Совершенствование газожидкостных биореакторов на основе роторов геликоидального типа тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.01.06, кандидат наук Иванов, Кирилл Александрович

• Иванов, Кирилл Александрович
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Иванов, Кирилл Александрович

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 Анализ современного состояния технологического оборудования и процесса перемешивания в биотехнологической отрасли промышленности

1.1 Технико-экономический анализ основных типов биореакторов

с механическим перемешиванием

1.2 Обзор конструкций механических перемешивающих устройств, используемых в биотехнологии

1.3 Кинематические параметры гидродинамики различных перемешивающих устройств

1.4 Распределение скоростей рабочей жидкости в аппаратах с перемешивающим органом

1.5 Способы измерения скоростей потоков жидкостей

1.6 Постановка задач исследования

2 Теория и методика расчета ротора геликоидального типа (РГТ)

2.1 Теоретические основы построения конструкции РГТ

2.2 Построение ротора

2.3 Физическая модель движения культуральной жидкости в биореакторе с РГТ

3 Методическое описание экспериментальных исследований

3.1 Методика исследования газодинамических характеристик ротором геликоидального типа

3.2 Методика исследования массообменных характеристик ротором геликоидального типа

3.3 Методика исследования гидродинамических характеристик ротором геликоидального типа

3.4 Методика исследования роста биомассы мицелия серно-желтого трутовика {Ьаейрогш зъйркигет) при его глубинном культивировании в биореакторе с РГТ

3.5 Планирование экспериментальных исследований

4 Экспериментальная часть

4.1 Исследование газодинамики, создаваемой в биореакторе

с РГТ

4.2 Исследование массообменных характеристик РГТ

4.3 Исследование гидродинамических характеристик РГТ

4.4 Исследование роста мицелия серно-желтого трутовика Laetiporus sulphur eus

4.5 Исследование энергетических затрат, потребляемых РГТ

5 Практическая реализация результатов работы

5.1 Методика инженерного построения РГТ

5.2 Область применения биореактора с РГТ

5.3 Оценка экономической эффективности применения биореактора

с РГТ

Общие выводы по работе

Библиографический список

Приложение А

Приложение Б

Приложение В

Приложение Г

Приложение Д

Приложение Е

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование газожидкостных биореакторов на основе роторов геликоидального типа»

Введение

Перед биотехнологической промышленностью страны поставлены большие задачи по ускоренному развитию производств, базирующихся на микробиологическом синтезе, и обеспечению значительного роста выпуска продукции: ценных продуктов жизнедеятельности микроорганизмов, их биомассы как важнейшего белкового продукта, получение отдельных полезных веществ (препаратов), используемых в различных отраслях народного хозяйства и медицине. В связи с растущим с каждым годом спросом на данные продукции биотехнологических производств, актуальным является вопрос о повышении продуктивности существующих типов биореакторов.

Во многих биотехнологических производствах используют аэробные культуры, которые развиваются только в присутствии кислорода. Для таких культур жизненно необходимо создание требуемого массопереноса, чтобы исключить вероятность лимитирования продуктивности биотехнологических систем.

Кроме того, существенное значение на развитие культуры (особенно при культивировании растительных и животных тканевых клеток и мицелиаль-ных культур) оказывает влияние эффект «стрессового» воздействия на биомассу в аппарате. Это взаимодействие связано с физико-механическим повреждением клеток лопастями мешалок, температурными перепадами, наличием «бескислородных» зон в аппарате и др. Такие нежелательные эффекты значительно снижают рабочие показатели процесса эксплуатации биореактора [1,2].

В настоящее время разработано значительное количество способов обеспечения контакта газа жидкостью (барботажный, газлифтный, механическое перемешивание, струйный, пленочный и др.), на основе которых созданы промышленные биореакторы, обладающие различным «стрессовым» эффектом.

Согласно проведенному анализу показателей основных типов биореакторов для решения поставленных задач по совершенствованию биореакторов наиболее оптимальными являются биореакторы с механическим перемешиванием жидкости, которые позволяют обеспечить наибольшую производительность по биомассе. Однако применяемые в них типовые механические перемешивающие устройства создают в рабочей полости биореактора хаотичное, неорганизованное перемешивание, что приводит к возникновению слабого массообмена, недостаточного для жизнеобеспечения многих культур клеток и микроорганизмов и приводящие к «стрессовому» воздействию на культуры.

Поэтому назрела необходимость создания новых перемешивающих устройств, удовлетворяющих следующим требованиям:

- осуществлять «мягкое», безударное воздействие перемешивающего устройства на микроорганизмы;

- организовывать движение потока снизу вверх в меридиональной плоскости, что способствует наличию касательных напряжений суспензии, которые в два раза меньше нормальных при воздействии на конгломератный состав культуральной жидкости;

- минимизировать статические застойные зоны во всей проточной полости биореактора;

- создавать одинаковую обстановку в любом микрообъеме культуральной жидкости независимо от его месторасположения в проточной полости биореактора, что является гарантом равномерного обеспечении питательными веществами и кислородом биообъекта.

Для решения данной задачи наиболее оптимальным вариантом является разработка нового перемешивающего устройства в виде ротора геликоидального типа.

Данное перемешивающее устройство, установленное в биореакторе, позволит выполнять тщательное «мягкое» перемешивание (grad f(x) 0), как по выращиванию биологического объекта, так и по приготовлению куль-

туральной среды различного химического состава в биотехнологическом производстве. К тому же, высокая гомогенизирующая и диспергирующая способность позволит обеспечить необходимый массообмен в рабочей полости биореактора и снизить до минимума влияние «стрессового» воздействия на рост биомассы. Вместе с тем концентрация значительного количества энергии и рациональное ее использование в рабочем объеме биореактора с ротором геликоидального типа, создающей организованный поток ферментационной среды, обеспечит успешное применение этого вида перемешивающего устройства при выпуске конечного продукта высокого качества и с низкой себестоимостью.

1 Анализ современного состояния технологического оборудования и процесса перемешивания в биотехнологической отрасли промышленности

1.1 Технико-экономический анализ основных типов биореакторов с механическим перемешиванием

Большинство микробиологических производств используют аэробные культуры, которые развиваются только в присутствии кислорода. Это требует обеспечения необходимой концентрации растворенного кислорода в жидкой фазе в течение всего процесса ферментации, причем потребность культуры в кислороде может меняться в разных фазах ее развития. Так, например, при большой плотности биомассы потребление кислорода может достигать 50 г/л, что вызывает необходимость пополнять среду растворенным кислородом, переводя его из газовой фазы в жидкую. Это слишком сложная задача в виду того, что растворимость кислорода в водной среде составляет всего лишь несколько миллиграмм на 1 литр при давлении воздуха 0,1 МПа [3].

Кроме того, существенное значение на развитие культуры (особенно при культивировании растительных и животных тканевых клеток и мицелиальных культур) оказывает влияние эффекта «стрессового» воздействия на биомассу в аппарате. Это взаимодействие связано с физико - механическим повреждением клеток лопастями мешалок, температурными перепадами, наличием «бескислородных» зон в аппарате и др. Такие нежелательные эффекты значительно снижают расчетные показатели процесса в ферментере [1, 2, 4].

