1000吨的的丙酮酸工厂设计的可行性报告摘要
公共工程的一部分，年产1000吨的丙酮酸生产线的设计，解决了无菌空气，冷却水，蒸汽供应，以满足工艺生产的需要; 。
结合工厂工艺设计，物料平衡，能量平衡计算出的数据，给出了具体的工艺要求，公用工程配套设计计算。流程图，并在此基础上开展通用设备选型，非标设备的设计和布局设计的公共工程。各种设备的比较，论证，选择最合适的公共工程设备的过程中，优化资源配置的同时能够做至少对环境的污染，能源浪费至少。
关键词：丙酮酸发酵车间设计
1.1项目2
1.1 0.1建设项目名称：2
1.1.3，1.1.2建设规模，生产方法和系统的工作地点的选择和自然条件2
1.1.4电力公司提供条件3
2.1丙酮酸公共工程设计
第2章空调系统设计3
1.1新风系统处理发酵法生产3
1.1.1空中预处理3
1.1.2空气消毒处理4 2.1.1发酵车间无菌空气需求高峰
2.1.2发酵车间的无菌空气消耗
3.1空气系统设备选择6
3.11包粗效过滤器6
3.1.2空气压缩机6
3.1.3除尘器7
3.1.4空气罐8
3.1.5网状过滤器
3.1.6总过滤11 BR /> 4.1设备安装注意事项12
第三章蒸汽系统设计的蒸汽系统处理13
1.1 13
1.1.1锅炉水预处理13
1.1.2蒸汽系统流程图15
2.1蒸汽系统的15
3.1蒸汽系统设备选择16
3.1.1单流16
3.1.3除氧器机械过滤器16
3.1.2逆流钠离子交换设备17
3.1.4卧式消防水管锅炉18
4.1设备安装注意事项19
章冷却水系统设计19
1.1冷却水系统处理19
2.1冷却水系统20
3.1冷却水系统设备选型21
21
3.1.2冷凝器21
3.1.3蒸发器22
4.1安装注意事项22
本章小结3.1.1压缩机23
概述
1.1项目概况1.1结论23
>
1.1 0.1建设项目名称：1000吨的丙酮酸生产线的工艺设计
1.1.2的规模建设，生产方法和系统的工作
（1）建设规模：1000吨丙酮酸
（葡萄糖2）原料预热器，预热，然后再进行一个连续灭菌过程中，要准备一个无菌培养基。到发酵罐中的酵母和无菌培养基中，无菌空气通入发酵，然后，萃取产物从发酵液中丙酮酸结晶。
（3）操作系统：工作日300天，发酵，过滤双班。
1.1.3选址和自然条件
项目现场选择在郑州市自然条件下表：
全年平均温度为16.3℃，历年平均最高气温38°C
历史平均最低气温-4.2??℃最热门的平均相对湿度为85％
最冷月平均相对湿度为75％的年平均气压1016.5mP
夏季平均气压1004.5 MP年平均风速3.6米/ s的
平均每年沉淀是1025.6毫米的日最大降水量219.6毫米
1.1.4公共工程的供应条件要求剂量
公共工程要求无菌空气
杀菌率> 99％102.6m3/min
加热蒸汽121°C，0.4MPa的2.5吨/ D
冷却水18°C和126.73吨/e
2.1公用工程设计
厂设计的发酵法生产丙酮酸的专业设计人员的共同努力，集体创作的过程。在设计过程中，各专业既有分工的分工与合作，包括生产设计，工厂设计的核心，发挥领导工作，公共工程设计（辅助生产工程），以确保该工厂是不可缺少的重要部分的正常生产，根据专业工作的过程中，达到了设计要求。他们补充的工厂组成，形成一个有机的整体。工艺设计，以更好地发挥主导专业技术人员必须熟悉不同的准专业和理解的各种辅助专业任务，明确设计过程中应提供必要的工艺设计信息和不同的要求，作为辅助专业人员的基础。的设计。虽然使用所取得的成就的辅助专业的设计，工艺设计服务。矛盾得到解决，通过协商，确定一个合理的选择。这是为了确保设计质量，加快工程的进度，并确保良好的运行效果，工厂在运转，这是非常重要的。此外，在一些植物中，特别是在建筑的一个小工厂，扩张，由于缺乏技术力量，往往还需要技术来统筹考虑公共工程有关的问题。预处理
