Получение лимонной кислоты

 

 

 

 

 

7. РАСЧЕТ И ВЫБОР ОСНОВНОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО

ОБОРУДОВАНИЯ

 

Расчет и выбор оборудования для принятой в проекте технологической  схемы производится по заданной мощности производства и по данным материального баланса и норм технологического проектирования.

Данные для  расчета:

1. Объем производства - 50 т/г.
2. Количество рабочих дней в году  - 330 дней
3. Выход препарата с 1 м³ культуральной жидкости – 0.007 т/м³

Для расчета оборудования принимаем: коэффициент заполнения для смесителей отделения приготовления питательной среды  и реакторов для обработки культуральной жидкости – 0,7; сборников фильтратов и концентратов – 0,8; ферментеров – 0,7, посевных аппаратов – 0,6.

4. Расчет основного оборудования
1. Производственные ферментеры

4.1.1 Объем производства препарата в сутки (Q₁)

      

          Q  

Q₁ = ---- = 50 / 330 = 0.15  т/сутки,

где Q – объем производства в год;

       t  - количество рабочих дней в году.

4.1.2. Необходимое количество  культуральной жидкости в сутки  (Q₂)

      

         Q₁

Q₂ = ---- = 0.15 / 0.007 = 21.4 м³

q  

где  Q₁ – объем производства препарата в сутки

        q   - выход препарата с 1 м³ культуральной жидкости.

 

4.1.3. Количество культуральной  жидкости с одной ферментации  при учете потерь во время  ферментации (20%) составит:

Q₄ = V х 0,7 х 0,8 = 50 x 0.7 x 0.8 = 28  м³,

где   Q₄ – количество культуральной жидкости с 1-ой ферментации;

         V – полный объем ферментера, м³:

         0,7 – коэффициент заполнения;

         0,8 – коэффициент, учитывающий выход культуральной жидкости с учетом 20% потерь.

4.1.4. Количество ферментаций  в сутки (n):

        Q₂        

n = ------ = 21.4 / 28 = 0.77 ферментаций (1 ферментация)  ,

         Q₄  

где Q₂ – необходимое количество культуральной жидкости в сутки;

      Q₄ - количество к.ж. с 1-ой ферментации.

 

 

 

4.1.5. Количество культуральной  жидкости в год (Q₅)

          Q  

Q₅ = ---- = 50 / 0,007 = 7142,8  м³

q   

где  Q – объем производства препарата,  т/год

        q   - выход препарата с 1 м³ культуральной жидкости, т/м³.

 

4.1.6. Продолжительность  оборачиваемости одного ферментера t₁₌ 170 часов

4.1.7. Количество рабочих  часов в году (t₂):

t₂ =  t х 24 = 330 х 24 = 7920 часов ч,

где t -  количество рабочих дней в году.

 

4.1.8. Необходимое количество  ферментеров (N):

 

        Q₅ x t₁

N = -----------   =  (7142,8 х 170) / (28 х 7920) = 5,5

         Q₄ x t₂

 

 

где  Q₅ – количество к.ж. в год,  м³

        t₁   - продолжительность оборачиваемости ферментера, ч.

t₂ - количество рабочих часов в году, ч

Q₄ - количество к.ж. с 1-ой ферментации.

 

Принимаем 6 ферментеров  и 1 запасной.

Ферментёр: V=50 m³, H=10900 mm; D=4000 mm.

 

2. Посевные аппараты

Количество посевных аппаратов может быть определено двумя способами: либо они устанавливаются  индивидуально к каждому ферментеру, если этого требуют специальные условия, либо их рассчитывают в зависимости от количества ферментаций в сутки и времени оборачиваемости посевного аппарата. В последнем случае посевной материал из одного посевного аппарата может поступать в группу ферментеров.

 

• Полный цикл работы одного посевного аппарата t₃ = 26 часов

 

1. Количество  посевного материала на загрузку одного производственного ферментера:

Q₆ = V х 0,7 х с = 50 х 0,7 х 0,05 = 1.75 м³,

где  V – полный объем ферментера, м³:

        0,7 – коэффициент заполнения;

с – количество посевного  материала в %.

 

2. Полный объем посевного аппарата при коэффициенте заполнения 0,7:

 

          Q₆ 

Q₇ = ----  = 1.75 / 0,7 = 2.5  м³,

0,7        

 

где  Q₆ – количество посевного материала на одну загрузку,  м³

        0,7 – коэффициент заполнения посевного аппарата.

Выбираем аппарат 3 м³, диаметр 1700 мм, высота 4140 мм, двигатель АО-63-16 10 кВт 180 об/мин, масса 3150 кг

 

3. Количество посевных аппаратов:

 

          n x t₃   

n₁ = ----------  = (1 х 26) / 24 = 1,08

           24 ч    

 

где    n – количество ферментаций в сутки;

         t₃ - полный цикл работы посевного аппарата.

 

Принимаем к установке 1 посевных аппаратов  и один запасной.

Всего устанавливаем  – 2 посевных аппаратоа.

Посевной аппарат: V=3 m³; H=3800 mm; D=2000 mm.

 

5. Расчет оборудования для приготовления питательной среды для производственного ферментера.

 

1. Объем среды, который необходимо приготовить, равен полезному объему ферментера (V₁) :

V₁ = V x 0,7 = 50 х 0,7 = 35 м³,

где  V – полный объем ферментера

0,7 – коэффициент заполнения.

 

5.2. Во время стерилизации  среды происходит ее разбавление  конденсатом (ориентировочно на 15-20%), в связи с этим, объем воды, используемый для приготовления  среды (V₂), должен быть уменьшен на 20% и составит:

V₂ = V₁ x 0,8 = 35 х 0,8 = 28 м³,

где   V₁ – полезный объем ферментера.

