畢設(shè)年產(chǎn)丙酮酸工廠設(shè)計

年產(chǎn)1000噸丙酮酸生產(chǎn)線的工藝設(shè)計（公用工程部分）摘要對年產(chǎn)1000噸丙酮酸生產(chǎn)線的公用工程部分進(jìn)行設(shè)計，解決無菌空氣、冷凍水、蒸汽的供給問題，滿足工藝生產(chǎn)的各項需要。結(jié)合工廠工藝設(shè)計的物料衡算、能量衡算等計算數(shù)據(jù)，按給定具體工藝要求，進(jìn)行公用工程配套設(shè)計計算。在此基礎(chǔ)上繪制流程圖并開展通用設(shè)備選型、非標(biāo)設(shè)備設(shè)計同時進(jìn)行公用工程平面布置設(shè)計。經(jīng)過對各設(shè)備的比較、論證，選擇最適合工藝流程的公用工程設(shè)備，以達(dá)到優(yōu)化資源配置的同時能夠做到對環(huán)境的污染最小，對能源的浪費(fèi)最少。關(guān)鍵字：丙酮酸發(fā)酵公用工程ThetechnologicaldesignforanannualproductioncapacityofonethousandtonsofPyruvicacid（Publicproject）AbstractThedesignisforpublicprojectofPyruvicacidproduction.Inordertosolutethesupplyofsterileair,steamandcoldwater.AndmeettheneedsofProductionProcess.Accordingtothedataofmaterialbalancecalculationandenergybalancecalculationofthetechnologicaldesignforthefactory,Accordingtothespecifictechnologyrequirementsforsupportingpublicworksdesign.Basedonthisflowchartmappingandconductcommontypeofequipment,non-standardequipmentdesignsimultaneouslyutilitylayoutdesign.Aftertherightequipment,feasibilitystudies,theselectionofthemostsuitableprocesstothepublicworksequipment.Toachieveoptimalallocationofresourcesatthesametimecandotominimizeenvironmentalpollution,energywasteatleast.KeyWords:Pyruvicacid;fermentation;publicproject目錄HYPERLINK\l"_Toc169924248"第一章項目概述5HYPERLINK\l"_Toc169924249"1.1項目簡介5HYPERLINK\l"_Toc169924250"1.1.1建設(shè)項目名稱：5HYPERLINK\l"_Toc169924251"1.1.2建設(shè)規(guī)模、生產(chǎn)方法和工作制度5HYPERLINK\l"_Toc169924252"1.1.3廠址選擇及其自然條件5HYPERLINK\l"_Toc169924253"1.1.4公用工程供應(yīng)條件5HYPERLINK\l"_Toc169924254"2.1丙酮酸發(fā)酵生產(chǎn)公用工程設(shè)計6HYPERLINK\l"_Toc169924255"第二章空氣系統(tǒng)設(shè)計6HYPERLINK\l"_Toc169924256"1.1空氣系統(tǒng)流程6HYPERLINK\l"_Toc169924257"空氣的預(yù)處理6HYPERLINK\l"_Toc169924258"1.1.2空氣除菌流程7HYPERLINK\l"_Toc169924259"2.1空氣系統(tǒng)工藝計算8HYPERLINK\l"_Toc169924260"發(fā)酵車間無菌空氣高峰需求量8HYPERLINK\l"_Toc169924261"2.1.2發(fā)酵車間無菌空氣年耗量8HYPERLINK\l"_Toc169924262"3.1空氣系統(tǒng)設(shè)備選型9HYPERLINK\l"_Toc169924263"3.11布袋粗過濾器9HYPERLINK\l"_Toc169924264"3.1.2空氣壓縮機(jī)9HYPERLINK\l"_Toc169924265"3.1.3旋風(fēng)分離器10HYPERLINK\l"_Toc169924266"3.1.4空氣儲罐11HYPERLINK\l"_Toc169924267"3.1.5絲網(wǎng)過濾器12HYPERLINK\l"_Toc169924268"3.1.6總過濾器13HYPERLINK\l"_Toc169924269"4.1設(shè)備安裝注意事項14HYPERLINK\l"_Toc169924270"第三章蒸汽系統(tǒng)設(shè)計15HYPERLINK\l"_Toc169924271"1.1蒸汽系統(tǒng)流程15HYPERLINK\l"_Toc169924272"1.1.1鍋爐用水的預(yù)處理15HYPERLINK\l"_Toc169924273"1.1.2蒸汽系統(tǒng)流程圖17HYPERLINK\l"_Toc169924274"2.1蒸汽系統(tǒng)計算17HYPERLINK\l"_Toc169924275"3.1蒸汽系統(tǒng)設(shè)備選型18HYPERLINK\l"_Toc169924276"3.1.1單流式機(jī)械過濾器18HYPERLINK\l"_Toc169924277"3.1.2逆流式Na離子交換器18HYPERLINK\l"_Toc169924278"3.1.3除氧設(shè)備19HYPERLINK\l"_Toc169924279"3.1.4臥式水火管鍋爐20HYPERLINK\l"_Toc169924280"4.1設(shè)備安裝注意事項22HYPERLINK\l"_Toc169924281"第四章冷凍水系統(tǒng)設(shè)計22HYPERLINK\l"_Toc169924282"1.1冷凍水系統(tǒng)流程22HYPERLINK\l"_Toc169924283"2.1冷卻水系統(tǒng)計算23HYPERLINK\l"_Toc169924284"3.1冷凍水系統(tǒng)設(shè)備選型24HYPERLINK\l"_Toc169924285"3.1.1壓縮機(jī)24HYPERLINK\l"_Toc169924286"3.1.2冷凝器24HYPERLINK\l"_Toc169924287"3.1.3蒸發(fā)器26HYPERLINK\l"_Toc169924288"4.1設(shè)備安裝注意事項26HYPERLINK\l"_Toc169924289"第五章小結(jié)26HYPERLINK\l"_Toc169924290"1.1結(jié)束語26第一章項目概述1.1項目簡介1.1.1建設(shè)項目名稱：年產(chǎn)1000噸丙酮酸生產(chǎn)線的工藝設(shè)計1.1.2建設(shè)規(guī)模、生產(chǎn)方法和工作制度（1）建設(shè)規(guī)模：年產(chǎn)1000噸丙酮酸（2）原料葡萄糖先經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱，然后進(jìn)行連續(xù)滅菌過程，制成滅菌培養(yǎng)基。將酵母與無菌培養(yǎng)基一起放入發(fā)酵罐，通入無菌空氣發(fā)酵，再從發(fā)酵液中提取產(chǎn)物丙酮酸結(jié)晶。（3）工作制度：工作日按300天計，發(fā)酵、過濾實行兩班制。1.1.3廠址選擇及其自然條件項目建設(shè)地點(diǎn)選擇在南京市，其自然條件如下表：年平均氣溫 16.3℃歷年平均最高氣溫溫38℃歷年平均最低氣溫溫-4.2℃最熱平均相對濕度度85%最冷平均相對濕度度75%年平均氣壓1016.5mPP夏季平均氣壓1004.5mPP年均風(fēng)速3.6m/s年均降水量1025.6mmm日最大降水量219.6mm1.1.4公用工程供應(yīng)條件公用工程要求條件要求用量無菌空氣除菌率>99%102.6m3//min加熱蒸汽121℃，0.44mPa2.5t/d冷卻水18℃126.73tt/d2.1丙酮酸發(fā)酵生產(chǎn)公用工程設(shè)計工廠設(shè)計是各專業(yè)設(shè)計人員通力合作，集體創(chuàng)造的過程。在設(shè)計過程中，各專業(yè)既分工，又合作，其中生產(chǎn)工藝設(shè)計是工廠設(shè)計的核心，起主導(dǎo)工作，而公用工程設(shè)計（輔助生產(chǎn)工程設(shè)計）是保證工廠正常生產(chǎn)不可缺少的重要組成部分，是根據(jù)工藝專業(yè)的設(shè)計要求進(jìn)行工作的。它們相輔相承組成工廠的各部分，形成一個有機(jī)的整體。為了更好地發(fā)揮工藝專業(yè)的主導(dǎo)工作，工藝設(shè)計人員必須熟悉和了解各輔助專業(yè)的工作任務(wù)，明確設(shè)計過程中應(yīng)向不同的輔助專業(yè)提供必要的工藝設(shè)計資料和提出不同的要求，作為輔助專業(yè)設(shè)計的依據(jù)。同時又要利用輔助專業(yè)的設(shè)計成果，為工藝設(shè)計服務(wù)。有矛盾時，協(xié)商解決，確定出合理的方案。這對保證設(shè)計質(zhì)量，加快工程進(jìn)度，并保證工廠投產(chǎn)后的良好運(yùn)行效果，是十分重要的。另外，在一些工廠，特別是中，小廠的建設(shè)、擴(kuò)建中，由于技術(shù)力量的不足，往往也需要工藝技術(shù)人員統(tǒng)籌考慮公用工程中的有關(guān)問題。第二章空氣系統(tǒng)設(shè)計1.1空氣系統(tǒng)流程1.1.1空氣的預(yù)處理空氣中的微生物大多數(shù)依附于空氣中的塵埃顆粒上。提高壓縮前空氣的潔凈度的主要措施是提高空氣吸氣口的位置和加強(qiáng)吸入空氣的前過濾。為了保護(hù)空氣壓縮機(jī)，常在空氣吸入口處設(shè)置粗過濾器，以濾去空氣中顆粒較大的塵埃，減少進(jìn)入空氣壓縮機(jī)的灰塵和微生物含量及壓縮機(jī)的磨損，并減輕主過濾器的負(fù)荷，提高除菌空氣的質(zhì)量。對于這種前置過濾器，要求過濾效率高，阻力小，否則會增加壓縮機(jī)的吸入負(fù)荷和降低壓縮機(jī)的排氣量。通常采用布袋過濾器、填料過濾器、油浴過濾器和水霧除塵過濾器。為了節(jié)約成本，本設(shè)計采用布袋過濾器。