Projekt nr 4 Schemat obliczeń

PROJEKT NR 4

1 Dane projektowe Nr 36

1.1

Objętość płynu do przetłoczenia

V

m3

37

1.2

Czas napełniania zbiornika

τ

min

60

1.3

Przewyższenie króćca wlotowego do fermentora

H

M

4

1.4

Temperatura pożywki w mieszalniku M-1

tm

oC

30

1.5

Temperatura sterylizacji

ts

oC

133

1.6

Początkowa liczba drobnoustrojów w podłożu

No

jedn/m2

1,00E+13

1.7

Pożądany stopień wyjałowienia

Nk

jedn/m3

1,00E-06

1.8

Energia aktywacji drobnoustrojów

E

J/mol

2,730E+05

1.9

Czynnik przedwykładniczy w r-niu Arrheniusa

k0

1/s

1,320E+36

1.10

Powierzchnie wymiany ciepła 1 płyty

Ap

m2

0,367

1.11

Przekrój poprzeczny powierzchni międzypłytowej

F

m2

1,45E-03

1.12

Średnica zastępcza kanału wymiennika ciepła

de

m

8,60E-03

1.13

Zastępcza długość kanału w wymienniku

Ie

m

1,15

1.14

Współczynnik przenikania ciepła w wymienniku WC-3

kWC3

kW/m2K

3,9

1.15

Współczynnik przenikania ciepła w wymienniku WC-4

kWC4

kW/m2K

2,18

1.16

Temperatura w mieszalniku i rurociągach przesyłowych

t

oC

30

Projekt nr 4 Schemat obliczeń

2. Obliczenia

2.1

Objętościowe natężenie napełnienia zbiornika

Qp

m3/s

1,028E-2

Qp

m3/h

37

Qp

l/min

6,167E+2

Qp

l/h

3,7E+4

2.2

Masowe natężenie przepływu produktu

W

kg/s

10,24

3. Wymiary zbiornika

3.1

Średnica zbiornika

Dzb

m

3,431

3.2

Wysokość cz. cylindrycznej

Hzc

m

3,431

3.3

Wysokość cz. stożkowej

Hzs

m

1,715

3.4

Wysokość cz. roboczej

Hz

m

5,146

3.5

Wysokość całkowita zbiornika

Hc

m

6,175

4. Obliczenia mocy silnika napędzającego mieszadła propelerowego (śrubowego)

4.1

Proporcje wymiarów mieszadła (Dzb/dm =3÷5)

Dzb/dm

4

4.2

Średnica mieszadła (przyjęta)

dm

m

0,8577

4.3

Obroty mieszadła (n=3÷5 obr/s)

n

obr/s

4

4.4

Współczynnik A=1,5÷2

A

1,75

4.5

Moc mieszadła

Nm

kW

19,16

4.6

Moc silnika (napędu) -50% więcej od Nm

Nnap

kW

28,74

5. Średnice i prędkości cieczy w rurociągach

5.1

Założona prędkość liniowa płynu w ruroc. tłocznym

ut'

m/s

2,25

5.1

Średnica ruroc. tłocznego obliczona

dt'

m

7,627E-2

5.1

Dobrana śr. ruroc. tłoczn. z Kalend. Chem. str. 497 TI.cz.II

dt

m

8E-2

5.1

Rzeczywista prędkość liniowa płynu w przew. tłocznym

ut

m/s

2,045

5.1

Założona prędkość liniowa płynu w ruroc. ssawnym

us'

m/s

0,75

5.1

Średnica ruroc. ssawnego obliczona

ds'