0,8 – коэффициент, учитывающий  разбавление среды конденсатом.

 

 

              

 

Выбираем реакторы с  мешалкой 32 м ³, 31,5 об/мин, диаметр 3200 мм, высота 8300 мм, 10 кВт. Устанавливаем 1реактор и  1 запасной.

 

5.4. Стерилизация питательной  среды в установке непрерывной  стерилизации (УНС)

5.4.1. Количество среды,  поступающей на стерилизацию  в сутки (Q₈):

Q₈ =V₂ = 28 м³

Время стерилизации среды  не должно превышать 3 ч. В соответствии с этим, производительность (q₁) УНС должна составлять:

 

          Q₈       

q₁ = ------- = 28 / 3 = 9,3  м³/ ч

  3         

Общее время занятости  УНС состоит из времени на стерилизацию среды и времени подготовки УНС  к работе.

Время подготовки УНС  складывается из:

Мойки – 1 ч

Ревизии арматуры – 1,5 ч

Проверки на герметичность  – 1,0 ч

Стерилизации УНС – 1,5 ч

Устанавливают УНС нужной производительности и 1 запасную.

Техническая характеристика стерилизационной установки:

Время подготовки УНС складывается из:

Мойки – 1 час;

Ревизии арматуры – 1,5часа;

Проверки на герметичность  – 1,0 час;

       Стерилизации УНС – 1,5 часа;

τ_общ=2 +5 = 7ч

        Производительность, м³/ч                                          9.3

Время нахождения среды  в нагревателе, с               4,4

Расход пара, кг/ч                                                          657

Разбавление среды конденсатом, %                           20

Нагреватель:

Объем, м³                                                                      0,045

Высота, мм                                                                   400

Диаметр, мм                                                                 235

Выдерживатель (трубчатого типа):

Тип выдерживателя                                                     змеевик

        Диаметр труб, мм                                                        225х8

        Длина, м                                                                       3

Длина труб, м                                                              20,85

Количество витков                                                      7

Средняя скорость среды  в выдерживателе, м/мин  1,39

Охладитель (труба в трубе):

Тип теплообменника для охлаждения среды      труба в трубе

Площадь охлаждения, м²                                            4,5

Длина труб, мм                                                            2140

Высота, мм                                                                   1350

Ширина, мм                                                                  535

Диаметр труб, мм                                                        76/88, 133/125

Принимаем к установке 1 УНС

 

 

6.  Сборники культуральной  жидкости

Количество культуральной  жидкости в сутки 21,4 м³

Необходимый объем сборников  при коэффициенте заполнения – 0,8.

 

          Q₂  

Q₉ = ----- = 21,4 / 0,8 = 26,75  м³,

0,8 

где  Q₂ – количество к.ж. в сутки,  м³

        0,8 – коэффициент заполнения 

 

Выбираем сборник с  необходимым полезным объемом и  рассчитываем их количество.

 

Количество сборников:

 

           Q₉          

n₂ = ---------- = 26,75 / 30 = 0,89 (1 сборник)   ,

           V_п      

 

где  Q₉ –необходимый объем сборников к.ж.

       V_п – полезный объем сборника.

Принимаем 1 сборник и  один запасной. Всего сборников культуральной  жидкости 2 штуки.

Сборник: V=25m³; H=3800mm, D=3000mm.

 

7. Отделение мицелия

7.1. На отделение поступает  21,4  м³/сутки.

Фильтрующее оборудование выбираем по поверхности фильтрации.

 

         Q₂       

S = ----------  = 21,4 / (0,5 х 20) = 2,14  м²

                g₁ х t₆   

 

где   S – необходимая поверхность фильтрации, м² 

        Q₂ – количество культуральной жидкости в  сутки, м³

        g₁ – скорость фильтрации;

 t₆ – время работы фильтра – 20 часов (может быть 22 ч).

Принимаем к установке  фильтр БОК-3-1.75: Поверхность фильтрования 3м³   и один запасной.

 

2. . Сборник фильтрата культуральной жидкости.

Количество фильтрата (Q₁₀)  с учетом выхода по объему «k»  %:

Q₁₀ = Q₂ x k = 21,4 х 0,99 = 21,2   м³,

где  Q₂ – количество культуральной жидкости в  сутки, м³

    

k -  коэффициент, учитывающий выход фильтрата на стадии.

Выбираем 1 сборник цилиндрический со сферическим днищем и рубашкой для охлаждения обьёмом 25 м³ и 1 запасной.

 

8. Расчет количества пеногасителя

        

             V_пен = Q₂ x 0.5 л/м³ = 21,4 х 0,5 = 10,7 литра/сутки (0,0107 м³)

         

9. Расчет расхода воздуха

 

Воздух расходуется  в количестве 1 м³/м³ среды в минуту.

       На 21.4 м³ будет расходоваться 21,4 м³/мин (0,36 м / сек, 1284м/час или 30816 м³/сут)

 

Расчёт насосов

1. Насос для перекачки  питательной среды из реактора-смесителя в промежуточную ёмкость

Q₁₁= Q / t = 28 / 2 = 14 м³/ч

Q₁ – количество продукта, которое необходимо перекачать.

 t   - время работы оборудования

Такой же насос ставим для закачки питательной среды  в ферментёр

2. Насос для подачи  посевного материала в ферментёр

 Q₁₂= 1.75 / 2 = 0.875 м³/ч

3. Насос для перекачки  к.ж. из ферментера в сборники

Q₁₃ = 21,4 / 2 = 10,7 м³/ч

4. Насос для подачи  фильтрата культуральной жидкости  в сборники