1.1.2空氣除菌流程由于本地的空氣比較潮濕，所以采用兩級冷卻、加熱除菌系統(tǒng)，其流程圖如圖1：兩級冷卻除菌流程是一個比較完善的空氣除菌流程，可適應(yīng)各種氣候條件，能夠充分地分離油水，使空氣達(dá)到低的相對濕度下進(jìn)入過濾器，以提高過濾效率。該流程的特點(diǎn)是兩次冷卻、兩次分離、適當(dāng)加熱。兩次冷卻、兩次分離油水的好處是能提高傳熱系數(shù)，節(jié)約冷卻用水，油水分離的比較完全。經(jīng)第一冷卻器冷卻后，大部分的水、油都已經(jīng)結(jié)成較大的霧滴，故適宜用旋風(fēng)分離器分離。第二冷卻器使空氣進(jìn)一步冷卻后析出一部分較小霧粒，宜采用絲網(wǎng)分離器分離，這樣發(fā)揮絲網(wǎng)能夠分離較小直徑的霧粒和分離效果高的作用。第一級冷卻到30~35℃，第二級冷卻到20~25℃。除水后，空氣的相對濕度仍然是100%，須用絲網(wǎng)分離器后的加熱器加熱將空氣中的相對濕度降低至50%~60%，以保證過濾的正常運(yùn)行[1]。為了克服輸送過程中過濾介質(zhì)等阻力，吸入的空氣須經(jīng)空壓機(jī)壓縮?？諝饨?jīng)壓縮后，溫度會顯著上升，壓縮比愈高，溫度也愈高。若將此高溫壓縮空氣直接通入空氣過濾器，會引起過濾介質(zhì)的炭化或燃燒，而且還會增大培養(yǎng)裝置的降溫負(fù)荷，給培養(yǎng)溫度的控制帶來困難，同時高溫空氣還會增加培養(yǎng)液水分的蒸發(fā)，對微生物的生長也不利，因此要將壓縮空氣降溫。所以在空氣儲罐后要裝一個冷卻器，如流程圖中的4，6兩處。根據(jù)式子(1)：(1)當(dāng)空氣的總壓力P及濕含量χ為一定值時，相對濕度φ隨Ps而改變，但Ps又是溫度的函數(shù)，φ因此隨溫度而變，即溫度升高時，φ降低，反之，φ則升高。若溫度降至露點(diǎn)，φ升到100%時，過剩的那部分水蒸氣就會凝成露滴而析出，同樣壓縮空氣中夾帶的油分也會冷凝下來。由此可以看出經(jīng)冷卻降溫后的空氣相對濕度增大，會析出水來，使過濾介質(zhì)受潮失效，所以壓縮后的濕空氣要除水，同時由于空氣經(jīng)壓縮機(jī)后不可避免地會夾帶潤滑油，故除水的同時也要進(jìn)行除油。因此在5處設(shè)置一個旋風(fēng)分離器用來除去空氣中的水和油。介質(zhì)過濾器是利用塊狀介質(zhì)，顆粒狀介質(zhì)、網(wǎng)狀介質(zhì)或高分子材料絲網(wǎng)的慣性攔截作用來分離空氣中的水和油滴的方法。在各種介質(zhì)過濾器中絲網(wǎng)分離器具有較高的分離效率，它對直徑大于5μm的顆粒分離效果可達(dá)99%，大于10μm的更可高達(dá)99.5%，且能出去部分2-5μm的較細(xì)顆粒，加上結(jié)構(gòu)簡單，阻力不大等，被廣泛用于生產(chǎn)中[2]。流程圖中7處就是一個絲網(wǎng)過濾器。在最后設(shè)置一個總過濾器，也是流程中最重要的一個過濾器，用來過濾掉空氣中絕大部分殘余的油、水及真菌，以達(dá)到所需無菌空氣的要求。2.1空氣系統(tǒng)工藝計算生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：年產(chǎn)1000t丙酮酸，產(chǎn)酸率72g/l，轉(zhuǎn)化率70％，提取率80％，染菌率1％，年工作日300，發(fā)酵周期64h，輔助時間8小時，平均通氣比1：0.32.1.1發(fā)酵車間無菌空氣高峰需求量Vmax=2×238.75+6×995=6247.5(m3/h)=1.74(m3/s)2.1.2發(fā)酵車間無菌空氣年耗量V=6×6.5×10-6+2×1.63×106=4.23×107(m3)無菌空氣消耗量：（75×0.7×6+5×0.7×2）×0.3=102.6m3/h3.1空氣系統(tǒng)設(shè)備選型3.11布袋粗過濾器布袋過濾器的結(jié)構(gòu)簡，只要將濾布縫制成與骨架相同形狀的布袋，繃緊縫于骨架上，并縫緊所有造成短路的空隙。布袋過濾的過濾效率和阻力損失要視所選用的濾布結(jié)構(gòu)和濾布面積而定。布質(zhì)結(jié)實而細(xì)致，則過濾效率高，但阻力大?，F(xiàn)多采用合成纖維濾布、無紡布。濾布要求定期換洗，以減少阻力和提高過濾效率。本設(shè)計采用合成纖維濾布，氣流速度為2-2.5m/min，空氣阻力約為60-120mmHg。3.1.2空氣壓縮機(jī)發(fā)酵工業(yè)常用的氣體輸送設(shè)備為低壓空氣壓縮機(jī)，用來提供發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)中要求提供的0.2~0.3MPa（表壓）的壓縮空氣。一般采用的是渦輪式空氣壓縮機(jī)或經(jīng)過改裝的往復(fù)式空氣壓縮機(jī)做為空氣壓縮站的主要送氣設(shè)備。將空氣壓縮到一定壓力，通過空氣除菌系統(tǒng)，得到一定壓力的無菌空氣，供深層培養(yǎng)之用[3]。兩種空氣壓縮機(jī)的比較如表1。壓縮機(jī)種類特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)渦輪式供氣量大，出口壓壓強(qiáng)穩(wěn)定，輸輸出的壓縮空空氣不含油霧霧功率消耗較小，結(jié)結(jié)構(gòu)緊湊，占占地面積小技術(shù)要求較高往復(fù)式操作時氣體受壓發(fā)發(fā)熱，故在缸缸外要有冷卻卻裝置容量范圍廣，價格格較便宜，操操作和維修比比較方便出口流量不穩(wěn)定，壓壓出氣體中夾夾帶油霧表1兩種空氣壓縮機(jī)的比較由于渦輪式空氣壓縮機(jī)輸出的壓縮空氣中不含油霧，給后面的空氣除菌帶來很大方便，使空氣過濾系統(tǒng)得到簡化，降低一些成本，故本設(shè)計采用渦輪式空氣壓縮機(jī)。