m

0,1321

5.1

Dobrana śr. ruroc. ssawnego z Kalend. Chem. str. 497 TI.cz.II

ds

m

0,125

5.1

Krzewista prędkość liniowa płynu w przew. ssawnym

us

m/s

0,8377

Projekt nr 4 Schemat obliczeń

6. Obliczenie gabarytów przytrzymywacza

6.1

Temperatura sterylizacji

ts

oC

133

6.2

Początkowy stopień zakażenia podłoża

No

jedn/m3

1,00E+13

6.3

Pożądany stopień wyjałowienia

Nk

jedn/m3

1,00E-06

6.4

Energia aktywacji drobnoustrojów

E

kJ/mol

2,730E+05

6.5

Czynnik przedwykładniczy w r-niu Arrheniusa

k0

1/s

1,320E+36

6.6

Stała szybkości reakcji dezaktywacji drobnoustrojów

k

1/s

10,21

6.7

Czas przebywania w przytrzymywaczu

τs

s

4,285

6.8

Długość przytrzymywacza

L

m

8,763

7. Obliczenie spadku ciśnienia na przytrzymywaczu -rurociąg R-3

7.1

Temperatura przytrzymywacza = ts

ts

oC

133

7.2

Gęstość

ρ

kg/m3

9,326E+2

7.3

Lepkość dynamiczna

η

Ns/m2

2,086E-4

7.4

Ilość łuków 180o

ηł

4

7.5

Opór lokalny łuku 180o

ξł

0,2689

7.6

Liczba Reynoldsa

Re

7,314E+5

7.7

Współczynnik oporów tarcia

λ

1,221E-2

7.8

Spadek ciśnienia na przytrzymywaczu

Δpp

Pa

4,706E+3

8. Wymiennik ciepła WC-3

Dane do obliczeń i własności fizykochemiczne

8.1

Temperatura wlotowa podłoża do wymiennika WC-3

tm

oC

30

8.2

Temperatura sterylizacji

tm

oC

133

8.3

Temperatura pary grzejnej tp=ts+5oC

tp

oC

138

8.4

Temperatura średnia podłoża w wymienniku WC-3

tśr1

oC

81,5

8.5

Ciepło właściwe w temp. średniej

cśr1

kJ/kgK

4,214

8.6

Gęstość w temp. średniej

ρWC3

kg/m3

9,709E+2

8.7

Lepkość dynamiczna w temp. średniej

ηWC3

Ns/m2

3,449E-4

8.8

Współczynnik przenikania ciepła w wymienniku WC-3

kWC3

kW/m2K

3,9

Obliczenie wymiennika WC-3

8.9

Zapotrzebowanie ciepła w wymienniku WC-3

QWC3

kW

4,440E+3

Średnia logarytmiczna różnica temperatur

8.10

Różnica na wlocie

ΔTa1=tp-tm

[oC]

108

8.11

Różnica na wylocie

ΔTb1=tp-ts

[oC]

5

8.12

Średnia różnica temp. (logarytmiczna) ΔT1=(ΔTa1-ΔTb1)/ln(ΔTa1/ΔTb1))

ΔT1

[oC]

33,52

8.13

Obliczona powierzchnia wymiennika WC-3

AWC3

m2

33,96

8.14

Ilość płyt obliczona

n'WC3

92,53

8.15

Prędkość produktu przyjęta

u'WC3

m/s

1

8.16

Wstępnie obliczona liczba kanałów

z'

7,267

8.17

Liczba pakietów obliczona

x'

6,366

8.18

Liczba pakietów przyjęta

x

7

8.19

Obliczona liczba kanałów

z

7

8.20

Przyjęta liczba płyt

nWC3

98

8.21

Powierzchnia wymiennika WC-3 przyjęta

AWC3

m2

35,97

8.22

Rzeczywista prędkość produktu

uWC3

m/s

1,038

Zapotrzebowanie pary grzejnej

8.23

Ciśnienie absolutne pary nasyconej o temperaturze tp

ppary

MPa

0,3413

Projekt nr 4 Schemat obliczeń

8.24

Ciepło kondensacji pary

r

kJ/kg

2,151E+3

8.25

Zapotrzebowanie pary grzejnej

Mp

kg/s

2,064

kg/godz

7,430E+3

Obliczenia spadku ciśnienia w wymienniku ciepła WC-3

8.26

Liczba Reynoldsa

Re

2,513E+4

8.27

Współczynnik zależny od wytłoczeń na płycie

C

11,2

8.28

Współczynnik oporów

ξWC3

0,8896

8.29

Spadek ciśnienia w wymienniku ciepła WC-3

ΔpWC3

Pa

4,355E+5

9. Wymiennik ciepła WC-4

Dane do obliczeń i własności fizykochemiczne

9.1

Temperatura wlotowa podłoża do wymiennika WC-4=ts

ts

oC

133

9.2

Temperatura wylotowa podłoża z wymiennika WC-4

tf

oC

30

9.3

Temperatura średnia podłoża w wymienniku WC-4

tśr

oC

81,5

9.4

Ciepło właściwe w temp. średniej

cśr

kJ/kgK

4,214

9.5

Gęstość cieczy w temp. średniej

ρWC4

kg/m3

9,709E+2

9.6

Lepkość dynamiczna w temp. średniej

ηWC4

Ns/m2

3,449E-4

9.7

Współczynnik przenikania ciepła w wymienniku WC-4

kWC4

kW/m2K

2,18

9.8

Zapotrzebowanie ciepła w wymienniku WC-4

QWC4

kW

4,440E+3

9.9

Temperatura wlotowa wody chłodzącej (jak w kranie)

tw1

oC

8

9.10

Temperatura wylotowa wody chłodzącej (założyć)

tw2

oC

40

Średnia różnica temperatur

9.11

Różnica na wlocie

ΔTa2=ts-tw2

[oC]

