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摘要
对年产1000吨丙酮酸生产线的公用工程部分进行设计,解决无菌空气、冷冻水、蒸汽的供给问题,满足工艺生产的各项需要。
结合工厂工艺设计的物料衡算、能量衡算等计算数据,按给定具体工艺要求,进行公用工程配套设计计算。在此基础上绘制流程图并开展通用设备选型、非标设备设计同时进行公用工程平面布置设计。经过对各设备的比较、论证,选择最适合工艺流程的公用工程设备,以达到优化资源配置的同时能够做到对环境的污染最小,对能源的浪费最少。
关键字:丙酮酸 发酵 工厂设计
1.1 项目简介 2
1.1 .1 建设项目名称: 2
1.1.2 建设规模、生产方法和工作制度 2
1.1.3 厂址选择及其自然条件 2
1.1.4 公用工程供应条件 3
2.1 丙酮酸发酵生产公用工程设计 3
第二章 空气系统设计 3
1.1 空气系统流程 3
1.1.1 空气的预处理 3
1.1.2 空气除菌流程 4
2.1 空气系统工艺计算 5
2.1.1发酵车间无菌空气高峰需求量 6
2.1.2 发酵车间无菌空气年耗量 6
3.1 空气系统设备选型 6
3.11 布袋粗过滤器 6
3.1.2 空气压缩机 6
3.1.3 旋风分离器 7
3.1.4 空气储罐 8
3.1.5 丝网过滤器 9
3.1.6 总过滤器 11
4.1 设备安装注意事项 12
第三章 蒸汽系统设计 13
1.1 蒸汽系统流程 13
1.1.1 锅炉用水的预处理 13
1.1.2 蒸汽系统流程图 15
2.1 蒸汽系统计算 15
3.1 蒸汽系统设备选型 16
3.1.1 单流式机械过滤器 16
3.1.2 逆流式Na离子交换器 16
3.1.3 除氧设备 17
3.1.4 卧式水火管锅炉 18
4.1 设备安装注意事项 19
第四章 冷冻水系统设计 19
1.1 冷冻水系统流程 19
2.1 冷却水系统计算 20
3.1 冷冻水系统设备选型 21
3.1.1 压缩机 21
3.1.2 冷凝器 21
3.1.3 蒸发器 22
4.1 设备安装注意事项 22
第五章 小结 23
1.1 结束语 23
第一章 项目概述
1.1 项目简介
1.1 .1 建设项目名称:
年产1000吨丙酮酸生产线的工艺设计
1.1.2 建设规模、生产方法和工作制度
(1)建设规模:年产1000吨丙酮酸
(2)原料葡萄糖先经预热器预热,然后进行连续灭菌过程,制成灭菌培养基。将酵母与无菌培养基一起放入发酵罐,通入无菌空气发酵,再从发酵液中提取产物丙酮酸结晶。
(3)工作制度:工作日按300天计,发酵、过滤实行两班制。
1.1.3 厂址选择及其自然条件
项目建设地点选择在郑州市,其自然条件如下表:
年平均气温 16.3℃ 历年平均最高气温 38℃
历年平均最低气温 -4.2℃ 最热平均相对湿度 85%
最冷平均相对湿度 75% 年平均气压 1016.5mP
夏季平均气压 1004.5mP 年均风速 3.6m/s
年均降水量 1025.6mm 日最大降水量 219.6mm
1.1.4 公用工程供应条件
公用工程 要求条件 要求用量
无菌空气
除菌率>99% 102.6m3/min
加热蒸汽 121℃,0.4mPa 2.5t/d
冷却水 18℃ 126.73 t/d
2.1 丙酮酸发酵生产公用工程设计
工厂设计是各专业设计人员通力合作,集体创造的过程。在设计过程中,各专业既分工,又合作,其中生产工艺设计是工厂设计的核心,起主导工作,而公用工程设计(辅助生产工程设计)是保证工厂正常生产不可缺少的重要组成部分,是根据工艺专业的设计要求进行工作的。它们相辅相承组成工厂的各部分,形成一个有机的整体。为了更好地发挥工艺专业的主导工作,工艺设计人员必须熟悉和了解各辅助专业的工作任务,明确设计过程中应向不同的辅助专业提供必要的工艺设计资料和提出不同的要求,作为辅助专业设计的依据。同时又要利用辅助专业的设计成果,为工艺设计服务。有矛盾时,协商解决,确定出合理的方案。这对保证设计质量,加快工程进度,并保证工厂投产后的良好运行效果,是十分重要的。另外,在一些工厂,特别是中,小厂的建设、扩建中,由于技术力量的不足,往往也需要工艺技术人员统筹考虑公用工程中的有关问题。
第二章 空气系统设计
1.1 空气系统流程
