|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Завдання на проектування.Стр 1 из 11Следующая ⇒
Приклад 1. “Проект виробництва антибіотику “Ністатин” Завдання на проектування. Потужність – 500 кг / рік Ресурс робочого часу – 300 діб / рік Концепція проектування. Ністатин відноситься до полієнових макролідних антибіотиків медичного призначення. Діє проти патогенних грибів, особливо проти дріжджів роду Candida . По відношенню до бактерій – не активний. Емпірична формула C47H75O18N. Продуцент ністатину – культура Actinomices noursei.Антибіотик накопичується в міцелії і не переходить в розчин. Він добре розчиняється в полярних органічних розчинниках і не розчиняється у воді. З міцелію його виділяють екстракцією метанолом з подальшим упарюванням екстракту і подальшою обробкою концентрату. Кінцевий продукт – жовта речовина з вмістом основного продукту 98%. Продукт не стійкий до окислення, руйнується в кислому та лужному середовищі. Світова практика розглядає технологію, яка пропонується до застосування, як одну з найкращих.
Коротка технологія. Приготування посівного матеріалу. Вирощування посівного міцелію здійснюють в інокуляторах протягом 30-48 годин на середовищі, яке складається з кукурудзяного екстракту, соєвого борошна, нітрату амонію або хлористого амонію, крохмалю або глюкози та крейди. Показник рН не регулюють. Увага! В проекті наявність інокуляторів передбачити і врахувати в технологічній схемі, але матеріальні розрахунки не робити. Прийняти, що ПМ містить 0,65% АСБ, решта – вода. Приготування ЖС для робочої ферментації. Склад ЖС, мас.%: Соєве борошно…………………………2 Глюкоза…………………………………2 Кукурудзяний екстракт………………..0,5 (на суху вагу) Кашалотовий жир (піногасник)……….0,3 Амоній хлористий ……………………..в 1,2 рази більше, ніж потрібно за розрахунком ідеального балансу Крейда…………………………………..0,4 Вода……………………………….до 100,0
Склад соєвого борошна, мас.%: Цукри C12H22O11………………………………15,0 Клітковина (не споживається)…………………3,5 Жир C55H104O6…………………………………17,0 Білок C4,25H7,5N1,18O1,5…………………………38,0 Інші, умовно не споживні……………………..17,5 Вода……………………………………………. 9,0
Склад кукурудзяного екстракту, мас.%: Амінокислоти та білки C4,25H9,86N1,18O2,86………………………..22,0 Лактоза……………………………………………………………….7,5 Молочна кислота……………………………………………………10,0 Солі (умовно не споживні)………………………………………….8,5 Вода………………………………………………………………….52,0
Кашалотовий жир – піногасник. Емпірична формула C55H104O6. Вміст – 100%. Споживається.
Технологія приготування ЖС: В реактор-змішувач завантажують воду, нагрівають її до 500С, розчиняють хлористий амоній, додають глюкозу, кукурудзяний екстракт, порціями при перемішуванні додають соєве борошно, крейду. Після перемішуванні при температурі 500С протягом 1-2 годин через лінію УНС ЖС спрямовують в підготований ферментер. Культивування продуценту. До завантаженого ЖС додають 10% ПМ. Подають аераційне повітря і починають процес ферментації при температурі 27-290С. Питома швидкість росту в рамках моделі РЛК 0,07 год-1. Час і ступінь конверсії – оптимальні. Емпірична формула АСБ C3,89H6,9N0,801,88. На 100 кг АСБ синтезується 0,2 кг ністатину, який міститься в міцелії. Вміст води в клітинній масі 75%. По завершенні культивування КР спрямовують в буферну ємність. Фільтрування КР. В реактор-змішувач, в якому знаходиться КР, додають 5 мас.% кізельгуру. Після перемішування протягом 0,5 годин суміш фільтрують, використовуючи барабанні вакуум-фільтри. Середня швидкість фільтрації – 200 л/(год..