第二章空气系统设计
1.1新风系统处理
1.1.1空气附着在空气中的尘埃粒子在空气中的微生物。主要措施，以改善的压缩前的空气的洁净度是改善以前的进气过滤器的进气口的位置，和加强。
为了保护空气压缩机，并经常在空气吸入口设置的粗过滤器，过滤空气中的较大颗粒的灰尘，减少灰尘和微生物的含量，并且在压缩机的磨损到空气压缩机，以减轻主过滤器的负荷，提高过滤的空气质量。这是预过滤器，过滤效率高，阻力小，否则会增加压缩机的吸入负载，并减少了压缩机的位移。通常是一个袋式过滤器中，填料过滤器，过滤器的油浴中，气雾防尘滤波器。
为了节省成本，本设计采用了袋式除尘器。
1.1.2空气杀菌处理
2冷却，加热消毒系统，在图1中所示的流程图：
两个冷却灭菌过程是一个比较完善的空气过滤过程可以适应各种天气条件下，可以充分地从油和水分离，以使空气进入到过滤器在低的相对湿度，以提高过滤效率。的方法，其特征在于由两个冷却，两个分离的，适当地加热。冷却两次，两次的好处的油和水的分离，可以提高传热系数，从而节省冷却水，油和水分离完全。由第一冷却器冷却后，大部分的水，油，以形成较大的液滴，因此适合使用旋风分离器。第二冷却器的空气被进一步冷却到一个小的雾状粒子的沉淀物的一部分，应使用屏幕分离器分离，所以起到的直径较小的丝网，其能够分离喷雾粒子和分离的作用。的第一阶段的冷却至30?35℃，第二阶段被冷却到20?25℃，以除水，空气中的相对湿度的仍然是100％，在空气相对湿度与屏幕分离器中的加热器降低到50％至60％，为了确保过滤器[1]的正常运作。
为了克服过滤介质的输送过程中的电阻，所吸入的空气到空气压缩机压缩。空气被压缩，温度会显着上升时，压缩比为高，温度也越高。如果这样高的温度的压缩空气直接进入空气过滤器，过滤介质将导致烧焦或燃烧，但同时也增加了在培养装置中的冷却负荷，培养温度控制变得困难，而高的温度会增加空气的培养肉汤中的蒸发水，也是不利的微生物的生长，所以你要冷却压缩空气。要安装一个较冷的空气罐，如4,6流程图2。
（1）
时的总空气压力P的χ和水分含量为一定值，根据公式（1）的相对湿度φ：
与诗变化，但Ps是温度，φ，因此随温度，即在升高的温度下的变化的函数，φ减小，反之亦然，φ的崛起。 Φ上升到100％，如果将温度降低到露点，其超过部分的水蒸汽将被胶结芦荻和沉淀，相同的压缩的空气夹带的油也浓缩。可以看出，冷却后空气相对湿度的增加，水的沉淀受潮失败的过滤介质，除了水，所以压缩湿空气，因为不可避免地夹带空气通过压缩机的润滑油，因此，在除水，但也脱脂。因此设定为5的旋风分离器被用于从空气和油以除去水。的
介质过滤器使用的大量的媒体，的颗粒介质，网状介质，或液滴在空气中的水和油分离的聚合物材料的Web截距法的惯性的作用。在过滤器中的各种媒体中的具有高分离效率的一个屏幕分离器，它有一个直径大于5μm的颗粒的分离效果可达99％以上，大于10μm的可高达99.5％，并且可以出去部分2 - 5微米的颗粒越细，再加以简单的结构，和电阻没有被广泛使用的生产中。图7是一个流程图，一个金属丝网过滤器。
