Ім'я файлу: теплообмінник типу труба в трубі.docx
Розширення: docx
Розмір: 2935кб.
Дата: 23.06.2022
скачати
Розширення: docx
Розмір: 2935кб.
Дата: 23.06.2022
скачати
Пояснювальна записка
до курсового проекту з дисципліни
«Процеси і апарати біотехнологічних виробництв»
На тему «Розрахунок теплообмінника типу «труба в трубі»установки для стерилізації живильного середовища виробництва лізину з бурячної меляси» .
Вихідніданідо проекту: витрата живильного середовища G1 = 6 т/год, початкова температура t1п=125 °С, кінцева t1к=60 °С, холодний теплоносій –
вода, початкова температура t2п=15 °С, кінцева t2к=30 °С, схема руху теплоносіїв – протитечія.
Вступ
Розробка та проектування теплообмінних апаратів для забезпечення протікання промислових процесів, зокрема, в біотехнологічній галузі на сьогодні є актуальним напрямком досліджень.
Теплообмінниками є технічні прилади, що дозволяють здійснити теплообмін між двома середовищами з різними температурами. Існує багато конструкцій теплообмінників, які мають свої переваги та недоліки в залежності від призначення. Це питання буде обговорено в наступних пунктах.
Метою курсового проекту є розрахунок і проектування теплообмінника типу «труба в трубі».
Предметом дослідження є теплообмінні процеси, що відбуваються на виробництві під час вироблення лізину, зокрема процес стерилізації живильного середовища.
5
Кінцевим продуктом є лізин. Це аліфатична амінокислота, що відноситься до незамінних амінокислот. Вони не утворюються в організмах тварин і людей, тому мають поступати з їжею. Широке використання знайшов L-лізин, який використовують в якості кормових добавок для рогатого скоту, птиці і домашніх тварин.[1] Очищений лізин використовують, як добавка в продукти харчування, а також в препарати медичного призначення та для багатьох інших цілей. Клінічні дослідження, що проводилися на базі Інституту нейрохірургії АМН постановили ефективність дії L-лізин есцинату на хворих з тяжкою черепно-мозковою травмою, а також при лікуванні поперекового остеохондрозу. Пантотеат лізину може бути використаний проти лейкопенії. Протианемічну та анаболізуючу дію надають солі фітинової кислоти та лізину, оксилізину. Ацетиласпартат лізину може бути використаний в лікуванні міокарду, інтоксикації ендогенного та екзогенного походження, захворювань печінки [2] Відомо, що добова норма лізину для дорослої людини складає приблизно 35 мг/кг. [3] Нестача лізину в організмі призводить до погіршення синтезу м'язового білка, втрати волосся, погіршення самопочуття і навіть до анемії.
Нараз в Україні відомі такі виробники лізину: на першому місці -Трипільський біохімічний завод, на другому- ВАТ «Стиролбіотех» (до 13 тис тон на рік). Але, не дивлячись на такі об’єми виробництва іноді доводиться перекривати дефіцит за рахунок імпорту з-за кордону. [4]
Матеріали, викладені в роботі, супроводжуються розрахунками, які доступно роз’ясняють отримані результати та зроблені припущення і наближення.
Базуючись на проведених розрахунках, що підтверджують працездатність апарату (тепловий баланс, гідродинамічний та тепловий розрахунок) виконали креслення загального виду теплообмінного апарату.
6
Призначення та галузь використання установки
Виробництво лізину складне і потребує чинного апаратного забезпечення.
Наступна технологія отримання кристалічного лізину була запропонована Всесоюзним науково-дослідним інститутом генетики та селекції промислових мікроорганізмів. Складається з двох стадій: культивування продуценту і наступне виділення лізину. Перша стадія проходить в інокуляторах і посівних апаратах, де в декілька підходів вирощується Micrococcus glutamicus - посівна культура. В ферментаторі відбувається культивування в аеробних умовах, при постійному перемішуванні. Оскільки більшість мікроорганізмів, що продукують лізин мають максимальну активність при температурі 28-33°С, температура при культивуванні має бути не нижче 30 градусів, рівень pН - 7,4. Період культивації може коливатися в діапазоні від 50 до 70 годин. [1, 6]
На рис. 1 представлена схема отримання лізину з бурякової меляси, яка включає в себе стадію виділення продукту.
