Очистка повітря перед поданням о ферментер

Міністерство Вищої Освіти Російської Федерации.

Московський Державний Университет.

Харчових производств.

Кафедра: «биотехноогии, екології и.

сертифікації пищевых.

продуктов".

«Схема очищення повітря, подаваного в ферментер».

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА До КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ.

50-КП-95-ПТМ-13.Б/06.4.1.

виконав: студент подпись.

дата.

викладач: подпись.

дата.

Москва 1999 г.

(ЗМІСТ (.

| |Стор. | |Запровадження … |3 | | |5 | |Завдання … | | | |6 | |Опис технологічної схеми … | | | |7 | |Розрахункова частина … | | | |16 | |Специфікація … | | | |17 | |Список використаної літератури … | | | | |.

(ЗАПРОВАДЖЕННЯ (.

У сучасному микробиологическом виробництві зростають вимоги до рівня очищення технологічного повітря, подаваного для аерації при культивуванні микроорганизмов-продуцентов біологічно активних речовин. Навіть незначне зміст сторонньої мікрофлори повітря може призвести до інфікування і різкого зниження виходу продукту, бо за многосуточном циклі культивування продуцента споживається 50−80 тис. м3/час воздуха.

У повітрі промислових міст міститься пилюку у концентрації від 5 до 100 мг/м3, що становить 106−108 твердих частинок розміром 5−150 мкм. Мікроорганізми глушаться на частинках пилу, і навіть вільно витають у повітрі. Їх вміст у повітрі залежить від часу діб, сезону і погоди і як до 2000 клітин на 1 м³. Вільно витающие вегетативні клітини швидко инактивируются, життєздатними залишаються всього лише суперечки. Склад мікроорганізмів дуже різноманітний, і величини мікробних клітин неоднакові. Визначення розміру клітини необхідне забезпечення необхідної ефективності бактеріальної очищення технічного повітря, яка здійснюється з допомогою фільтрації. При фільтрації клітини мікроорганізмів затримуються на фільтрах, а очищений повітря вступає у технологічну линию.

У виконанні вітчизняної й зарубіжної промисловості використовують різноманітні типи фільтрів.. Процеси, що призводять до захоплення частинок при фільтрації, ділять на ситовые (з осадженням частинок з прямою доторку, якщо розмір просвітку менше діаметра частки) і неситовые, до яких належать інерційний осадження, дифузія, і навіть електростатичне притяжение.

Бо з зменшенням розмірів частинок ефективність інерційного осадження знижується, а диффузионного зростає, а більш повільно, то існує діапазон розмірів фильтруемых частинок, що особливо важко піддаються уловлюванню. Це частки розміром до 0,3 мкм. Тому, за проектуванні фільтруючих систем в микробиологическом виробництві в ролі розрахункового розміру приймають 0,3 мкм.

Проте до очищення повітря від клітин мікроорганізмів, найбільш важко піддаються уловлюванню, потрібно здійснити попередню очищення повітря від пилу й інших механічних частинок розміром до 150 мкм.

Полидисперсность затриманих при фільтрації частинок обумовлює створення багатоступінчастої системи очищення технологічного повітря, що з фільтра попередньої очищення, блоку компресора і каскадів біологічних фильтров.

(ЗАВДАННЯ (.

Варіант № 7.

Розрахувати і спроектувати установку очищення і стерилізації повітря, що надходить чотири ферментера обсягом 50 м³, де відбувається у стерильних умовах біосинтез лізину бактеріями Brevibacterium sp. 224. Надлишкове тиск у ферментере — 0,5 атм 1. Підібрати адекватні фігури фільтр грубої очищення повітря (масляний) 2. Підібрати адекватні фігури компресор і перевірити тиск повітря. 3. Розрахувати теплообмінник повітряного охолодження. 4. Підібрати адекватні фігури влагоочиститель 5. Підібрати адекватні фігури основний рахунок і індивідуальний фільтри. 6. Визначити опір фільтрів при швидкості повітря W=3 м/сек 7. Концентрацію пилу після олійного фільтра, якщо yн = 3,3 мг/м3,? = 90.

%, тривалість роботи фильтров.

(ОПИС ТЕХНОЛОГІЧНОЇ СХЕМИ (.

Систему фільтрації загалом можна охарактеризувати мікробіологічної надійністю (ймовірністю питомої проскока першої життєздатною клітини) і сумарним перепадом тиску в системе.

Багатоступінчаста система очищення повітря забезпечує розрахункову ефективність стерилізації воздуха.

Повітря на аерацію в посівні і виробничі ферментеры подають із допомогою компресора. Перед стиском повітря проходить через спеціальний фільтр очищення від механічних домішок. Нагрітий у процесі компреммирования стиснений повітря із тиском 4,123 МПа охолоджується в кожухотрубном теплообменнике і після нього вступає у циклон.