無菌空氣消耗量：（75×0.7×6+5×0.7×2）×0.3=102.6m3/h=60.38acfm。初選渦輪式空氣壓縮機(jī)，機(jī)型HP1.0，排氣量40acfm,兩臺并聯(lián)工作，40acfm×2=80acfm>60.38acfm,所以符合工藝生產(chǎn)的要求。3.1.3旋風(fēng)分離器旋風(fēng)分離器是一種結(jié)構(gòu)簡單、阻力小、分離效果較高的氣-固或氣-液分離設(shè)備。空氣一般以15-24m/s的流速以切線方向進(jìn)入旋風(fēng)分離器，并在圓周內(nèi)做圓周運(yùn)動，油水滴則因具有比空氣大得多的重度，因此有較大的慣性力，故當(dāng)空氣在分離器內(nèi)做圓周運(yùn)動時，油水滴仍作直線運(yùn)動，因而在器壁上沉降。排氣口氣流速度為4-8m/s，油水滴則在旋風(fēng)分離器中的徑向速度與氣流速度的平方成正比，但隨回轉(zhuǎn)半徑的增加而減小，因此旋風(fēng)分離器的進(jìn)口管截面積一般較小，分離器的管徑也較小。但進(jìn)口空氣的流速越大，筒徑越小，空氣的阻力也就越大[4]。圖2旋風(fēng)分離器一般的旋風(fēng)分離器的比例尺寸大致為：D1=0.4-0.6，L1=1-2D，2-3D，h=0.5D，b=0.2-0.25D，D2為方便起見，可用下式大致估計一下分離器的直徑D:(2)式(2)中：Q——通過旋風(fēng)分離器的空氣流量，m3/min。通過旋風(fēng)分離器的空氣流量Q=120m3/minD=0.1=1.095m，所以D取1.1m。D1=0.5m L1=2D=2.2m L2=3D=3.3m h=0.5D=0.55m b=0.2d=0.22m D2=0.2D=0.22m3.1.4空氣儲罐壓縮空氣冷卻到一定溫度，分去油水后，空氣的相對濕度仍為100%，若不加熱升溫，只要溫度稍微降低，便再度析出水分，使過濾介質(zhì)受潮而降低或喪失過濾能力。所以必須將冷卻除去水分后的壓縮空氣加熱到一定溫度，使相對濕度降低，才能輸入過濾器。壓縮空氣加熱溫度的選擇對保證空氣干燥，保證過濾器的除菌效率很關(guān)鍵。一般來講，降濕后的溫度與升濕后的溫度溫差在10-15℃左右即能保證相對濕度降至一定水平，滿足進(jìn)入過濾器的要求?？諝獾募訜嵋话阌昧泄苁綋Q熱器來實現(xiàn)，由壓縮機(jī)出來的空氣是脈沖式的，在過濾器前需要安裝一個空氣儲罐來消除脈沖維持罐壓的穩(wěn)定。儲氣罐的作用除了使壓力穩(wěn)定外，還可使部分液滴在罐內(nèi)沉降。儲氣罐的結(jié)構(gòu)如下圖：圖3儲氣罐結(jié)構(gòu)圖貯氣罐的體積計算如下：V=0.15v(3)式(3)中：V—貯氣罐的體積；v—壓縮空氣流量，m3/min。貯氣罐的體積V=0.15v=0.15×120=18m3設(shè)貯氣罐圓筒部分的高徑比為2.5：1則則D=2.09m，H=2.5D=5.23m3.1.5絲網(wǎng)過濾器本設(shè)計的介質(zhì)過濾器的過濾介質(zhì)采用0.25mm×40目的不銹鋼絲網(wǎng)，絲網(wǎng)介質(zhì)層高度為150mm，其示意圖如下：圖4絲網(wǎng)過濾器結(jié)構(gòu)圖通過絲網(wǎng)最大空氣流速：(4)式(4)中：ωmax——最大空氣流速，m/s；ρp——液滴的比重，kg/m3；ρg——空氣的比重，kg/m3；K——系數(shù)，取0.107查出25℃下空氣的比重ρg為1.2×103kg/m3，水滴的比重ρp為1.022kg/m3則ωmax=0.107=3.12m/s絲網(wǎng)分離器的設(shè)計速度ω為上述空氣最大流速的75%，即：ω設(shè)計=0.75ωmax=2.34m/s絲網(wǎng)分離器的直徑：(5)式(5)中：D—絲網(wǎng)分離器的直徑，m；V—?dú)怏w流量，m3/s。則絲網(wǎng)分離器的直徑D==0.977m3.1.6總過濾器因為生產(chǎn)需要的無菌空氣要求比較高，從過濾效率和經(jīng)濟(jì)適用方面考慮，本設(shè)計采用纖維介質(zhì)深層過濾器，其結(jié)構(gòu)圖如圖5：圖5纖維介質(zhì)深層過濾器這種纖維介質(zhì)深層過濾器通常是立式圓筒型，內(nèi)部充填過濾介質(zhì)，空氣由下向上通過過濾介質(zhì)，以達(dá)到除菌目的?？諝膺^濾器的的尺寸主要包括直徑D和有效濾層高度L，其中D可以由式(6)求出：（6） (6)式(6)中:qν——空氣流經(jīng)過濾器的體積流量，m3/s;νs——空截面空氣速度，m/s。空截面氣速νs一般可取0.1-0.3m/s，按操作工藝設(shè)為0.2m/s，qν=102.6m3/min=1.17m3/s則D==2.73m過濾器的有效過濾介質(zhì)高度L的計算公式為：則選用棉花纖維過濾器，選棉花纖維直徑d=16μm,填充系數(shù)α=8%通風(fēng)量120m3/min,p=4kg/m3,發(fā)酵周期72h假設(shè)進(jìn)入過濾器的的空氣含菌量量是5000個/m3，空氣流速速為0.2m//s查得K’=0.135cmm-1，倒灌率率為0.1%則N1=5000×1220×60××72=2..592×1109個，N2=10-3個過濾層厚度=663.6cmm4.1設(shè)備安裝裝注意事項(1)貯氣罐上上應(yīng)安裝安全全閥，底部應(yīng)應(yīng)安排污口，空空氣在貯罐中中的流向為由由下而上，罐罐內(nèi)放置絲網(wǎng)網(wǎng)除霧器。