м2). Можна застосувати рамні фільтр-преси. Сепарація себе не виправдовує, оскільки міцелій містить багато води і обов’язково потрібна друга сепарація. Відфільтрований міцелій уявляє собою неоднорідну пасту або густу в’язку рідину сіро-жовтого кольору з вмістом нативного розчину у вологому осаді, не враховуючи внутрішньоклітинної води, 20%. Втрати ністатину з фільтратом 5%. Осад не промивають. Обезводнювання біомаси. Вологий осад змішують з метанолом в такому співвідношенні, що утворився 30%-й розчин метанолу. При цій концентрацій ністатин в розчин майже не переходить. Але в промивній рідині розчиняються жироподібні та інші органічні забруднення. Суспензію фільтрують і одержують осад з вмістом промивної рідини 40%. Питомий опір фільтруванню 1012 м/кг. Фільтрат спрямовують на регенерацію метанолу. Екстракція біомаси. Одну частину вологого осаду змішують з трьома частинами метанолу. Протягом 1 години сіміш перемішують, а потім фільтрують. Процес повторюють, збираючи і об’єднуючи фільтрати. Питомий опір фільтруванню 1012 м/кг, вологість осаду 50%. Втрати ністатину з вологим осадом на стадії – 14,5% від усього ністатину. Упарювання екстракту. Одержаний екстракт упарюють до 1/50 по масі. Вакуум – 200 мм рт. ст. Температура кипіння метанолу при цьому +300С. Пара метанолу надходить в уловлювач, в якому конденсується , а конденсат охолоджується до мінус 50С (передбачити холодильну машину). Вакуум створюють за допомогою вакуум-насосу. Сконденсований метанол спрямовують на регенерацію. В процесі упарювання з концентрату випадають білки, вуглеводи, а також частково ністатин. Втрати ністатину на стадії – 8,8% від усього ністатину. Охолоджений до кімнатної температури концентрат фільтрують. Вологість осаду на фільтрі по метанолу.50%, питомий опір фільтруванню 1011 м/кг. Стабілізація і сушіння. Одну мас. частину вологого осаду змішують з 10 мас. частинами 0,5%-го розчину гексаметафосфату натрію (NaPO3)6 у 20%-му розчині ізопропанолу, кип’ятять 20 хвилин, охолоджують, фільтрують (r0 = 1010 м/кг, вологість осаду 50%). Вологий осад сушать у вакуумі при тиску 10-20 мм рт. ст. і температурі 30-350С до залишкової вологості 5%. Втрати сухого продукту 3%. Подрібнення і фасування. Товарний ністатин подрібнюють , фасують по 0,5 кг в герметичні упаковки і спрямовують на виробництво лікпрепаратів. Втрати продукту 4%.
Література 1.Рудзит Э.А.// Химико-фармацевтический журнал.-1978.-№7.-С.39-53. 2. Майданов В.В., Егуткин Н.Л., Никитин Ю.В. // Антибиотики.-1983.-№7.-С.502-504. 3.Производство антибиотиков / под ред. С.М.Навашина.- М.: Медицина, 1970.
Матеріальні розрахунки. 1). Складання інтегрального стехіометричного рівняння біосинтезу ністатину.
a1[C12H22O11](цукри соєвого борошна) + a2[C55H104O6](жири соєвого борошна) + a3[C4,25H9,68N1,18O2,68](білок соєвого борошна) + a4[C6H12O6](глюкоза) + a5[C4,25H9,68N1,18O2,68] (амінокислоти та білки кукурудзяного екстракту) + a6[C12H22O11](лактоза кукурудзяного екстракту) + a7[C3H6O3](молочна к-та кукурудзяного екстракту) + a8[NH4Cl] + a9[CaCO3] (крейда) + a10[C55H104O6](кашалотовий жир) + a11[O2](кисень на аерацію) = a12[C3,69 H6,9 N0,8 O1,88](АСБ продуценту) + a13[C47H75O18N](ністатин) + a14[CO2] + a15[H2O] + a16[CaCl2]
Вирішення цього рівняння аналогічне вирішенням рівнянь, наведених в попередніх прикладах (див. главу 2). Декілька особливостей: - оскільки вміст ністатину 0,2% від АСБ, то після нескладних розрахунків одержуємо, що a13 = 0,0064; - будемо вважати, що концентрація хлориду амонію така, що азот внесений без надлишку. За умови, що a1 = 1, стехіометричне рівняння має вигляд:
[C12H22O11] + 0,451[C55H104O6] + 8,75[C4,25H9,68N1,18O2,68] + 12,667[C6H12O6] + 2,172[C4,25H9,68N1,18O2,68] + 0,26[C12H22O11] + 1,319[C3H6O3] + 12,525[NH4Cl] + 6,263[CaCO3] + 0,398[C55H104O6] + 80,576[O2] = 31,757[C3,69 H6,9 N0,8 O1,88] + 0,0064[C47H75O18N] + 70,62[CO2] + 96,736[H2O] + 6,263[CaCl2]
Перемножуючи стехіометричні коефіцієнти на молекулярні маси бруто-формул, одержуємо ідеальний баланс біосинтезу ністатину:
При цьому визначено, що крейди для зв’язування HCl, який утворюється при асиміляції азоту з хлориду амонію, потрібно взяти значно більше, ніж це передбачено рецептурою.