在最后一组总共有过滤器，一个过滤器，用于过滤掉大部分残留的油，水和真菌中的空气在这个过程中是最重要的，并且为了实现要求的所需无菌空气。
一个2.1空气系统的工艺计算
生产过程中的数据的基础上，年产1000T丙酮酸生产的速度72克/ L，转化率达到70％，80％的提取率，细菌污染率的1％，年工作日300的发酵周期64小时，辅助时间为8小时，平均通气比例为1:0.3
2.1.1发酵车间高峰需求为无菌空气
VMAX = 2 ×238.75 +6×995 = 6247.5（立方米/小时）= 1.74（立方米/秒），
年消费量
V 2.1.2发酵车间无菌空气= 6×6.5×10-6 +2 ×1.63×106 = 4.23×107（立方米）
无菌空气消耗量：（75×0.7×6 +5×0.7×2）×0.3 =102.6立方米/小时
3.1空气系统设备选型 BR /> 3.11袋粗过滤器
结构简单的包过滤袋的过滤布缝制成骨架形状相同的骨架，紧绷绷缝，紧缩所有短路的差距引起的。袋式过滤器的过滤效率和阻力损失所选择的区域？滤布结构和布。布强，细致，过滤效率高，但阻力。现在使用更合成纤维过滤布，非织造织物。滤布需要定期清洗，以减少阻力，提高过滤效率。本设计采用合成纤维过滤布气流速度的2-2.5m/min，空气阻力大约是60-120mmHg。
3.1.2空气压缩机
发酵工业常用的低压空气压缩机，气体输送装置，用于提供所要求的发酵工业生产0.2?0.3MPa的压缩空气（表压）。一般用的是涡轮空气压缩机或空气压缩站吸气往复式空气压缩机设备。空气被压缩到一定的压力，以获得一定的压力的无菌空气通过空气过滤系统使用深层培养。两个空气压缩机，示于表1。
压缩机类型特点优点缺点
涡轮增压的空气供应，稳定出口压力，压缩空气无的油雾输出功率消耗小，结构紧凑，占地面积小的技术要求高
泵操作时，气体压力发热，因此需要冷却缸外广泛的设备容量，价格比较便宜，操作和维护更方便出口流量不稳定，气体压力夹带的雾沫
表1比较的两个空气压缩机
带来了很大的方便，由于压缩的空气的涡轮式空气压缩机的输出不含有油雾的空气除菌的背面，所以的该空气过滤系统进行了简化，减少一些费用，本设计采用了涡轮增压的空气压缩机。
无菌空气消耗：（75×0.7×6 +5×0.7×2）×0.3 =102.6立方米/小时= 60.38acfm。
初选涡轮空气压缩机型号HP1.0位移40acfm，两个平行的工作40acfm×2 = 80acfm> 60.38acfm的生产工艺的要求。
3.1.3旋风
气旋是结构简单，阻力小，高分离气 - 固或气 - 液分离设备。空气一般15至24个/秒的流速进入旋流器的切线方向，并在周向内侧的圆周运动时，由于具有比空气更大的，所以一个更大的惯性力的严重的油滴，所以当空气内的隔板的圆周运动，油滴仍然作直线运动，从而解决在容器壁。排气音4-8m / s的，油滴的流速是在旋流器的径向速度和气流速度的平方成正比，但的回转半径的增加而减少，从而使旋流器入口管该区域基本上是小的，分离器的直径也较小。但是，更大的入口空气流率，管的直径越小，空气的阻力越大。
图2旋风旋风一般的尺寸比例大致为：后
D1 = 0.4-0.6，L1 = 1-2D ,2-3D，H = 0.5D，B = 0.2-0.25D，D2 = 0.2-0.35D
为方便起见，以下的式分离器的直径D的一个粗略的估计如下：
（2）式（2）中：Q - 通过旋流器的空气流量，m3/min。
旋流器空气流量Q = 120m3/min
D = 0.1 =1.095米，所以D为1.1米。
D1 =0.5米的L1 = 2D 2.2米L2 = 3D = 3.3mh = 0.5D = 0.55mb = 0.2D =0.22米D2 = 0.2D =0.22米
3.1.4空气罐/>压缩空气被冷却到一定温度时，点的油和水，在100％的相对湿度的空气，除非加热温度，水分，然后再沉淀，只要温度稍微降低，使过滤介质潮湿和过滤能力降低或丧失。必须被冷却以除去压缩空气中的水分加热到一定的温度，从而使相对湿度降低，在以输入过滤器。干燥的压缩空气的加热温度，以确保空气的选择，以确保灭菌的过滤器的效率是非常重要的。一般来说，较低的温度和湿度后的温度之间的温度差的升湿后约10?15℃的相对湿度低于一定水平时，进入过滤器，以满足要求的，即能保证。
空气加热一般是列管式换热器出来的空气来实现的，由压缩机的脉冲，需要安装一个空气罐消除脉冲，以保持过滤器前的油箱压力的稳定性。的作用的气体罐，并在除了压力稳定，沉降也可以是水箱中的微滴的一部分。液化气罐的结构如下图所示：
图3液化气罐的结构图
空气罐容积的计算公式如下：V = 0.15V（3）
（3）：V空气罐容积V-压缩空气流量，m3/min。
贮气罐体积V = 0.15V = 0.15×120 =18立方米
设定空气罐圆筒部的高度与直径之比为2.5:1
然后D =2.09米H = 2.5D =5.23米
3.1.5网状过滤器
介质过滤器的这种设计的过滤器滤材使用0.25毫米×40目不锈钢网格，在介电层的屏幕高度150毫米，图是如下：
网状过滤器的结构图
的屏幕最大风速：
（4）（4）：值ωmax - 最大风速，m / s的ρP - 比例的液滴，kg/m3的ρG - 空气的比例，kg/m3的K - 系数为0.107
发现25℃的比例的空气ρG1.2×103 kg/m3的，水滴的比例ρP1.022千克
值ωmax= 0.107 =3.12米/秒
屏幕分离器的设计速度ω的空气流量的75％，即：
Ω设计= 0.75ωmax= 2.34M / s的
网状分离的直径：
（5）
通式（5）：D - 屏幕分离器直径，m; V型的气体流率，立方米/秒。
屏幕分离器直径 - === 0.977米
3.1.6过滤器
生产的需要无菌空气的要求相对较高的过滤效率和负担得起的考虑，本设计采用光纤介质的深度过滤器，其结构如图5所示：
图5光纤介质深层过滤器
这种纤维介质深层过滤器通常是垂直的圆柱型，内部填充的过滤介质，从底部向上的空气通过过滤器介质中，在为了达到灭菌的目的。
主要包括空气过滤器的尺寸的直径D和过滤器层L由式（6）的有效高度可以被确定，其中D：
（6）（6）
公式（6）：qν - 气流通过过滤器的体积流量立方米/秒;
νs - 空部分的空气速度，米/秒。
空部分的气体速度νs一般可取0.1?0.3米/秒，运行过程中被设置为0.2米/秒
qν= 102.6m3/min = 1.17米/秒
D ==2.73米
过滤器有效过滤介质高度L的计算公式如下：
选择棉纤维过滤器的选择棉纤维直径D =16μm的，填充因子α= 8％
通风量120m3/min电话号码= 4kg/m3进入的过滤器的空气的细菌含量在发酵周期72小时
假设5000 /立方米，和空气流率0.2米/ S
理查德·K'=0.135厘米-1，入侵率为0.1％
N1 = 5000×120×60×72 = 2.592×109，N2 = 10-3
过滤层厚度=63.6厘米
4.1设备安装注意事项
（1）空气箱上应安装安全阀应安装在底部的排污口，在油箱底部的空气流动时，罐放置丝网除雾器。
（2）有效过滤的过滤介质高度L决定，通常的实验数据的基础上，根据对数渗透法计算。然而，由于过滤层的厚度，棉花的过度消耗，更难以安装，电阻损耗，因此工厂通常使用活性炭作为中间一直以改善这些因素。这是不符合计算要求。一般棉中的上部和下部层的厚度的总高度的每个的1/4-1/3的总的滤光层，中间层为1/3-1/2活性炭会计。棉铺前的第一下孔板30-40目丝网和织物，以帮助空气均匀地进入该过滤棉层的层覆盖。
章蒸汽系统设计
1.1.1锅炉水预处理1.1蒸汽系统处理
加热系统，以确保可靠，耐用和安全运行，必须处理的水提供的锅炉房。在锅炉房使用各种水源，天然水，自来水含有一些杂质不能直接用于锅炉给水，锅炉给水质量标准难以供给锅炉前必须经过处理，以满足，否则它会影响锅炉的安全经济运行。因此，将被设置到的水处理设备的锅炉房。溶解并混合的
天然水（不管它是地表水或地下水），在回路中的杂质与大量的运动过程中的性质。根据它们的颗粒大小的这些杂质可分为三大类：粒子称为悬浮固体，其次是胶体，最小的离子和分子，即溶解的物质。该悬浮液是该物质，其粒径悬浮状态下通过过滤器的水流量，可以在上述的10-4mm的分离。粘土，砂，植物残体，工业废物。的
胶体物质是一个聚合分子和离子的数目，具有颗粒大小10.4?10.6毫米之间。在水中的铁，铝，硅，等，以及植物和动物有机体 - 有机物的分解产物的化合物的胶体物质。的
天然水溶解的物质，如钙，镁，钾，钠的盐和气体（如氧和二氧化碳）。这些盐在水中的存在主要是在离子状态，颗粒直径是小于10.6毫米。在水中的溶解气体的基础上的分子状态存在。
固体悬浮物，导致沉积物污染树脂，堵塞管道，悬浮物过多会使发泡一盆水。胶体物质污染的树脂，进入锅炉影响水的质量，会产生大量的泡沫引起的吸。通常是清除悬浮物和胶体物质的天然水在水厂的混凝和过滤处理。的溶解的盐（主要是钙，镁的盐）的水的一部分，如果这似乎还没有处理澄清，仍含有杂质的水直接供给到锅炉，将沉淀或浓缩，沉淀出来。沉积物的部分内容是相对宽松的，所谓的水渣，而另一部分则是连接到该加热表面的内壁上，形成硬的，致密的大规模。存在的大型锅炉安全，经济运行造成巨大的伤害。
（1）锅炉水过滤器
工业锅炉房水通常是由自来水厂提供的。如果原水的悬浮物含量是高的，以减轻软化设备的负担，需要的原水的过滤处理。顺溜再生固定床离子交换悬浮固体大于或等于5mg / L的原水进行过滤;原水进入逆流再生固定床离子交换交换机或浮床，悬浮固体含量大于或等于2毫克/ L时，应首先通过一个过滤器，悬浮的固体含量是大于20 mg / L的原水或水，应处理的滤波处理后的石灰混凝，澄清。
（2）阳离子交换软化
悬浮物和胶体物质，通常大部分的搬迁后的自来水厂沉淀，过滤等处理过程。然而，水的硬度，碱度，和其他的杂质仍然存在，为了满足锅炉的进料水的质量，锅炉给水治疗的要求。工业锅炉房的水处理的主要内容是软化和氧，去除水中的钙，镁离子，减少了氧含量的供水。不产生的硬度阳离子（如Na +，H +）的水中Ca2 +和Mg2 +位移，从而达到的水软化的目的，这种方法被称为阳离子软化。也被称为离子交换软化。离子交换软化来实现，通过离子交换剂。的
工业锅炉水处理，钠离子交换软化。交换剂中的Na +和水，钙离子交换器加载阳离子交换器，钠离子交换剂原料的水流过，+，Mg2 +离子置换反应，水的软化。钠离子交换器可暂时很难从水中除去，而且还除去永久硬，但不能比碱;另外，根据构成的主要部分的天然水碱度临时硬度按照规则转换为钠盐的其他对象的质量碱性碳酸氢钠和其他物质交换的规则1摩尔Ca2 +和Na +交换反应，2摩尔的软水机中的盐含量增加。
交换软化过程中进行，交换剂中的Na +和水钙+，Mg2 +的取代的交换剂的NAR类型的逐渐成为CAR2或MGR2的类型。软化水硬度超过一定值时，水的质量不符合要求的锅炉给水质量标准，交换剂已经失败，您应立即停止软化，交换剂的再生。
离子交换设备种类比较多，固定的床，浮床，流化床。浮床，流化床离子交换设备，适用于原水水质的稳定，有助于脱钙连续不间断运行，变化不大固定床你不需要上述要求，常用于工业锅炉房软化水设备。的
固定床离子交换设备可分为两类下游再生离子交换和逆流再生离子交换。
（3）耐腐蚀的锅炉给水除氧
锅炉金属的电化学腐蚀。锅炉给水和锅内的水电解质，因为作为阴极，电子和获得锅离??子（H +）的结合常数去除锅炉的金属壁的部分中的杂质。
如果腐蚀产物（如Fe3 +）积累在积累在阴极的阳极，或电子e不会被删除的两极之间的电位差减小，从而腐蚀停滞或停止，这现象被称为“极化”。相反，消除偏振的（被称为“去极化”的现象），会导致加速腐蚀。
的pH <7，水具有更多的H + H +是在阴极解偏光器会加速腐蚀。同时，酸性水会导致溶解的金属氧化物保护层，并且还可以加速腐蚀。可见，为了避免和减轻锅炉金属的电化学腐蚀，保持锅内的水的碱度，到一定程度，但也供水氧。
1.1.2蒸汽系统流程图
简单的过程，蒸汽系统图示于图2：
图6蒸汽系统流程示意图
设计蒸汽系统时还从经济上考虑，的前提下，满足用户的需求，尽可能低的蒸汽供应压力，但仍需要考虑的蒸汽冷凝水回收系统所需的压力降。为了使用的燕蒸汽的能量，往往是先使高压蒸汽通过涡轮机，涡轮排气供应厂家生产涡轮机停止工作压力调节器和减温器，以保证低蒸汽压力蒸汽系统。
2.1蒸汽系统需要使用121°C，G =3887.15公斤
蒸汽0.4MPa的加热
每个发酵罐的蛇管蒸汽加热阶段所需要的量的计算
做工每个发酵罐中直接蒸汽加热阶段的蒸汽进行蒸汽G'=2139.53千克
代价损失5％的蒸汽的量，并且有两个发酵罐发酵同时，总的蒸汽量：
G总=（3887.15 2139.53）×2/0.95 = 12.696吨/ d为
3.1蒸汽系统设备选型
3.1.1单流式机械过滤器
本设计中采用的过滤装置是一种单流式机械过滤器，因为它有一个过滤器管道系统简单，稳定和廉价的。单流式机械过滤器是最简单的过滤器。它的简单图3：
图7单流式机械过滤器
单流式机械过滤器本体密封钢圆柱形容器的进水口，排水管道，过滤器过滤材料填充，常用的有石英砂，大理石，无烟煤。石英砂过滤后的碱性水不应被使用，因为石英砂来生产硅酸溶解在水锅炉有害;无烟煤，大理石适用于碱性水。该过滤器具有一个直径为0.5?1.5mm的。 4至5米/小时，在操作周期的过滤速率一般为8H。
3.1.2逆流钠离子交换
逆流再生离子交换设备，提供高品质的水，盐的摄入量是低的，这样的设计采用逆流再生钠离子交换。它的简单图4：
图8逆流再生离子交换设备
所谓的“逆流再生，可再生能源可再生液体的流动和水软化运行流向相反。通常情况下，盐溶液从下部到上部放电开关，因此，新鲜的再生液体总是首先与底部开关尚未完成故障交换剂接触，所以得到高的再生电平，继续向上流动与再生
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