Проект цеха по производству кормового концентрата триптофана

Принимаем полезную разность температур Dt_пол по каждому корпусу равную 20 °С.

Тогда температура  греющего пара на входе в третий корпус (или вторичного пара второго  корпуса) равна:

t'_вп2 = t_к3+Dt_пол = 67,73+20 = 87,73 °С                                       (3.2.31)

Определим температуру вторичного пара во втором корпусе:

t_вп2= t'_вп2+D'''₂ = 87,73+1= 88,73 °С                                          (3.2.32)

Этой температуре  соответствует давление P_вп2=7,92∙10⁴Па [1]. Гидростатическая депрессия во втором корпусе:

P_2ср= P_вп2+r₂gh/4 = 7,92∙10⁴+1200,3∙9,8∙9,8 : 4 = 10,024∙10⁴Па                   (3.2.33)

Этому давлению соответствует  следующие температура  и теплота испарения растворителя [1]:

t_2ср = 96,2 °С r_вп2 = 2270 кДж/кг;

Тогда имеем:

D''₂ = t_2ср - t_вп2 = 96,2 – 88,73 = 7,47 °С                                          (3.2.34)

Определим температурные депрессии во втором корпусе:

D'₂ = 1,62 ∙ 10^-2 ∙ (96,2+273)²/2270 ∙ 3,63 = 3,53 °С                               (3.2.35)

Тогда температура  кипения раствора во втором корпусе:

t_k2 = t_вп2 + D'₂ + D''₂ + D'''₂ =88,73 + 3,53 + 7,47 + 1 = 100,73°С                   (3.2.36)

Температура греющего пара на входе во второй корпус:

t'_вп1 = t_k2+Dt_пол =100,73+ 20 = 120,73 °С                                          (3.2.37)

Тогда температура вторичного пара в первом корпусе :

t_вп1 = t'_вп1+D'''₁ = 120,73 + 1= 121,73 °С                                           (3.2.38)

Этой температуре соответствует  давление [1] P_вп1 = 2,38∙10⁵ Па Определим гидростатическую депрессию в первом корпусе:

P_1ср= P_вп1+r₁gh/4 =2,38∙10⁵ +1134,4∙9,8∙9,8 : 4 =2,62∙10 ⁵ Па                      (3.2.39)

По справочной литературе [1] этому давлению соответствуют следующие температура кипения и теплота испарения растворителя:       t_1ср = 123,7 °С   r_вп1 = 2196 кДж/кг;

Тогда гидростатическая депрессия:

D''₁ = t_1ср - t_вп1 = 123,7 – 121,73 = 1,97 °С                                      (3.2.40)

Определим температурную депрессию в первом корпусе:

D'₁ = 1,62 ∙ 10^-2 ∙ (123,7+273)² : 2196 ∙ 2,6 = 3,02 °С                               (3.2.41)

Тогда температура  кипения раствора в первом корпусе:

t_k1 = t_вп1+D'₁+D''₁+D'''₁ = 121,73 +3,02+1,97 + 1 = 127,72°С                          (3.2.42)

Тогда температура  греющего пара:

t_гр.пр = t_k1+Dt_пол = 127,72+20 = 147,72 °С                                       (3.2.43)

Этой температуре  соответствует давление [1] P_гр.пр = 4,4 атм.

В многокорпусных выпарных установках технологический  греющий пар расходуется на нагревание исходной КЖ до температуры кипения (Q_нагр), на испарение воды в первом корпусе (Q_исп) и на потери тепла в окружающую среду (Q_пот). Нагревание исходной КЖ до температуры кипения производят в отдельном теплообменнике – подогревателе.

Q_гр.п =  Q_нагр + Q_исп + Q_пот    (3.2.43)                                        (3.2.44)

Q_нагр = G ∙ c ∙ (t_кип – t_нач)                                                 (3.2.45)

t_кип = ( t_к1 + t_к2 + t_к3) : 3 = (127,72 + 100,73 + 67,73) : 3 = 98,7 °С                (3.2.46)

Q_нагр = 20877 ∙ 2800 ∙ (98,7 - 37) = 3,6 ∙ 10⁹ Вт∙ч

Q_исп = w ∙ r                                                            (3.2.47)

 Q_исп = 4358 ∙ 2256500 = 0,983∙10⁹ Вт∙ч

Q_пот = (0,03 – 0,05) ∙ (Q_нагр + Q_исп)                                         (3.2.48)

Q_пот = 0,04 ∙ (3,6∙10⁹+0,983∙10⁹) = 0,18∙10⁹ Вт∙ч

где  G – количество КЖ, кг/ч;

с = 2,8 кДж/кг∙К теплоемкость КЖ

t_кип – средняя температура кипения КЖ в выпарном аппарате, °С;

t_нач – начальная температура КЖ, °С;

w – количество воды, испаряемой в первом корпусе, кг/ч;

r – удельная теплота парообразования при среднем давлении в выпарном аппарате, Дж/кг.

