【文章內(nèi)容簡介】 送液體密度1010kg/m3。壓頭損失， (54)揚程， (55)解得，根據(jù)流量從防腐蝕泵系列中選取型號為100F92A，其性能參數(shù)如下表：流量m3/h揚程m轉(zhuǎn)數(shù)r/min軸功率kW效率%允許吸上真空度/m葉輪外徑/mm802960684256表中數(shù)據(jù)來源《化工流體流動與傳熱》。由于所輸送液體的密度大于水的密度，所以需要核算泵所需的軸功率， (56)從泵的性能參數(shù)可以看出泵所提供的功率大于輸送液體所需功率，所選離心泵符合要求。根據(jù)能量守恒方程式可以得出以下熱量平衡方程式：∑Q入=∑Q入＋∑Q損 （6—1） 式中:∑Q入——輸入的熱量總和(kJ) ∑Q出——輸出的熱量總和(kJ) ∑Q損——損失的熱量總和(kJ)通常Q1＋Q2＋Q3=Q4＋Q5＋Q6＋Q7＋Q8 （6—2） 式中:Q1——物料帶入的熱量，kJ； Q2——由加熱劑(或冷卻劑)傳給設(shè)備和所處理得物料熱量，kJ； Q3——過程的熱效應(yīng)，包括生物反應(yīng)熱，攪拌熱，kJ； Q4——物料帶出的熱量，kJ； Q5——加熱設(shè)備需要的熱量，kJ； Q6——加熱物料需要的熱量，kJ； Q7——氣體或蒸氣帶出的熱量，kJ； Q8——設(shè)備向環(huán)境散熱，kJ；熱量衡算的目的式計算出Q2，從而確定加熱劑或冷卻劑的量，為了求出Q2必須知道式（6—2）中的其他各項。以下就這幾項進(jìn)行介紹。 物料帶入熱量Q1和帶出的熱量Q4的計算 Q1（Q4）=∑Mct （6—3）式中： M——物料質(zhì)量，kg；c——物料比熱容，kJ/(kgK)；t——物料進(jìn)入或離開設(shè)備的溫度，℃；過程熱效應(yīng)Q3過程的熱效應(yīng)主要有生物合成熱QB,攪拌熱QS和狀態(tài)熱(例如氣化熱、溶解熱、結(jié)晶熱)。Q3=QB＋QS （6—4）式中QB為發(fā)酵熱(呼吸熱)(kJ),是不同條件、環(huán)境下計算。QS=3600Pη （6—5）式中：P——攪拌功率，kW；η——為攪拌過程功熱轉(zhuǎn)化率，通常η=92％。加熱設(shè)備消耗熱量Q5，為了簡化計算，忽略設(shè)備不同部分的溫度差異，則： Q5＝Mc(t2t1) （6—6）式中： M——設(shè)備總質(zhì)量，kg；c——設(shè)備材料比熱容，kJ/(kgK)；t1——設(shè)備加熱前后的平均溫度，℃；t2——設(shè)備的最終平均溫度，℃；t1一般可取為室溫，t2根據(jù)具體情況而定。加熱物料需要的熱量Q6Q6= ∑mc(t2t1) （6—7）式中：m——物料質(zhì)量，kg； c——物料比熱容，kJ/（kgK）； t1, t2———物料前后的比熱溫度，℃；氣體或蒸汽帶出的熱量Q7 Q7=∑M(ct+r) (6—8)式中：M———離開設(shè)備的氣態(tài)物料量(kg) c———液態(tài)物料由0℃升溫至蒸發(fā)溫度的平均比熱容（kg/(kJK)） t———氣體物料溫度(℃) r———蒸發(fā)潛熱(kJ/kg)設(shè)備向環(huán)境散熱Q8,為了簡化計算，假定設(shè)備壁面的溫度是相同的，則：Q8＝FαT(tWtα)τ (6—9)式中：F——設(shè)備總表面，m178。； αT——壁面對空氣的聯(lián)合給熱系數(shù)，W/( m178?！?