(2)過濾器的的有效過濾介介質(zhì)高度L的決定，通通常在實驗數(shù)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上上，按對數(shù)穿穿透定律進(jìn)行行計算。但由由于需要濾層層厚度，耗用用棉花過多，安安裝較困難，阻阻力損失很大大，故工廠常常用活性炭作作為中間曾，以以改善這些因因素。這本來來是不符合計計算要求的。通通?？偟母叨榷戎?，上下棉棉花層厚度各各為總過濾層層的1/4-11/3，中間活性性炭層占1/3-11/2。在鋪棉花花之前，先在在下孔板鋪上上一層30-40目的金屬絲絲網(wǎng)和織物，有有助于空氣均均勻進(jìn)入棉花花濾層[5]]。第三章蒸汽系統(tǒng)統(tǒng)設(shè)計1.1蒸汽系統(tǒng)統(tǒng)流程1.1.1鍋爐爐用水的預(yù)處處理為了保證供熱系統(tǒng)統(tǒng)的可靠、持持久和安全地地運(yùn)行，必須須對供給鍋爐爐房的水進(jìn)行行處理。在鍋鍋爐房使用的的各種水源中中，無論是天天然水，還是是自來水，都都含有一些雜雜質(zhì)，不能直直接用于鍋爐爐給水，必須須經(jīng)過處理，符符合鍋爐給水水水質(zhì)標(biāo)難后后才能供給鍋鍋爐使用，否否則會影響鍋鍋爐的安全經(jīng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。因因此，鍋爐房房要設(shè)置給水水處理設(shè)備。天然水(無論是地地面水還是地地下水)在自然界的的循環(huán)運(yùn)動過過程中，溶解解和混雜了大大量雜質(zhì)。這這些雜質(zhì)按其其顆粒大小可可以分為三類類：顆粒最大大的稱為懸浮浮物，其次是是膠體，最小小的是離子和和分子，即溶溶解物質(zhì)。懸懸浮物是指水水流動時呈懸懸浮狀態(tài)的物物質(zhì)，其顆粒粒直徑在10-4mmm以上，通過過濾紙可以分分離出來。主主要是黏土、砂砂粒、植物殘殘渣、工業(yè)廢廢物等[6]]。膠體物質(zhì)是許多分分子和離子的的集合體，其其粒徑在10.4~~10.6mmm之間。水中中膠體物質(zhì)有有鐵、鋁、硅硅等的化合物物，以及動植植物有機(jī)體的的分解產(chǎn)物——有機(jī)物。天然水中的溶解物物質(zhì)主要是鈣鈣、鎂、鉀、鈉鈉等鹽類以及及氧和二氧化化碳等氣體。這這些鹽類在水水中大都以離離子狀態(tài)存在在，其顆粒直直徑小于10.6mmm。水中溶解解的氣體則是是以分子狀態(tài)態(tài)存在的。懸浮物會造成沉積積物，污染樹樹脂，堵塞管管道，懸浮物物過多會使鍋鍋水起沫。膠膠體物質(zhì)會污污染樹脂，影影響出水質(zhì)量量，進(jìn)入鍋爐爐，會產(chǎn)生大大量泡沫，引引起汽水共騰騰。天然水中中的懸浮物和和膠體物質(zhì)通通常是在水廠廠里通過混凝凝和過濾處理理后大部分被被清除。如果果將這看起來來澄清，仍含含有雜質(zhì)的水水不經(jīng)處理直直接供給鍋爐爐，水中的一一部分溶解鹽鹽類(主要是鈣、鎂鎂鹽類)就會析出或或濃縮沉淀出出來。沉淀物物的一部分比比較松散，稱稱為水渣；而而另一部分附附著在受熱面面內(nèi)壁，形成成堅硬而質(zhì)密密的水垢。水水垢的存在對對鍋爐安全，經(jīng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行危害害很大。（1）鍋爐用水的過濾濾工業(yè)鍋爐房用水一一般由水廠供供給。如果原原水的懸浮物物含量較高，為為了減輕軟化化設(shè)備的負(fù)擔(dān)擔(dān)，必須進(jìn)行行原水的過濾濾處理。對于于順溜再生固固定床離子交交換器，懸浮浮物大于等于于5mg/L的原水應(yīng)經(jīng)經(jīng)過濾；進(jìn)入入逆流再生固固定床離子交交換器或浮動動床交換器的的原水，懸浮浮物含量大于于等于2mg/L時應(yīng)先經(jīng)過過濾；懸浮物物含量大于20mg//L的原水或經(jīng)經(jīng)石灰處理后后的水均應(yīng)混混凝、澄清后后經(jīng)過濾處理理。（2）陽離子交換軟化化水中的懸浮物和膠膠體物質(zhì)通常常經(jīng)過水廠的的沉淀、過濾濾等處理后被被大部分去除除。但水中的的硬度、堿度度等雜質(zhì)仍然然存在，為了了滿足鍋爐給給水水質(zhì)要求求，需要對鍋鍋爐給水進(jìn)行行處理。工業(yè)業(yè)鍋爐房水處處理的主要內(nèi)內(nèi)容是軟化和和除氧，即除除去水中的鈣鈣、鎂離子，降降低給水的含含氧量。利用用不產(chǎn)生硬度度的陽離子(如Na+、H+)將水中的Ca2+、Mg2+置換出來來，從而達(dá)到到使水軟化的的目的，這種種方法稱為陽陽離子軟化法法。又稱離子子交換軟化。離離子交換軟化化是通過離子子交換劑實現(xiàn)現(xiàn)的。目前在工業(yè)鍋爐水水處理中，鈉鈉離子交換軟軟化用得最多多。離子交換換器中裝入陽陽離子交換劑劑，原水流過過鈉離子交換換劑時，交換換劑中的Na+與水中的Ca2+、Mg2+離子進(jìn)行行置換反應(yīng)，使使水得到軟化化。