Лимонная кислота

рис. 2.1 показані рекомендовані межі в’язкості рідин для найбільш розповсюджених типів мішалок [15]. Для малов’язких рідин, звичайно, використають швидкохідні мішалки, для високов’язких – тихохідні [13]. Для перемішування рідин з низькою і середньою в’язкістю використовують турбінні мішалки з прямими лопатками або пропелерні мішалки [15].

       

       Рисунок 2.1 – Рекомендовані межі в’язкості рідин для найбільш розповсюджених типів мішалок [15].  

       Для вибору оптимальної мішалки для  поцесу приготування поживного середовища, що складається з води та неорганічних солей розглянемо основні типи мішалок, що використовуються в біотехнологічній промисловості:

    1. Лопатеві. Ці мішалки рекомендується застосовувати при перемішуванні з метою суспендування, розчинення й при проведенні хімічних реакцій. Вони прості за конструкцією, але працюють недостатньо інтенсивно [13]. Як правило лопатеві мішалки низькооборотні, з двома лопатками. Ці мішалки використовуються, коли немає необхідності в інтенсивній радіально – осьовій циркуляції рідини в апараті. Основними перевагами лопатевих мішалок є їх простота, а також низька вартість, в тих випадках, коли матеріал не являється визначаючим в загальній вартості їх виробництва [17]. Широко використовуються в процесах перемішування з одночасним нагріванням і охолодженням різноманітних напівтвердих мас, паст, замазок, а також для перемішування сипких, волокнистих та інших матеріалів в промисловості пластичних мас.

    2. Якірні. Цей тип мішалок доцільно застосовувати для інтенсифікації теплообміну  й  запобігання випадіння осаду на стінках і днищі апарата.

    3. Рамні   мішалки   використають   у випадках, коли необхідно забезпечити більше інтенсивне перемішування по висоті, а також при  перемішуванні в’язких рідин у великому об'ємі [13].

    4. Турбінні мішалки використають у всіх випадках, коли необхідно інтенсивне перемішування, особливо рідин, що значно розрізняються по в'язкості, а також при диспергуванні газу в рідині. Також їх використовують при розчиненні твердих кристалічних часток, емульгуванні рідин з великою різницею густин [9, 13]. Турбінні мішалки мають лопатки. Якщо лопатки знаходяться в корпусі таким чином, що вони утворюють закриті канали подібні ротору центробіжного насосу, то таку мішалку називають закритою турбінною мішалкою. У відкритих мішалках лопатки не знаходяться в корпусі. Найбільш простою й високоефективною серед відкритих турбінних мішалок є мішалка з прямими лопатками, які розміщені радіально [17].

    5. Трьохлопатеві. Ці мішалки використовуються  при зважуванні твердих та  волокнистих часток, емульгуванні  рідин, інтенсифікації теплообміну  [9, 13].    Пропелерні мішалки є ефективними в тих випадках, коли необхідно створити значну циркуляцію рідини при невеликих затратах енергії. Вони використовуються для процесів розчинення і процесів, які протікають з хімічними реакціями. При утворенні суспензій діаметр частинок не повинен перевищувати 0,1 – 0,5 мкм, а концентрація частинок 10% [17].

       Тому  при виборі того чи іншого перемішуючого  пристрою можна використовувати  орієнтовні характеристики умов використання різних типів мішалок, які наведеня в таблиці (2.1).

   Таблиця 2.1 [18].

       

       По  даним таблиці видно, що найкращим чином даним умовам відповідає турбінна відкрита мішалка. Отже обираємо відкриту турбінну мішалку.

       Ефективність  перемішування залежить від ступеня  турбулентності та від інтенсивності  циркуляції, яка визначається часом, необхідним для того, щоб вся рідина пройшла крізь відповідний переріз. Ідеальне перемішування можно визначити як стан, при якому вміст системи однаковий в усіх точках. Для досягнення цього процесу в курсовому проекті використовується реактор з перемішуючим пристроєм – турбінна мішалка з відображаючими перегородками.

       Турбінні  мішалки – одні з основних пристроїв  для перемішування основного  типу ферментерів, що використовуються в мікробіологічній промисловості [19]. Турбінні мішалки мають форму коліс водяних турбін з плоскими, похилими або криволінійними лопатками, укріпленими, як правило, на вертикальному валу [12]. Турбінні мішалки частіше всього складаються з набору (від 4 до 12) вертикальних лопаток прямокутної форми [14]. В апаратах з турбінними мішалками створюються переважно радіальні потоки рідини. При роботі турбінних мішалок з більшим числом оборотів поряд з радіальним потоком можливе виникнення тангенціального (кругового) плину вмісту апарата й утворення воронки. У цьому випадку в апарату встановлюють відбивні перегородки. Закриті турбінні мішалки (рис. 2.2, г) на відміну від відкритих (рис. 2.2, а, б, в) створюють більш чітко виражений радіальний потік. Закриті мішалки мають два диски з отворами в центрі для проходу рідини; диски зверху й знизу приварюються до плоских лопат.

