Культивирование фототрофов в аппаратах с гибкими перемешивающими устройствами (1095049), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Затем в какой-то момент времени в аппарат помещается катализатор(сульфит меди) и определенное избыточное количество сульфита натрия.Происходит практически мгновенное связывание подаваемого в жидкостькислорода, а именно, в результате кратковременной химической реакции2Na2SO-^ + О2 = 2Na2SO^сульфит натрия окисляется кислородом досульфата. Далее, в течение некоторого промежутка времени А г , пока непрореагируетвесьвведенныйвжидкостьсульфит,враствореподдерживается нулевая концентрация растворенного кислорода, а затем101происходит обратный процесс — насыщение жидкости подаваемым приперемешивании кислородом.
Задача состоит в том, чтобы измерить этотпромежуток времени. На рис.3.1.1 показан схематичный график измененияконцентрации растворенного кислорода за время проведения эксперимента.Следует заметить, что количество загружаемого в аппарат сульфита, аследовательно,и продолжительностьпромежуткаАгдолжныбытьдостаточно велики с тем, чтобы погрешность приближенного вычисленияплощади, вносимая заменой вертикальными отрезками кривых паденияконцентрации кислорода от Сдо нуля (левая ветвь кривой) и выходаконцентрации от нуля на уровень С (правая ветвь кривой), была невелика.На основании стехиометрического соотношения удельное количествопотребленного кислорода может быть выражено как:16(3.1.9)SNa-^SOi,АтДгт,сРис.
3.1.1 Схематическое изображение иитегральиой кривойизменения концентрации раствореииого кислородагде— удельное количества сульфита натрия.102потребленное за все время реакции, кг Na2S0-^ I м .Используяграфическуюинтерпретациюскоростипотреблениякислорода модельной жидкостью, ее можно представить, с одной стороны,как отношение количества потребленного кислорода (Яо^? кгО2 1 м ) кпромежутку времени, за который этот кислород был израсходован, а с другой— как удельную скорость хемосорбции кислорода из поверхности полостипри его мгновенном связывании:(3.1.10)= К,а-^-С\откуда в качестве оценки для К^^а получаем:К,а =1 1ПП^При более точном вычислении площади следует заменить произведениегС• А г в знаменателе на J ( ^ - С)-ат /Q результате получим:оКа.'-(3.1.12)тФизический смысл выражения J ( ^о-С)-ат состоит в том, что онпредставляет собой количество кислорода, которое было растворено вжидкости до начала эксперимента плюс то количество, которое поступаетпри захвате через свободную поверхность и нейтрализуется, брошенным вжидкость количеством сульфита натрия.Согласноданным,приводимымв[62],значениеравновесногосодержания кислорода в воде при температуре 18°С (С*) составляет около6мг I л.103к недостатку этого метода можно отнести зависимость точности расчетаот качества сульфита натрия, используемого в опыте, т.к.
мы принимаем, чтопорошок содержит 100% чистого вещества. Помимо этого трудно точноопределить начало процесса абсорбции, т.к. необходимо некоторое время дляравномерного распределения сульфита по всему объему перемешиваемойжидкости.Способ определения-^^Д, который использовался нами в данной работе,связан с окислением натрия сернистокислогоNa2S0^,но не являетсяобщеизвестной методикой определения сульфитного числа. Он отличаетсятем, что для расчета К^а используется кривая изменения концентрациирастворенного кислорода, снимаемая при помощи датчика растворенногокислорода.3.2.1 Определяем KLCI при различпом чпсле оборотов гпбкой мешалки с24 лопастями.В каждом режиме проводим замеры согласно сульфитной методике,описанной выше по 7 серий экспериментов в пяти скоростных режимах.Эксперимептальные зпачения№п,об/мил12345Nv,Вт/м^200300867273340050060060441121118422Таблица 3.1.1К^а в зависимости от затрат мощностиKLU,Кьа, Кьа,Кьа, Кьа,1/ч.
1/ч 1/ч 1/ч 1/ч 1/ч 1/ч ср.1/ч.273 275 271 273 270 269 268 271383378 384 378389548 552 536 557 551616 615 623 601 616682 683 688 695 695104376379 381541 542 543609 618 614671 678 6853.2.2. Определяем Киа при различном числе оборотов гибкой мешалки с12 лопастями.В каждом режиме проводим замеры согласно методике, описаннойвыше по 7 серий экспериментов.Таблица 3.2Экспериментальные зиачения К^а в зависимости от затрат мощностиKLa, KLa, KLa, KLa, KLa, KLa, KLa, KLa,№ п,Nv,об/мин Вт/м^1/ч.