鈉離子交交換既可除去去水中的暫硬硬，又可除去去永硬，但不不能除堿，因因為構(gòu)成天然然水堿度主要要部分的暫時時硬度按照等等物質(zhì)量的規(guī)規(guī)則轉(zhuǎn)變?yōu)殁c鈉鹽堿度NaHCOO3；另外，按按等物質(zhì)量的的交換規(guī)則1molCa2+與2mol的Na+進(jìn)行交換反反應(yīng)，使得軟軟水中的含鹽鹽量有所增加加。隨著交換軟化過程程的進(jìn)行，交交換劑中的Na+逐漸被水中中的Ca2+、Mg2+所代替，交交換劑由NaR型逐漸變?yōu)镃aR2或MgR2型。當(dāng)軟化化水的硬度超超過某一數(shù)值值后，水質(zhì)已已經(jīng)不符合鍋鍋爐給水水質(zhì)質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求求時，則認(rèn)為為交換劑已經(jīng)經(jīng)失效，此時時應(yīng)立即停止止軟化，對交交換劑進(jìn)行再再生。離子交換設(shè)備種類類較多，有固固定床、浮動動床、流動床床等。浮動床床、流動床離離子交換設(shè)備備適用于原水水水質(zhì)穩(wěn)定，軟軟化水出力變變化不大、連連續(xù)不間斷運(yùn)運(yùn)行的情況，固固定床則無需需上述要求，是是工業(yè)鍋爐房房常用的軟化化設(shè)備。固定床離子交換設(shè)設(shè)備又可分為為順流再生離離子交換器和和逆流再生離離子交換器兩兩大類。（3）鍋爐給水的除氧氧鍋爐金屬的腐蝕主主要是電化學(xué)學(xué)腐蝕。鍋爐爐的給水和鍋鍋水都是電解解質(zhì)，因為鍋鍋爐的金屬壁壁的雜質(zhì)部分分為陰極，其其得到的電子子會與鍋水中中離子（如H+）結(jié)合而不斷斷去除。如果腐蝕產(chǎn)物(如如Fe3+)積聚在陽極極，或電子e積聚在陰極極未被除去，則則兩極間電位位差減小而使使腐蝕滯緩或或停止，這種種現(xiàn)象稱為“極化”。反之，消消除極化(稱為“去極化”現(xiàn)象)，會使腐蝕蝕加速。pH<7時，水中中有較多的H+，H+是陰極的去去極化劑會加加速腐蝕。同同時，酸性水水會使金屬氧氧化保護(hù)層溶溶解，也加速速腐蝕。可見見，為了避免免和減輕鍋爐爐金屬的電化化學(xué)腐蝕，除除了保持鍋水水一定的堿度度，還要對給給水進(jìn)行除氧氧。1.1.2蒸汽汽系統(tǒng)流程圖圖蒸汽系統(tǒng)的簡單流流程示意圖見見圖2：原水原水單流式機(jī)械過濾器Na離子交換器除氧蒸汽供給水火管鍋爐圖6蒸汽系統(tǒng)流程示意意圖設(shè)計蒸汽系統(tǒng)時還還應(yīng)從經(jīng)濟(jì)上上考慮，在滿滿足用戶需要要的前提下，供供汽壓力越低低越好，但仍仍需考慮蒸汽汽冷凝水回收收系統(tǒng)所需的的壓降。為了了有效地利用用燕汽的能量量，往往先使使高壓蒸汽通通過汽輪機(jī)，然然后用汽輪機(jī)機(jī)的排汽供應(yīng)應(yīng)工廠生產(chǎn)；；當(dāng)汽輪機(jī)停停止工作時，應(yīng)應(yīng)有減壓閥和和減溫器來保保證低一級壓壓力蒸汽系統(tǒng)統(tǒng)的供汽。2.1蒸汽系統(tǒng)統(tǒng)計算工藝上需求采用1121℃，0.4mPa的蒸汽進(jìn)行行加熱每個發(fā)酵罐蛇管蒸蒸汽加熱階段段需要的蒸汽汽量G=38887.15kg每個發(fā)酵罐直接蒸蒸汽加熱階段段需要的蒸汽汽量G’=21399.53kkg考慮5%的蒸汽損失，并且且有兩個發(fā)酵酵罐同時進(jìn)行行發(fā)酵，則總總的蒸汽用量量為：G總=（3887.15++2139..53）×2/0..95=122.696t/d3.1蒸汽系統(tǒng)統(tǒng)設(shè)備選型3.1.1單流流式機(jī)械過濾濾器本設(shè)計采用的過濾濾設(shè)備是單流流式機(jī)械過濾濾器，因為它它具有過濾管管路系統(tǒng)簡單單，運(yùn)行穩(wěn)定定，價格低廉廉等優(yōu)勢。單單流式機(jī)械過過濾器也是最最簡單的一種種過濾器。其其簡單示意圖圖如圖3：圖7單流式機(jī)械過濾器器單流式機(jī)械過濾器器本體為密閉閉的鋼制圓柱柱形容器，設(shè)設(shè)有進(jìn)水、排排水管路，過過濾器內(nèi)裝填填過濾材料，常常用的有石英英砂、大理石石、無煙煤等等。石英砂不不宜用于過濾濾堿性水，因因為石英砂在在水中溶解產(chǎn)產(chǎn)生硅酸對鍋鍋爐有害；無無煙煤、大理理石適用于帶帶堿性的水。濾濾料直徑為0.5~11.5mm。過濾速度度為4~5m//h，運(yùn)行周期期一般為8h[7]。3.1.2逆流流式Na離子交換器器因為逆流再生離子子交換設(shè)備具具有出水質(zhì)量量高，鹽耗低低等優(yōu)點(diǎn)，所所以本設(shè)計采采用逆流再生生Na離子交換器器。其簡單示示意圖如圖4：圖8逆流再生離子交換換設(shè)備所謂“逆流再生”，就是是再生時再生生液的流向和和水軟化運(yùn)行行時的流向相相反。通常是是鹽液從交換換器下部進(jìn)入入，上部排出出。因此，新新鮮的再生液液總是先與交交換器底部尚尚未完全失效效的交換劑接接觸，使其得得到很高的再再生程度，隨隨著再生液繼繼續(xù)向上流動動，交換劑的的再生程度逐逐漸降低，但但較順流再生生工藝慢得多多(下部交換劑劑的飽和程度度比上部?。偕褐兄弥脫Q出來的Ca2+、Mg2+少)。當(dāng)再生液液與上部完全全失效的交換換劑接觸時，再再生液仍具有有一定的“新鮮性”，仍能起還還原作用，再再生液能被充充分利用[88]。3.1.3除氧氧設(shè)備從氣體溶解定律可可知．氣體在在水中的溶解解度與該氣體體在氣水界面面上的分壓力力成正比，與與水溫成反比比。