Перед надходженням в ферментер повітря проходить часткову очищення від мікроорганізмів в фільтрі грубої очищення повністю очищається від мікроорганізмів в фільтрі тонкого очищення. У ферментер очищений повітря подають із допомогою барбатера.

У фільтрі грубої очищення повітря проходить за два безупинно рухомі сітки, змочені олією. Швидкість першої сітки 16, другий — 7 см/мин. Сітки натягнуті між провідними і натяжными валами. Провідні вали наводяться в рух електроприводом. При русі сітки проходять через масляну ванну, де з нього змивається що осіло пыль.

Для тонкої бактеріальної очищення повітря застосовуються фільтри різних типів. Поширеними є фільтри з тканиною Петрянова. Вона є надтонкі, безладно сплетені як полотен на марлевою або інший пористої основі волокна завтовшки 1,5 мкм з перхлорвинила (ФПП-15). Ці синтетичні матеріали вимагають стерилізації глухим пором, оскільки мають обмежену теплостойкость. Коефіцієнт проскока у тих фільтрах не перевищує 0,1 — 0,01%.

(РОЗРАХУНКОВА ЧАСТИНА (.

1. Витрата воздуа на виборах 4 ферментера.

Робочий обсяг ферментера:

Виберемо ферментер конструкції Гипромедпрома [ 5 ] стор. 246.

Діаметр ферментера — 3215 мм.

Висота ферментера — 11 524 мм.

Обсяг рідини в ферментере — 30 м³.

Витрата повітря знайдемо з розрахунку 1 м³ на 1 м³ середовища в минуту.

Vв = 30 м³ /хв = 1800 м³ / час.

Витрата повітря на виборах 4 ферментера:

Vв = 1800 (4 = 7 200 м3 /годину = 120 м3/мин.

Тиск стовпа рідини в ферментере:

Висота стовпа рідини в ферментере:

Нж=(gh=9,81(6914(1,1(103=74 609 кгс/м2=732 000 Па.

По швидкість руху повітря (W=3 м/сек) і продуктивності підберемо фільтр тонкого очищення [ 5 ] стор. 284 Таб. 20.

Для даної схеми виберемо індивідуальний фільтр «Лайк» СП 6/17 ФПП-15.

Площа фільтруючій поверхні: F = 14 м².

При швидкості повітря W=3 м/сек швидкість фільтрації vф = 108 м³ /годину м2.

Продуктивність даного фільтра — 1 836 м3 /час.

Ступінь очищення —? = 99,99%.

Опір фільтруючого шару — 28 мм вод ст = 274,4 Па.

2. Рассчет олійного фильтра.

Коефіцієнт очищення повітря мастильним фильтром:

Вибираємо фільтр масляний самоочищающийся типу ФШ з (ф = 4 000 м3 /годину м2 [ 3 ].

Тривалість роботи фільтра — 150 годину при удільної продуктивності фильтра.

(ф = 4 000 м3 /годину м2 з Таб.19 [ 5 ].

Потрібна поверхню фільтра очищення воздуха:

Гидродинамическое опір олійного фильтра:

де (- товщина фільтра, в см.

(- швидкість повітря перед входом в фільтр, м/сек.

3. Параметри повітря, що надходить компрессор:

Питома вага повітря, що надходить у компресор при 20 (З, (0=65% і d0=9,7 г/кг з в: де (0 — питомий обсяг воздуха.

Тоді питому вагу воздуха.

4. Гидродинамическое опір барбатера:

5. Для даної схеми вибираємо влагоотделитель обсягом 60 м³ 6. Втрати напору у всасывающем і нагнетательном трубопроводах.

1. Втрати напору у всасывающем трубопроводе.

8.1.1. Втрати напору на тертя повітря про стінки воздуховода на прямолінійних участках:

Кількість прямолінійних ділянок з діаметром воздуховода d в= 0,5 м — 1.

Довжина прямолінійних ділянок з діаметром воздуховода d в=.

0,5 м — 7 м.

Кількість прямолінійних ділянок з діаметром воздуховода d в= 0,2 м — 2.

Довжина прямолінійних ділянок з діаметром воздуховода d в=.

0,2 м — 1 м.

Гідравлічний коефіцієнт опору воздуховода:

Для прямолінійного ділянки з діаметром воздуховода d в= 0,5 м:

Для прямолінійних ділянок з діаметром воздуховода d в= 0,2 м.

Втрати напору на тертя повітря про стінки воздуховода на прямолінійних ділянках поряд із d в= 0,5 м:

Втрати напору на тертя повітря про стінки воздуховода на прямолінійних ділянках поряд із d в= 0,2 м:

8.1.2. Втрати напору в відведення діаметром 1 м всмоктувальної воздуховода:

Потери напору під час переходу від воздуховода з d в= 0,5 м: до воздуховоду з d в= 0,2 м:

Суммарное опір всмоктувальної воздуховода:

Нвсас = Н1тр. в + Н1тр. + Нотв + Нпер + Нфил = 1,37+0,83+0,78+0,78+95,8 = 99,5 Н/м2.

