毕设年产丙酮酸工厂设计

年产1000吨丙酮酸生产线的工艺设计（公用工程部分）摘要对年产1000吨丙酮酸生产线的公用工程部分进行设计，解决无菌空气、冷冻水、蒸汽的供给问题，满足工艺生产的各项需要。结合工厂工艺设计的物料衡算、能量衡算等计算数据，按给定具体工艺要求，进行公用工程配套设计计算。在此基础上绘制流程图并开展通用设备选型、非标设备设计同时进行公用工程平面布置设计。经过对各设备的比较、论证，选择最适合工艺流程的公用工程设备，以达到优化资源配置的同时能够做到对环境的污染最小，对能源的浪费最少。关键字：丙酮酸发酵公用工程ThetechnologicaldesignforanannualproductioncapacityofonethousandtonsofPyruvicacid（Publicproject）AbstractThedesignisforpublicprojectofPyruvicacidproduction.Inordertosolutethesupplyofsterileair,steamandcoldwater.AndmeettheneedsofProductionProcess.Accordingtothedataofmaterialbalancecalculationandenergybalancecalculationofthetechnologicaldesignforthefactory,Accordingtothespecifictechnologyrequirementsforsupportingpublicworksdesign.Basedonthisflowchartmappingandconductcommontypeofequipment,non-standardequipmentdesignsimultaneouslyutilitylayoutdesign.Aftertherightequipment,feasibilitystudies,theselectionofthemostsuitableprocesstothepublicworksequipment.Toachieveoptimalallocationofresourcesatthesametimecandotominimizeenvironmentalpollution,energywasteatleast.KeyWords:Pyruvicacid;fermentation;publicproject目录HYPERLINK\l"_Toc169924248"第一章项目概述5HYPERLINK\l"_Toc169924249"1.1项目简介5HYPERLINK\l"_Toc169924250"1.1.1建设项目名称：5HYPERLINK\l"_Toc169924251"1.1.2建设规模、生产方法和工作制度5HYPERLINK\l"_Toc169924252"1.1.3厂址选择及其自然条件5HYPERLINK\l"_Toc169924253"1.1.4公用工程供应条件5HYPERLINK\l"_Toc169924254"2.1丙酮酸发酵生产公用工程设计6HYPERLINK\l"_Toc169924255"第二章空气系统设计6HYPERLINK\l"_Toc169924256"1.1空气系统流程6HYPERLINK\l"_Toc169924257"空气的预处理6HYPERLINK\l"_Toc169924258"1.1.2空气除菌流程7HYPERLINK\l"_Toc169924259"2.1空气系统工艺计算8HYPERLINK\l"_Toc169924260"发酵车间无菌空气高峰需求量8HYPERLINK\l"_Toc169924261"2.1.2发酵车间无菌空气年耗量8HYPERLINK\l"_Toc169924262"3.1空气系统设备选型9HYPERLINK\l"_Toc169924263"3.11布袋粗过滤器9HYPERLINK\l"_Toc169924264"3.1.2空气压缩机9HYPERLINK\l"_Toc169924265"3.1.3旋风分离器10HYPERLINK\l"_Toc169924266"3.1.4空气储罐11HYPERLINK\l"_Toc169924