在敞開的的設(shè)備中將水水加熱，隨著著水溫升高，氣氣水界面上的的水蒸氣分壓壓力也增大，其其他氣體的分分壓力降低，當(dāng)當(dāng)水達(dá)到沸點(diǎn)點(diǎn)時，水界面面上的水蒸氣氣分壓力與外外界壓力相等等，其他氣體體的分壓力都都趨于零，水水中溶解氣體體的含量也趨趨于零[9]]。這是熱力力除氧的工作作原理。用加熱的方法除氧氧的設(shè)備稱為為熱力除氧器器。工業(yè)鍋爐爐房蒸汽鍋爐爐常采用的是是大氣式熱力力除氧器，即即除氧器內(nèi)的的壓力略高于于大氣壓(一般為0.02MMPa，工作溫度104℃)，以便于逸逸出的氣體能能夠排出。常用的噴霧填料式式熱力除氧器器如圖9所示。圖9噴霧填料式除氧器器除氧器由除氧頭和和除氧水箱兩兩部分組成。給給水由除氧頭頭上部的進(jìn)水水管進(jìn)人，進(jìn)進(jìn)水管又與互互相平行的幾幾排帶有噴嘴嘴的噴水管連連接，水通過過噴嘴被噴成成霧狀，要求求噴嘴進(jìn)水壓壓力為0.15--0.2MPPa左右。除氧氧頭下部有兩兩層孔板，孔孔板之間裝有有不銹鋼填料料(也稱Ω元件)，霧狀水滴滴經(jīng)填料層后后落到水箱里里。蒸汽由除氧頭下部部的進(jìn)汽管進(jìn)進(jìn)入向上流動動，析出的氣氣體及部分蒸蒸汽經(jīng)過頂部部的圓錐形擋擋板折流，由由排氣管排出出。給水在除氧器內(nèi)先先是被噴成霧霧狀加熱，具具有很大的表表面積，有利利于氧氣從水水中逸出，后后又在填料層層中呈水膜狀狀態(tài)被加熱，與與蒸汽有較充充分的接觸，且且填料還有蓄蓄熱作用，所所以除氧效果果較好，對負(fù)負(fù)荷波動適應(yīng)應(yīng)強(qiáng)。3.1.4臥式式水火管鍋爐爐由于發(fā)酵車間所需需的蒸汽量不不大，所以采采用臥式水火火管鍋爐比較較適宜。臥式水火管鍋爐是是水管與火管管組合在一起起的臥式外燃燃鍋爐。這種種鍋爐是20世紀(jì)創(chuàng)年年代在臥式外外燃回水管鍋鍋爐基礎(chǔ)上發(fā)發(fā)展起來的一一種整裝鍋爐爐。目前在小小型燃煤鍋爐爐使用中占有有較大比例[[10]。這種鍋爐的鍋筒及及各受熱面都都支承在鋼板板焊成的底座座上，爐排文文架及通風(fēng)裝裝置全部在支支座結(jié)構(gòu)中形形成。鍋爐的的墻壁采用蛭蛭石磚絕熱，外外加薄鐵皮，形形成一整體鍋鍋爐。因此，又又稱這種鍋爐爐為臥式快裝裝鍋爐。快裝裝鍋爐結(jié)構(gòu)緊緊湊，運(yùn)輸方方便，安裝簡簡單。相對其其他煙火管鍋鍋爐，由于爐爐膛內(nèi)可根據(jù)據(jù)情況布置備備種拱墻，爐爐內(nèi)燃燒較好好。同時由于于爐內(nèi)煙氣流流速較高，使使火管傳熱系系數(shù)提高，積積灰減少。尤尤其在層部增增設(shè)省煤器時時，使排煙溫溫度降低，鍋鍋爐效率可達(dá)達(dá)75％以上[111]。經(jīng)過幾個廠家所生生產(chǎn)的鍋爐的的比較，決定定采用河北保保定鑫華鍋爐爐制造有限公公司所生產(chǎn)的的DZL系列臥式水水火管鍋爐。它它具有以下幾幾方面的優(yōu)勢勢：(1)DZL快快裝水火管蒸蒸汽鍋爐采用用單鍋筒縱置置式，雙集箱箱快裝布置，水水火管快裝結(jié)結(jié)構(gòu)，節(jié)省鍋鍋爐房占地，且且土建工程投投資少，有效效地降低鍋爐爐安裝費(fèi)用和和基建投資；；(2)采用爐內(nèi)內(nèi)煙塵慣性分分離，配以高高效的脫硫除除塵器，高鍋鍋爐排放濃度度低，黑度低低，可達(dá)到國國家一類地區(qū)區(qū)環(huán)保指標(biāo)要要求。(3)鍋爐采用用自然循環(huán)方方式，爐水始始終保持高速速紊流狀態(tài)，強(qiáng)強(qiáng)化傳熱，提提高鍋爐熱效效率；(4)蒸汽鍋爐爐有較大的汽汽相空間，并并配置高效汽汽水分離器，蒸蒸汽濕度降低低到2%以下；(5)配套鼓風(fēng)風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)機(jī)、給水泵、除除塵器、安全全輔件等，可可靠的性能，保保證鍋爐安全全運(yùn)行，同時時降低司爐工工勞動強(qiáng)度。由于飽和蒸汽的需需求量為12.7tt/d，所以選用用型號為DZL（W）1~0.7（1.25）-AII臥式水火管管鍋爐一臺，其其額定蒸發(fā)量量為1t/h,即24t/dd>12.77t/d。DZL（W）1~0.7（1.25）-AII臥式水火管管鍋爐參數(shù)如如表2：額定蒸發(fā)量（t//h）1電機(jī)功率（kw）5.5額定工作壓力(MMPa)0.7(1.255)排煙黑度（格林曼曼）1級額定蒸汽溫度(℃℃)170(194))風(fēng)量(m3/h)1850額定給水溫度(℃℃)20風(fēng)壓（Pa）1370對流受熱面積（mm2）19.64設(shè)計燃料II類煙煤鍋爐受熱面積（mm2）3.99爐排有效面積（mm2）2輻射受熱面積（mm2）3.99熱效率（%）74.15省煤器（m2）3.6燃料消耗量（kgg/h）193表2DZL(WW)1-0..7(1.225)-AIII臥式水火火管鍋爐參數(shù)數(shù)表4.1設(shè)備安裝裝注意事項（1）當(dāng)原水通過過濾濾層的壓力降降達(dá)到0.05~~0.06MMPa時，應(yīng)停止止過濾，進(jìn)行行反沖洗，把把濾料層中截截留的污泥沖沖洗掉，以恢恢復(fù)其工作能能力。反洗強(qiáng)強(qiáng)度為15L／(s·m22)，沖洗時間間為10min，最后正洗洗至出水合格格，就可以重重新進(jìn)行過濾濾[12]。