2). Визначення початкової та кінцевої концентрації АСБ. Враховуючи, що вміст глюкози в ЖС становить 2%, всього ЖС повинно бути 2280,06/0,02 = 114003 кг. Посівного матеріалу (ПМ) потрібно дати 114003/10 = 11400,3 кг. Посівний матеріал містить 11400,3*0,0065 = 74,1 кг АСБ. Приймаючи густину ЖС ~ 1000 кг/м3, знаходимо початкову концентрацію АСБ: Хп = Маса КР = маса ЖС + маса ПМ + маса О2 – маса СО2 = 114003 + 11400,3 + 2578, 432 – 3107,28 = 124874,45 кг » 124,9 м3. Теоретична кінцева концентрація АСБ становить: Хк =
3). Визначення оптимального часу ферментації. Згідно моделі РЛК (Хк -Хп) + (Хпmt + 2Хп - Хк )еmt – Хпе2mt = 0, де m - питома швидкість росту біомаси (згідно умов 0,07 год-1); t - оптимальний час культивування, год. Підставляючи дані і вирішуючи це рівняння методом підстановок різних значень t, знаходимо, що t = 72 години.
4). Визначення оптимального ступеню конверсії. Біжуча концентрація АСБ Х в кінці оптимального часу культивування становить: Х = Отже, оптимальний ступінь конверсії становить 19,54/24,12 = 0,8101 » 80%.
5). Перетворення ідеального балансу з врахуванням ступеню конверсії.
6). Врахуємо використання конкретних речовин, надлишок хлористого амонію, неспоживних і невизначених речовин, води на розбавлення, посівного матеріалу, а також ту обставину, що АСБ існує у вигляді клітинної маси:
Обезводнювання біомаси. Вологий осад містить 9936,7*0,75 + 3987,19 = 11439,72 кг води. Для одержання 30%-го розчину метанолу до вологого осаду потрібно додати 11439,72/0,7 – 11439,72 = 4902,73 кг 100%-го метанолу. Баланс обезводнювання:
Баланс упарювання. Маса концентрату 85220,69/50 = 1704,41. Маса відгону 85220,69– 1704,41 = 83516,28 кг. У відгін з азеотропною сумішшю перейде уся вода. В концентраті залишиться тільки метанол. Концентрат одержують у вигляді суспензії. Нерозчинна частина суспензії: білки (2,59 кг), вуглеводи (6,23), ністатин (4,82*0,088 = 0,42 кг); всього – 9,24 кг. В концентраті у розчинному вигляді залишиться 3,88 – 0,42 = 3,46 кг ністатину.
Приготування ЖС
Стерилізація ЖС
Робоча ферментація
Фільтрування КР
Зневоднення біомаси
Екстракція та фільтрування
Фільтрування концентрату.
