Реферат Очистка воздуха перед подачей в ферментер
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-28Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
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
F СОДЕРЖАНИЕ F
| | Стр. |
Введение …………………………………………………………………….1. Задание …………………………………………………….………….. 2. Описание технологической схемы ………………………………. 3. Расчетная часть …………………………..…………………………… 4. Спецификация ……………………………….………………………. 5. Список использованной литературы …………...………………. | 3 5 6 7 16 17 |
F ВВЕДЕНИЕ F
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.
F ЗАДАНИЕ F
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, ε = 90 %, продолжительность работы фильтров.
F ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ F
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%.
F РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ F
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
2. Давление столба жидкости в ферментере:
Высота столба жидкости в ферментере:
Нж=rgh=9,81*6914*1,1*103=74609 кгс/м2=732000 Па
3. 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 υф = 108 м3 /час м2
Производительность данного фильтра – 1 836 м3 /час
Степень очистки – ε = 99,99 %
Сопротивление фильтрующего слоя – 28 мм вод ст = 274,4 Па
4. Рассчет масляного фильтра.
Коэффициент очистки воздуха масляным фильтром:
Выбираем фильтр масляный самоочищающийся типа ФШ с uф = 4 000 м3 /час м2 [ 3 ]
Длительность работы фильтра – 150 час при удельной производительности фильтра
uф = 4 000 м3 /час м2 из Таб.19 [ 5 ]
Потребная поверхность фильтра для очистки воздуха:
Гидродинамическое сопротивление масляного фильтра:
где d - толщина фильтра, в см
w - скорость воздуха перед входом в фильтр, м/сек
5. Параметры воздуха, поступающего в компрессор:
Удельный вес воздуха, поступающий в компрессор при 20 °С, j0=65% и d0=9,7 г/кг с в:
где u0 – удельный объем воздуха.
Тогда удельный вес воздуха
6.
Гидродинамическое сопротивление барбатера:
7. Для данной схемы выбираем влагоотделитель объемом 60 м3
8. Потери напора во всасывающем и нагнетательном трубопроводах.
8.1 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:
Местные потери сопротивления:
Общие потери давления на нагнетательном трубопроводе:
H
нагн
=
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
9. 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.
10. 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 ; r1=1,12 кг/м3; j1=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: a1=38,8 Вт/м2 град
Скорость движения воды в межтрубном пространстве:
Где F- проходное сечение межтрубного пространства – 0,0727 м2
При средней температуре воды
rв=998 кг/м3 и gв = 0,998 т/м3
Критерий Рейнольдса потока охлаждающей воды в межтрубном пространстве теплообменника:
Где m=0,001 Па с при средней температуре воды 20°С.
dэ – эквивалентный диаметр межтрубного пространства:
П – смоченный периметр межтрубного пространства. Он рассчитывается как
П = p(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<2300) a2=1604
Коэффициент теплопередачи от воздуха к охлаждающей воде:
Где d = 0,002 м - толщина стенки труб и l=58,15 Вт/(м2 град)
11. Определим среднюю логарифмическую разность температур сред в теплообменнике при противоточном движении:
25°С 15°С
12. Потребная поверхность теплообмена
13. Подбираем теплообменник кожухотрубный с поверхностью теплообмена 140 м2: [ 2 ]
число труб – 442
длина труб – 4м
число ходов – 2
d труб – 25х2 мм
d кожуха – 800 мм.
F ЛИТЕРАТУРА
F
1. Гинзбург А. С., Гребенюк С. М. И др. Лабораорный практикум по процессам и аппаратам пищевых производств – М.:Агропромиздат, 1990. – 256 с.
2. Иоффе И. Л. Проектирование процессов и аппаратов: химическая технология – учебник для техникумов – Л.: Химия 1991 – 352с, ил.
3. Калунянц К. А. и др. Оборудование микробиологических производств: Агропромиздат, 1987.- 398 с.: ил.
4. Каталог оборудования микробиологической промышленности
5. Колосков С. П. Оборудование предприятий ферментной промышленности. М.: Пищевая промышленность, 1969 г., 383 с.
