Рассчитать количество этилена, растворяемого в культуральной жидкости при температуре t=300С и избыточном давлении ризб=0,14

Рассчитать количество этилена, растворяемого в культуральной жидкости при температуре t=300С и избыточном давлении ризб=0,14 МПа. В качестве ферментатора принят сосуд с перегородками и с открытой турбиной мешалкой. Проток культуральной жидкости составляет Vж=1 м3/ч; время пребывания ее в аппарате τ=1 ч; объемная концентрация целевого компонента в газе у=0,08; расход газа, подаваемого в реактор Vг=220 м3/ч.

Учитывая малые концентрации питательный солей и биомассы в культуральной жидкости, примем для дальнейшего расчета ее физико-химические свойства по воде при температуре t=300С:
ρж=1000 кг/м3; μж=7,5∙10-4 Па∙с; σ=0,072 Н/м
Объем жидкости в ферментаторе
vж=Vжτ=1∙1=1 м3
Примем предварительно коэффициент заполнения аппарата φ=0,5, тогда его номинальный объем
vн=vжφ=10,5=2 м3
По табл. 9.4 [1] выбираем аппарат диаметром D=1400 мм. Всота уровня жидкости Нж=0,77 м. Диаметр мешалки принимаем dм=D/4=1,4/4=0,35 м.
Основные размеры барботера определим в соответствии с рекомендациями к рис. 9.8 [1].
Диаметр трубы барботера при скорости газа в ней wб=25 м/с будет
dб.в.=4Vгπwб=4∙2203,14∙25∙3600=0,056 м
Принимаем для барботера по табл. 9 приложения [1] трубу диаметром 57х3 .
Средний диаметр барботера
Dср=6dб.н.=6∙57=342 мм
Высота расположения барботера над мешалкой
hб.н.=0,25dм=0,25∙350=87,5 мм
Плотность этилена при температуре t=300C и абсолютном давлении
p=0,1+pизб+Hжρжg∙10-6=0,1+0,14+0,77∙1000∙9,81∙10-6=0,247 МПа
будет ρг=ρ0pT0p0T=1,18∙0,247∙2730,1∙303=2,62 кг/м3.
Скорость газа в отверстиях барботера
w0=3,4dб.в.ρжρг=3,40,057∙10002,62=16 м/с
Примем диаметр отверстий в барботере d=5 мм, тогда общее их количество будет
zо=4Vгπdо2wо=4∙2200,785∙0,0052∙20∙3600=156
Если все отверстия разместить на окружности диаметра Dср (см

. рис. 9.8 [1]), то шаг их расположения будет
t=πDсрzо=3,14∙342156=7 мм
С таким шагом отверстия диаметром dо=5 мм разместить очень трудно, поэтому расположим их в два ряда по 78 отверстия в каждом ряду. Первый ряд на окружности диаметра Dср будет иметь шаг t1=3,14∙342/78=14 мм. Второй ряд разместим на окружности диаметра Dо (см