1/ч 1/ч 1/ч 1/ч 1/ч 1/ч ср.1/ч.700 233 240 1ЪА 251 228 243 229 2361 20023002222 353356349355359350 354354344005004978 4079133 490412510409493401489398498411504408489407496560015411 5335355435375345535365393.2.3. Определяем Kia при различпом числе оборотов гибкой мешалки с8 лопастями.Определяем KLa при различном числе оборотов гибкой мешалки с 8лопастями. В каждом режиме проводим замеры 7 раз.Таблица 3.3в зависимости от затратЭкспериментальные значениямошпостиKLa, KLa, KLa, KLa, KLa, KLa, KLa,п, Nv,об/ Вт/м^ 1/ч. 1/ч 1/ч 1/ч 1/ч 1/ч 1/чмин1 200567 217 215 220 235 214 225 21523001933 335340342323339338328KLa, KLa,Расч.ср1/ч.220 220336 33534004278 434419426427428409424 4284500426442454428443440 4485600661683674653668 667441 43513172 670 657 6758044 4391053.2.4. Определяем Kia при различном числе оборотов гибкой мешалки с4 лопастями.Определяем Кьа при различном числе оборотов гибкой мешалки с 4лопастями, В каждом режиме проводим замеры 7 разТаблица 3.4Экспериментальные значения К^а в зависимости от затрат мощностиКьа, Кьа, Кьа, Кьа, Кьа, Кьа, Кьа, Кьа,п,Nv,№об/мии Вт/м^ 1/ч.
1/ч 1/ч 1/ч 1/ч 1/ч 1/ч ср.1/ч.1455 318 314 317 310 317 319 316 31520023001678399 394 410392387401413 39934003711395 390 393 41238339938845007011433 436 429 434435433 430 4335600457463 46811633 465 469 4634613924623.3. Статистическая обработка результатов эксперимента.Статистическаяадекватностиобработкарезультатовполуэмпирическоймоделиэксперимента.описанияОценкамассообменныхпроцессов в полостном аппарате с гибким перемешивающим устройством,3.3.1Выпишем зпачения объемного коэффициента массопередачи дляZ =8 лопастей при п = 400 об/мин412409400: 401398411408400, = 4071063.3.2.
Среднее зпачениеКьа 400s: == 406,5773.3.3. Определяем дисперсию воспроизводимости:DVospr 400:=-= 68,476Для оценки адекватности полученного математического описанияпроцесса массообмена в фотобиореакоре с гибкой мешалкой сначаланаходим дисперсию адекватности, которая характеризует отклонениерассчитанной по уравнению значений выходного показателяотнайденного в эксперименте.Дисперсия адекватности определяется по формуле•N-n-lчисло степеней свободы fa~^~^~^дисперсии адекватности.,т.е.
количество лишних опытов, имеющихся в планах сверх необходимых(п +1) по числу коэффициентов в уравнении.При различных затратах мощности:510493489498535543553539дисперсия аппроксимации:107D8 app= 266,25-0Степень адекватности математического описания оценивалась при помощикритерия Фишера F, критическое значение которого вычисляют по формуле.2'Рнабл.F.набл.^ КритаррDVospr 400= 3,887Наблюдаемое значение критерия Фишера меньше критического (при(*')уровне значимости 0,1) и нет оснований считать модель неадекватной.3.3.4.
Аналогичной обработке былн нодвнгнуты масснвы измеренийзатраченной мощности.Для примера приведем обработку массива сооитветсвующего измерениюмощности для наиболее типичного случая Z=8, п=400 об/мин.N,374377380385386397395398(=1= 385= 80DN=среднее квадратическое отклонение108ПРИЛОЖЕНИЕ 4Методикаинженерногорасчетанеремешивающими устройствамифотобиореакторасгибкими1. Для расчета фотобиореактора задаем требуемый рабочий объем_жидкости- Г,определяемый по формуле (18)2. Зная рабочий объем жидкости - V, определяем коэффициент заполненияаппарата, исходя из условия минимального заглубления гибких лопастей,значение которого при этом составляет Kj = 0,7.Коэффициент заполнения аппарата представляет собой отношение объемарабочей жидкости к объему аппарата(20)=0,7,ПО формуле (20) вычисляем объем аппарата - VaЗная объем аппарата, и отношение диаметра к высоте, определенноеэкспериментально - f^o/Viчдля фотобиореакторов полостного типа-)вычисляем высоту аппарата - Н3.
Следующий этап расчета аппарата - определение поверхности полости поформуле (19).4. По экспериментальным данным минимальное количествооборотовмешалки, необходимое для образования устойчивой структуры полости п^ш250 об/мин, (например, при Z = 8)5. Далее задаем число оборотов мешалки п > Пгщп и по формуле (10), длятурбулентногорежиматечениявычисляемважнейшийинженерного расчета - затраты мош,ности на перемешивание N.109параметр6. При числе лопастей Z = 8 по экстраполяции безразмерного поля окружныхскоростей - скоростной лаг, например, при п= 600 об/мин, Vi = со •R] = 12,87м/ссоставит-U= со -Ri -Vj = 12,87 - 12,23 = 0,64 м/с, так как Vi-окружная скорость жидкости на поверхности полости Vi= 0,95 со -Rj7. Далее по формулеДанквертса -Кишиневского (14)определяемкоэффициент массообмена, где коэффициент вихревой диффузии вблизидорожки Кармана вычисляется согласно формуле (13), а время экспозицииоценивается по формуле (15), А объемный коэффициент массопередачивычисляем по формуле (17).8.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
