Автоматизированная установка в пищевой промышлености

Авторы: Кокиева Г.Е., Богданов Р.В., Колтыга Р.С., Мальцев Р.И.

БУРЯТСКИЙ ПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИЙ ТЕХНИКУМ ПИЩЕВОЙ И ПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

При математическом моделировании структуры потоков в ферментаторе установлено, что основное влияние на перемешивание оказывают диаметр и частота вращения мешалки, вязкость культуральной жидкости и число ярусов мешалок. Тем же автором на основании комбинированной проточно- циркуляционной модели и параметра времени перемешивания произведен расчёт работы ферментаторов как смесителей в производственных условиях. При вязкости культуральной жидкости более 0,15 Мпас значение времени перемешивания становится одним из решающих параматров, который необходимо учитывать при проведении ферментации.    

Установка лопастей под углом плоскости вращения перемешивающего устройства обеспечивает осевое перемешивание питательной культивируемой среды. Лопастное трехъярусное перемешивающее устройство создает не только большую турбулентность потока жидкости, но и оказывает полное перемешивание среды по всему объёму аппарата. Это активизирует процесс перемешивания и увеличивает качество продукции.

Исследуемый аппарат обладает следующими свойствами:

- обеспечивает полное и равномерное распределение частиц по всему объему культивируемой среды;

- простота устройства;

- удобство обслуживания, герметичность и высокая надежность;

В таблице 1 приведены расчётные значения удельной мощности.

Таблица 1- Значения удельной мощности, рассчитанной по различным уравнениям

Анализ расчётных значений показывает, что величина зависит от вида уравнения и рассчитана и меняется более чем в два раза.

Если учесть, что при сравнении аппаратов различных конструкции чаще всего не указывается уравнение, по которому рассчитана, то при использовании применяемой терминологии практически не представляется объективно сравнить эффективность конструкции ферментаторов по энергозатратам на растворение кислорода и перемешивание.    С точки зрения наиболее корректным является уравнение (1), но оно должно быть дополнено удельной мощностью на преодоление местных сопротивлений в результате установки диспергаторов газа, изменения направления потоков, их трения в барботажной и циркуляционных зонах и др.

При проектировании технологической линии для проектной оценки энергозатрат на стадии ферментации необходимо пользоваться значением:

Наиболее целесообразно для сжатия газа принимать компрессор, в котором достигается минимальное значение.

Расчёт энергозатрат по следует рассматривать как ориентировочный.

Однако, практически пользоваться этой формулой трудно, поскольку не все параметры, участвующие в сложном биотехнологическом процессе, учтены в ней.

Из-за сложности и многообразия параметров, влияющих на процесс, трудно вывести зависимость производительности ферментатора. Поэтому, воспользуемся теорией подобия и размерностей.

Критериальное уравнение, отражающее зависимость производительности от перечисленных параметров можно представить в виде функции следующих переменных.

Для нахождения безразмерных комбинаций используем метод Релея для решения размерных систем. Выразим размерность переменных, участвующих в процессе через основные размерности L,M,T (соответственно длины, массы и времени) (табл.1).

Для практической же цели достаточно установления связи между производительностью и параметрами, которые наиболее сильно влияют на интенсивность роста клеток и выход биомассы продукции – радиус мешалок, высота мешалок, частота вращения мешалок, плотность питательной среды. Влияние остальных параметров по сравнению с названными, на производительность мало. С учетом того, что ряд параметров является для конкретного типа ферментатора постоянными, получим уравнение..

Пользуясь этим уравнением можно рассчитать производительность или при известных значениях производительности определить величины, входящие в нее. Одним из основных параметров, характеризующих процесс перемешивания, является расход энергии, необходимый для достижения заданной эффективности .При выборе типа перемешивающегося устройства предпочтение отдают тому, у которого затрачиваемая энергия меньше, а заданный технологический эффект при прочих условиях такой же, как у других перемешивающихся устройств.