Какой объем биореактора с пневматическим перемешиванием необходим для получения 60 тонн/сутки 10%-го раствора хлорида

Для решения данной задачи мы должны учесть несколько факторов. Давайте разобьем задачу на несколько этапов и пошагово решим ее.

Шаг 1: Найдем массу хлорида натрия, необходимую для приготовления 10%-го раствора массой 60 тонн/сутки.
Масса хлорида натрия в растворе равна произведению массовой доли (10%) на общую массу раствора (60 тонн/сутки).
\[
\text{{Масса хлорида натрия}} = 0.1 \times 60 \, \text{{тонн/сутки}} = 6 \, \text{{тонн/сутки}}
\]

Шаг 2: Найдем объем воды, необходимый для растворения 6 тонн хлорида натрия.
Масса раствора хлорида натрия равна массе хлорида натрия плюс массе воды. Учитывая, что раствор 10%-го хлорида натрия, масса воды составляет 90% от общей массы раствора.
\[
\text{{Масса воды}} = 0.9 \times 6 \, \text{{тонн}} = 5.4 \, \text{{тонн}}
\]
Для расчета объема воды примем, что плотность воды равна 1000 кг/м^3:
\[
\text{{Объем воды}} = \frac{{\text{{Масса воды}}}}{{\text{{Плотность воды}}}} = \frac{{5.4 \times 1000}}{{1000}} = 5400 \, \text{{м}}^3
\]

Шаг 3: Найдем время, необходимое для процесса загрузки воды.
Загрузка воды происходит в течение 20 минут.

Шаг 4: Найдем время, необходимое для процесса растворения хлорида натрия.
Для расчета времени растворения используем формулу:
\[
\text{{Время растворения}} = \frac{{\text{{Масса хлорида натрия}}}}{{\text{{Скорость массопереноса}} \times \text{{разница концентраций}}}}
\]
Подставим известные значения:
\[
\text{{Время растворения}} = \frac{{6 \times 10^6 \, \text{{г}}}}{{2 \times 10^{-6} \, \text{{м/с}} \times 450 \, \text{{кг/м}}^3}} \approx 6666.67 \, \text{{с}}
\]

Шаг 5: Найдем время, необходимое для выгрузки раствора.
Расчет времени выгрузки аналогичен расчету времени загрузки. Время выгрузки составляет 10 минут.

Шаг 6: Найдем общее время реакции.
Общее время реакции равно сумме времени загрузки, времени растворения и времени выгрузки.
\[
\text{{Общее время реакции}} = \text{{Время загрузки}} + \text{{Время растворения}} + \text{{Время выгрузки}} = 20 \, \text{{минут}} + 6666.67 \, \text{{с}} + 10 \, \text{{минут}}
\]

Шаг 7: Найдем объем биореактора с пневматическим перемешиванием.
Объем биореактора можно рассчитать по формуле:
\[
\text{{Объем биореактора}} = \text{{Объем воды}} \times \text{{Коэффициент заполнения реактора}} \times \frac{{\text{{Конечная плотность реакционной смеси}}}}{{\text{{Плотность воды}}}}
\]
Подставим известные значения:
\[
\text{{Объем биореактора}} = 5400 \, \text{{м}}^3 \times 0.8 \times \frac{{1070 \, \text{{кг/м}}^3}}{{1000 \, \text{{кг/м}}^3}} \approx 3696 \, \text{{м}}^3
\]

Итак, для получения 60 тонн/сутки 10%-го раствора хлорида натрия в воде при комнатной температуре требуется биореактор с пневматическим перемешиванием объемом около 3696 м^3.