267"3.1.5丝网过滤器12HYPERLINK\l"_Toc169924268"3.1.6总过滤器13HYPERLINK\l"_Toc169924269"4.1设备安装注意事项14HYPERLINK\l"_Toc169924270"第三章蒸汽系统设计15HYPERLINK\l"_Toc169924271"1.1蒸汽系统流程15HYPERLINK\l"_Toc169924272"1.1.1锅炉用水的预处理15HYPERLINK\l"_Toc169924273"1.1.2蒸汽系统流程图17HYPERLINK\l"_Toc169924274"2.1蒸汽系统计算17HYPERLINK\l"_Toc169924275"3.1蒸汽系统设备选型18HYPERLINK\l"_Toc169924276"3.1.1单流式机械过滤器18HYPERLINK\l"_Toc169924277"3.1.2逆流式Na离子交换器18HYPERLINK\l"_Toc169924278"3.1.3除氧设备19HYPERLINK\l"_Toc169924279"3.1.4卧式水火管锅炉20HYPERLINK\l"_Toc169924280"4.1设备安装注意事项22HYPERLINK\l"_Toc169924281"第四章冷冻水系统设计22HYPERLINK\l"_Toc169924282"1.1冷冻水系统流程22HYPERLINK\l"_Toc169924283"2.1冷却水系统计算23HYPERLINK\l"_Toc169924284"3.1冷冻水系统设备选型24HYPERLINK\l"_Toc169924285"3.1.1压缩机24HYPERLINK\l"_Toc169924286"3.1.2冷凝器24HYPERLINK\l"_Toc169924287"3.1.3蒸发器26HYPERLINK\l"_Toc169924288"4.1设备安装注意事项26HYPERLINK\l"_Toc169924289"第五章小结26HYPERLINK\l"_Toc169924290"1.1结束语26第一章项目概述1.1项目简介1.1.1建设项目名称：年产1000吨丙酮酸生产线的工艺设计1.1.2建设规模、生产方法和工作制度（1）建设规模：年产1000吨丙酮酸（2）原料葡萄糖先经预热器预热，然后进行连续灭菌过程，制成灭菌培养基。将酵母与无菌培养基一起放入发酵罐，通入无菌空气发酵，再从发酵液中提取产物丙酮酸结晶。（3）工作制度：工作日按300天计，发酵、过滤实行两班制。1.1.3厂址选择及其自然条件项目建设地点选择在南京市，其自然条件如下表：年平均气温 16.3℃历年平均最高气温温38℃历年平均最低气温温-4.2℃最热平均相对湿度度85%最冷平均相对湿度度75%年平均气压1016.5mPP夏季平均气压1004.5mPP年均风速3.6m/s年均降水量1025.6mmm日最大降水量219.6mm1.1.4公用工程供应条件公用工程要求条件要求用量无菌空气除菌率>99%102.6m3//min加热蒸汽121℃，0.44mPa2.5t/d冷却水18℃126.73tt/d2.1丙酮酸发酵生产公用工程设计工厂设计是各专业设计人员通力合作，集体创造的过程。在设计过程中，各专业既分工，又合作，其中生产工艺设计是工厂设计的核心，起主导工作，而公用工程设计（辅助生产工程设计）是保证工厂正常生产不可缺少的重要组成部分，是根据工艺专业的设计要求进行工作的。它们相辅相承组成工厂的各部分，形成一个有机的整体。为了更好地发挥工艺专业的主导工作，工艺设计人员必须熟悉和了解各辅助专业的工作任务，明确设计过程中应向不同的辅助专业提供必要的工艺设计资料和提出不同的要求，作为辅助专业设计的依据。同时又要利用辅助专业的设计成果，为工艺设计服务。有矛盾时，协商解决，确定出合理的方案。这对保证设计质量，加快工程进度，并保证工厂投产后的良好运行效果，是十分重要的。另外，在一些工厂，特别是中，小厂的建设、扩建中，由于技术力量的不足，往往也需要工艺技术人员统筹考虑公用工程中的有关问题。第二章空气系统设计1.1空气系统流程1.1.1空气的预处理空气中的微生物大多数依附于空气中的尘埃颗粒上。提高压缩前空气的洁净度的主要措施是提高空气吸气口的位置和加强吸入空气的前过滤。