93

9.12

Różnica na wylocie

ΔTb2=tt-t1

[oC]

22

9.13

Średnia różnica temp. (logarytmiczna) ΔT2= (ΔTa2-ΔTb2)/ln(ΔTa2/ΔTb2))

ΔT2

[oC]

49,25

9.14

Obliczona powierzchnia wymiennika WC-4

AWC3

m2

41,35

9.15

Ilość płyt obliczona

n'WC4

1,127E+2

9.16

Prędkość produktu przyjęta

u'WC4

m/s

1

9.17

Wstępnie obliczona liczba kanałów

z'

7,267

9.18

Liczba pakietów obliczona

x'

7,754

9.19

Liczba pakietów przyjęta

x

8

9.20

Obliczona liczba kanałów w pakiecie

z

8

9.21

Przyjęta liczba płyt

nWC4

1,280E+2

9.22

Powierzchnia wymiennika WC-4 przyjęta

AWC4

m2

46,98

9.23

Rzeczywista prędkość produktu

uWC4

m/s

0,9083

Zapotrzebowanie wody chłodzącej

9.24

Średnia temperatura wody

tśrw

oC

24

9.25

Ciepło właściwe wody w temp. tśrw

cw

kJ/kgK

4,178

9.26

Zapotrzebowanie wody chłodzącej

Ww

kg/s

33,04

Obliczenia spadku ciśnienia w wymienniku ciepła WC-4

9.27

Liczba Reynoldsa

Re

2,199E+4

9.28

Współczynnik zależny od wytłoczeń na płycie

C

11,2

9.29

Współczynnik oporów

ξWC4

0,9197

9.30

Spadek ciśnie w wymienniku WC-4

ΔpWC4

Pa

3,940E+5

10. Obliczenia spadku ciśnienia w rurociągach

10.1

Rurociąg ssawny R-1

10.2

Długość rurociągu ssawnego

LR1

m

7,464

10.3

Geometryczna wysokość ssania

hs

m

0

Projekt nr 4 Schemat obliczeń

10.4

Spadek ciśnienia związany z energią potencjalną

Δp1

Pa

0

10.5

Spadek ciśnienia związany z energią kinetyczną

Δp2

Pa

3,494E+2

Obliczenia spadku ciśnienia związanego z oporami tarcia w płynie

10.6

Re

1,316E+5

10.7

λ

1,742E-2

10.8

Spadek ciśnienia związany z oporami tarcia w płynie

Δp3

Pa

3,634E+2

Obliczenie spadku ciśnienia związanego z oporami lokalnymi

10.9

Wlot do rurociągu

ζ1

0,05

10.10

Kolanko 90o

ζk

1,1

10.11

Liczba kolanek

nk

1

10.12

Opory lokalne na kolankach

ζ2

1,1

10.13

Opór lokalny na pojedynczym zaworze

ζz

0,09

10.14

Liczba zaworów

nz

1

10.15

Opory lokalne na zaworach

ζ3

0,09

10.16

Spadek ciśnienia związany z oporami lokalnymi na ssaniu - ruroc. R-1

Δp4

Pa

4,332E+2

10.17

Całkowity spadek ciśnienia w rurociągu ssawnym

Δps

Pa

1,146E+3

11. Rurociąg tłoczny

I część rurociągu tłocznego (R-2)

11.1

Długość rurociągu R-2 LR2=50 dt

LR2

m

4

11.2

Geometryczna wysokość tłoczenia w rurociągu R-2

hR2

m

0

11.3

Spadek ciśnienia związany z energią potencjalną

Δp5

Pa

0

11.4

Spadek ciśnienia związany z energią kinetyczną

Δp6

Pa

1,733E+3

Obliczenia spadku ciśnienia związanego z oporami tarcia R-2

11.5

Liczba Reynoldsa

Re

2,056E+5

11.6

Współczynnik oporów

λ

1,593E-2

11.7

Spadek ciśnienia związany z oporami tarcia w R-2

Δp7

Pa

1,658E+3

Obliczenie spadku ciśnienia związanego z oporami lokalnymi wR-2

11.8

Opór lokalny na pojedynczym zaworze

ζz

0,1

11.9

Liczba zaworów

nz

2

11.10

Opory lokalne na zaworach

ζ4

0,2

11.11

Spadek ciśnienia związany z oporami lokalnymi na rurociągu R-2

Δp8

Pa

4,164E+2

11.12

Spadek ciśnienia w rurociągu tłocznym R-2

ΔpR2

Pa

3,807E+3

II część rurociągu tłocznego (R-4)

