Другое : Очистка воздуха перед подачей в ферментер
Очистка воздуха перед подачей в ферментер
Министерство Высшего Образования Российской Федерации Московский Государственный Университет Пищевых производств Кафедра: «биотехноогии, экологии и сертификации пищевых продуктов» «Схема очистки воздуха, подаваемого в ферментер» ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ 50–КП–95-ПТМ-13.Б/06.4.1 выполнил: студент подпись дата преподаватель: подпись дата Москва 1999г ( СОДЕРЖАНИЕ ( | |Стр. |
|Введение ……………………………………………………………………. |3 |
| |5 |
|Задание …………………………………………………….………….. | |
| |6 |
|Описание технологической схемы ………………………………. | |
| |7 |
|Расчетная часть …………………………..…………………………… | |
| |16 |
|Спецификация ……………………………….………………………. | |
| |17 |
|Список использованной литературы …………...………………. | |
| | | ( ВВЕДЕНИЕ ( В современном микробиологическом производстве возрастают требования к
степени очистки технологического воздуха, подаваемого для аэрации при
культивировании микроорганизмов-продуцентов биологически активных веществ.
Даже незначительное содержание посторонней микрофлоры в воздухе может
привести к инфицированию и резкому снижению выхода продукта, так как при
многосуточном цикле культивирования продуцента потребляется 50-80 тыс.
м3/час воздуха. В воздухе промышленных городов содержится пыль в концентрации от 5 до
100 мг/м3, что составляет 106-108 твердых частиц размером 5-150 мкм.
Микроорганизмы осаждаются на частицах пыли, а также свободно витают в
воздухе. Их содержание в воздухе зависит от времени суток, сезона и погоды
и составляет до 2000 клеток в 1 м3. Свободно витающие вегетативные клетки
быстро инактивируются, жизнеспособными остаются лишь споры. Состав
микроорганизмов очень разнообразен, и величины микробных клеток
неодинаковы. Определение размера клетки необходимо для обеспечения
требуемой эффективности бактериальной очистки технического воздуха, которая
осуществляется с помощью фильтрации. При фильтрации клетки микроорганизмов
задерживаются на фильтрах, а очищенный воздух поступает в технологическую
линию. В отечественной и зарубежной промышленности применяют различные типы
фильтров. . Процессы, приводящие к захвату частиц при фильтрации, делят на
ситовые (с осаждением частиц при прямом касании, если размер просвета
меньше диаметра частицы) и неситовые, к которым относятся инерционное
осаждение, диффузия, а также электростатическое притяжение. Поскольку с уменьшением размеров частиц эффективность инерционного
осаждения снижается, а диффузионного возрастает, но более медленно, то
существует диапазон размеров фильтруемых частиц, которые особенно трудно
поддаются улавливанию. Это частицы размером до 0,3 мкм. Поэтому при
проектировании фильтрующих систем в микробиологическом производстве в
качестве расчетного размера принимают 0,3 мкм. Однако до очистки воздуха от клеток микроорганизмов, наиболее трудно
поддающихся улавливанию, необходимо осуществить предварительную очистку
воздуха от пыли и других механических частиц размером до 150 мкм. Полидисперсность задерживаемых при фильтрации частиц обусловливает
создание многоступенчатой системы очистки технологического воздуха,
состоящей из фильтра предварительной очистки, блока компрессора и каскадов
биологических фильтров. ( ЗАДАНИЕ ( Вариант № 7. Рассчитать и спроектировать установку для очистки и стерилизации
воздуха, поступающего в четыре ферментера объемом 50 м3, где происходит в
стерильных условиях биосинтез лизина бактериями Brevibacterium sp. 224.
Избыточное давление в ферментере – 0,5 атм
1. Подобрать фильтр грубой очистки воздуха (масляный)
2. Подобрать компрессор и проверить давление воздуха.
3. Рассчитать теплообменник воздушного охлаждения.
4. Подобрать влагоочиститель
5. Подобрать основной и индивидуальный фильтры.
