировании, (удельная скорость массопередачи по кислороду)

qVC= = 1,0·10-3 кг/(м3·с)

где М - масса кислорода, кг;
VР – объем жидкой фазы, м3;

τ – длительность процесса, с.

2. Удельная скорость выделения тепла микроорганизмами при культивировании

qVt = 15 кВт/м3

3. Полный объем ферментатора, и его внутренний диаметр (согласно ГОСТ 20680-75) выбирается по варианту:

Табл. 1

Вариант	Объем, м3	Внутренний диаметр аппарата, мм	Мощно сть привода, кВт	Диапазон частот вращения привода об/мин	Рекомендуемая частота вращения мешалки об/мин
1	1,25	1000	1200	1,5 – 15	12,5 - 750	250
2	1,6	1000	1200	1,5 – 15	12,5 - 750	250
3	2	1200	1400	1,5 – 18,5	10 - 750	250
4	2,5	1200	1400	1,5 – 22	10 - 750	250
5	3,2	1200	1600	1,5 – 22	10 - 750	250
6	4	1400	1600	1,5 – 30	10 - 750	250
7	5	1400	1800	1,5 – 30	8 - 500	200
8	6,3	1600	1800	1,5 – 37	8 - 500	200
9	8	1600	2000	1,5 – 45	8 - 500	200
10	10	1800	2200	1,5 – 45	8 - 500	200
11	12,5	1800	2400	1,5 – 55	8 - 500	200
12	16	2000	2800	3,0 – 55	8 - 500	200
13	20	2200	3000	3,0 – 75	6 - 500	200
14	25	2400	3200	3,0 – 90	5 - 400	200
15	32	2600	3400	3,5 – 90	5 - 400	200
16	40	2800	3600	3,5 – 90	5 - 400	200
17	50	3000	4000	7,5 – 110	5 - 320	200
18	63	3600	4500	7,5 – 132	5 - 250	200
19	80	4000	5000	11 – 132	5 - 250	200
20	100	4000	5000	11 – 132	5 - 200	200

Мощность привода и частота вращения должны находится в пределах указанных в таблице.

4. Коэффициент заполнения ферментатора φ = 0,5

5. Расход воздуха (газа) поступающего в аппарат

по Стабникову Wг = 0,1 м3/с

по Калунянцу Wг = 60 – 120 м3/(ч·м3) или 0,0166 – 0,033 м3/(с·м3)

6. Температура культуральной среды (t)

t= 35 0С;

7. Текущая концентрация растворенного в ней кислорода воздуха (C)

С = 0,1СР;

где СР - концентрация насыщения культуральной жидкости

кислородом воздуха или равновесная концентрация кислорода в жидкой фазе для систем жидкость – воздух; при постоянной температуре она зависит от массовой концентрации кислорода в воздухе и общего давления в системе.

8. Теплофизические параметры культуральной жидкости при температуре 35 0С;

а) плотность ρ = 994 кг/м3

б) динамическая вязкость μ = 727,15∙106 Н сек/м2

в) теплоемкость с = 4199 Дж/кг∙град

г) коэффициент теплопроводности λ =

д) число Прандтля Рг = 4,9

Стандартные размеры мешалок либо их отношения	Обозначение и значение
Отношение ширины отражательной перегородки к диаметру мешалки
Ширина отражательной перегородки	bо или В=0,1D
Расстояние от дна до мешалки	y или h
Толщина лопасти мешалки	S

9. Условия теплообмена.

При биохимических реакциях в результате жизнедеятельности микроорганизмов выделяется тепло. Для отвода теплоты, необходимо установить в ферментаторе:

·  рубашечную теплообменную поверхность со спиральной перегородкой;

·  и в некоторых случаях змеевиковый теплообменник;

В данном случае рассмотрим вариант с установкой рубашечной поверхности.

Примем:

-  шаг спирали 0,25 м;

-  высота спирали 0,03 м.

То есть сечение спирального канала 0,25 х 0,03 м.

10. Температуры охлаждающей воды

а) начальная tН = 15 0С

б) конечная tК = 25 0С

в) средняя tСР = (15 + 25)/2 = 20 0С.

4.2.2 Конструктивный расчет аппарата и выбор типа мешалки.

4.2.3 Расчет механической мешалки ферментатора. 4.2.4 Расчет перемешивающего устройства. 4.2.5 Тепловой расчет. На основе полученных расчетных данных проектируется аппарат (рис. 1). Рис. 4.1. Ферментатор с механической мешалкой и барботером. 1 – привод перемешивающего устройства; 2 – муфта; 3 – уплотнение вала; 4 – крышка корпуса; 5 – корпус аппарата; 6 – вал перемешивающего устройства; 7 – отражательные перегородки; 8 – мешалка; 9 – барботер; 10 – концевая опора вала.