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 ……………………………………………………………………. Задание …………………………………………………….………….. Описание технологической схемы ………………………………. Расчетная часть …………………………..…………………………… Спецификация ……………………………….………………………. Список использованной литературы …………...……………….	3 5 6 7 16 17

 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 y_н = 3,3 мг/м³, ε = 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.

V_в = 30 м³ /мин = 1800 м³ / час

Расход воздуха на 4 ферментера:

V_в = 1800  4 = 7 200 м³ /час = 120 м³/мин

1. Давление столба жидкости в ферментере:

В
ысота столба жидкости в ферментере:

Н_ж=gh=9,8169141,110³=74609 кгс/м²=732000 Па

1. 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 υ_ф = 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

1. 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:

г
де  - толщина фильтра, в см

 - скорость воздуха перед входом в фильтр, м/сек

1. 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

1. Г
   идродинамическое сопротивление барбатера:

1. Для данной схемы выбираем влагоотделитель объемом 60 м³

2. 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:

Н_всас = Н_1тр.в + Н_1тр. + Н_отв + Н_пер + Н_фил = 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.