P_ср= (Р_ср1 + Р_ср2+ Р_ср3) : 3                                                  (3.2.49)

P_ср=  (0,285+1,0024+2,62) ∙10⁵ : 3=1,302∙10⁵ Па; r = 2256,5 кДж/кг.

Q_гр.п = 3,6∙10⁹+0,983∙10⁹+0,18∙10⁹ = 4,763∙10⁹ Вт∙ч

3.2.3 Сушка УКЖ. Расход тепла на сушку УКЖ:

Q = w ∙ q + å Q_пот,                                                      (3.2.50)

где  w = 79,637 т/сут или 3,3182 т/ч – количество испаряемой воды, кг/ч;

q – удельный расход тепла на испарение воды, кДж/кг;

å Q_пот – расход тепла на нагрев материала и потери в окружающую среду.

                                                              (3.2.51)

где  I₁ – энтальпия воздуха на выходе из сушилки, Дж/кг сухого воздуха;

I₀ – энтальпия воздуха на входе в калорифер, Дж/кг сухого воздуха;

х₁ и х₀ – влагосодержание воздуха соответственно на выходе из сушилки и на входе в калорифер,  кг водяного пара / кг сухого воздуха.

Температура газа на входе в сушилку 300-350 ^оС, на выходе из нее 80-90 ^оС. Температура свежего воздуха t₀ = 18^оС и влажность φ₀ = 80 %.

По  диаграмме Рамзина [1] х₀ = 0,003 кг водяного пара / кг сухого воздуха, I₀ = 49 кДж/кг.

Влагосодержание воздуха и его энтальпию можно  рассчитать аналитически по уравнениям [1]:

I = (1,01 + 1,97 ∙ х) ∙ t + 2493 ∙ х,                                         (3.2.52)

                                                  (3.2.53)

где  х – влагосодержание воздуха, кг водяного пара / кг сухого воздуха;

t – температура воздуха, °С;

р_нас – давление насыщенного водяного пара при температуре воздуха t, Па;

П – общее давление воздуха, Па;

j – относительная влажность воздуха, масс. доли.

В качестве исходных данных принимаем  для расчета следующие параметры  выходящего воздуха:

t = 90°С = 363 К; j = 0,3;

р_нас = 17,33 кПа (по диаграмме Рамзина при 90°С [1]).

Тогда

I₁ = (1,0 + 1,97 ∙ 0,013) ∙ 90 + 2493 ∙ 0,013 = 124,7 кДж/кг;

                                                              (3.2.54)

кДж/кг

Расход  тепла на нагревание материала рассчитывают или принимают:

å Q_пот = (0,04¸0,06) ∙ w ∙ q                                           (3.2.55)

å Q_пот = 0,05 ∙ 3318,2 ∙ 7570 = 1255,94 кДж

Q = w ∙ q + å Q_пот                                                        (3.2.56)

Q = 3318,2 ∙ 7,57+1255,94 = 26374,7 кДж.

 

 

 

4. Выбор и расчет основного  технологического оборудования

 

4.1 Расчет  числа ферментаторов и посевных  аппаратов

В производственных условиях чаще всего используют ферментаторы барботажного типа с механическим перемешиванием. Ферментация осуществляется в периодическом  режиме.

Необходимое количество ферментаторов:

                                              _(4.1.1)

где       493,5–  расход питательной среды, м3/сут;

76 – оборот ферментатора, ч; 

1,2 – коэффициент запаса (k = 1,1¸1,2);

100 – геометрический объем  ферментатора, м3;

0,7 – коэффициент  заполнения ферментатора (j = 0,65¸0,70).