Стадія 1 |
Стадія 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| № п/п | Назва операції | час тривалості операції, год | № п/п | Назва операції | час тривалості операції, год | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 1 2 3 4 5 | Простоювання Закачка води в рактор-змішувач для приготування ЖС Завантаження компонентів ЖС Перемішування Прокачування ЖС через лінію стерилізації УНС | 5,25* 2,00 3,00 2,00 1,75 | 1 2 3 4 5 6 7 | Завантаження стерильного ЖС Регулювання температури ферментації Завантаження ПМ Подача аераційного повітря Ферментація Вивантаження КР Мийка і стерилізація ферментера | 1,75 0,50 0,50 0,25 72,00 2,00 7,00* | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Всього | 14 | Всього | 84:6 = 14 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Стадія 3 |
Стадія 4 | ||||
| № п/п | Назва операції | час тривалості операції, год | № п/п | Назва операції | час тривалості операції, год |
| 1 2 3 4 | Завантаження КР в реактор-змішувач Завантаження кізельгуру Перемішування Фільтрування суспензії Перевантаження осаду з буферного бункера в реактор-змішувач | 2,00 1,00 1,00 9,50* 0,5 | 1 2 3 4 5 | Завантаження осаду в реактор-змішувач Завантаження метанолу Перемішування Фільтрування Перевантаження зневодненої біомаси в екстрактор | 0,50 0,50 1,00 11,50* 0,50 |
| Всього | 14 | Всього | 14 | ||
|
Стадія 5 |
Стадія 6 | ||||
| № п/п | Назва операції | час тривалості операції, год | № п/п | Назва операції | час тривалості операції, год |
| Завантаження зневодненої біомаси в екстрактор Додавання першої порції метанолу в екстрактор Перемішування Фільтрування Перевантаження осаду з бункера в екстрактор Додавання другої порції метанолу в екстрактор Перемішування Фільтрування | 0,50 0,50 1,00 5,00* 0,50 0,50 1,00 5,00* | Упарювання метанолу Фільтрування концентрату Перевантаження фільтрату в реактор-змішувач | 11,50* 2,00 0,50 | ||
| Всього | 14 | Всього | 14 | ||
|
Стадія 7 |
Стадія 8 | ||||
| № п/п | Назва операції | час тривалості операції, год | № п/п | Назва операції | час тривалості операції, год |
| 1 2 3 4 5 6 | Завантаження фільтрату в реактор-змішувач Додавання води Перемішування Фільтрування Перевантаження осаду в реактор для стабілізації Простоювання | 0,50 0,50 0,50 1,00 0,50 11,5* | 1 2 3 4 5 6 7 8 9 | Завантаження осаду в реактор для стабілізації Додавання стабілізаційного розчину Кип’ятіння суміші Охолодження суміші Фільтрування Перевантаження осаду у вакуум-сушильну шафу Сушіння ністатину Перевантаження сухого продукту і фасування Простоювання | 0,50 0,50 0,33 1,00 2,00 0,07 2,00 1,00 6,6* |
| Всього | 14 | Всього | 14 | ||
Жирним шрифтом виділені часи, задані технологією; позначкою * позначені часи, визначені за різницею; інші часи визначені з практичних міркувань.
Стадії 7 та 8 повинні проводитись з великими простоюваннями. Доцільно ці стадії об’єднати в одну.
|
Стадія 7 | ||
| № п/п | Назва операції | час тривалості операції, год. |
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 | Завантаження фільтрату в реактор-змішувач Додавання води Перемішування Фільтрування Перевантаження осаду в ректор для стабілізації Додавання стабілізаційного розчину Кип’ятіння суміші Охолодження суміші Фільтрування Перевантаження осаду у вакуум-сушильну шафу Сушіння ністатину Перевантаження сухого продукту і фасування Простоювання | 0,50 0,50 0,50 2,00 0,50 0,50 0,33 0,50 2,00 0,07 4,00 1,00 1,60* |
| Всього | 14,00 | |
Лінія УНС (поз.2).
В матеріальних розрахунках (главі 18, прикл.1) визначено, що застосовуватись буде лінія УНС-20.
Ферментер (поз.3).
В матеріальних розрахунках (главі 18, прикл.1) визначено, що застосовуватись будуть стандартні ферментери в кількості 6 штук по 63 м3, з’єднані по схемі “почергового завантаження”.
Блок інокуляторів (поз.4).