为了保护空气压缩机，常在空气吸入口处设置粗过滤器，以滤去空气中颗粒较大的尘埃，减少进入空气压缩机的灰尘和微生物含量及压缩机的磨损，并减轻主过滤器的负荷，提高除菌空气的质量。对于这种前置过滤器，要求过滤效率高，阻力小，否则会增加压缩机的吸入负荷和降低压缩机的排气量。通常采用布袋过滤器、填料过滤器、油浴过滤器和水雾除尘过滤器。为了节约成本，本设计采用布袋过滤器。1.1.2空气除菌流程由于本地的空气比较潮湿，所以采用两级冷却、加热除菌系统，其流程图如图1：两级冷却除菌流程是一个比较完善的空气除菌流程，可适应各种气候条件，能够充分地分离油水，使空气达到低的相对湿度下进入过滤器，以提高过滤效率。该流程的特点是两次冷却、两次分离、适当加热。两次冷却、两次分离油水的好处是能提高传热系数，节约冷却用水，油水分离的比较完全。经第一冷却器冷却后，大部分的水、油都已经结成较大的雾滴，故适宜用旋风分离器分离。第二冷却器使空气进一步冷却后析出一部分较小雾粒，宜采用丝网分离器分离，这样发挥丝网能够分离较小直径的雾粒和分离效果高的作用。第一级冷却到30~35℃，第二级冷却到20~25℃。除水后，空气的相对湿度仍然是100%，须用丝网分离器后的加热器加热将空气中的相对湿度降低至50%~60%，以保证过滤的正常运行[1]。为了克服输送过程中过滤介质等阻力，吸入的空气须经空压机压缩。空气经压缩后，温度会显著上升，压缩比愈高，温度也愈高。若将此高温压缩空气直接通入空气过滤器，会引起过滤介质的炭化或燃烧，而且还会增大培养装置的降温负荷，给培养温度的控制带来困难，同时高温空气还会增加培养液水分的蒸发，对微生物的生长也不利，因此要将压缩空气降温。所以在空气储罐后要装一个冷却器，如流程图中的4，6两处。根据式子(1)：(1)当空气的总压力P及湿含量χ为一定值时，相对湿度φ随Ps而改变，但Ps又是温度的函数，φ因此随温度而变，即温度升高时，φ降低，反之，φ则升高。若温度降至露点，φ升到100%时，过剩的那部分水蒸气就会凝成露滴而析出，同样压缩空气中夹带的油分也会冷凝下来。由此可以看出经冷却降温后的空气相对湿度增大，会析出水来，使过滤介质受潮失效，所以压缩后的湿空气要除水，同时由于空气经压缩机后不可避免地会夹带润滑油，故除水的同时也要进行除油。因此在5处设置一个旋风分离器用来除去空气中的水和油。介质过滤器是利用块状介质，颗粒状介质、网状介质或高分子材料丝网的惯性拦截作用来分离空气中的水和油滴的方法。在各种介质过滤器中丝网分离器具有较高的分离效率，它对直径大于5μm的颗粒分离效果可达99%，大于10μm的更可高达99.5%，且能出去部分2-5μm的较细颗粒，加上结构简单，阻力不大等，被广泛用于生产中[2]。流程图中7处就是一个丝网过滤器。在最后设置一个总过滤器，也是流程中最重要的一个过滤器，用来过滤掉空气中绝大部分残余的油、水及真菌，以达到所需无菌空气的要求。2.1空气系统工艺计算生产工艺基础数据：年产1000t丙酮酸，产酸率72g/l，转化率70％，提取率80％，染菌率1％，年工作日300，发酵周期64h，辅助时间8小时，平均通气比1：0.32.1.1发酵车间无菌空气高峰需求量Vmax=2×238.75+6×995=6247.5(m3/h)=1.74(m3/s)2.1.2发酵车间无菌空气年耗量V=6×6.5×10-6+2×1.63×106=4.23×107(m3)无菌空气消耗量：（75×0.7×6+5×0.7×2）×0.3=102.6m3/h3.1空气系统设备选型3.11布袋粗过滤器布袋过滤器的结构简，只要将滤布缝制成与骨架相同形状的布袋，绷紧缝于骨架上，并缝紧所有造成短路的空隙。布袋过滤的过滤效率和阻力损失要视所选用的滤布结构和滤布面积而定。布质结实而细致，则过滤效率高，但阻力大。现多采用合成纤维滤布、无纺布。滤布要求定期换洗，以减少阻力和提高过滤效率。本设计采用合成纤维滤布，气流速度为2-2.5m/min，空气阻力约为60-120mmHg。3.1.2空气压缩机发酵工业常用的气体输送设备为低压空气压缩机，用来提供发酵工业生产中要求提供的0.2~0.3MPa（表压）的压缩空气。一般采用的是涡轮式空气压缩机或经过改装的往复式空气压缩机做为空气压缩站的主要送气设备。将空气压缩到一定压力，通过空气除菌系统，得到一定压力的无菌空气，供深层培养之用[3]。