В этой связи ферментационное оборудование подбирается таким образом, чтобы обеспечивался оптимальный массообмен (перенос кислорода из газовой фазы в жидкую) и осуществлялось минимальное влияние «стрессового» воздействия на рост биомассы. Тип биореактора, его массообменные и «стрессовые» характеристики значительно влияют на стоимость продукта,

определяемой производительностью процесса, а также текущие и капитальные затраты на процесс ферментации [2, 4, 5].

В настоящее время, как уже указывалось вше, разработано значительное количество способов обеспечения контакта газа с жидкостью (барботажный, газлифтный, механическое перемешивание, струйный, пленочный и др.), на основе которых созданы промышленные биореакторы, обладающие различным «стрессовым» эффектом. Анализ показателей основных типов биореакторов представлен в таблице 1.1 [1, 2, 6-18].

Таблица 1.1- Основные показатели биореакторов

Показатель Барботажный Газлифтный Струйный С механическим перемешиванием и барботажем Сса-мовса-сываю-ваю-щей мешалкой Пленочный

Скорость переноса кислорода, о кг/(м -ч) 1 -4 1,1-4,0 0,4 - 0,7 4-7 7 10

Объемный коэффициент массоотдачи, ч"1 180 - 500 270 - 1000 200- 350 450 - 2500 2000 15004000

Поверхностный коэффициент массоотдачи, м/с (1 -32)х хЮ4 0,5-4,0)х х10~4 (0,4 - 0,6)х х10~4 (5 - 6)-10"4 6-10"4 (2 - 5) х хЮ"2

Концентрация редуцирующих веществ, кг/м3 30 8-30 8 30 30 100

Уровень «стрессового» эффекта - минимальный максимальный разный максимальный максимальный

Удельный расход воздуха, м3/кг 19 30-50 10 34 29-43 0-10

Концентрация биомассы, кг/м3 10 4- 10.5 4 10 10 40-80

Коэффициент заполнения 0,33 0,33 0,33 0,7 0,4 0,8

Удельный расход энергии, кВтч/кг 0,6-0,7 0,8-1,75 0,4-0,5 2-3 3-4 0,6-1,4

В аппаратах барботажного типа количество газа, доставляемого в жидкую фазу, определяется, как известно, величиной межфазной поверхности, получаемой в результате массового прохождения пузырьков газа через слой жидкости, что является недостаточно эффективным. Кроме того, при высоких скоростях газа возникает эффект флотации биомассы и появляются крупномасштабные пульсации, вызывающие вибрацию корпуса аппарата. Следует указать, что в таких аппаратах уровень «стрессового» воздействия минимален.

Газлифтные аппараты, которые характеризуются повышенными тепло -и массообменными характеристиками, нашли наиболее широкое применение в производстве. Однако в таких аппаратах, несмотря на небольшой уровень «стрессового» воздействия, не удается получать высокую концентрацию микроорганизмов в жидкости, вследствие интенсивного пенообразования,

о

низкой скорости подвода газа равной 1,1-4 кг/(м -ч) и высокого удельного расхода воздуха.

В струйных биореакторах достигаются низкие удельные энергозатраты. Однако небольшая скорость переноса кислорода в жидкой фазе не позволяет перерабатывать в них концентрированные среды (допустимая концентрация редуцирующих веществ в субстрате, как правило, не превышает 0,8 %), что, в конечном счете, приводит к увеличению габаритов и повышению эксплуатационных расходов. Кроме того, в таких аппаратах не удается обеспечить равномерное распределение газа в объеме жидкости, что способствует повышению «стрессового» воздействия.

Для биореакторов с самовсасывающими мешалками, установленными в циркуляционном контуре, основным достоинством является отсутствие принудительной подачи газа в аппарат и высокая скорость транспортировки газа в жидкость до 7 кг/(м3-ч). К недостаткам аппаратов этой группы следует отнести трудность оптимизации и управления интенсивностью гидродинамических и массообменных процессов в связи с использованием принципа всасывания. Кроме того, такие аппараты обладают самым максимальным «стрессо-

вым» эффектом из-за больших физико-механических повреждений, в связи со срезами на концах лопастей мешалки.

Большие перспективы промышленного использования имеют пленочные биореакторы, характеризующиеся высокими тепло- массообменными показателями, достигаемыми за счет процессов переноса в тонких слоях пленки. В пленочных аппаратах достигается высокая массопередача кислорода - более

о

10 кг Ог/(м -ч) при минимальном уровне «стрессового» эффекта. Однако достаточно сложная внутренняя «начинка» аппаратов и неустойчивость пленочных режимов при изменении физико-химических свойств ферментационной среды, а также сравнительно высокие показатели удельной металлоемкости сдерживают создание конкурентоспособных промышленных ферментеров большого объема.

Наибольшее распространение получил биореактор с механической мешалкой (лопастные, турбинные, пропеллерные мешалки) и подводом воздуха через барботер, обладающий высокими показателями подвода газа (4-7 кг/(м3-ч)) при удельном расходе энергозатрат 2-3 кВт-ч/кг.

При механическом перемешивании достигается дополнительное диспергирование пузырьков воздуха и удлинение траектории их движения вследствие турбулизации жидкости. В данных условиях повышается интенсивность растворения кислорода в жидкой среде [19].

Величина «стрессового» воздействия в таком аппарате, в зависимости от типа применяемого перемешивающего устройства, может быть разной, что является потенциальной возможностью для увеличения продуктивности таких типов биореакторов за счет разработки новых перемешивающих устройств, обладающих высокими массообменными характеристиками с пониженным «стрессовым» воздействием на культуру.

Согласно данным таблицы 1.1 наилучшими массообменными характеристиками при минимальном уровне «стрессового» эффекта обладают аппараты с механическими перемешивающими устройствами. Поэтому для решения поставленных задач по совершенствованию биореакторов на данном эта-

пе развития техники были приняты биореакторы с механическим перемешиванием жидкости, которые позволяют обеспечить наибольшую производительность по биомассе.

Обзор конструкций механических перемешивающих устройств, используемых в биореакторах биотехнологического производства, представлены в следующем параграфе.

1.2 Обзор конструкций механических перемешивающих устройств, используемых в биотехнологии

Биологическая продуктивность аэробных клеточных культур, использующихся в биотехнологии, как указывалось выше, зависит не только от наличия питательных веществ и физико-химических характеристик среды культивирования, но и от доступности клеток к кислороду и питательным веществам, или, другими словами, от эффективности газообмена и массопе-реноса в системах [6]. Это связано с тем, что биотехнологическая система ге-терогенна как структурно, так и функционально.

Для создания высокой скорости газо- и массообмена, обеспечивающих интенсивный рост биомассы, часто возникает необходимость в эффективном перемешивании дисперсной системы вода - воздух. В таких случаях используют механическое перемешивание.