1, 2 – змішувачі для приготування меляси та поживних солей, 3– нагрівальна колона, 4 – витримувач, 5 – охолоджуючий теплообмінник, 6 – ферментер, 7 – стабілізатор середовища для посівних апаратів, 8, 9 – малий і великий інокулятори, 11 – головний фільтр, 12 – індивідуальний фільтр для очистки повітря, 13 – повітряні фільтри для очистки відпрацьованого повітря, 14 – теплообмінник для попереднього підігріву культуральної рідини, 15 – двокорпусна випарна установка, 16 – збірник рідкого концентрату лізину, 17 – змішувач, 18 – розпилювальна сушарка, 19 – циклон-роздільник, 20 – скрубер, 21 – циклон-розвантажувач, 22 – центрифуга, 23 – збірник вологого осаду, 24 – барабана сушарка, 25 – збірник фільтрату, 26 – цистерна для аміаку, 27 – ротаметри, 28 – іонообмінні колони для сорбції лізину на іолітах, 29 – змішувач очищенного фільтрату та аміаку, 30 – збірник відпрацьованого фільтрату, 31 – збірник елюату, 32 – випарний апарат, 33 – балон стисненого азоту, 34 – збірник конденсату, 35 – нутч-фільтр, 36 – кристалізатор, 37 – збірник спирту перед регенерацією, 38 – циркуляційна сушарка, 39 – збірник аміаку, 40 – холодильник для охолодження парів аміаку, 41 – збірник соляної кислоти, 42 – колона для аміачних парів, 43 – збірник піногасника, 44- проміжний збірник піногасника, 45 – дозатор піногасника [4].
8
Спочатку відбувається підготовка меляси та розчину харчових солей в змішувачах, потім компоненти поживного середовища проходять послідовну стерилізацію. В інокуляторах готується посівний матеріал. З ферментатору виробнича культура переправляється до реактору, де утворюється лізину монохлоргідрат, що дозволяє стабілізувати лізин культуральної рідини. Культуральна рідина концентрується, послідовно проходячи через підігрівач і двокорпусну випарну установку. На виході отримують РКЛ (рідкий концентрат лізину). В нього вводять наповнювачі, сушать, потім фасують. Якщо пропустити стадію стабілізування культуральної рідини, то отримують кристалічний препарат лізину. Тоді в центрифузі від культуральної рідини відділяються нерозчинні частинки і біомаса. Біомаса висушується. Ротаметри і іонобмінні колони потрібні для сорбції лізину на іонобмінних смолах, з яких лізин елюють розчином аміаку. У вакуум-апараті концентрат кристалізується, кристали відділяються нутч-фільтром. Кристали фасуються. Якщо кристалізований лізин йде на потреби харчової промисловості, він потребує додаткової очистки. Кристали розчиняються і обробляються активованим вугіллям, осад відділяється від розчину, який знов концентрують, обробляють спиртом, після чого сушать та фасують [4].
Щодо стерилізації, то потрібно враховувати дві важливі умови: стерилізація має знищити нехарактерні для синтезу мікроорганізми, в той же час не зруйнувавши корисних поживних речовин. Існує два основних способи стерилізації рідин, в тому числі поживних середовищ: періодичний і безперервний. При періодичній стерилізації середовище обробляється глухою або гострою парою, або нагрівачем безпосередньо в апараті. Процес триває від 1 до 1,5 годин при температурі 110-120 ° С при надлишковому тиску до 0,1 МПа. Головні недоліки цього методу в тривалості та в ризику руйнування термолабільних компонентів середовища.
Стерилізація проходить в установках безперервної стерилізації, які мають три секції для нагрівання, витримки та охолодження. Через те, що при підвищенні летальної температури різко знижується тривалість її дії на мікроорганізми, то найбільш ефективна безперервна стерилізація при температурі до 140° С. Щоб загальмувати швидкість інверсії цукрози і розкладу інвертного цукру, рН мелясного розчину підтримують не нижче 6. Для досягнення більшого ефекту відмирання мікроорганізмів концентрацію меляси знижують до 60...65%. Втрата термолабільних компонентів обмежена [7].
Рис. 2 Схема установки для стерилізації харчового середовища
9
1-ємність, 2- насос, 3-нагрівач, 4-витримувач, 5-холодильник [8].
Оскільки один бік стінки, що розділяє теплоносії, увесь час омиває холодний теплоносій, а інший- гарячий, то такий теплообмінник належить до рекуперативних.
Холодильник-заключний і, нерідко, великогабаритний апарат в системі безперервної стерилізації. Завдяки холодній водопровідній воді, яку подають в сорочку апарату, можна регулювати або підтримувати охолодження середовища.
Основні вимоги до такого холодильника: повна герметичність-не можна допустити забруднення простерилізованого середовища при контакті з водою; можливість зміни кількості секцій в разі розбірних апаратів для збільшення загальної площі поверхні теплообміну; простота конструкції та використання, легке очищення від залишків середовища, накипу, тощо [6].
До того ж, враховуючи, що гаряче середовище охолоджується з температури 120 до 60 °С , а вода, що охолоджує його, міняє температуру з 15 на 23°С, можна зробити висновок, що теплообмінник додатково має бути стійким до великих перепадів температур і деформацій.
10
1 2 3 4