两种空气压缩机的比较如表1。压缩机种类特点优点缺点涡轮式供气量大，出口压压强稳定，输输出的压缩空空气不含油雾雾功率消耗较小，结结构紧凑，占占地面积小技术要求较高往复式操作时气体受压发发热，故在缸缸外要有冷却却装置容量范围广，价格格较便宜，操操作和维修比比较方便出口流量不稳定，压压出气体中夹夹带油雾表1两种空气压缩机的比较由于涡轮式空气压缩机输出的压缩空气中不含油雾，给后面的空气除菌带来很大方便，使空气过滤系统得到简化，降低一些成本，故本设计采用涡轮式空气压缩机。无菌空气消耗量：（75×0.7×6+5×0.7×2）×0.3=102.6m3/h=60.38acfm。初选涡轮式空气压缩机，机型HP1.0，排气量40acfm,两台并联工作，40acfm×2=80acfm>60.38acfm,所以符合工艺生产的要求。3.1.3旋风分离器旋风分离器是一种结构简单、阻力小、分离效果较高的气-固或气-液分离设备。空气一般以15-24m/s的流速以切线方向进入旋风分离器，并在圆周内做圆周运动，油水滴则因具有比空气大得多的重度，因此有较大的惯性力，故当空气在分离器内做圆周运动时，油水滴仍作直线运动，因而在器壁上沉降。排气口气流速度为4-8m/s，油水滴则在旋风分离器中的径向速度与气流速度的平方成正比，但随回转半径的增加而减小，因此旋风分离器的进口管截面积一般较小，分离器的管径也较小。但进口空气的流速越大，筒径越小，空气的阻力也就越大[4]。图2旋风分离器一般的旋风分离器的比例尺寸大致为：D1=0.4-0.6，L1=1-2D，2-3D，h=0.5D，b=0.2-0.25D，D2为方便起见，可用下式大致估计一下分离器的直径D:(2)式(2)中：Q——通过旋风分离器的空气流量，m3/min。通过旋风分离器的空气流量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空气储罐压缩空气冷却到一定温度，分去油水后，空气的相对湿度仍为100%，若不加热升温，只要温度稍微降低，便再度析出水分，使过滤介质受潮而降低或丧失过滤能力。所以必须将冷却除去水分后的压缩空气加热到一定温度，使相对湿度降低，才能输入过滤器。压缩空气加热温度的选择对保证空气干燥，保证过滤器的除菌效率很关键。一般来讲，降湿后的温度与升湿后的温度温差在10-15℃左右即能保证相对湿度降至一定水平，满足进入过滤器的要求。空气的加热一般用列管式换热器来实现，由压缩机出来的空气是脉冲式的，在过滤器前需要安装一个空气储罐来消除脉冲维持罐压的稳定。储气罐的作用除了使压力稳定外，还可使部分液滴在罐内沉降。储气罐的结构如下图：图3储气罐结构图贮气罐的体积计算如下：V=0.15v(3)式(3)中：V—贮气罐的体积；v—压缩空气流量，m3/min。贮气罐的体积V=0.15v=0.15×120=18m3设贮气罐圆筒部分的高径比为2.5：1则则D=2.09m，H=2.5D=5.23m3.1.5丝网过滤器本设计的介质过滤器的过滤介质采用0.25mm×40目的不锈钢丝网，丝网介质层高度为150mm，其示意图如下：图4丝网过滤器结构图通过丝网最大空气流速：(4)式(4)中：ωmax——最大空气流速，m/s；ρp——液滴的比重，kg/m3；ρg——空气的比重，kg/m3；K——系数，取0.107查出25℃下空气的比重ρg为1.2×103kg/m3，水滴的比重ρp为1.022kg/m3则ωmax=0.107=3.12m/s丝网分离器的设计速度ω为上述空气最大流速的75%，即：ω设计=0.75ωmax=2.34m/s丝网分离器的直径：(5)式(5)中：D—丝网分离器的直径，m；V—气体流量，m3/s。则丝网分离器的直径D==0.977m3.1.6总过滤器因为生产需要的无菌空气要求比较高，从过滤效率和经济适用方面考虑，本设计采用纤维介质深层过滤器，其结构图如图5：图5纤维介质深层过滤器这种纤维介质深层过滤器通常是立式圆筒型，内部充填过滤介质，空气由下向上通过过滤介质，以达到除菌目的。空气过滤器的的尺寸主要包括直径D和有效滤层高度L，其中D可以由式(6)求出：（6） (6)式(6)中:qν——空气流经过滤器的体积流量，m3/s;νs——空截面空气速度，m/s。