Основная цель механического перемешивания сводится к увеличению скорости смешения фаз по сравнению с естественной конвекцией, которая обусловлена движением частиц свободно поднимающихся или опускающихся диспергированных фаз.

Принудительная конвенция позволяет:

- обеспечить более однородное диспергирование фаз, что особенно важно в тех случаях, когда культуральная среда содержит суспензию твердой или другой жидкой фазы, способствующей расслаиванию этих фаз;

- обеспечить уменьшение диаметра газовых пузырьков и, тем самым, увеличивает газообмен, не изменяя газосодержания в реакторе;

- способствовать снижению максимального размера частиц скопления клеток плесневых грибов, водорослей, что порождает более однородное распределение микроорганизмов в жидкой фазе;

- гарантировать в тех случаях, когда суспензия клеток в культуральной среде приводит к увеличению вязкости, посредством механического перемешивание добиться заметного диспергирования газа в жидкой среде.

На сегодняшний день в биотехнологическом производстве для перемешивания ферментационной среды, а также для жидкой питательной среды, достаточно широко применяют мешалки различного конструктивного исполнения: лопастные, пропеллерные, турбинные, дисковые и др. перемешивающие устройства (рисунок 1.1 - 1.4) [3, 4, 6, 9, 12, 19-39]. В приложение А.1 приведена сравнительная таблица с указанием достоинств и недостатков перемешивающих устройств.

1

Рисунок 1.2- Пропеллерная мешалка

гч

а)

а) открытого типа; б) закрытого типа Рисунок 1.3 - Турбинная мешалка

б)

Рисунок 1.4- Дисковая мешалка

Все используемые перемешивающие устройства (лопастные, пропеллерные, турбинные, дисковые) устанавливаются в ферментерах на вертикальном валу, часто в несколько ступеней, для достижения равномерного перемешивания рабочей жидкости по всей высоте аппарата [2, 4, 12, 19, 40].

Однако, как показал анализ, биореакторы с используемыми типовыми механическими мешалками обладают рядом недостатков:

а) пропеллерные мешалки обеспечивают достаточно интенсивный мас-сообмен при культивировании микроорганизмов с не высокой вязкостью ферментационной среды. С повышением вязкости среды наблюдается менее интенсивное перемешивание питательных веществ и кислорода, приводящее к снижению выхода продукта;

б) лопастная мешалка перемешивает только те слои ферментационной среды, которые находятся в непосредственной близости от нее. В таких условиях интенсивность перемешивания (циркуляции) невелика, отсутствует смешивание слоев жидкости, а развитие турбулентности в объеме перемеши-

ваемой рабочей жидкости происходит медленно. Наличие слабо перемешиваемых застойных зон отрицательно сказывается на протекании микробиологического процесса, приводит к появлению эффекта «стрессового» воздействия, инфицированию культуры и снижению активности клеток [2, 4]. Кроме того, лопастная мешалка неудобна в эксплуатации, требует многократного ремонта лопастей, что является проблемой использования при перемешивании в аппаратах непрерывного действия;

в) для обеспечения интенсивного перемешивания всего объема ферментационной среды, находящейся в биореакторе, используют турбинную мешалку. Однако при перемешивании рабочей жидкости на больших оборотах мешалки наблюдается пенообразование и лизис микроорганизмов, вследствие физико-механических повреждений биологических объектов, обусловленных наличием механического и гидродинамического ударов. Рассматривая эксплуатационную сторону турбинной мешалки, можно отметить сравнительную сложность и высокую стоимость изготовления, а также высокую потребляемую мощность;

г) и наконец, в биотехнологическом производстве в весьма ограниченном количестве нашла применение дисковая мешалка, обладающая положительным качеством в части простоты конструктивного исполнения, но создающая слабую циркуляцию рабочей жидкости в процессе эксплуатации. Попытки дублирования количества дисков на вертикальном валу, кроме как дополнительных энергозатрат, не достигают получения положительного эффекта при выполнении операции перемешивания.

Обобщая данные недостатки применяемых перемешивающих устройств, необходимо сделать следующие выводы:

а) по причине хаотичного, неорганизованного перемешивания в биореакторе возникает довольно мало эффективный массообмен, в большинстве случаев недостаточный для жизнеобеспечения многих культур клеток и микроорганизмов (процессы газо- и теплообмена, массопереноса лимитируют продуктивность биотехнологических систем) и приводящий к «стрессовому»

состоянию культуры. Особенно это важно при культивировании растительных и животных тканевых клеток и мицелиальных культур;

б) в процессе перемешивания образуются высоко турбулентные и застойные зоны, снижающие интенсивное и равномерное перемешивание продукта во всем объеме биореактора, вследствие чего подвод питания к клеткам и отвод метаболитов снижается, а себестоимость готового продукта повышается;

г) при попытках интенсифицировать массообмен путем увеличения частоты вращения мешалки имеет место рост энергопотребления и в процессе культивирования - гибель микроорганизмов из-за физико-механического воздействия на них лопастей мешалки и возникающих срезывающего характера напряжений возле них;

д) наличие обильного пенообразования не позволяет использовать весь рабочий объем аппарата, а применение химического пеногасителя снижает качество конечного продукта и удорожает процесс;

е) вариант установки дополнительного комплекта перемешивающего оборудования предполагает наряду с первоначальными капитальными затратами повышение текущих эксплуатационных расходов.

Вышеприведенные недостатки перемешивающих устройств указывают на то, что в настоящее время в нашей стране актуальна проблема выпуска качественной конкурентно способной продукции на мировых рынках, в связи с не вполне удовлетворительным состоянием технологий и оборудования в биотехнологической отрасли промышленности [4].

В этих условиях достаточно необходимым становится создание новых перемешивающих устройств, удовлетворяющих следующие требования:

- осуществлять «мягкое», безударное воздействие перемешивающего устройства на микроорганизмы;

- организовывать движение потока в проточной полости аппарата снизу вверх в меридиональной плоскости, что будет способствовать наличию касательных напряжений в суспензии, которые, являясь по абсолютной величине

в два раза меньше нормальных, будут с меньшей интенсивностью влиять на конгломератный состав культуральной жидкости;

- минимизировать статические застойные зоны во всей проточной полости биореактора;

- создавать аналогичную гидродинамическую обстановку в любом микрообъеме культуральной жидкости независимо от его месторасположения в проточной полости биореактора, что, в свою очередь, будет являться гарантом равномерного обеспечении питательными веществами и кислородом биообъекта.

Благодаря выполнению указанных требований в биореакторе создаются технологические условия, обеспечивающие культуральную жидкость заданной концентрацией растворенного кислорода, своевременным отводом диоксида углерода, созданием однородного поля концентраций компонентов культуральной жидкости, наличием тепло - массообменных процессов, необходимые для нормального роста и развития микроорганизмов. Все эти меры позволят минимизировать влияние «стрессового» воздействия на рост культуры, максимально повысить продуктивность биотехнологического процесса и увеличить выход конечного продукта. При этом его себестоимость уменьшится за счет более рационального использования субстрата и улучшения его качества, благодаря уменьшению содержания неиспользованного субстрата в среде [4].

