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<2300)         (2=1604
Коэффициент теплопередачи от  воздуха к охлаждающей воде:
Где ( = 0,002 м — толщина стенки труб и (=58,15 Вт/(м2 град)
11.  Определим  среднюю   логарифмическую   разность   температур   сред   в
теплообменнике при противоточном движении:
144(С                   30(С
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.
                               ( ЛИТЕРАТУРА  (
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.
————————
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]