； tW——壁面溫度，℃； tα——環(huán)境空氣溫度，℃；αT的計算：（1）、當(dāng)隔熱層外空氣做自然對流，αT =8+ （6—10）（2）、當(dāng)空氣作強制對流，空氣的速度u不大于5m/s時αT=+ （6—11）（3）、當(dāng)空氣作強制對流，空氣的速度u大于5m/s時 αT= （6—12） 基本數(shù)據(jù)計算谷物的比熱容計算公式： C谷物=[（100W）C0+] (6—13) 式中:W———谷物含水百分率 C0———絕對谷物比熱容 C0=(kgK)已知條件：淀粉含水量：14% 糊精含水量：10% 豆餅粉含水量：8%酵母粉含水量：9% 淀粉酶含水量：8% 谷物比熱容計算由上式計算七種谷物各自的比熱容計算如下： =[(10014）+14]=(kgK) =[(10010）+10]=(kgK)C豆餅粉=[(1008）+8]=(kgK)C酵母粉=[(1009）+8]=(kgK)C淀粉酶=[(1008）+8]=(kgK)谷物比熱容計算結(jié)果如表51表51谷物比熱容項目淀粉糊精豆餅粉酵母粉淀粉酶比熱容kJ/依據(jù)《實用無機物熱力學(xué)數(shù)據(jù)手冊》有公式：Cp=A1+A2103T＋A3105T2＋A4106T2＋A5108T3 (J/mol) (6—14)已知：基準(zhǔn)溫度298K化合物比熱容計算結(jié)果如表52表52化合物比熱容項目A1A2A3A4A5CP(298K)J/mol計算kJ/(kgK)CaCO300(NH4)2SO4000KH2PO400CoCl200NaCl000298K時的CP進(jìn)行單位換算(1)已知條件= g/mol = g/mol = g/mol = g/mol = g/mol(2)單位換算CaCO3 CoCl2 (NH4)2SO4 KH2PO4 NaCl 計算各化合物在不同溫度下的比熱容以CaCO3在398K、373K、304K的比熱容計算為例：Cp(398K)=（+103398+()1053982） （6—15）計算結(jié)果列表如下，單位：kJ/kgK其他化合物比熱容計算結(jié)果如表53表53化合物比熱容名稱298K398K373K304KCaCO30．8180．9680．940．831(NH4)2SO41．4181．631．5781．439KH2PO40．8541．0110．9820．689CoCl20．6050．6290．6240．607 NaCl0．8680．8960．8990．87大豆油比熱容計算依據(jù)《日用化工理化數(shù)據(jù)手冊》大豆油比熱容計算如表54表54大豆油各溫度比熱溫度t/℃比熱容CP/ kJ/kg用內(nèi)差法計算大豆油在298K、398K、373K、304K時的比熱容：（1）、在298K(25℃)時： ()/()= ( CP)/()CP=（2）、在398K(125℃)時：()/()= ()/()CP=（3）、在304K(31℃)時：()/()=()/()CP=（4）、在373K(100℃)時： ()/()=()/()CP=計算結(jié)果如下：大豆油比熱容計算結(jié)果如表55表55大豆油比熱容溫度K298K398K373K304K豆油Cp/(kJ/kg) 熱量計算每級罐的操作都分四個階段即消毒階段、放氣階段、冷卻階段、發(fā)酵階段。本次計算選擇基準(zhǔn)溫度為25℃，利用140℃的蒸汽進(jìn)行消毒現(xiàn)計算過程如下： 一級發(fā)酵罐一、消毒階段 溫度由25℃升至125℃，操作時間：30min ，25℃ KJ/Kg℃。(一)物料帶入的熱量: 由于基準(zhǔn)溫度為25℃，故Q1＝0kJ(二)過程效應(yīng)熱: Q3 ＝0kJ(三)物料流出帶走的熱量: Q4=0kJ(四)加熱設(shè)備消耗的熱量:本次設(shè)計采用A3碳鋼，K。 