Необходимое количество посевных аппаратов:

                                             _(4.1.2)

где      30– оборот посевного аппарата, ч;

1,2 – коэффициент запаса (k = 1,1¸1,2);

7,05– количество сливов  КЖ за сутки.

Геометрические размеры  ферментатора V=100 м3.

D=3600 мм

Н=14270 мм

Геометрические размеры  посевного аппарата первой ступени  V=1 м3.

D= 1000 мм

Н= 1400 мм

Геометрические размеры  посевного аппарата второй ступени  V=10 м3.

D=1900 мм

Н=6350 мм

 

 

 

4.2 Расчет УНС

Тип УНС подбираем из расчета  заполнения ферментатора ИПС за 1 час, т. е. за час должно простерилизоваться 40 м3 среды.

Выбираем УНС-50.

Производительность – 50 м3/ч.

Емкость нагревателя 0,25 м3.

Емкость выдерживателя –5,1 м3 : (3 элемента) D =  1400 мм, H= 3450 мм.

Пластинчатый  рекуператор тепла поверхностью 125 м3 :

L = 2500 мм,

H= 1770 мм,

B = 803 мм.

Пластинчатый  теплообменник поверхностью 80 м3:

L = 2100 мм,

H = 1770 мм,

B = 803 мм [5].

 

4.3  Расчет оборудования для получения  стерильного воздуха

Для очистки воздуха применяют  фильтры с различными фильтрующими материалами и элементами.

Необходимое количество воздуха на один ферментатор:

м3/ч,                                                    (4.3.1)

где      60 – уровень аэрации, м3/м3среды  в час;

70 – объем среды в ферментаторе.

Выбираем  индивидуальный фильтр (фильтр тонкой очистки) ФТОС-500, производительностью  по воздуху 500 м3/ч.

Для головного фильтра набивного  типа рассчитываем его диаметр, м:

                                             (4.3.2)

где  420 – требуемый расход воздуха (для одного ферментатора), м3/ч;

0,1 – скорость  воздуха  внутри  фильтра, м/с.

 

4.4  Расчет  емкостей

Емкость для приготовления раствора мочевины (поз.1).

Необходимо  приготовить раствор с концентрацией 400 г/л.

Расход мочевины = 840 кг/оп. Объемный расход

.                                (4.4.1)

Для ИПС требуется 

                (4.4.2)

Объем емкости, м3:

где      0,7 ─ коэффициент, учитывающий наличие  перемешивающего устройства.

Подбираем стандартную емкость по ГОСТ 9931-85:

V= 3,2 м3;

D= 1400 мм;

H= 2250 мм.

Емкость для  смешения остальных компонентов  среды (поз.2).

Расход  среды 

V= 282 – 49,35 – 2,9 – 0,233 = 229,517 м3/сут,                            (4.4.3)

где      282 м3/сут – расход ИПС;

49,35 м3/сут – расход посевного материала;

2,9 м3/сут – расход раствора мочевины  для ИПС;

0,233 м3/сут – расход пропинола Б  – 400.

Объем емкости, м3:

                                                         (4.4.4)

где      0,7 ─ коэффициент, учитывающий наличие  перемешивающего устройства.

0,5 ─ время пребывания среды в  емкости, ч.

Подбираем стандартную емкость по ГОСТ 9931-85:

V= 8,00 м3;

D= 1800 мм;

H= 3380 мм.

Бачек для  пеногасителя (поз.12).

Расход  среды ─ 0,233 м3/сут.

Объем емкости, м3:

                                                       (4.4.5)

где      0,5 ─ время пребывания среды в  емкости, ч.

Подбираем стандартную емкость по ГОСТ 9931-85:

V= 0,040 м3;

  D= 400 мм;

  H= 400 мм.

Смеситель для посевного аппарата (поз. 4)

Для ферментации требуется 49,35 м3/сут  посевного материала.

Объем емкости, м3:

                                                          (4.4.6)

где      0,7 ─ коэффициент, учитывающий наличие  перемешивающего устройства.

0,5 ─ время пребывания среды в  емкости, ч.

Подбираем стандартную емкость по ГОСТ 9931-85:

V= 1,60 м3;

D= 1200 мм;

H= 1650 мм.

Сборник КЖ (поз. 16)

Объем соответствует объему ферментатора и равен 100 м3.

D= 3200 мм;

H= 12520 мм.

Сборник УКЖ (поз. 21)