Стадія приготування ПМ складається з 4 незалежних стадій, які відбуваються паралельно:
- лабораторна,
- одержання інокуляту першого ступеню,
- одержання інокуляту другого ступеню,
- одержання інокуляту третього ступеню.
Кожна стадія триває 14 годин. Інокулятори в кожній стадії з’єднані за схемою “почергового завантаження”. Організація стадій в даному прикладі не розглядається.
Маса ПМ для завантаження у ферментер – 3625 кг. Приймемо густину ПМ ~1050 кг/м3. Робочий об’єм посівного апарата – 3625/1050 = 3,45 м3. Повний об’єм інокулятора повинен бути 3,45/(0,5¸0,7) = 4,9¸6,9 м3. Обираємо апарат зі стандартною ємністю 5 м3 або 6,3 м3. Всього потрібно 6 інокуляторів, які з’єднують також в схему “почергового завантаження”.
Для приготування ПМ для останнього ступеню інокуляції тільки для одного інокулятора потрібно 3625*0,1 = 365 кг ПМ попереднього ступеню. Лабораторні умови неспроможні приготувати таку кількість ПМ. Отже, дійсно потрібен ще один промисловий, попередній ступень інокуляції. Об’єм цього інокулятора повинен бути 365/[1050(0,5¸0,7)] = 0,5¸0,7 м3. Обираємо стандартний апарат на 0,63 м3. Всього таких апаратів – 6 штук в схемі почергового завантаження.
Для забезпечення ПМ для розглянутого ступеню інокуляції потрібно 365*0,1 = 36,5 кг ПМ на інокулятор. Це також велика кількість для лабораторного виробництва. Отже, потрібний ще один попередній ступінь інокуляції. На цьому ступеню повинні бути встановлено 6 інокуляторів по 36,5/[1050(0,5¸0,7)] = 0,05¸0,07 м3. 0бираємо апарати зі стандартною ємністю 0,063 м3. Для забезпечення їх роботи потрібно по ~3,5 дм3 посівного матеріалу (карсбергська колба), який повинен надходити з лабораторії кожні 14 годин.
Таким чином, апаратна схема інокуляції має вигляд:
| ||||
| ||||
|
у роб. ферментер
6 штук 6 штук
6 штук
Вакуум-фільтр (поз. 13).
За цикл при кожній з двох екстракцій з подальшим фільтруванням утворюється 5613 кг вологого осаду і 27100/2 = 13550 кг екстракту (70%-й розчин метанолу). Коефіцієнт m0 становить 5613/20,27 = 277 кг/м3. При часі фільтрування 10¸60 с (див. поз. 10) з 1 м2 одержують V м3 фільтрату. В’язкість фільтрату приймемо близькою до в’язкості метанолу (0,6.10-3 Па.с)
10¸60 = 
. Звідси V = 0,003¸0,0073 м3/(м2.с).
Густина екстракту приблизно дорівнює густині метанолу (790 кг/м3). За один цикл фільтрування, який триває 5 годин, одержуємо 13550/790 = 17,15 м3 фільтрату.
Необхідна поверхня фільтрування при максимальній швидкості обертання барабану:
F = 
= 3,2 м2
При мінімальній швидкості обертання потрібна площа фільтрування:
F = 
= 7,8 м2
Повна площа барабану повинна становити (3,2¸7,8)360/144 = 8¸19,5 м2.
Отже, обираємо апарат БГР-10-2,6, який повинен працювати при швидкості обертання барабану, близької до максимальної.
Для створення вакууму потрібно встановити вакуум-насос, який має продуктивність 3,2(0,5¸2) = 1,6¸6,4 м3/хв. Встановлюємо насос типорозміру ВВН-3.
Бункер для осаду (поз.14).
Після фільтрування першої порції екстракту утворюється 5613 кг вологого осаду, який містить 1987 кг кізельгуру. Решта – зневоднена АСБ (~800 кг), багаточисельні розчинні речовини в невеликій кількості, а також майже нерозбавлений метанол. Приблизно густина цього осаду дорівнює r = [1987*2650 + 800*1100 + 790(5613 – 1987 – 800)]/5613 = 1490 кг/м3. Отже, об’єм осаду становить 5613/1490 = 3,8 м3. Беремо стандартну ємність типу ВКП об’ємом 5 м3.