Q5＝Mc(t2t1)=(12525)2 ＝ kJ(五)加熱物料需要的熱量: Q6= ∑mc(t2t1)=[++++(+)/2+(+)/2+(+)/2+(+)/2+(+)/2+(+)/2] (12525)= kJ （六）設(shè)備向環(huán)境散熱: Q8＝FαT(tWtα)τF＝F筒體＋F封頭＝πDiH0＋(Di178。＋πDih0) 2 ＝+（＋）2 ＝㎡25℃和125℃對數(shù)平均值為tWtW=(t2t1)/ln(t2/t1)=(12525)/ln(125－25)=℃αT＝8＋ tW＝8+＝(㎡.℃)Q8＝(－25)30601032＝（七）需要的水蒸汽的量:140℃下的水蒸氣汽化熱：r（汽化熱）＝，125℃與140℃ KJ/Kg℃ KJ/Kg℃, KJ/Kg℃。Q2=Q5＋Q6＋Q8 =＋＋=M(水蒸氣)=Q/[r+c（t2t1）]=[+（140125）]=㎏二、放氣階段溫度由125℃降至100℃，操作時間：10min, 100℃ KJ/Kg℃。（一）物料帶入的熱量：Q1＝0kJ（二）加熱蒸汽帶入的熱量：Q2＝0kJ（三）過程效應(yīng)熱: Q3 ＝0kJ（四）物料帶走的熱量: Q4=0kJ（五）冷卻設(shè)備放出的熱量：本次設(shè)計采用A3碳鋼，K。Q5＝Mc(t2t1)=(100125)2＝ kJ（六）冷卻物料放出的熱量：Q6= ∑mc(t2t1)=[++++(+)/2+(+)/2+(+)/2+(+)/2+(+)/2+(+)/2] (100125)= kJ(七)設(shè)備向環(huán)境散熱：Q8＝FαT(tWtα)τF＝F筒體+F封頭＝178。tW=(t2t1)/ln(t2/t1)= (100125)/ln(100－125)=℃αT＝8＋ tW＝8+＝(㎡℃)Q8＝(－25)15601032＝(八)放出的水蒸汽量：℃下水蒸汽的汽化熱r= KJ/Kg。Q2=Q5＋Q6＋Q8=M(水蒸汽)=㎏ 三、冷卻階段溫度由100℃降至31℃，操作時間：25min，31℃℃。(一) 冷卻設(shè)備放出的熱量： Q5＝Mc(t2t1)=(31100)2 ＝(二) 冷卻物料放出的熱量：Q6= ∑mc(t2t1)=[++++(+)/2+(+)/2+(+)/2+(+)/2+(+)/2+(+)/2] (31100)=（三）設(shè)備向環(huán)境散熱：Q8＝FαT(tWtα)τF＝F筒體+F封頭＝㎡tW= (t2t1)/ln(t2/t1)= (31100)/ln(31－100)=℃αT＝8＋ tW＝8+＝(㎡℃)Q8＝(－25)25601032＝(四)需要的冷卻水量：Q2=Q5＋Q6＋Q8=－－＋=－已知冷卻水的進(jìn)口溫度為20℃,出口溫度為28℃，28℃時C水=(㎏℃)。Q2＝MCp(水)Δt＝M(2820)=M(冷卻水)=㎏四、發(fā)酵階段溫度控制在31℃，已知土霉素的平均發(fā)酵熱為16700[kJ/(m3h)]，發(fā)酵周期：28h，操作周期：31h。(一)發(fā)酵熱：根據(jù)式(6—7)Q3=1676024103＝(二)設(shè)備向環(huán)境散熱：根據(jù)式(6—11)Q8＝FαT(tWtα)τF＝F筒體+F封頭＝㎡tW= (t2t1)/ln(t2/t1)= (2531)/ln(25－31)=℃αT＝8＋ tW＝8+＝(㎡℃)Q8＝(－25)2860601032＝(三)需要冷卻水用量：Q2=Q8－Q3=已知冷卻水的進(jìn)口溫度定為20℃,出口溫度定為28℃28℃時C水=(㎏℃)Q2＝MCp(水)Δt＝M(28－20)＝則M（冷卻水）= 二級發(fā)酵一、消毒階段 溫度由25℃升至125℃，操作時間：30min ，25℃ KJ/Kg℃。(一)物料帶入的熱量: 由于基準(zhǔn)溫度為25℃，故Q1＝0kJ(二)過程效應(yīng)熱: