71125

Количество и конструктивный расчет аппаратуры

Лекция

Производство и промышленные технологии

Целью этих расчетов является определение оптимальных объемов и производительности основной и вспомогательной аппаратуры и количества аппаратов, необходимых для заданной производительности. Расчет основан на тех материальных потоках, которые должны проходить через аппараты за определенный...

Русский

2014-11-02

80.5 KB

21 чел.

Лекция 5

Количество и конструктивный расчет аппаратуры

Общая часть

Целью этих расчетов является определение оптимальных объемов и производительности основной и вспомогательной аппаратуры и количества аппаратов, необходимых для заданной производительности.

Расчет основан на тех материальных потоках, которые должны проходить через аппараты за определенный промежуток времени:

- при периодическом ведении процесса – за время одной операции;

- при непрерывном ведении процесса – в единицу времени (с, час).

Исходными данными для расчета аппаратуры на какой-либо стадии являются данные материального баланса этой стадии и время проведения данной операции (процесса).

Кроме того, исходные данные включают годовую мощность производства, количество рабочих дней в году, стандартные объемы аппаратов и другие материалы, определяющие специфику процесса.

Принятые обозначения:

1. Gг – годовая мощность производства, кг.

2. Nсут – число рабочих дней в году.

3. V – объем реагентов (реакционной массы), перерабатываемых на данной стадии в расчёте на 1 т готового продукта (из МБ), л/кг, м3/т.

4. Vа – полный объем аппарата, м3, обычно стандартный.

5. Vр – рабочий объем аппарата, м3.

6. Ф=Vp/Va – коэффициент заполнения аппарата, б/р. Для реакционных аппаратов он меняется от 0,5 до 0,9. При сильном вспенивании или фонтанировании турбинной мешалки коэффициент К может быть принят 0,5. При средней интенсивности перемешивания      Ф=0,7-0,75. При слабом перемешивании Ф=1. Во многих процессах культивирования наблюдается сильное вспенивание. Сочетание механического и химического пеногашения позволяет увеличить Ф до 0,7.

7. τ – время проведения процесса, ч. В аппаратах периодического действия оно включает время «занятости». Например, для ферментатора это время подготовки аппарата к работе (осмотр, мойка, слесарная подготовка) посева, времени культивирования и разгрузки (слива). Для удобства значение τ принимают из данных технологического регламента или по расчету, исходя из кинетики процесса и практических данных о времени вспомогательных процессов.

8. α – суточная мощность производства, выраженная числом операций, проводимых на данной стадии в течение суток, б/р.

9. β – мощность одного аппарата, выраженная числом операций, проводимых в течение суток, б/р.

10. mр – необходимое число рабочих аппаратов, шт.

11. m – число устанавливаемых аппаратов, шт.

12. σ – резерв мощности аппаратуры, %. Резерв зависит от вида и сложности установки, и в общем случае принимается равным 10-15%.

Расчет объема периодически действующего аппарата обычно начинают с определения суточного объема перерабатываемых реагентов на конкретной стадии, обозначаемого как Vсут. Зная годовую производительность по готовому продукту – Gг, число рабочих суток в течение года Nсут и объем перерабатываемых реагентов на одну тонну V (из материального баланса данной стадии) определяют суточный объем производства по уравнению:

Vсут=(Gг·V)/Nсут                                             (1)

Расчет ведут по одному из альтернативных вариантов, описанных ниже, в зависимости от особенностей конкретного технологического процесса и наличия исходных данных для расчета. Необходимо помнить, что рассчитать одновременно объем аппаратов и их количество невозможно в принципе, так как в конечном итоге такой расчет свелся бы к решению одного уравнения  с двумя неизвестными.

Поэтому, как правило, задаются стандартным объемом одного из важнейших видов оборудования (ферментатора), рассчитывают их количество и далее рассчитывают все остальное оборудование (в том числе вспомогательные). При этом придерживаются правила сохранения поточности производства, то есть α=const для всех стадий и операций.

По второму варианту удобнее задаваться числом единиц оборудования и находить их рабочий объем или производительность с последующим выбором стандартной аппаратуры.

Расчет и выбор ферментаторов

Расчет оборудования для процесса ферментации начинается с выбора оптимальной емкости ферментатора. Отечественная промышленность выпускает ферментаторы объемом 10, 16, 20, 32, 50, 63 и 100 м3. За рубежом – 120, 150 и 200 м3. В производстве антибиотиков наблюдается тенденция роста единичного объема биореакторов с 50-60 м3 до 120-200 м3. Выбор оптимального объема реактора в основном зависит от годовой мощности производства и приведенных затрат на ферментацию и связанных с ней других стадий производства. По расчетам суммарные затраты снижаются с увеличением емкости ферментера и определяются чаще всего заработной платой, износом аппарата (амортизационные отчисления) и энергозатратами. Для Vсут=400 м3 культуральной жидкости оптимальная емкость ферментера составляет Vа=100 м3. При Vсут=20 м3, выгодной емкостью является Vа=10 м3, а в производстве эубиотиков (биоспорин, бифидумбактерин), где Vсут=2 м3 и меньше, применяют аппараты емкостью 0,1-2 м3.

После выбора оптимальной емкости основного аппарата Vа определяют количество операций в сутки (α), которые необходимо осуществить для обеспечения заданной мощности производства Gг.

α=Vсут/Vр=Vсут/Vа·Ф                                          (2)

Как уже отмечено, величина α принимается постоянной для всех стадий производства, что исключает смешение в одной производственной единице разных операций. Во-вторых, при этом упрощается система контроля и сокращается количество вспомогательного оборудования.

Для расчета количества ферментаторов определяют количество операций, которое можно осуществить в одном аппарате в течение суток:

β=24/τ,                                               (3)

тогда необходимое число аппаратов определяется простым соотношением

mр=α/β                                               (4)

Количество устанавливаемых в производстве аппаратов в ряде случаев принимают с учетом запаса (резерва) мощности

m=mp(1+0,01σ)                                       (5)

Оптимальным является число 8-16, поскольку при <8 возрастают удельные капитальные вложения на вспомогательные аппараты (приемники стерильной питательной среды, коагуляторы, сборники наливных растворов и пр.). С другой стороны, увеличение количества ферментаторов свыше 16 приводит к значительному увеличению производственных площадей и, соответственно, к высоким капитальным затратам.

Расчет и выбор посевных аппаратов, инокуляторов и вспомогательного оборудования.

Эти работы проводятся так же, как для ферментатора. При этом используются приведенные выше соотношения (1)-(5) с учетом суточного объема посевного материала и инокулята (Vсут(i)), где символ i означает технологические параметры для соответствующего i-го процесса (стадии, операции). При соблюдении требования поточности производства (α=const), объем соответствующих аппаратов определяется соотношением

Va(i)=Vсут(i)/(α·Ф(i))                                         (6)

а их количество определяется с учетом резерва мощности данной установки

m(i)=(α/β(i)×(1+0,01σ(i)),                                     (7)

где β(i)=24/τ(i).

В производстве антибиотиков наиболее широкое применение находят стандартные посевные аппараты объемом от 1 до 10 м3, а для инокуляторов от 0,63 до 2 м3.

Все остальные виды вспомогательного оборудования (для приготовления питательной среды, для приема культуральной жидкости, коагуляторы и т.д.) рассчитываются аналогично с учетом поточности производства – α=const.

Выбор фильтровального оборудования (барабанные вакуум-фильтры, пресс-фильтры и др.) осуществляют по базовому варианту производства с учетом производительности этих аппаратов и оптимального времени фильтрации, которое, как правило, определяется экспериментальным путем или принимается по практическим данным.

Расчет стерилизатора.

Часто культивирование (особенно при получении антибиотиков) ведут в стерильных средах. Поэтому питательная среда должна быть стерильной. В микробиологической промышленности применяются тепловая стерилизация периодическим или непрерывным способом. Если объем ферментера не превышает 10 м3, то стерилизацию питательной среды ведут в самом ферментере подачей пара во все штуцеры аппарата (барботер, трубу передавливания и др.) и рубашку до достижения температуры стерилизации (100-120°С) и выдерживают при такой температуре (120°С) обычно 25 мин. Для каждого продуцента выбирается свой режим стерилизации (табл.1 и табл.2).

Таблица 2.1

Рекомендуемые режимы стерилизации питательной среды [11]

Продуцент, антибиотик.

Объем фер-ра, м3

Нагрев острым паром

Выдержка

Охлаждение

Темпе-ратура,

°С

Время, мин

Темпе-ратура,

°С

Время, мин

Темпе-ратура,

°С

Время,

мин

Темпе-ратура,

°С

Темпе-ратура,

°С

Время, мин

Актиноми-цеты

0,1

70-100

9-10

100-120

8-9

120±1

25

120-100

100-30

20-25

1,25

70-100

12-13

100-120

10-12

120±1

25

120-100

100-30

30-32

10,0

70-100

35-37

100-120

43-45

120±1

25

120-100

100-30

43-45

15,0

70-100

38-40

100-120

45-47

120±1

25

120-100

100-30

48-50

Пенициллин

0,1

- «»-

6-8

- «»-

5-7

- «»-

25

- «»-

- «»-

23-25

1,25

- «»-

8-10

- «»-

10-11

- «»-

25

- «»-

- «»-

28-30

Рекомендуемые режимы стерилизации незаполненных питательной средой  аппаратов различной вместимости приведены в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Рекомендуемые режимы стерилизации аппаратов [10]

 Vапп.

Нагрев глухим паром

Нагрев острым паром

Выдержка

Охлаждение

Тем-ра,

°С

Время, мин

Тем-ра,

°С

Время, мин

Тем-ра,

°С

Время

мин

Тем-ра, °С

Время, мин

Тем-ра,

°С

Время, мин

Тем-ра,

°С

Время, мин

0.1

60-70

1-2

70-100

1-2

100-128

1-2

129-130

5

120-100

2-3

100-30

3-4

1,25

-«»-

2-3

-«»-

2-3

-«»-

2-3

-«»-

5

-«»-

2-3

-«»-

5-6

10

-«»-

7

-«»-

12

-«»-

13

-«»-

4

-«»-

9

-«»-

11

11

-«»-

10

-«»-

15

-«»-

15

-«»-

3

-«»-

10

-«»-

15

63

-«»-

20

-«»-

30

-«»-

30

-«»-

2

-«»-

15

-«»-

25

Если объем ферментера превышает 10 м3, стерилизацию проводят в установке непрерывной стерилизации УНС производительностью 5 или 10 м3/ч.

В греющей колонке среда нагревается до 120-130 °С, а затем выдерживается в течение 4-20 мин в зависимости от температуры и технологии.

При температуре стерилизации 110, 120, 126 и 136°С время теплового воздействия составляет 20, 15, 7 и 4 мин. Температура стерилизации зависит от состава среды. Размеры стерилизаторов рассчитывают исходя из условия, что каждая частица среды, двигаясь от входа к выходу, должна находиться в нем 4-20 мин (при 110-136°С).

С другой стороны, размеры стерилизатора определяются объемом среды, проходящей через него за час в соответствии с соотношением:

Vстерилиз.=М×(τст/60),                                      (8)

где Vстерилиз. – объем стерилизатора-выдерживателя, м3;

М – производительность стерилизатора (объем пропускной среды за 1 час), часто М=18-16 или 3-4 м3/ч;

τст – длительность стерилизации, мин;

60 – пересчет мин в час.

Стерилизатор-выдерживатель выполняется в виде змеевика из труб с d=108 мм. Общая длина змеевика рассчитывается по формуле:

Lстерилиз.=4Vстерилиз.d2                                      (9)

Типовая конструкция выдерживателя выполняется в виде пакета труб с габаритами 1300×1700 мм, при этом длина одного витка часто по конструктивным соображениям принимается равной 6 м, и число витков в этом случае составит

nвит=Lстерилиз./6                                          (10)

PAGE  1


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

39327. Token ring и FDDI 19.38 KB
  Поэтому при образовании общего кольца из двух колец передатчики станций попрежнему остаются подключенными к приемникам соседних станций что позволяет правильно передавать и принимать информацию соседними станциями. В FDDI достигается битовая скорость 100 Мб с Процедура инициализации FDDI несколько отличается от инициализации Token Ring: Для выполнения процедуры инициализации каждая станция сети должна знать о своих требованиях к максимальному времени оборота токена по кольцу. Параметр TTRT отражает степень потребности станции в пропускной...
39328. Проектирование цифровой системы передачи 177.64 KB
  В состав аппаратуры ИКМ120у входят: оборудование вторичного временного группообразования ВВГ оконечное оборудование линейного тракта ОЛТ необслуживаемые регенерационные пункты НРП обслуживаемые регенерационные пункты ОРП. Сформированный в оборудовании ВВГ цифровой сигнал в коде МЧПИ или ЧПИ HDB3 или AMI поступает в ОЛТ которое осуществляет согласование выхода оборудования ВВГ с линейным трактом дистанционное питание НРП телеконтроль и сигнализацию о состоянии оборудования линейного тракта служебную связь между оконечным...
39329. Проблемы безопасности в беспроводных сетях 38.86 KB
  11b g активно используется на бытовом уровне публичные беспроводные сети функционируют во множестве мест начиная от ресторанов и заканчивая залами ожидания аэропортов и гостиницами. В чем состоит отличие проводной сети от беспроводной В общем случае проводная сеть при условии идеальной и бесспорной порядочности ее пользователей может быть атакована лишь из Интернета если подключена к Сети. А это уже немаловажно подобные действия способны не только принести удовлетворение от созерцания беспроводной сети но и найти пути чтобы в нее...
39330. Проблемы безопасности беспроводных сетей 202.92 KB
  Вот и сегодня по мере утверждения стандартов на беспроводные сети снижения цен на оборудование для них и увеличения их пропускной способности все большее число менеджеров ИТ не в силах устоять перед искушением внедрить беспроводные ЛВС в своей компании.11b и предусмотрен ряд мер позволяющих надежно защитить небольшие беспроводные сети вопрос о том будут ли эффективны эти меры в средах с десятками точек доступа и сотнями пользователей все еще остается открытым. Это предоставление доступа к беспроводной сети только зарегистрированным...
39331. АНАЛИЗ ЛИНЕЙНОЙ АКТИВНОЙ ЦЕПИ 251.5 KB
  На основе анализа графиков трёх выходных сигналов сделать вывод о виде цепи (пропорционально - дифференцирующая или пропорционально - интегрирующая). Выделить случай, в котором операция, выполняемая цепью, наиболее близка к идеальному варианту преобразования входного сигнала.
39332. Анализ линейной стационарной цепи 235.5 KB
  Доросинский АНАЛИЗ ЛИНЕЙНОЙ СТАЦИОНАРНОЙ ЦЕПИ: Методические указания к курсовой работе по дисциплине €œОсновы теории радиотехнических сигналов и цепей€ Т. АНАЛИЗ ЛИНЕЙНОЙ СТАЦИОНАРНОЙ ЦЕПИ Составитель Лысенко Тамара Михайловна Редактор Н. При этом особое внимание уделяется сущности процессов в цепи и фундаментальным понятиям важным для изучения любых линейных систем.
39333. АНАЛИЗ ЛИНЕЙНОЙ СТАЦИОНАРНОЙ ЦЕПИ 1.85 MB
  Найти операторный коэффициент передачи цепи по напряжению и записать его в виде отношения двух полиномов Составить таблицу значений коэффициентов полиномов для двух значений
39334. Основы теории цепей 271.88 KB
  Найти операторный коэффициент передачи цепи по напряжению и записать его в виде отношения двух полиномовСоставить таблицу значений коэффициентов полиномов для двух значений 1 и 2. Записать комплексную частотную характеристику цепи K j и соответствующие ей амплитудночастотную K и фазочастотную характеристики. По найденным аналитическим выражениям рассчитать и построить графики частотных характеристик цепи для двух значений коэффициента усиления 1 и 2 . Определить переходную ht и импульсную gt характеристики цепи.
39335. Устройство сбора данных 12.87 MB
  Москва 2006 Введение Информационноизмерительные и управляющие цифровые микропроцессорные системы к которым относится проектируемое устройство сбора данных УСД предназначены для измерения сбора обработки хранения и отображения информации с реальных объектов. Такие системы используются практически во всех отраслях народного хозяйства для контроля и управления...