空截面气速νs一般可取0.1-0.3m/s，按操作工艺设为0.2m/s，qν=102.6m3/min=1.17m3/s则D==2.73m过滤器的有效过滤介质高度L的计算公式为：则选用棉花纤维过滤器，选棉花纤维直径d=16μm,填充系数α=8%通风量120m3/min,p=4kg/m3,发酵周期72h假设进入过滤器的的空气含菌量量是5000个/m3，空气流速速为0.2m//s查得K’=0.135cmm-1，倒灌率率为0.1%则N1=5000×1220×60××72=2..592×1109个，N2=10-3个过滤层厚度=663.6cmm4.1设备安装装注意事项(1)贮气罐上上应安装安全全阀，底部应应安排污口，空空气在贮罐中中的流向为由由下而上，罐罐内放置丝网网除雾器。(2)过滤器的的有效过滤介介质高度L的决定，通通常在实验数数据的基础上上，按对数穿穿透定律进行行计算。但由由于需要滤层层厚度，耗用用棉花过多，安安装较困难，阻阻力损失很大大，故工厂常常用活性炭作作为中间曾，以以改善这些因因素。这本来来是不符合计计算要求的。通通常总的高度度中，上下棉棉花层厚度各各为总过滤层层的1/4-11/3，中间活性性炭层占1/3-11/2。在铺棉花花之前，先在在下孔板铺上上一层30-40目的金属丝丝网和织物，有有助于空气均均匀进入棉花花滤层[5]]。第三章蒸汽系统统设计1.1蒸汽系统统流程1.1.1锅炉炉用水的预处处理为了保证供热系统统的可靠、持持久和安全地地运行，必须须对供给锅炉炉房的水进行行处理。在锅锅炉房使用的的各种水源中中，无论是天天然水，还是是自来水，都都含有一些杂杂质，不能直直接用于锅炉炉给水，必须须经过处理，符符合锅炉给水水水质标难后后才能供给锅锅炉使用，否否则会影响锅锅炉的安全经经济运行。因因此，锅炉房房要设置给水水处理设备。天然水(无论是地地面水还是地地下水)在自然界的的循环运动过过程中，溶解解和混杂了大大量杂质。这这些杂质按其其颗粒大小可可以分为三类类：颗粒最大大的称为悬浮浮物，其次是是胶体，最小小的是离子和和分子，即溶溶解物质。悬悬浮物是指水水流动时呈悬悬浮状态的物物质，其颗粒粒直径在10-4mmm以上，通过过滤纸可以分分离出来。主主要是黏土、砂砂粒、植物残残渣、工业废废物等[6]]。胶体物质是许多分分子和离子的的集合体，其其粒径在10.4~~10.6mmm之间。水中中胶体物质有有铁、铝、硅硅等的化合物物，以及动植植物有机体的的分解产物——有机物。天然水中的溶解物物质主要是钙钙、镁、钾、钠钠等盐类以及及氧和二氧化化碳等气体。这这些盐类在水水中大都以离离子状态存在在，其颗粒直直径小于10.6mmm。水中溶解解的气体则是是以分子状态态存在的。悬浮物会造成沉积积物，污染树树脂，堵塞管管道，悬浮物物过多会使锅锅水起沫。胶胶体物质会污污染树脂，影影响出水质量量，进入锅炉炉，会产生大大量泡沫，引引起汽水共腾腾。天然水中中的悬浮物和和胶体物质通通常是在水厂厂里通过混凝凝和过滤处理理后大部分被被清除。如果果将这看起来来澄清，仍含含有杂质的水水不经处理直直接供给锅炉炉，水中的一一部分溶解盐盐类(主要是钙、镁镁盐类)就会析出或或浓缩沉淀出出来。沉淀物物的一部分比比较松散，称称为水渣；而而另一部分附附着在受热面面内壁，形成成坚硬而质密密的水垢。水水垢的存在对对锅炉安全，经经济运行危害害很大。（1）锅炉用水的过滤滤工业锅炉房用水一一般由水厂供供给。如果原原水的悬浮物物含量较高，为为了减轻软化化设备的负担担，必须进行行原水的过滤滤处理。对于于顺溜再生固固定床离子交交换器，悬浮浮物大于等于于5mg/L的原水应经经过滤；进入入逆流再生固固定床离子交交换器或浮动动床交换器的的原水，悬浮浮物含量大于于等于2mg/L时应先经过过滤；悬浮物物含量大于20mg//L的原水或经经石灰处理后后的水均应混混凝、澄清后后经过滤处理理。（2）阳离子交换软化化水中的悬浮物和胶胶体物质通常常经过水厂的的沉淀、过滤滤等处理后被被大部分去除除。但水中的的硬度、碱度度等杂质仍然然存在，为了了满足锅炉给给水水质要求求，需要对锅锅炉给水进行行处理。工业业锅炉房水处处理的主要内内容是软化和和除氧，即除除去水中的钙钙、镁离子，降降低给水的含含氧量。利用用不产生硬度度的阳离子(如Na+、H+)将水中的Ca2+、Mg2+置换出来来，从而达到到使水软化的的目的，这种种方法称为阳阳离子软化法法。又称离子子交换软化。离离子交换软化化是通过离子子交换剂实现现的。目前在工业锅炉水水处理中，钠钠离子交换软软化用得最多多。离子交换换器中装入阳阳离子交换剂剂，原水流过过钠离子交换换剂时，交换换剂中的Na+与水中的Ca2+、Mg2+离子进行行置换反应，使使水得到软化化。钠离子交交换既可除去去水中的暂硬硬，又可除去去永硬，但不不能除碱，因因为构成天然然水碱度主要要部分的暂时时硬度按照等等物质量的规规则转变为钠钠盐碱度NaHCOO3；另外，按按等物质量的的交换规则1molCa2+与2mol的Na+进行交换反反应，使得软软水中的含盐盐量有所增加加。随着交换软化过程程的进行，交交换剂中的Na+逐渐被水中中的Ca2+、Mg2+所代替，交交换剂由NaR型逐渐变为CaR2或MgR2型。当软化化水的硬度超超过某一数值值后，水质已已经不符合锅锅炉给水水质质标准的要求求时，则认为为交换剂已经经失效，此时时应立即停止止软化，对交交换剂进行再再生。离子交换设备种类类较多，有固固定床、浮动动床、流动床床等。浮动床床、流动床离离子交换设备备适用于原水水水质稳定，软软化水出力变变化不大、连连续不间断运运行的情况，固固定床则无需需上述要求，是是工业锅炉房房常用的软化化设备。固定床离子交换设设备又可分为为顺流再生离离子交换器和和逆流再生离离子交换器两两大类。（3）锅炉给水的除氧氧锅炉金属的腐蚀主主要是电化学学腐蚀。锅炉炉的给水和锅锅水都是电解解质，因为锅锅炉的金属壁壁的杂质部分分为阴极，其其得到的电子子会与锅水中中离子（如H+）结合而不断断去除。如果腐蚀产物(如如Fe3+)积聚在阳极极，或电子e积聚在阴极极未被除去，则则两极间电位位差减小而使使腐蚀滞缓或或停止，这种种现象称为“极化”。反之，消消除极化(称为“去极化”现象)，会使腐蚀蚀加速。pH<7时，水中中有较多的H+，H+是阴极的去去极化剂会加加速腐蚀。同同时，酸性水水会使金属氧氧化保护层溶溶解，也加速速腐蚀。可见见，为了避免免和减轻锅炉炉金属的电化化学腐蚀，除除了保持锅水水一定的碱度度，还要对给给水进行除氧氧。1.1.2蒸汽汽系统流程图图蒸汽系统的简单流流程示意图见见图2：原水原水单流式机械过滤器Na离子交换器除氧蒸汽供给水火管锅炉图6蒸汽系统流程示意意图设计蒸汽系统时还还应从经济上上考虑，在满满足用户需要要的前提下，供供汽压力越低低越好，但仍仍需考虑蒸汽汽冷凝水回收收系统所需的的压降。为了了有效地利用用燕汽的能量量，往往先使使高压蒸汽通通过汽轮机，然然后用汽轮机机的排汽供应应工厂生产；；当汽轮机停停止工作时，应应有减压阀和和减温器来保保证低一级压压力蒸汽系统统的供汽。2.1蒸汽系统统计算工艺上需求采用1121℃，0.4mPa的蒸汽进行行加热每个发酵罐蛇管蒸蒸汽加热阶段段需要的蒸汽汽量G=38887.15kg每个发酵罐直接蒸蒸汽加热阶段段需要的蒸汽汽量G’=21399.53kkg考虑5%的蒸汽损失，并且且有两个发酵酵罐同时进行行发酵，则总总的蒸汽用量量为：G总=（3887.15++2139..53）×2/0..95=122.696t/d3.1蒸汽系统统设备选型3.1.1单流流式机械过滤滤器本设计采用的过滤滤设备是单流流式机械过滤滤器，因为它它具有过滤管管路系统简单单，运行稳定定，价格低廉廉等优势。单单流式机械过过滤器也是最最简单的一种种过滤器。其其简单示意图图如图3：图7单流式机械过滤器器单流式机械过滤器器本体为密闭闭的钢制圆柱柱形容器，设设有进水、排排水管路，过过滤器内装填填过滤材料，常常用的有石英英砂、大理石石、无烟煤等等。石英砂不不宜用于过滤滤碱性水，因因为石英砂在在水中溶解产产生硅酸对锅锅炉有害；无无烟煤、大理理石适用于带带碱性的水。滤滤料直径为0.5~11.5mm。过滤速度度为4~5m//h，运行周期期一般为8h[7]。3.1.2逆流流式Na离子交换器器因为逆流再生离子子交换设备具具有出水质量量高，盐耗低低等优点，所所以本设计采采用逆流再生生Na离子交换器器。其简单示示意图如图4：图8逆流再生离子交换换设备所谓“逆流再生”，就是是再生时再生生液的流向和和水软化运行行时的流向相相反。通常是是盐液从交换换器下部进入入，上部排出出。因此，新新鲜的再生液液总是先与交交换器底部尚尚未完全失效效的交换剂接接触，使其得得到很高的再再生程度，随随着再生液继继续向上流动动，交换剂的的再生程度逐逐渐降低，但但较顺流再生生工艺慢得多多(下部交换剂剂的饱和程度度比上部小．．