11.13

Długość rurociągu R-4 LR4=200 dt+H+2 łuki

LR4

m

20,75

11.14

Geometryczna wysokość tłoczenia w rurociągu R-4

H

m

4

11.15

Spadek ciśnienia związany z energią potencjalną

Δp9

Pa

3,907E+4

11.16

Spadek ciśnienia związany z energią kinetyczną

Δp10

Pa

1,733E+3

Obliczenia spadku ciśnienia związanego z oporami tarcia R-4

11.17

Liczba Reynoldsa (jak w R-2)

Re

2,056E+5

11.18

Współczynnik oporów (jak w R-2)

λ

1,593E-2

11.19

Spadek ciśnienia związany z oporami tarcia w R-4

Δp11

Pa

8,603E+3

Obliczenie spadku ciśnienia związanego z oporami lokalnymi wR-4

11.20

Opór lokalny na zaworze trójdrożnym

ζtroj

1

11.21

Opór lokalny na zaworze regulacyjnym

ζρεγ

4,5

11.22

Opory lokalne na zaworach

ζ

12,2

11.23

Spadek ciśnienia związany z oporami lokalnymi na rurociągu R-4

Δp12

Pa

2,540E+4

11.24

Spadek ciśnienia w rurociągu tłocznym R-4

ΔpR4

Pa

7,481E+4

Projekt nr 4 Schemat obliczeń

12. Obliczenie parametrów do doboru pompy P-1

12.1

Spadek ciśnienia w rurociągu tłocznym R-2

ΔpR2

Pa

3,807E+3

12.2

Spadek ciśnienia w wymienniku ciepła WC-3

ΔpWC3

Pa

4,355E+5

12.3

Spadek ciśnienia na przetrzymywaczu

Δpp

Pa

4,706E+3

12.4

Spadek ciśnienia w wymienniku ciepła WC-4

ΔpWC4

Pa

3,940E+5

12.5

Sumaryczny spadek ciśnienia do zaworu Z-4

ΔpZ4

Pa

8,380E+5

12.6

Wymagane cieśn. przed zaworem Z-4 pts(nadciś. pary nas. o temp. ts)

pts

Pa

2,953E+5

12.7

Dodatkowe ciśnienie na zaworze Z-4 pts-Δp4

pts-ΔpR4

Pa

2,205E+5

12.8

Maksymalny opór lokalny zaworu Z-4

ζZ4

1,059E+2

12.9

Sumaryczny spadek ciśnienia w instalacji

Δpc

Pa

9,140E+5

12.10

Wysokość podnoszenia pompy

hp

m

93,57

12.11

Wydajność (dane z pkt 2)

Qp

m3/s

1,028E-2

12.12

Sprawność pompy

η

0,7

12.13

Obliczeniowe zapotrzebowanie mocy do napędu pompy

P

kW

13,42

Projekt nr 4 Schemat obliczeń

Parametry elementów instalacji - zestawienie

13. Pompa P-1

13.1

Wysokość podnoszenia pompy

hp

m

93,57

13.2

Wydajność (dane z pkt 2)

Qp

m3/s

1,028E-2

13.3

Sprawność pompy

η

0,7

13.4

Obliczeniowe zapotrzebowanie mocy do napędu pompy

P

kW

13,42

14. Wymienniki ciepła

14.1

Moc cieplna wymiennika WC-3

QWC3

kW

4,440E+3

14.2

Powierzchnia wymiany ciepła wymiennika WC-3

AWC3

m2

35,97

14.3

Zapotrzebowanie pary grzejnej

Mp

kg/s

2,064

kg/godz

7,430E+3

14.4

Moc cieplna wymiennika WC-4

QWC4

kW

4,440E+3

14.5

Powierzchnia wymiennika WC-4

AWC4

m2

46,98

14.6

Zapotrzebowanie wody chłodzącej

Ww

kg/s

33,04

m3/godz

1,189E+5

15. Przytrzymywacz

15.1

Średnica przetrzymywacza

dt

mm

80

15.2

Długość przetrzymywacza

L

m

8,763

16. Mieszalnik M-1

16.1

Średnica zbiornika

Dzb

m

3,431

16.2

Wysokość cz. cylindrycznej

Hzc

m

3,431

16.3

Wysokość cz. stożkowej

Hzs

m

1,715

16.4

Wysokość cz. roboczej

Hz

m

5,146

16.5

Wysokość całkowita zbiornika

Hc

m

6,175

16.6

Średnica mieszadła

dm

m

0,8577

16.7

Obroty mieszadła

n

obr/min

240

16.8

Moc silnika (napędu) mieszadła

Nnap

kW

28,74

Strona 7