1.1.1 空气的预处理
空气中的微生物大多数依附于空气中的尘埃颗粒上。提高压缩前空气的洁净度的主要措施是提高空气吸气口的位置和加强吸入空气的前过滤。
为了保护空气压缩机,常在空气吸入口处设置粗过滤器,以滤去空气中颗粒较大的尘埃,减少进入空气压缩机的灰尘和微生物含量及压缩机的磨损,并减轻主过滤器的负荷,提高除菌空气的质量。对于这种前置过滤器,要求过滤效率高,阻力小,否则会增加压缩机的吸入负荷和降低压缩机的排气量。通常采用布袋过滤器、填料过滤器、油浴过滤器和水雾除尘过滤器。
为了节约成本,本设计采用布袋过滤器。
1.1.2 空气除菌流程
采用两级冷却、加热除菌系统,其流程图如图1:
两级冷却除菌流程是一个比较完善的空气除菌流程,可适应各种气候条件,能够充分地分离油水,使空气达到低的相对湿度下进入过滤器,以提高过滤效率。该流程的特点是两次冷却、两次分离、适当加热。两次冷却、两次分离油水的好处是能提高传热系数,节约冷却用水,油水分离的比较完全。经第一冷却器冷却后,大部分的水、油都已经结成较大的雾滴,故适宜用旋风分离器分离。第二冷却器使空气进一步冷却后析出一部分较小雾粒,宜采用丝网分离器分离,这样发挥丝网能够分离较小直径的雾粒和分离效果高的作用。第一级冷却到30~35℃,第二级冷却到20~25℃。除水后,空气的相对湿度仍然是100%,须用丝网分离器后的加热器加热将空气中的相对湿度降低至50%~60%,以保证过滤的正常运行[1]。
为了克服输送过程中过滤介质等阻力,吸入的空气须经空压机压缩。空气经压缩后,温度会显著上升,压缩比愈高,温度也愈高。若将此高温压缩空气直接通入空气过滤器,会引起过滤介质的炭化或燃烧,而且还会增大培养装置的降温负荷,给培养温度的控制带来困难,同时高温空气还会增加培养液水分的蒸发,对微生物的生长也不利,因此要将压缩空气降温。所以在空气储罐后要装一个冷却器,如流程图中的4,6两处。
根据式子(1):
(1)
当空气的总压力P及湿含量χ为一定值时,相对湿度φ随 Ps而改变,但Ps又是温度的函数,φ因此随温度而变,即温度升高时,φ降低,反之,φ则升高。若温度降至露点,φ升到100%时,过剩的那部分水蒸气就会凝成露滴而析出,同样压缩空气中夹带的油分也会冷凝下来。由此可以看出经冷却降温后的空气相对湿度增大,会析出水来,使过滤介质受潮失效,所以压缩后的湿空气要除水,同时由于空气经压缩机后不可避免地会夹带润滑油,故除水的同时也要进行除油。因此在5处设置一个旋风分离器用来除去空气中的水和油。
介质过滤器是利用块状介质,颗粒状介质、网状介质或高分子材料丝网的惯性拦截作用来分离空气中的水和油滴的方法。在各种介质过滤器中丝网分离器具有较高的分离效率,它对直径大于5μm的颗粒分离效果可达99%,大于10μm的更可高达99.5%,且能出去部分2-5μm的较细颗粒,加上结构简单,阻力不大等,被广泛用于生产中。流程图中7处就是一个丝网过滤器。
在最后设置一个总过滤器,也是流程中最重要的一个过滤器,用来过滤掉空气中绝大部分残余的油、水及真菌,以达到所需无菌空气的要求。
2.1 空气系统工艺计算
生产工艺基础数据:年产1000t丙酮酸,产酸率72g/l,转化率70%,提取率80%,染菌率1%,年工作日300,发酵周期64h,辅助时间8小时,平均通气比1:0.3
2.1.1发酵车间无菌空气高峰需求量
Vmax=2×238.75+6×995=6247.5(m3/h)=1.74(m3/s)
2.1.2 发酵车间无菌空气年耗量
V=6×6.5×10-6+2×1.63×106=4.23×107(m3)
无菌空气消耗量:(75×0.7×6+5×0.7×2)×0.3=102.6m3/h
3.1 空气系统设备选型
3.11 布袋粗过滤器
布袋过滤器的结构简,只要将滤布缝制成与骨架相同形状的布袋,绷紧缝于骨架上,并缝紧所有造成短路的空隙。布袋过滤的过滤效率和阻力损失要视所选用的滤布结构和滤布面积而定。布质结实而细致,则过滤效率高,但阻力大。现多采用合成纤维滤布、无纺布。滤布要求定期换洗,以减少阻力和提高过滤效率。本设计采用合成纤维滤布,气流速度为2-2.5m/min,空气阻力约为60-120mmHg。 |
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