       

а –  відкрита з прямими лопатками; б – відкрита з криволінійними лопатками; в – відкрита з похилими лопатками;

г –  закрита з направляючим апаратом;

1 –  турбінна мішалка; 2 – направляючий  апарат; 

Рисунок 2.2 – Турбінні  мішалки. 

       Рідина  надходить у мішалку паралельно осі вала, викидається мішалкою в радіальному напрямку й досягає найбільш далеких точок апарату.

       Турбінні  мішалки забезпечують інтенсивне перемішування  в повному

обсязі  апарата. При більших значеннях відношення висоти до діаметра апарата

застосовують  багаторядні турбінні мішалки.

       Потужність, яка споживається турбінними мішалками, що працюють в апаратах з відбивними перегородками, при турбулентному режимі перемішування практично не залежить від в’язкості середовища. Тому мішалки цього типу можуть застосовуватися для сумішей, в’язкість яких під час перемішування  змінюється.

       Турбінні  мішалки широко застосовують для  утворення суспензій (розмір часток для закритих мішалок може досягати 25 мм), розчинення, при проведенні хімічної реакції, абсорбції газів й інтенсифікації теплообміну [12].

       Отже, можна визначити переваги використання турбінної мішалки:

1.Вирівнювання температур середовища [20].

2.Швидкість перемішування та розчинення, інтенсивне перемішування в повному обсязі апарата;

3.Можливість досягнення рідиною найбільш віддалених точок апарату;

  4.Ефективне перемішування в’язких рідин;

5.Потужність, яка споживається турбінними мішалками, що працюють в апаратах з відбивними перегородками, при турбулентному режимі перемішування практично не залежить від в’язкості середовища.

  6. Придатність для неперервних процесів.

       На  основі цих даних можна вибрати й обґрунтувати оптимальну конструкцію й параметри роботи пристрою, що перемішує. Оптимальної є конструкція, що дозволяє досягти необхідної якості перемішування з подальшим розчиненням при мінімальних витратах енергії в найкоротший строк. Таким апаратом є турбінна мішалка. Цей тип мішалки є досить простим за конструкцією, довговічний і надійний, з мінімальними матеріалозатратами і енергоємністю. На кришку апарату встановлюємо виносний індивідуальний привід зі стандартним мотор-редуктором. Реактор має рубашку, в яку подається нагріваюча вода для обігріву середовища і підтримання в реакторі постійної температури. 

     3 Технічна характеристика 

     1. Апарат призначений для змішування солей.

     2. Номінальний об'єм, м :                       1,6.

     3. Температура середовища,  С: 

                 початкова:                        27;

                 кінцева:               80.

     4. Гріючий агент - вода.

     5. Витрата гріючого агенту, кг/с:                                    1,81.

     6. Температура гріючого агенту,  С:

      - початкова:                93;

      - кінцева:                 86.

     7. Тиск, МПа:

      - в апараті:                 0,15;

      - випробувань:               0,2.

     8. Поверхня теплообміну, м                        5,8.

     9. Габаритні розміри, мм

      - довжина:                1656;

      - ширина:                1416;

      - висота:                3310.

     10. Маса апарату, кг:                     910.

 

        4 ТЕХНОЛОГІЧНІ РОЗРАХУНКИ

     4.1. Розрахунок фізико-хімічних властивостей  розчину 

     Динамічний коефіцієнт в’язкості розраховуємо по модифікованому рівнянню Езрохі:

                     

;                  (4.1)

     де  μ – в’язкість багатокомпонентного розчину, Па·с; μ_º -  в’язкість води, Па∙с; D_i – коефіцієнт; с_і – концентрація компонента, кг речовини/1 кг розчину.

     В’язкість води:

     

 Па с,

     де  - початкова температура води, ^°С.

     Коефіцієнт  D_i розраховуємо за формулою:

                  

;                  (4.2)

     Коефіцієнти знаходимо з таблиць[таб. 3.9, 21].

     Для NH₄NO₃:

     

, , ;

     Для KH₂PO₄:

     

, , ;

     Для MgSO₄:

     

, , ;

     Для ZnSO₄:

     

, , .

     Знаходимо коефіцієнти (4.2):

     

;

     

;

     

;

     

.