6. Определить сопротивление фильтров при скорости воздуха W=3 м/сек
7. Концентрацию пыли после масляного фильтра, если yн = 3,3 мг/м3, ? = 90 %, продолжительность работы фильтров. ( ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ( Систему фильтрации в целом можно охарактеризовать микробиологической
надежностью (вероятностью удельного проскока первой жизнеспособной клетки)
и суммарным перепадом давления в системе. Многоступенчатая система очистки воздуха обеспечивает расчетную
эффективность стерилизации воздуха. Воздух на аэрацию в посевные и производственные ферментеры подается с
помощью компрессора. Перед сжатием воздух проходит через специальный
фильтр для очистки от механических примесей. Нагретый в процессе
компреммирования сжатый воздух с давлением 4,123 МПа охлаждается в
кожухотрубном теплообменнике и после него поступает в циклон. Перед поступлением в ферментер воздух проходит частичную очистку от
микроорганизмов в фильтре грубой очистки и полностью очищается от
микроорганизмов в фильтре тонкой очистки. В ферментер очищенный воздух
подается с помощью барбатера. В фильтре грубой очистки воздух проходит через две непрерывно
движущиеся сетки, смоченные маслом. Скорость первой сетки 16, второй – 7
см/мин. Сетки натянуты между ведущими и натяжными валами. Ведущие валы
приводятся в движение электроприводом. При движении сетки проходят через
масляную ванну, где с них смывается осевшая пыль. Для тонкой бактериальной очистки воздуха применяются фильтры различных
типов. Распространенными являются фильтры с тканью Петрянова. Она
представляет собой сверхтонкие, беспорядочно сплетенные в виде полотен на
марлевой или другой пористой основе волокна толщиной 1,5 мкм из
перхлорвинила (ФПП-15). Эти синтетические материалы требуют стерилизации
глухим паром, так как имеют ограниченную теплостойкость. Коэффициент
проскока в этих фильтрах составляет не более 0,1 - 0,01%. ( РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ ( 1. Расход воздуа на 4 ферментера. Рабочий объем ферментера: Выберем ферментер конструкции Гипромедпрома [ 5 ] стр. 246 Диаметр ферментера - 3215 мм Высота ферментера - 11 524 мм Объем жидкости в ферментере – 30 м3 Расход воздуха найдем из расчета 1м3 на 1 м3 среды в минуту. Vв = 30 м3 /мин = 1800 м3 / час Расход воздуха на 4 ферментера: Vв = 1800 ( 4 = 7 200 м3 /час = 120 м3/мин Давление столба жидкости в ферментере: Высота столба жидкости в ферментере: Нж=(gh=9,81(6914(1,1(103=74609 кгс/м2=732000 Па По скорости движения воздуха (W=3 м/сек) и производительности подберем фильтр тонкой очистки [ 5 ] стр. 284 Таб. 20. Для данной схемы выберем индивидуальный фильтр «Лайк» СП 6/17 ФПП-15 Площадь фильтрующей поверхности: F = 14 м2 При скорости воздуха W=3 м/сек скорость фильтрации vф = 108 м3 /час
м2 Производительность данного фильтра – 1 836 м3 /час Степень очистки – ? = 99,99 % Сопротивление фильтрующего слоя – 28 мм вод ст = 274,4 Па
2. Рассчет масляного фильтра.
Коэффициент очистки воздуха масляным фильтром: Выбираем фильтр масляный самоочищающийся типа ФШ с (ф = 4 000 м3 /час м2 [ 3 ] Длительность работы фильтра – 150 час при удельной
производительности фильтра (ф = 4 000 м3 /час м2 из Таб.19 [ 5 ] Потребная поверхность фильтра для очистки воздуха: Гидродинамическое сопротивление масляного фильтра: где ( - толщина фильтра, в см ( - скорость воздуха перед входом в фильтр, м/сек 3. Параметры воздуха, поступающего в компрессор: Удельный вес воздуха, поступающий в компрессор при 20 (С, (0=65% и d0=9,7 г/кг с в: где (0 – удельный объем воздуха. Тогда удельный вес воздуха 4. Гидродинамическое сопротивление барбатера: 5. Для данной схемы выбираем влагоотделитель объемом 60 м3
6. Потери напора во всасывающем и нагнетательном трубопроводах. 1. Потери напора во всасывающем трубопроводе. 8.1.1. Потери напора на трение воздуха о стенки воздуховода на прямолинейных участках: Количество прямолинейных участков с диаметром воздуховода d в= 0,5 м – 1 Длина прямолинейных участков с диаметром воздуховода d в= 0,5 м – 7 м Количество прямолинейных участков с диаметром воздуховода d в= 0,2 м – 2 Длина прямолинейных участков с диаметром воздуховода d в= 0,2 м - 1 м Гидравлический коэффициент сопротивления воздуховода: Для прямолинейного участка с диаметром воздуховода d в= 0,5 м: Для прямолинейных участков с диаметром воздуховода d в= 0,2 м