再生液中置置换出来的Ca2+、Mg2+少)。当再生液液与上部完全全失效的交换换剂接触时，再再生液仍具有有一定的“新鲜性”，仍能起还还原作用，再再生液能被充充分利用[88]。3.1.3除氧氧设备从气体溶解定律可可知．气体在在水中的溶解解度与该气体体在气水界面面上的分压力力成正比，与与水温成反比比。在敞开的的设备中将水水加热，随着着水温升高，气气水界面上的的水蒸气分压压力也增大，其其他气体的分分压力降低，当当水达到沸点点时，水界面面上的水蒸气气分压力与外外界压力相等等，其他气体体的分压力都都趋于零，水水中溶解气体体的含量也趋趋于零[9]]。这是热力力除氧的工作作原理。用加热的方法除氧氧的设备称为为热力除氧器器。工业锅炉炉房蒸汽锅炉炉常采用的是是大气式热力力除氧器，即即除氧器内的的压力略高于于大气压(一般为0.02MMPa，工作温度104℃)，以便于逸逸出的气体能能够排出。常用的喷雾填料式式热力除氧器器如图9所示。图9喷雾填料式除氧器器除氧器由除氧头和和除氧水箱两两部分组成。给给水由除氧头头上部的进水水管进人，进进水管又与互互相平行的几几排带有喷嘴嘴的喷水管连连接，水通过过喷嘴被喷成成雾状，要求求喷嘴进水压压力为0.15--0.2MPPa左右。除氧氧头下部有两两层孔板，孔孔板之间装有有不锈钢填料料(也称Ω元件)，雾状水滴滴经填料层后后落到水箱里里。蒸汽由除氧头下部部的进汽管进进入向上流动动，析出的气气体及部分蒸蒸汽经过顶部部的圆锥形挡挡板折流，由由排气管排出出。给水在除氧器内先先是被喷成雾雾状加热，具具有很大的表表面积，有利利于氧气从水水中逸出，后后又在填料层层中呈水膜状状态被加热，与与蒸汽有较充充分的接触，且且填料还有蓄蓄热作用，所所以除氧效果果较好，对负负荷波动适应应强。3.1.4卧式式水火管锅炉炉由于发酵车间所需需的蒸汽量不不大，所以采采用卧式水火火管锅炉比较较适宜。卧式水火管锅炉是是水管与火管管组合在一起起的卧式外燃燃锅炉。这种种锅炉是20世纪创年年代在卧式外外燃回水管锅锅炉基础上发发展起来的一一种整装锅炉炉。目前在小小型燃煤锅炉炉使用中占有有较大比例[[10]。这种锅炉的锅筒及及各受热面都都支承在钢板板焊成的底座座上，炉排文文架及通风装装置全部在支支座结构中形形成。锅炉的的墙壁采用蛭蛭石砖绝热，外外加薄铁皮，形形成一整体锅锅炉。因此，又又称这种锅炉炉为卧式快装装锅炉。快装装锅炉结构紧紧凑，运输方方便，安装简简单。相对其其他烟火管锅锅炉，由于炉炉膛内可根据据情况布置备备种拱墙，炉炉内燃烧较好好。同时由于于炉内烟气流流速较高，使使火管传热系系数提高，积积灰减少。尤尤其在层部增增设省煤器时时，使排烟温温度降低，锅锅炉效率可达达75％以上[111]。经过几个厂家所生生产的锅炉的的比较，决定定采用河北保保定鑫华锅炉炉制造有限公公司所生产的的DZL系列卧式水水火管锅炉。它它具有以下几几方面的优势势：(1)DZL快快装水火管蒸蒸汽锅炉采用用单锅筒纵置置式，双集箱箱快装布置，水水火管快装结结构，节省锅锅炉房占地，且且土建工程投投资少，有效效地降低锅炉炉安装费用和和基建投资；；(2)采用炉内内烟尘惯性分分离，配以高高效的脱硫除除尘器，高锅锅炉排放浓度度低，黑度低低，可达到国国家一类地区区环保指标要要求。(3)锅炉采用用自然循环方方式，炉水始始终保持高速速紊流状态，强强化传热，提提高锅炉热效效率；(4)蒸汽锅炉炉有较大的汽汽相空间，并并配置高效汽汽水分离器，蒸蒸汽湿度降低低到2%以下；(5)配套鼓风风机、引风机机、给水泵、除除尘器、安全全辅件等，可可靠的性能，保保证锅炉安全全运行，同时时降低司炉工工劳动强度。由于饱和蒸汽的需需求量为12.7tt/d，所以选用用型号为DZL（W）1~0.7（1.25）-AII卧式水火管管锅炉一台，其其额定蒸发量量为1t/h,即24t/dd>12.77t/d。DZL（W）1~0.7（1.25）-AII卧式水火管管锅炉参数如如表2：额定蒸发量（t//h）1电机功率（kw）5.5额定工作压力(MMPa)0.7(1.255)排烟黑度（格林曼曼）1级额定蒸汽温度(℃℃)170(194))风量(m3/h)1850额定给水温度(℃℃)20风压（Pa）1370对流受热面积（mm2）19.64设计燃料II类烟煤锅炉受热面积（mm2）3.99炉排有效面积（mm2）2辐射受热面积（mm2）3.99热效率（%）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卧式水火火管锅炉参数数表4.1设备安装装注意事项（1）当原水通过过滤滤层的压力降降达到0.05~~0.06MMPa时，应停止止过滤，进行行反冲洗，把把滤料层中截截留的污泥冲冲洗掉，以恢恢复其工作能能力。