（2）排氣閥開度要合合適，過大會會造成蒸汽浪浪費(fèi)，過小會會影響除氧效效果，因此需需要通過反復(fù)復(fù)調(diào)整，維持持其最佳開度度。（3）為了保證重要用用戶用汽，設(shè)設(shè)計中要考慮慮設(shè)置一個蒸蒸汽自動切斷斷系統(tǒng)，在發(fā)發(fā)生事故時，按按預(yù)定的程序序切斷非重要要用戶的負(fù)荷荷。為了確認(rèn)認(rèn)次系統(tǒng)的可可靠性，在日日常生產(chǎn)時要要進(jìn)行試驗。（4）設(shè)計蒸汽系統(tǒng)時時，系統(tǒng)干管管的直徑要按按蒸汽發(fā)生設(shè)設(shè)備的連續(xù)最最大供汽量來來考慮，以利利于將來工廠廠擴(kuò)建或適應(yīng)應(yīng)生產(chǎn)的變化化。第四章冷凍水系系統(tǒng)設(shè)計1.1冷凍水系系統(tǒng)流程制冷系統(tǒng)是由制冷冷壓縮機(jī)、換換熱設(shè)備、節(jié)節(jié)流機(jī)構(gòu)和其其他輔助設(shè)備備組合成的整整體設(shè)備。一一般有兩種組組合方式；一一是在制造廠廠內(nèi)將制冷壓壓縮機(jī)同其他他設(shè)備組裝在在一個公共底底座上，作為為一個整體設(shè)設(shè)備，稱為制制冷機(jī)組，其其中最常使用用的是冷水機(jī)機(jī)組；另一種種是由設(shè)計單單位根據(jù)用戶戶所需制冷量量和制冷溫度度選擇若干的的制冷壓縮機(jī)機(jī)、冷凝器、貯貯液器和輔助助設(shè)備，結(jié)合合用戶的特點(diǎn)點(diǎn)選擇若干臺臺蒸發(fā)器或冷冷卻排管、冷冷風(fēng)機(jī)等，通通過工程安裝裝組合成完整整的裝置，稱稱為制冷裝置置。制冷裝置置比制冷機(jī)組組的工藝流程程要復(fù)雜得多多[13]。冷冷卻水系統(tǒng)流流程圖如圖10：圖10冷凍水系統(tǒng)統(tǒng)流程圖在進(jìn)行冷凍水系統(tǒng)統(tǒng)的設(shè)計時，必必須對用戶的的要求和水源源等方面的情情況進(jìn)行調(diào)查查研究，一般般需要了解以以下內(nèi)容。（1）用戶要求。用戶戶需要的冷量量及其變化情情況，供冷方方式，冷凍水水的供水溫度度和回水溫度度，以及使用用場所和安裝裝方面的要求求。（2）冷卻水源及氣象象條件（3）制冷壓縮機(jī)產(chǎn)品品資料及有關(guān)關(guān)設(shè)備的產(chǎn)品品資料。（4）工程項目的總平平面圖和其他他有關(guān)資料。在充分了解上述資資料的條件下下，按下述步步驟對制冷設(shè)設(shè)備進(jìn)行選擇擇計算。2.1冷卻水系系統(tǒng)計算使用的冷卻介質(zhì)為為2℃的冷卻水，出出口溫度為30℃。發(fā)酵液的的溫度為40℃，冷卻至發(fā)發(fā)酵溫度28℃。每次發(fā)酵酵需83.5007t發(fā)酵液，假假設(shè)相應(yīng)的發(fā)發(fā)酵液密度為為1050kkg/m3，故發(fā)酵液液量為：G=發(fā)酵液密度×發(fā)酵酵液體積=10500×83.5507=877682.335（kg）又知發(fā)酵液的比熱熱容C1=4.0kkJ/（kg·k），工業(yè)要要求1h內(nèi)完成冷卻卻過程，則耗耗冷量為：Q1=G*C（t1--t2）/u=877682.335×4.00×（40-28）/1=422087522.8（KJ/h）式中t1和t2———分別為發(fā)酵酵液冷卻前后后溫度（℃）u——冷卻操作過程時間間（h）相應(yīng)冷卻介質(zhì)（22℃的冷卻水）耗耗量為：=35959.995（kg/h）3.1冷凍水系系統(tǒng)設(shè)備選型型3.1.1壓縮縮機(jī)壓縮機(jī)是壓縮式制制冷與熱泵系系統(tǒng)的心臟，工工作介質(zhì)通過過壓縮機(jī)而加加入有效能，并并進(jìn)行周而復(fù)復(fù)始的循環(huán)，由由此實現(xiàn)連續(xù)續(xù)的制冷或供供熱。壓縮機(jī)型式有許多多種類，但就就工作原理來來講，它們分分屬容積式與與動力式兩大大類，容積式式壓縮機(jī)依靠靠改變氣體體體積而直接壓壓縮氣體，提提高氣體壓力力；動力式壓壓縮機(jī)則是先先使氣體分子子獲得動能，然然后使分子速速度滯止，由由動能轉(zhuǎn)化成成位能即壓力力。容積式壓縮機(jī)的特特點(diǎn)是：工作作壓力隨流量量變化極小，結(jié)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜雜，體積較大大。動力式壓壓縮機(jī)的特點(diǎn)點(diǎn)是：工作壓壓力隨流量的的變化大，結(jié)結(jié)構(gòu)較為簡單單、緊湊，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速高，流量量大。因此，它它們的使用范范圍各不相同同。因為供給的冷凍水水是連續(xù)的，要要求一定的冷冷凍水量，所所以要求工作作壓力較穩(wěn)定定，所以這里里采用容積式式壓縮機(jī)中的的單級螺旋桿桿式壓縮機(jī)。因為耗冷量為422087522.8kJ//h換算成功率率為1169..1kW。系統(tǒng)為間間接冷卻系統(tǒng)統(tǒng)，取冷損失失附加系數(shù)為為15%，則制冷系系統(tǒng)的制冷量量為：QR=(1+115%)1