Для решения поставленной задачи впервые исследователями в гидродинамической лаборатории СибГТУ была осуществлена пробная попытка создания и экспериментального применения в биореакторе перемешивающего устройства в виде ротора геликоидального типа (РГТ), построенного по принципу косого геликоида, позволяющего создавать управляемый поток по траектории циркуляции и осуществлять «мягкое» перемешивание, обеспечивая, таким образом, высокие количественные и качественные показатели готового продукта [41-46].

Однако данный ротор был создан интуитивно в силу следующих причин:

- отсутствовал системный подход в создании теории построения РГТ (не было соответствующего базового научно-теоретического подхода);

- ввиду недостаточного аналитического описания отсутствовала в полном объеме и на необходимом уровне экспериментальная проверка;

- в ситуации отсутствия теоретических и экспериментальных исследований должного порядка не была представлена инженерная методика проектирования РГТ для внедрения в производство.

Таким образом, для исследования в качестве перемешивающего устройства ротора геликоидального типа в необходимом объеме вначале следует выполнить анализ теоретических положений гидродинамики течения в проточной полости известных перемешивающих аппаратов.

1.3 Кинематические параметры гидродинамики различных перемешивающих устройств

Обзор существующих конструкций перемешивающих устройств, применяемых в биотехнологическом производстве, показал несостоятельность используемых перемешивающих устройств в процессе ферментации. Одной из важнейших причин низкой эффективности проведения процесса ферментации, например пропеллерной или лопастной мешалки, является наличие физико-механических повреждений клеток лопастями мешалок и появление в потоке застойных зон статического типа, приводящие к температурными перепадам и кислородному «голоданию» клеток биомассы. Поэтому в настоящее время возникает задача разработки новой конструкции перемешивающего органа в виде ротора геликоидального типа, который позволил бы значительно повысить интенсивность перемешивания посредством безударного, «мягкого» воздействия перемешивающего устройства на микроорганизмы и резкого увеличения степени циркуляции ферментационной среды,

исключая наличие или существенно снижая объемы застойных зон при прежнем уровне затрат электроэнергии.

Для комплексного описания биореактора с РГТ, на наш взгляд, необходимо рассмотреть основные показатели, влияющие на процесс ферментации. К ним относятся гидродинамические и массообменные параметры. К первым относится распределение скорости рабочей жидкости в биореакторе. Ко вторым - определение коэффициента массопередачи К¿а.

Считаем, что в первую очередь необходимо рассмотреть гидродинамическую характеристику биореактора с РГТ. Именно данный параметр позволяет построить динамическую картину движения ферментационной среды и изучить скоростные характеристики, что, в свою очередь, создает возможность контролировать и управлять скоростным потоком в проточной полости емкостного аппарата.

В зависимости от типа создаваемого потока рабочей жидкости перемешивающим устройством в аппарате обеспечивается радиальное, осевое и тангенциальное течения. Именно различное сочетание этих трех составляющих абсолютной скорости по своей величине определяет интенсивность и эффективность процесса перемешивания. Однако, в условиях сложившейся практики, для оценки работы различных перемешивающих устройств были введены понятия окружной или периферийной (первичной) и радиально-осевой циркуляции (вторичной) [26, 28]. Этот метод предполагает разложение общего потока рабочей жидкости на два циркуляционных потока, причем:

а) в первом - частицы жидкости совершают движение по окружностям, концентрическим к оси аппарата в горизонтальных плоскостях с направленным движением жидкости от ротора к стенкам аппарата перпендикулярно оси вращения;

б) во втором - движение в вертикальных (меридиональных) плоскостях параллельно оси вращения ротора [26].

Таким образом, окружная циркуляция связана с вращением всей массы рабочей жидкости вокруг оси перемешивающего органа, а радиально-осевая циркуляция - с насосным действием перемешивающего органа.

Использование аппаратов с перемешивающими устройствами, создающими тангенциальное течение жидкости, как оказалось, неэффективно, особенно при перемешивании вязкой рабочей жидкости (характерной для мице-лиальных культур [6]). К таким устройствам относится, например, лопастная мешалка. Причина этому - отсутствие возможности создания высокого насосного действия (радиально-осевой циркуляции), что объясняется наличием минимального осевого потока, поэтому данное устройство не пригодно для быстрого растворения или тонкого диспергирования. Перемешивание в данном случае в основном осуществляется за счет возникновения вихрей, образующихся за лопастью ротора в зоне пониженного давления.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Иванов, Кирилл Александрович, 2013 год

Библиографический список

1 Виестур, У. Э. Биотехнология: Биологические агенты, технология, аппаратура [Текст] / У. Э. Виестур, И. А. Шмите, А. В. Жилевич. - Рига: Зинатие, 1987. - 263 с.

2 Ферментационные аппараты для процессов микробиологического синтеза [Текст] / А. Ю. Винаров [и др.]. - М.: ДеЛи Принт, 2005. - 278 с.

3 Перт, С. Дж. Основы культивирования микроорганизмов и клеток [Текст] / С. Дж. Перт. - М.: Мир, 1978. - 332с.

4 Винаров А. Ю. Лабораторные и промышленные ферментеры [Текст] : учеб. пособие / А. Ю. Винаров, А. А. Кухаренко, В. И. Панфилов. - М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2004. - 97 с.

/ 5 Пленочные биореакторы / H.A. Войнов [и др.]. - Красноярск:

Издательство «БОРГЕС», 2001. - 252 с.

6 Кафаров, В. В. Моделирование биохимических реакторов [Текст] / В. В. Кафаров, А. Ю. Винаров, Л. С. Гордеев. - М.: Лесн. пром-сть, 1979. - 344 с.

7 Грачева, И. М. Технология ферментных препаратов [Текст] / И. М. Грачева. - М.: Агропромиздат, 1987. - 335 с

8 Волова, Т. Г. Биотехнология [Текст] / Волова Т. Г. - Новосибирск: Изд-во Сибирского отделения РАН, 1999. - 252 с.

9 Беккер, М. Е. Введение в биотехнологию [Текст] / М. Е. Беккер; пер. с латыш. - М.: Пищевая пром-сть, 1978. - 331 с.

10 Красноштанова, А. А. Основы биотехнологии [Текст] : учеб. пособие / А. А. Красноштанова, И. А. Крылов, Е. С. Бабусенко. - М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2001. - 84 с.

11 Мосичев, М. С. Общая технология микробиологических производств [Текст] / М. С. Мосичев, А. А. Складнев, В. Б. Котов. - М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1982. - 264 с.

12 Яровенко, В. Л. Производство ферментных препаратов из грибов и бактерий [Текст] / В. Л. Яровенко, К. А. Калунянц, Л. И. Голгер. - М.: Изд-во Пищевая пром-сть, 1970. - 444 с.

13 Егорова, Т. А. Основы биотехнологии [Текст] : учеб. пособие для высш. пед. учеб. заведений / Т. А. Егорова, С. М. Клунова, Е. А. Живухина. -М.: Издательский центр «Академия», 2003. - 208 с.

14 Логачева, О. А. Введение в биотехнологию [Текст] : метод, указания / О. А. Логачева, В. Е. Сазонова, Л. П. Шатурина. - Красноярск, 1998. - 28 с.

15 Цыренов, В. Ж. Основы биотехнологии: Культивирование изолированных клеток и тканей растений [Текст]: учеб.-метод, пособие / В. Ж. Цыренов. - Улан-Удэ, 2003. - 58 с.

16 Сартакова, О. Ю. Основы микробиологии и биотехнологии [Текст] : учеб. пособие / О. Ю. Сартакова. - Барнаул: Изд-во АГТУ, 2001. - 64 с.

17 Волова, Т. Г. Введение в биотехнологию. Версия 1.0 [Электронный ресурс] : электрон.учеб. пособие / Т. Г. Волова. - Красноярск : ИПК СФУ, 2008.

18 Гурулев, К. В. Технико-технологические характеристики процесса биосинтеза бторазрушаемых полимеров и реализация опытного производства [Текст] : дис. ... канд. техн. наук : 03.00.23 : защищена 30.06.06 / К. В. Гурулев. - Красноярск, 2006. - 135 с.

19 Колосков, С. П. Оборудование предприятий ферментной промышленности [Текст] / С. П. Колосков. М.: Изд-во Пищевая промышленность, 1969. - 383 с.

20 Бейли, Дж. Основы биохимической инженерии [Текст] : пер. с англ. в 2-х частях. Ч. 2 / Дж. Бейли, Д. Оллис. --М.: Мир, 1989. - 590 с.

21 Божков, А. И. Биотехнология: Фундаментальные и промышленные аспекты [Текст] / А. И. Божков. - Харьков: Федорко, 2008, - 363 с.

22 Блинов, Н. П. Основы биотехнологии [Текст] / Н. П. Блинов. - СПб.: Наука, 1995. - 600 с.

23 Федосеев, К. Г. Процессы и аппараты биотехнологии в химико-фармацевтической промышленности [Текст] / К. Г. Федосеев. - М.: Изд-во Медицина, 1969. - 201 с.

24 Касаткин, А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии [Текст] / А. Г. Касаткин. - М.: Химия, 2006. - 750 с.

25 Плановский, А. Н. Процессы и аппараты химической технологии [Текст] / А. Н. Плановский, В. М Рамм, С. 3. Каган. - М.: Госхимиздат, 1962. - 846 с.

26 Стренк, Ф. Перемешивание и аппараты с мешалками [Текст] / Ф. Стренк; пер. с пол.под ред. И. А. Щупляка. - Л.: Химия, 1975. - 384 с.

27 Васильцов, 3. А. Аппараты для перемешивания жидких сред [Текст] : справ, пособие / 3. А.Васильцов, В. Г. Ушаков. - Л.: Машиностроение, 1989. -271 с.

28 Брагинский, Л. Н. Перемешивание в жидких среда [Текст] / Л. Н. Брагинский, В. И. Бегачев, В. М. Барабаш. - Л.: Химия, 1984. - 336 с.

29 Гельперин, Н. И. Основные процессы и аппараты химических технологий [Текст] / Н. И. Гельперин. - М.: Химия, 1981. - 812 с.

30 Машины и аппараты химических производств: Примеры и задачи [Текст] : учеб. пособие для вузов / И. В. Доманский [и др.] - Л.: Машиностроение, 1982. - 384 с.

31 Дытнерский, Ю. И. Процессы и аппараты химической технологии [Текст] В 2 ч. Ч. 1 Теоретические основы процессов химической технологии. Гидромеханические и тепловые процессы и аппараты / Ю. И. Днерский. - М.: Химия, 1995.-400 с.

32 Иоффе, И. Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии [Текст] : учеб. для техн. / И. Л. Иоффе. - Л.: Химия, 1991. - 352 с.

33 Карпушкин, С. В. Расчеты и выбор механических перемешивающих устройств вертикальных емкостных аппаратов [Текст] : учеб. пособие / С. В. Карпушкин, М. Н. Краснянский, А. Б. Борисенко. - Тамбов : Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2009. - 168 с.

34 Машины и аппараты химических производств [Текст] / И. И. Чернобыльский [и др.]. - М.: Машиностроение, 1975. - 456 с.

35 Расчет и конструирование машин и аппаратов химических производств: Примеры и задачи [Текст] : учеб. пособие для вузов / М. Ф. Михалев [и др.]. - Л.: Машиностроение, 1984. - 301 с.

36 Машины и аппараты химических производств [Текст] / И. И. Поникаров [и др.]. - М.: Машиностроение, 1989. - 368 с.

37 Машины и аппараты химических производств [Текст] : учеб. пособие для вузов / А. С. Тимонин [и др.]. - Калуга : Изв-во Н. Ф. Бочкаревой, 2008. -872 с.

38 Тимонин, А. С. Основы конструирования и расчета химико-технологического и природоохранного оборудования. Справочник [Текст] /

A. С. Тимонин. - Калуга, 2002. - 1025 с.

39 Егоров, Н. С. Биотехнология: Проблемы и перспективы [Текст] : учеб. пособие для вузов / Н. С. Егоров, А. В. Олескин, В. Д. Самуилов. - М.: Высш. шк, 1987. - 159 с.

40 Лащинский А. А. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры [Текст] / А. А. Лащинский, А. Р. Толчинский. - Л.: Машиностроение, 1970. - 752 с.

41 Еременко, В. В. К вопросу разработки методики гидродинамического расчета емкостных аппаратов с ротором геликоидного типа [Текст] /

B. В. Еременко, А. П. Руденко, Л.В. Кутовая // Лесной и химический комплексы - проблемы и решения: сб.ст. - Красноярск :СибГТУ, 2005. - Т. 1. -

C. 124-129.

42 Ванчаков, М. В. Технология и оборудование для переработки макулатуры [Текст] : учеб пособие, Ч 1 / М. В. Ванчаков, А. В. Кулешов, Г. Н. Коновалова. - СПб.: СПбГТУРП, 2011. - 94 с.

43 Еременко, В. В. О результатах модернизации емкостного аппарата / В. В. Еременко [и др.] // Лесной и химический комплексы - проблемы и решения: сб.ст. - Красноярск : СибГТУ, 2006. - Т 2. - С. 116-118.

44 Кормилец, П.П. Перемешивание в аппарате с ротором геликоидального типа / П.П. Кормилец [и др.] // НАУКА. ТЕХНОЛОГИИ. ИННОВАЦИИ: материалы всероссийской научной конференции молодых ученых в 7-и частях. - Новосибирск : НГТУ, 2006. - Ч. 2. -С. 216 - 217.

45 Кормилец, П. П. О производстве актиномицетов для лесовосстановления [Текст] / П. П. Кормилец [и др.] // Химия растительного сырья.-2009. -№1. - С. 173-175.