反洗强强度为15L／(s·m22)，冲洗时间间为10min，最后正洗洗至出水合格格，就可以重重新进行过滤滤[12]。（2）排气阀开度要合合适，过大会会造成蒸汽浪浪费，过小会会影响除氧效效果，因此需需要通过反复复调整，维持持其最佳开度度。（3）为了保证重要用用户用汽，设设计中要考虑虑设置一个蒸蒸汽自动切断断系统，在发发生事故时，按按预定的程序序切断非重要要用户的负荷荷。为了确认认次系统的可可靠性，在日日常生产时要要进行试验。（4）设计蒸汽系统时时，系统干管管的直径要按按蒸汽发生设设备的连续最最大供汽量来来考虑，以利利于将来工厂厂扩建或适应应生产的变化化。第四章冷冻水系系统设计1.1冷冻水系系统流程制冷系统是由制冷冷压缩机、换换热设备、节节流机构和其其他辅助设备备组合成的整整体设备。一一般有两种组组合方式；一一是在制造厂厂内将制冷压压缩机同其他他设备组装在在一个公共底底座上，作为为一个整体设设备，称为制制冷机组，其其中最常使用用的是冷水机机组；另一种种是由设计单单位根据用户户所需制冷量量和制冷温度度选择若干的的制冷压缩机机、冷凝器、贮贮液器和辅助助设备，结合合用户的特点点选择若干台台蒸发器或冷冷却排管、冷冷风机等，通通过工程安装装组合成完整整的装置，称称为制冷装置置。制冷装置置比制冷机组组的工艺流程程要复杂得多多[13]。冷冷却水系统流流程图如图10：图10冷冻水系统统流程图在进行冷冻水系统统的设计时，必必须对用户的的要求和水源源等方面的情情况进行调查查研究，一般般需要了解以以下内容。（1）用户要求。用户户需要的冷量量及其变化情情况，供冷方方式，冷冻水水的供水温度度和回水温度度，以及使用用场所和安装装方面的要求求。（2）冷却水源及气象象条件（3）制冷压缩机产品品资料及有关关设备的产品品资料。（4）工程项目的总平平面图和其他他有关资料。在充分了解上述资资料的条件下下，按下述步步骤对制冷设设备进行选择择计算。2.1冷却水系系统计算使用的冷却介质为为2℃的冷却水，出出口温度为30℃。发酵液的的温度为40℃，冷却至发发酵温度28℃。每次发酵酵需83.5007t发酵液，假假设相应的发发酵液密度为为1050kkg/m3，故发酵液液量为：G=发酵液密度×发酵酵液体积=10500×83.5507=877682.335（kg）又知发酵液的比热热容C1=4.0kkJ/（kg·k），工业要要求1h内完成冷却却过程，则耗耗冷量为：Q1=G*C（t1--t2）/u=877682.335×4.00×（40-28）/1=422087522.8（KJ/h）式中t1和t2———分别为发酵酵液冷却前后后温度（℃）u——冷却操作过程时间间（h）相应冷却介质（22℃的冷却水）耗耗量为：=35959.995（kg/h）3.1冷冻水系系统设备选型型3.1.1压缩缩机压缩机是压缩式制制冷与热泵系系统的心脏，工工作介质通过过压缩机而加加入有效能，并并进行周而复复始的循环，由由此实现连续续的制冷或供供热。压缩机型式有许多多种类，但就就工作原理来来讲，它们分分属容积式与与动力式两大大类，容积式式压缩机依靠靠改变气体体体积而直接压压缩气体，提提高气体压力力；动力式压压缩机则是先先使气体分子子获得动能，然然后使分子速速度滞止，由由动能转化成成位能即压力力。容积式压缩机的特特点是：工作作压力随流量量变化极小，结结构较为复杂杂，体积较大大。动力式压压缩机的特点点是：工作压压力随流量的的变化大，结结构较为简单单、紧凑，转转速高，流量量大。因此，它它们的使用范范围各不相同同。因为供给的冷冻水水是连续的，要要求一定的冷冷冻水量，所所以要求工作作压力较稳定定，所以这里里采用容积式式压缩机中的的单级螺旋杆杆式压缩机。因为耗冷量为422087522.8kJ//h换算成功率率为1169..1kW。系统为间间接冷却系统统，取冷损失失附加系数为为15%，则制冷系系统的制冷量量为：QR=(1+115%)1