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
FСОДЕРЖАНИЕ F
| Стр. | |
Введение ……………………………………………………………………. 1.
2.
3.
4.
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.
FЗАДАНИЕ 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.
FОПИСАНИЕ 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%.
FРАСЧЕТНАЯ 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 м
3
Расход воздуха найдем из расчета 1м
3
на 1 м
3
среды в минуту.
Vв
= 30 м
3
/мин = 1800 м
3
/час
Расход воздуха на 4 ферментера:
Vв
= 1800 * 4 = 7 200 м
3
/час = 120 м
3
/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/секскорость фильтрации υф
= 108 м
3
/час м2
Производительность данного фильтра – 1 836 м
3
/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 м
3
/час м2
[ 3 ]
Длительность работы фильтра – 150 час при удельной производительности фильтра
uф
= 4 000 м
3
/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.
6.
7.
8.
8.1
8.1.1.Потери напора на трение воздуха о стенки воздуховода на прямолинейных участках: Количество прямолинейных участков с диаметром воздуховода d в
Длина прямолинейных участков с диаметром воздуховода d в
Количество прямолинейных участков с диаметром воздуховода d в
Длина прямолинейных участков с диаметром воздуховода d в
Гидравлический коэффициент сопротивления воздуховода: Потери напора на трение воздуха о стенки воздуховода на прямолинейных участках с d в
Потери напора на трение воздуха о стенки воздуховода на прямолинейных участках с d в
8.1.2. Потери напора в отводе диаметром 1 м всасывающего воздуховода: Потери напора при переходе от воздуховода с d в
Суммарное сопротивление всасывающего воздуховода: Нвсас
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: 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: H
где Нф
8.3. Общие потери давления в нагнетательном и всасывающем трубопроводе.
Нпол
где Нп
9.
Компрессор «Егерь». Производительность – 7800 м3
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.
При сжатии воздуха до избыточного давления 9,0 кГ/см2
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
Параметры воздуха, выходящего из компрессора: Р2
Плотность сжатого воздуха на выходе из компрессора: Количество тепла, отводимого от воздуха в холодильнике: С2
где 0,99 – коэффициент, учитывающий потерю тепла в окружающую среду излучением: с – теплоемкость воды. 4190 Дж/кг К где F – площадь сечения трубок теплообменника, F=0,042 м2
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
Скорость движения воды в межтрубном пространстве: При средней температуре воды rв
Критерий Рейнольдса потока охлаждающей воды в межтрубном пространстве теплообменника: Где m=0,001 Па с при средней температуре воды 20°С. 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
Коэффициент теплопередачи от воздуха к охлаждающей воде: 11. Определим среднюю логарифмическую разность температур сред в теплообменнике при противоточном движении: 144°С 30°С 25°С 15°С 13. Подбираем теплообменник кожухотрубный
число труб – 442 длина труб – 4м число ходов – 2 d труб – 25х2 мм d кожуха – 800 мм. FЛИТЕРАТУРА
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.
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
Гидродинамическое сопротивление барбатера:
Для данной схемы выбираем влагоотделитель
объемом 60 м3
Потери напора во всасывающем и нагнетательном трубопроводах.
Потери напора во всасывающем трубопроводе.
= 0,5 м – 1
= 0,5 м – 7 м
= 0,2 м – 2
= 0,2 м - 1 м
Для прямолинейного участка с диаметром воздуховода d в
= 0,5 м:
Для прямолинейных участков с диаметром воздуховода d в
= 0,2 м
= 0,5 м:
= 0,2 м:
= 0,5 м: к воздуховоду с d в
= 0,2 м:
= Н1тр.в
+ Н1тр.
+ Нотв
+ Нпер
+ Нфил
= 1,37+0,83+0,78+0,78+95,8 = 99,5 Н/м2
длина, м
количество
1
7
8
1
7,330
1
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
– избыточное давление в ферментере. Нф
= 0,5 атм = 49050 Па
= 1,1(Нвсас
+ Ннагн
+ Нп
) =
1,1 (781000 + 98,1 + 99,5) = 859373 Па = 8,7 кгс/см2
– потери давления, Нп
= 10 кг/м3
* 9,81 = 98,1 Па
Выбор компрессора по каталогу.
/ч
Расчет теплообменника к компрессорной установке.
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.
=1 кГ/см2
; t1
=20°C ; r1
=1,12 кг/м3
; j1
=70% ; V1
=7200 м3
/ч
=8,7 кГ/см2
; t2
=144°С ;
Производительность компрессора по сжатому воздуху:
– средняя теплоемкость воздуха при изменении его температуры от 144 до 30 °С (tср
=87°С)
Расход воды на охлаждение воздуха
Скорость движения воздуха в трубках:
Объем воздуха при средней температуре 87°С:
=38,8 Вт/м2
град
Где F- проходное сечение межтрубного пространства – 0,0727 м2
=998 кг/м3
и gв
= 0,998 т/м3
dэ
– эквивалентный диаметр межтрубного пространства:
=1604
Где d = 0,002 м - толщина стенки труб и l=58,15 Вт/(м2
град)
12. Потребная поверхность теплообмена
с поверхностью теплообмена 140 м2
: [ 2 ]
F
Название реферата: Очистка воздуха перед подачей в ферментер
| Слов: | 2134 |
| Символов: | 19078 |
| Размер: | 37.26 Кб. |
Вам также могут понравиться эти работы:
- ПОДАТКИ ТА ПОДАТКОВА СИСТЕМА УКРАЇНИ
- ПРОГНОЗ ЦЕНЫ НА ОЛОВО В РОССИИ И МИРЕ НА 2000 ГОД
- Паблик релейшенс (pr) как одна из реалий сегодняшнего дня. История, психология и формы деятельности pr сотрудника
- Парусники
- Патентный поиск на тему: Современная оснастка станка по курсу Основы научной деятельности
- Пенсия по старости на общих основаниях
- Первые приспособления человека для производственной деятельности