Потери напора на трение воздуха о стенки воздуховода на прямолинейных
участках с d в= 0,5 м:
Потери напора на трение воздуха о стенки воздуховода на прямолинейных
участках с d в= 0,2 м:
8.1.2. Потери напора в отводе диаметром 1 м всасывающего
воздуховода: Потери напора при переходе от воздуховода с d в= 0,5 м: к воздуховоду с d
в= 0,2 м: Суммарное сопротивление всасывающего воздуховода: Нвсас = Н1тр.в + Н1тр. + Нотв + Нпер + Нфил =
1,37+0,83+0,78+0,78+95,8 = 99,5 Н/м2 8.2. Потери напора в нагнетательном трубопроводе. 8.2.1 Потери напора на трение воздуха о стенки воздуховода на
прямолинейных участках: Длина и количество прямолинейных участков нагнетательного воздуховода:
|длина, м |количество |
|1 |7 |
|8 |1 |
|7,330 |1 |
7,300м – длина воздуховода, проходящего внутри ферментера к барботеру. ( 5
( стр. 246 рис. 76
Длина прямых участков нагнетательного воздуховода: L = 1+8+7,330=16,33 м. Местные потери сопротивления: Общие потери давления на нагнетательном трубопроводе:
Hнагн = Нтр.в. + Нотв + Нфил. г. оч. + 4Нфил. тон. оч. + Нбарб + Нж + Нф =
8,09 + 0,55 + 95,8 + 4 ( 274,4 + 0,78 + 732 ( 103 + 49050 ( 781000 Па
где Нф – избыточное давление в ферментере. Нф = 0,5 атм = 49050 Па
8.3. Общие потери давления в нагнетательном и всасывающем трубопроводе. Нпол = 1,1(Нвсас + Ннагн + Нп) = 1,1 (781000 + 98,1 + 99,5) =
859373 Па = 8,7 кгс/см2
где Нп – потери давления, Нп = 10 кг/м3 ( 9,81 = 98,1 Па
7. Выбор компрессора по каталогу. Компрессор «Егерь». Производительность – 7800 м3/ч Выходное давление – 9,0 кгс/см2 Число оборотов в мин – 8350 Потребная мощность привода машины – 700 кВт Габаритные размеры: длина – 6150 ширина – 2000 высота – 1500 Для снабжения воздухом четырех ферментеров в схему включаются четыре компрессора. 8. Расчет теплообменника к компрессорной установке. При сжатии воздуха до избыточного давления 9,0 кГ/см2 температура его повышается от 20(С дна всасывании до 144(С на выходе из воздуходувки. Перед подачей в ферментер воздух охлаждают до 30(С. Для охлаждения воздуха примем предварительно кожухотрубный теплообменник ТН с неподвижными трубными решетками. диаметр корпуса ………………………….. 426/400 мм диаметр и длина теплообменных труб….25/21 и 3500 мм количество теплообменных труб ………..121 Воздух проходит внутри трубок, охлаждающая вода – по межтрубному пространству. Параметры воздуха, поступающего в компрессор: Р1=1 кГ/см2 ; t1=20(C ; (1=1,12 кг/м3; (1=70% ; V1=7200 м3/ч Параметры воздуха, выходящего из компрессора: Р2=8,7 кГ/см2 ; t2=144(С ; Производительность компрессора по сжатому воздуху: Плотность сжатого воздуха на выходе из компрессора:
Количество тепла, отводимого от воздуха в холодильнике:
С2 – средняя теплоемкость воздуха при изменении его температуры от 144 до 30 (С (tср=87(С) Расход воды на охлаждение воздуха где 0,99 – коэффициент, учитывающий потерю тепла в окружающую среду излучением: с – теплоемкость воды. 4190 Дж/кг К Скорость движения воздуха в трубках: где F – площадь сечения трубок теплообменника, F=0,042 м2 Объем воздуха при средней температуре 87(С:
Критерий Рейнольдса воздушного потока в трубках
Критерий Рейнольдса больше 2300 и меньше 10000, следовательно режим
движения в трубках - ламинарный.
Коэффициент теплоотдачи от воздуха к стенке: (1=38,8 Вт/м2 град
Скорость движения воды в межтрубном пространстве:
Где F- проходное сечение межтрубного пространства – 0,0727 м2
При средней температуре воды
(в=998 кг/м3 и (в = 0,998 т/м3
Критерий Рейнольдса потока охлаждающей воды в межтрубном пространстве
теплообменника:
Где (=0,001 Па с при средней температуре воды 20(С. dэ – эквивалентный диаметр межтрубного пространства:
П – смоченный периметр межтрубного пространства. Он рассчитывается как П = ((D + nd) = 3.14(0.4 +
132.0.025) = 11.65 м
В этой формуле D – внутренний диаметр кожуха, 0,4 м; d – наружный диаметр трубы, 0,025 м n – количество труб., 132
Коэффициент теплоотдачи от стенки к воде при ламинарном потоке в
теплообменнике ( так как Re=2096
|