46 Еременко, В. В. О процессе жидкофазного глубинного культивирования микроорганизмов [Текст] / В. В. Еременко [и др.] // Химия растительного сырья. - 2008. -№4. - С. 185-186.

47 Штербачек, 3. Перемешивание в химической промышленности [Текст] / 3. Штербачек, П. Тауск ; пер. с чеш. под.ред. И. С. Павлушенко. - Л.: ГНТИХЛ, 1963.-416 с.

48 Холланд, Ф. Химические реакторы и смесители для жидкофазных процессов [Текст] / Ф. Холланд, Ф Чапман; пер. с англ. под ред. Ю. М. Жорова. - М.: Химия, 1974. - 208 с.

49 Nagata, S. Flow patters of liquid in a cylindrical mixing vessel without bafflers / S. Nagata, K. Yokoyama, M. Ujihara. // Mem. Fac. Eng. Kyoto Univ. -1958.-Vol. 20, Pt. 4.

50 Aiba, S. Flow patterns of liquids in agitated vessels / S. Aiba // AIChE Journal. - 1958. - Vol.4. - №4, P. 485-491.

51 Blasinski, H. The investigation of the resultant velocity in the cavity of the mixing device / H. Blasinski, A. Tuchkovski // Chem. Stos. - 1967. - №4. - P. 155.

52 Гзовский, С. Я. Исследование кинематики потока при перемешивании жидкостей радиально-лопастными мешалками [Текст] / С. Я. Гзовский // Химическое и нефтяное машиностроение. - 1959. - №6. С. 13-19.

53 Мельников, В. И. О движении жидкостей в мешалке [Текст] / В. И. Мельников // Труды НИИХиммаш. - 1954. - № 16. - С. 105-120.

54 Чепура, И. В. Расчет тангенциальной скорости [Текст] / И. В. Чепура, А. В. Соловьев, Ю. В. Туманов // Теоретические основы химической технологии. - 1969, - №3. - С. 404-410.

55 Терентьев, О. А. Гидродинамика волокнистых суспензий в целлюлозно-бумажном производстве [Текст] / О. А. Терентьев. - М.: Лесная пром-сть, 1980.-248 с.

56 Карасев, И. Н. Исследование составляющих скоростей в аппарате без перегородок [Текст] / И. Н. Карасев, С. Я. Гзовский // Химическое и нефтяное машиностроение. - 1966. - №1. - С. 26-34.

57 Барабаш, В. М. Зависимость насосной производительности перемешивающего устройства от высоты его установки в объеме аппарата без отражательных перегородок [Текст] / В. М. Барабаш // Труды I Всесоюзной конференции по процессам и аппаратам химических производств. - Чимкент, 1977. - С. 85-87.

58 Norwood, К. W. Flow Patterns and Mixing Rates in Agitated Vessels / K. W. Norwood, A. B. Metzner // Am. Inst. Chem. Eng. J. - 1960. - №6, p. 432

59 Повх, И. Л. Техническая гидромеханика [Текст] / И. Л. Повх. - Л.: Машиностроение, 1976. - 504 с.

60 Семенова, Т. В. Начертательная геометрия. Инженерная графика [Текст] / Т. В. Семенова. - Новосибирск, 2010. - 80 с.

61 Гордон, В. О. Курс начертательной геометрии [Текст] : учеб. пособие / В. О. Гордон, М. А. Семенцов-Огиевский. - М.: Наука, 1988. - 272 с.

62 Иванов, К. А. Построение пространственной геометрии ротора геликоидного типа [Текст] / К. А. Иванов, Д. А. Иванов, А. П. Руденко // Молодые ученые в решении актуальных проблем науки: сб. науч. трудов всероссийской научно-практической конференции. - Красноярск : СибГТУ, , 2010. Т. 2.-С. 78-80.

63 Иванов, К. А. Построение пространственной геометрии ротора геликоидного типа с различным функциональным назначением [Текст] / К. А. Иванов, Д. А. Иванов, А. П. Руденко // Наука и современность - 2011:

сб. материалов IX междунар. научн.-практич. конф. - Новосибирск, 2011. -Часть 2.-С.-32-35.

64 Ломакин, А. А. Центробежные и осевые насосы [Текст] /

A. А. Ломакин. - Л.: Машиностроение, 1966. - 364 с.

65 Терентьев, О. А. Расчет мощности гидроразбивателя [Текст] / О. А. Терентьев // Машины и оборудование ЦБП : Межвуз сб. - Л, 1974. -Вып. 2. - С. 48-56.

66 Терентьев, О. А. Гидродинамика волокнистых суспензий [Текст] / О. А. Терентьев. - Л.: ЛТИЦБП, 1972. - 142 с.

67 Пфлейдерер, К. Центробежные и пропеллерные насосы [Текст] / К. Пфлейдерер. - М.: НКТИ, 1937. - 495 с.

68 Степанов, Л. И. Центробежные и осевые насосы [Текст] / Л. И. Степанов; пер. с англ. под ред. В. И. Поликовского. - М.: Гос. науч.-техн. изд-во машиностроит. лит., 1960. - 463 с.

69 Лойцянский, Л. Г. Механика жидкости и газа [Текст] / Л. Г. Лойцянский. - М.: Наука, 1978. - 736 с.

70 Михайлов, А. К. Лопастные насосы [Текст] / А. К. Михайлов,

B. В. Малюшенко. - М.: Машиностроение, 1977. - 288 с.

71 Руденко, А.П. Теоретические основы профилирования основных функциональных элементов аппарата емкостного типа [Текст] / А. П. Руденко, В. В. Еременко; Сиб. гос. технолог, универ. - Красноярск, 2003. - 16с. - Деп. в ВИНИТИ 12.05.03, №900-В2003.

72 Арцыков, А. П. Судовые вспомогательные механизмы [Текст] / А. П. Арцыков, В. Ф. Воронов. - Л.: Судпромгиз, 1963. - 432 с.

73 Суханов, Д. Я. Работа лопастных насосов на вязких жидкостях [Текст] / Д. Я. Суханов. - М.: Машгиз, 1952. - 33 с.

74 Kaplan, V. Theorie und Bau von Turbinen / V. Kaplan, A. Lechner // Schnelläufern. - 1931. - P. 125-129.

75 Мелащенко, В. И. Профилирование лопастей рабочих чсолес центробежных насосов [Текст] : учеб. пособие / В. И. Мелащенко, А. В. Зуев, А. И. Савельев. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. - 50 с.

76 Гарибова, Л. В. Грибы [Текст] / Л. В Гарибова, И. И. Сидорова. - М.: 1997.-352с.

77 Кутафьева, Н. П. Морфология грибов [ Текст] / Н. П. Кутафьева. -Новосибирск : Сиб.универ.изд., 2003. - 215с.

78 Сержанина, Г. И. Грибы краткий справочник [Текст] / Г. И. Сержанина, И. Я. Яшкин. - М.: Современное слово, 2002. - 240 с.

79 Промышленная микробиология [Текст] : учеб. пособие / 3. А. Аркадьева [и др.]. - М.: Высш. шк., 1989. - 688 с.

80 Александров, А. В. Основы теории структурообразования бумажной массы в процессе напуска на сеточную часть бумагоделательной машины [Текст] : дис. ... д-р. техн. наук / А. В. Александров. - Л., 1988. - 398 с.

81 Иванов, Д. А. Зондирование - как средство анализа работоспособности целлюлозно - бумажного и биохимического оборудования [Текст] / Д. А. Иванов, К. А. Иванов, А. П. Руденко // Лесной и химический комплексы - проблемы и решения: сб. ст. всерос. науч.-практич. конф. - Красноярск : Сибгту, 2011. - Т. I. - С. 230-233

82 Иванов, Д. А. Диагностика эффективности работы перемешивающих аппаратов с помощью измерительно-вычислительного комплекса / Д. А. Иванов, К. А. Иванов, А. П. Руденко // Лесной и химический комплексы - проблемы и решения: сб. ст. всерос. науч.-практич. конф. - Красноярск, 2012.-Т. 2.-С. 46-50

83 Иванов, К. А. Способы измерения скоростей в потоках жидких сред и методика работы с шаровым зондом [Текст] / К. А. Иванов, Д. А. Иванов, А. П. Руденко // Лесной и химический комплексы - проблемы и решения: сб. ст. всерос. науч.-практич. конф. - Красноярск, 2011. - Т. I. - С. 233-237

84 Практикум по микробиологии [Текст] / Е. 3. Теппер [и др.]. - М.: Колос, 1993.- 175 с.

85 Технология синтеза и биосинтеза биологически активных веществ [Текст] : учеб. пособие / Н. Ю. Громова [и др.]. - Тверь : ТГТУ, 2006. - 84 с.

86 Пижурин, А. А. Основы научных исследований: учебник для вуза [Текст] / А. А. Пижурин. - М.: ГОУ ВПО МГУ Л, 2005. - 305 с.

87 Адлер, Ю. П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий [Текст] / Ю.П. Адлер, Е.В. Маркова, Ю.В. Грановский. - М. : Наука, 1976.-279 с.

88 Пен, Р. 3. Планирование эксперимента в Satgraphics [Текст] / Р. 3. Пен. - Красноярск: СибГТУ. - Кларетиианум, 2003. - 246 с.

89 Пен, Р. 3. Планирование эксперимента в Satgraphics / Р. 3. Пен. -Красноярск: СибГТУ. - Краснояр. писатель, 2012. - 269 с.

90 Павлов, К. Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии [Текст] : учеб. пособие для вузов / К. Ф. Павлов, П. Г. Романков, А. А. Носков. - Л.: Химия, 1987. - 576 с.

91 Кафаров, В. В. Процессы перемешивания в жидких средах [Текст] / В. В. Кафаров. - М.: Госхимиздат, 1949. - 230 с.

92 Спиридонов, А. А. Планирование эксперимента при исследовании технологических процессов [Текст] / А. А. Спиридонов. - М.: Машиностроение, 1981. - 184 с.

93 Ушанов, С. В. Математическое моделирование. Часть 2 [Текст] : учеб. пособие / С. В. Ушанов. - Красноярск : СибГТУ, 2010. - 116 с.

94 Планирование и статическая обработка результатов эксперимента. Математические методы и модели в расчетах на ЭВМ : метод, указания для студентов всех видов обучения специальностей / сост. Гуров С. В. - СПб.: ЛТА, 1994.-31 с.

95 Макарова, Н.В. Статистика в Excel: учебное пособие [Текст] / Н.В. Макарова, В.Я. Трофимцев. - М. : Финансы и статистика, 2002. - 368 с.

96 Гельман, В.Я. Решение математических задач средствами Excel: Практикум [Текст] / В.Я. Гельман. - СПб. : Питер, 2003. - 240 с.

97 Лялин, B.C. Статистика: Теория и практика в Excel [Текст] /

B.C. Лялин, И.Г. Зверева, Н.Г. Никифорова. - М.: Финансы и статистика, 2010.-448 с.

98 Иванов, К. А. К вопросу об определении функциональной эффективности роторов геликоидального типа в аппаратах стандартной конструкции / К. А. Иванов, Д. А. Иванов, А. П. Руденко // Лесной и химический комплексы - проблемы и решения: сб. ст. всерос. науч.-практич. конф. - Красноярск, 2012. - Т. II. - С. 52-56.

99 Иванов, К. А. К вопросу разработки роторов геликоидального типа для биохимических реакторов [Текст] / К. А. Иванов, Д. А. Иванов, А. П. Руденко // Химия растительного сырья. - 2012. - № 2. - С. 173-178.

100 Иванов, Д. А. Масштабирование аппаратов с профилированными элементами корпуса и с роторами геликоидального типа / Д. А. Иванов, К. А. Иванов, А. П. Руденко // Лесной и химический комплексы - проблемы и решения: сб. ст. всерос. науч.-практич. конф. - Красноярск, 2012. - Т. II. -

C. 50-52.

101 Батунер, Л. М. Процессы и аппараты органического синтеза и биохимической технологии [Текст] / Л. М. Батунер. - Л.: Химия, 1966. - 520 с.

102 Беляев, В. М. Расчет конструирования основного оборудования отрасли [Текст] : учеб. пособие / В. М. Беляев, В. М. Миронов - Томск :Изд-во ТПУ, 2009. - 288 с.

103 Основные процессы и аппараты химической технологии [Текст] : пособие по проектированию / Г. С. Борисов [и др.]. - М.: Химия, 1991. - 496 с.

104 Стахеев, И.В. Биотехнология малотоннажного производства микробного протеина [Текст] / И.В. Стахеев, Э.И. Коломиец, H.A. Здор. -Мн.: Навука ггэхшка, 1991. - 264 с.

105 Промышленный ферментер типа F 30 [Электронный ресурс] -Режим доступа http://www.agroyug.ru/price/file/383.pdf

106 Первушина, Т. А. Экономика, организация и управление производством [Текст]: Методические указания к выполнению курсовой

работы и экономической части дипломных проектов / Т.А. Первушина, Ж.Г. Щербакова, В.В. Абрамкин. - Красноярск: СибГТУ, 2003. - 32с.

107 Цены на легированный металл [Электронный ресурс] - Режим доступа www.gkstal.ru

108 Тарифы ОАО «Красноярскэнергосбыт» на 2012 г. [Электронный ресурс] - Режим доступа http://krsk-sbit.ru/news.php?id=306

109 Цены на грибы сушеные [Электронный ресурс] - Режим доступа http://www.m.all.biz/griby-sushenye-bggl 056948

Таблица А. 1 - Сравнительный анализ механических перемешивающих органов

Тип мешалки Характеристика

1 2

Лопастная мешалка Достоинства - простота конструкции и обслуживания, невысокая стоимость изготовления; - удовлетворительное смешивание умеренно вязких жидкостей.