8.2. Втрати напору в нагнетательном трубопроводе.

8.2.1 Втрати напору на тертя повітря про стінки воздуховода на прямолінійних участках:

Длина і кількість прямолінійних ділянок нагнетательного воздуховода:

|довжина, м |кількість | |1 |7 | |8 |1 | |7,330 |1 |.

7,300м — довжина воздуховода, який струменіє всередині ферментера до барботеру. (5 (стор. 246 рис. 76 Довжина прямих ділянок нагнетательного воздуховода:

L = 1+8+7,330=16,33 м.

Местные втрати сопротивления:

Общие втрати тиску нагнетательном трубопроводі: Hнагн = Нтр.в. + Нотв + Нфил. р. оч. + 4Нфил. тон. оч. + Нбарб + Нж + Нф = 8,09 + 0,55 + 95,8 + 4 (274,4 + 0,78 + 732 (103 + 49 050 (781 000 Па де Нф — надлишкове тиск у ферментере. Нф = 0,5 атм = 49 050 Па 8.3. Загальні втрати від тиску в нагнетательном і всасывающем трубопроводе.

Нпол = 1,1(Нвсас + Ннагн + Нп) = 1,1 (781 000 + 98,1 + 99,5) = 859 373 Па = 8,7 кгс/см2 де Нп — втрати тиску, Нп = 10 кг/м3 (9,81 = 98,1 Па 7. Вибір компресора по каталогу.

Компресор «Егерь».

Продуктивність — 7800 м3/ч.

Вихідний тиск — 9,0 кгс/см2.

Кількість обертів за хв — 8350.

Потрібна потужність приводу машини — 700 кВт.

Габаритні розміри: довжина — 6150 ширина — 2000 висота — 1500.

Для постачання повітрям чотирьох ферментеров в схему включаються чотири компрессора.

8. Розрахунок теплообмінника до компресорної установке.

При стисканні повітря до надлишкового тиску 9,0 кГ/см2 температура його підвищується від 20(С дна усмоктуванні до 144(С виході з воздуходувки.

Перед поданням о ферментер повітря охолоджують до 30(С. Для охолодження повітря приймемо попередньо кожухотрубный теплообмінник ТН з нерухомими трубними гратами. діаметр корпусу … 426/400 мм діаметр й довжину теплообмінних труб…25/21 і 3500 мм кількість теплообмінних труб …121.

Повітря проходить всередині трубок, що охолоджує вода — по межтрубному пространству.

Параметри повітря, що надходить компрессор:

Р1=1 кГ/см2; t1=20(C; (1=1,12 кг/м3; (1=70%; V1=7200 м3/ч.

Параметри повітря, виходить із компрессора:

Р2=8,7 кГ/см2; t2=144(С ;

Продуктивність компресора по стиснутому воздуху:

Щільність стиснутого повітря виході з компрессора:

Кількість тепла, відведеного від повітря на холодильнике:

С2 — середня теплоємність повітря за зміни його температури від 144 до.

30 (З (tср=87©.

Витрата води на охолодження воздуха.

де 0,99 — коефіцієнт, враховує втрату тепла в довкілля випромінюванням: з — теплоємність води. 4190 Дж/кг К.

Швидкість руху повітря на трубках:

де F — площа перерізу трубок теплообмінника, F=0,042 м².

Обсяг повітря за середньої температурі 87(С:

Критерій Рейнольдса повітряного потоку в трубках Критерий Рейнольдса більше 2300 і від 10 000, отже режим руху на трубках — ламинарный. Коефіцієнт тепловіддачі від повітря до стінки: (1=38,8 Вт/м2 град.

Швидкість руху води в межтрубном пространстве:

Де Fпрохідне перетин межтрубного простору — 0,0727 м² За середньої температурі води (в=998 кг/м3 і (в = 0,998 т/м3 Критерій Рейнольдса потоку охолоджувальної води в межтрубном просторі теплообменника:

Где (=0,001 Па з за середньої температурі води 20(С.

dэ — еквівалентний діаметр межтрубного простору: П — змочений периметр межтрубного простору. Він розраховується как.

П = ((D + nd) = 3.14(0.4 + 132.0.025) = 11.65 м У цій формулі D — внутрішній діаметр кожуха, 0,4 м; d — зовнішнє діаметр труби, 0,025 м n — кількість труб., 132 Коефіцієнт тепловіддачі від стінки до води при ламинарном потоці в теплообменнике (оскільки Re=2096.