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生化工程3 机械搅拌轴功率计算

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生化工程3 机械搅拌轴功率计算的内容简介:

第三章机械搅拌轴功率计算
一、机械搅拌通风发酵罐(简介)

二、搅拌器的型式及流型
搅拌目的: 提高气液传递速率:打碎气泡,增大气液相的接触面积;使培养液产生涡流,延长气泡在液体中的停留时间,增大H0;减小气泡外滞流液膜的厚度,从而减小传递过程中的阻力。 混合物料,增强传质和传热效果 (一)、机械搅拌通风发酵罐(简介)(二)、搅拌器的型式及流型 1、螺旋桨式搅拌器 形成轴向的螺旋流动,混合效果较好,剪切率较低,对气泡的分散效果较差。 2、圆盘涡轮搅拌器 (二)搅拌流型 1、垂直螺旋桨搅 拌器的搅拌流 型 2、涡轮搅拌器的搅拌流型 3、装有拉力筒时的搅拌流型

三、搅拌器轴功率计算
1.单只涡轮在不通气条件下输入搅拌液体的功率P0的计算
输入搅拌液体的功率(轴功率):搅拌器以特定的转速旋转时,用以克服介质的阻力所需用的功率 P0:不通气时搅拌器输入液体的功率; N:搅拌转速;d:涡轮直径;:液体密度;液体粘度;g:重力加速度 通过因次分析及实验证实,对牛顿型流体而言,可得到下列准数:是一个无因次数,定义为功率准数Np Np表征着机械搅拌所施于单位体积被搅拌液体的外力与单位体积被搅拌液体的惯性力之比。 各类搅拌器功率准数Np与雷诺准数Rem的关系
(1) 各类搅拌器功率准数Np与雷诺准数Rem的关系
(2) 在全挡板条件下,y=0 全挡板条件:在搅拌发酵罐中增加挡板或其他附件时,搅拌功率不增加,而旋涡基本消失。 满足全挡板条件的挡板数及挡板宽度可由下式计算: 在一般情况下,搅拌器大多在湍流状态下操作。对非牛顿型流体来说,当ReM>300,液体已呈湍流状态。 P0=NpN3d5p(W) P0:不通气时搅拌器输入液体的功率(瓦); N:搅拌转速(转/秒); d:涡轮直径(米); :液体密度(公斤/米3);液体粘度(牛.秒/米2); g:重力加速度 液体处于湍流状态: (1)圆盘六平直叶涡轮Np6 (2)圆盘六弯叶涡轮Np4.7 (3)圆盘六箭叶涡轮Np3.7 对于一般发酵罐,D/d;3,HL/d≠3 实际搅拌轴功率:P0*=P0 校正系数f=1/3[(D/d)(HL/d)]1/2
2.多只涡轮在不通气条件下搅拌轴功率Pm的计算
3.通气液体机械搅拌轴功率Pg的计算
(1)依据通气准数估算 通气准数Na: 发酵罐内空气的表观流速与搅拌器叶端速度之比。 发酵罐内通风量与搅拌液流循环量之比
(2)依据Michel经验式计算
(3)依据修正Michel经验式计算

四、非牛顿流体特性对搅拌功率计算的影响
1.黏度定义 黏度表征流体流动时流层之间的内摩擦力的大小,这种内摩擦力是由流体内部分子间相互吸引力和分子不规则运动而造成的。 流层之间内摩擦力越大,流体流动越困难,黏度越大。
2.牛顿粘性定律 在切向力作用下平行板内流体层中产生速度分布 牛顿粘性定律
3.发酵液的流变学特征 1:牛顿流体 2:彬汉塑性流体 y屈服剪应强度p刚性粘度,为常数 3:拟塑性流体
4:涨塑性流体 n:流变指数K:稠度系数 表观粘度: 非牛顿流体没有确定的粘度值,通常把一定切变率下剪应力与切变率之比称为表观粘度。 Ea为流动活化能; Kt为常数(Pas),其值与分子振动频率等因素有关; R为通用气体常数(8.314Jmol-1K-1); T为Kelvin温标 4.非牛顿流体的搅拌功率 拟塑性流体的表观粘度随切变率的增大而减小,涨塑性流体的表观粘度随切变率的增大而增大。 在同一搅拌转速下,培养液中的d/d随着径向离开搅拌涡轮的距离,按指数倍数降低。 在搅拌罐中,罐内非牛顿流体的平均切变率与搅拌速度成正比, k=11.5(二档涡轮搅拌) 拟塑性流体的搅拌功率的计算
计算程序:
(1)确定发酵罐的尺寸及搅拌转速N
(2)将N代入平=11.5N,计算
(3)用流变仪测定特定温度下,菌体生长最旺盛 时的液体流变特性曲线;计算参数K和n。
(4)依据表观黏度公式,由平计算表观粘度。
(5)计算ReM。 (6)计算Np 在几何相似的小罐里,绘制出Np--ReM曲 线;若ReM>300,可以用牛顿型流体的Np-- ReM曲线代替拟塑性流体的Np--ReM曲线。
(6)对几何相似的大罐,计算P0。
(7)再计算Pg。

习题:
采用带有挡板的通用式发酵罐,已知直径 D=液柱高度HL=2m,搅拌转速 N=2.0r/s=120r/min,搅拌桨为单只六平叶涡桨,其直径d=0.33D=0.66m,通风比=1m3/(m3.min),发酵液密度 1000kg/m3,黏度0.001Pa.S,求该发酵罐的搅拌功率。(分别依据通风时的搅拌功率的估算式和经验式计算)

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课件大小:1.31 MB 上传时间:2013-02-26 15:57:38 下载次数: 所需金币:0个