Недостатки - слабая интенсивность перемешивания продукта в вязких жидких средах; - низкое насосное действие мешалки (слабый осевой поток), не обеспечивающее достаточно полного перемешивания во всем объеме аппарата; - непригодны для быстрого растворения, тонкого диспергирования, а также для получения суспензий, содержащих твердую фазу большой плотности. - непригодны для перемешивания в аппаратах непрерывного действия

Турбинная мешалка Достоинства - обеспечивают интенсивное перемешивание всего объема жидкости в аппарате; - используются для суспендирования и диспергирования высоковязких сред; - применяются для жидких систем, вязкость которых во время перемешивания изменяется

Недостатки - не пригодны для перемешивания в больших объемах 2500 м3 и более - сравнительная сложность и высокая стоимость изготовления - высокая потребляемая мощность - применяется для жидких сред с относительно небольшой вязкостью - при большой вязкости сокращается объем циркуляционных потоков и их скорость в аппарате.

1 2

Пропеллерная мешалка Достоинства - высокая частота вращения, что обеспечивает интенсивность перемешивания; - позволяет создать значительную циркуляцию жидкости в аппарате при минимальном расходе механической энергии (умеренный расход электроэнергии);

Недостатки - малая эффективность при перемешивании вязкой жидкости; - ограниченный объем интенсивно перемешиваемой жидкости; - сложность конструкции и сравнительно высокая стоимость изготовления; - неприменимы для гомогенного смешивания, для смешивания жидкостей с твердыми веществами большой плотности. - не рекомендуется использовать для процесса суспензирования частицы продукта диаметром более 0,5 мм и концентрацией более 10%

Дисковая мешалка Достоинства - простота конструктивного исполнения

Недостатки - слабая циркуляция рабочей жидкости - большие затраты электроэнергии

Планы проведения эксперимента

Таблица Б. 1 - Матрица планирования эксперимента и результаты ее реализации (лопастная мешалка)

Основные факторы Выходные параметры

Номер опыта Частота вращения ротора, об/мин Расстояние от стенки корпуса аппарата до замеряемой точки,м Высота от дна аппарата до Абсолютная скорость течения потока жидкости, м/с Окружная составляющая скорости Радиальная составляющая скорости Осевая составляющая скорости течения

замеряемой точки, м течения потока жидкости, м/с течения потока жидкости, м/с потока жидкости, м/с

X, х2 Х3 Y, Y2 у4

1 500 0,065 0,077 0,78 0,367 0,533 0,438

2 100 0,065 0,077 0,29 0,138 0,200 0,164

3 500 0,025 0,077 1,28 1,092 -0,601 0,293

4 100 0,025 0,077 0,59 0,520 -0,277 0,046

5 500 0,045 0,013 1,10 0,427 -0,692 0,741

6 100 0,045 0,013 0,94 0,545 0,413 0,650

7 500 0,045 0,013 1,68 1,067 -1,055 0,748

8 100 0,045 0,141 0,46 0,194 0,316 0,278

9 300 0,065 0,141 0,47 0,330 0,316 0,120

10 300 0,065 0,013 1,27 0,857 0,394 0,857

11 300 0,025 0,013 0,42 0,158 0,274 0,273

12 300 0,025 0,013 1,20 0,638 -0,669 0,761

13 300 0,045 0,077 0,63 0,403 0,419 0,233

14 300 0,045 0,077 0,59 0,376 0,405 0,217

15 300 0,045 0,077 0,61 0,387 0,416 0,224

Таблица Б.2 - Матрица планирования эксперимента и результаты ее реализации (РГТ-270)

Основные факторы Выходные параметры

Частота Расстояние от стенки корпуса аппарата до замеряемой точки, м Высота от дна Абсолютная скорость Окружная составляющая Радиальная составляющая Осевая составляющая

Номер вращения аппарата течения скорости скорости скорости

опыта ротора, до потока течения течения течения

об/мин замеряемой точки,м жидкости, м/с потока жидкости, м/с потока жидкости, м/с потока жидкости, м/с

X, х2 х3 Y, y2 y3 y4

1 500 0,065 0,077 1,22 0,159 0,798 0,904

2 100 0,065 0,077 1,23 0,000 0,808 0,930

3 500 0,025 0,077 1,26 0,992 0,759 0,176

4 100 0,025 0,077 1,19 0,818 0,812 0,298

5 500 0,045 0,013 1,36 1,107 -0,166 0,776

6 100 0,045 0,013 0,69 0,268 0,282 0,574

7 500 0,045 0,013 1,36 0,462 -0,166 1,271

8 100 0,045 0,141 1,19 0,591 0,595 0,845

9 300 0,065 0,141 1,21 0,516 0,811 0,738

10 300 0,065 0,013 0,66 0,279 0,000 0,599

11 300 0,025 0,013 0,56 0,425 0,029 0,357

12 300 0,025 0,013 0,56 0,318 0,029 0,455

13 300 0,045 0,077 1,17 0,839 0,794 0,149

14 300 0,045 0,077 1,19 0,786 0,808 0,367

15 300 0,045 0,077 1,18 0,808 0,801 0,295

U)

Таблица В. 1 - Сводная таблица удельных затрат электроэнергии КьаЛЧ, —

Частота вращения, п, об/мин Средне-расходная скорость воздуха, м/с

0,018 0,03 0,04

Угол закрутки линии лопасти,0

90 180 270 90 180 270 90 180 270

100 0,786 0,695 0,594 0,436 0,413 0,381 0,422 0,37 0,352

200 0,853 0,728 0,589 0,494 0,466 0,47 0,44 0,428 0,392

300 0,752 0,581 0,445 0,42 0,394 0,338 0,392 0,372 0,327

400 0,311 0,373 0,261 0,24 0,216 0,212 0,251 0,225 0,232

500 0,274 0,26 0,229 0,215 0,22 0,223 0,209 0,197 0,212

600 0,209 0,172 0,205 0,177 0,177 0,174 0,169 0,163 0,167

Таблица Г. 1 - Критерий Шервуда для различных режимов работы аппарата с РГТ

Угол закрутки линии лопасти РГТ, 0° Средне-расходная скорость газа, м/с

0,02 0,03 0,04

90 811=2,8(сос1п/у)0'78си'5 (8Ь=13164,6)* 8Ь=30,7(сос1п/у)и'б:>8си,ь (811=15669,2)* 811=39, 4(ЮС1п/У)0'58С0'5 (811=14680,5)*

180 8Ь=5((оёп/у)°'658с0'5 (811=16441,8)* 8Ь=10,4(соёп/у)0,558с0,5 (811=15753,9)* 811=3 1(СОС1п/У)0'48С0'5 (811=14046,1)*

270 8Ь=24,7(сос1п/у)и'88с0'5 (811=15622,5)* 811=33,9(сос1п/у)и'68с0'5 (811=13667,6)* 811=43,9(а)с1п/у)и'358с0'5 (811=12620,4)*

Примечание: со - угловая скорость, с"1; с1п - средне-поверхностный диаметр пузыря, м; V - кинетическая вязкость, м /с; 8с - критерий Шмидта. * Результат расчета 8Ь при частоте вращения ротора п = 600 об/мин