Буферна ємність (поз.16).
За суттю ця ємність ідентична змішувачу екстрактів поз.15. В схемі вони по черзі будуть виконувати і функцію змішувача, і функцію ресиверів для вакуум-фільтра поз.13.
Вакуум-випарний апарат (поз.17).
Масштаб виробництва є достатньо невеликим, тому можна використати роторний вакуум-випарювальний апарат. Оскільки ступінь упарювання 50, то потрібно застосувати багатоступеневий роторний випарник.
Витрата метанольної пари-конденсату Gп = 26558/(11,5*3600) = 0,64 кг/с. Вміст води в екстракті і парі незначний, тому будемо вважати, що відгін складається тільки з метанолу.
Об” ємна витрата пари при вакуумі 200 мм рт. ст. (Р = 26664 Па), температурі 30°С (Т = 303К) і при мол. масі метанолу 32 буде становити Vп = 
= 1,89 м3/с.
Швидкість руху пари в роторних апаратах не повинна перевищувати 10¸20 м/с (приймемо 15 м/с). Тоді площа перерізу апарату у верхній частині повинна бути не менше 1,89/15 = 0,126 м2, а діаметр, відповідно, не менше 0,4 м.
Приймемо, що тиск пари, яку подають в сорочку апарата становить 0,3МПа (температура конденсації 132°С, теплота конденсації 2171 кДж/кг)
Корисна різниця температури пари і метанолу в апараті дорівнює 132 – 30 = 102°С
Теплове навантаження Q = 0,64*1184 = 757,8 кВт (де 1184 – теплота випаровування метилового спирту, кДж/кг).
Без розрахунку орієнтовно приймемо, що коефіцієнт теплопередачі становить 800 Вт/(м2.К).
Потрібна площа випаровування
F = 
= 9,3 м2
Обираємо триступеневий випарник ИРС-12, який має діаметр першого ступеню 1000 мм і площу теплообміну 12 м2.
Орієнтовний розрахунок і вибір конденсатора і холодильної машини.
В якості конденсатора оберемо кожухотрубний трубчатий теплообмінник, в міжтрубний простір якого подають метанольну пару. На виході з нього одержують метанол з температурою 5°С. В трубний простір подають охолоджений у фреоновій машині розсіл. На вході в конденсатор температура розсолу -34°С, а на виході - 9°С.
Середня різниця температур
холодоносій
-34 -9
метанол
5 30
39 39
Dtсер = 39°С
З орієнтовним поправленням на відхилення від протитоку Dtсер = 39*0,7 = 27,3°С
Без розрахунку приймемо, що коефіцієнт теплопередачі К = 1000 Вт/(м2.К).
Теплове навантаження на конденсатор становить Q = 757,8 + 0,64*1,38(30 – 5) = 779,9 кВт.
Поверхня теплообміну конденсатора повинна бути
F = 
= 28,6 м2.
Найбільша холодопродуктивність фреонової машини з температурними границями теплоносія -34°С…-9°С 194 кВт. Отже, потрібно паралельно встановити 779,9/194 = 4 машини МКТ-220-2-2. З економічної та організаційної точки зору це не може вважатись доцільним.
Проблему можна вирішити декількома способами.
1). Стадію 6 потрібно розділити на дві: на першій стадії (6а), яка триває 14 годин, екстракт упарюють на 60%, а на другій (6б) за 11,5 годин процес завершують і проводять фільтрування концентрату.
2). Використати більш потужне агрегатне холодильне обладнання, яке складається з окремих частин і не поставляється в комплекті.
3). Перенести операцію фільтрування концентрату в стадію 7, а час стадії 6 (14 годин) повністю використати на упарювання; при цьому можна застосувати найбільш потужну машину МКТ350-2-1, яка має холодопродуктивність 674 кВт, а температурні межі холодоносія -12°С…+10°С
Останній варіант є найбільш доцільним, тим більше, що стадія 7 є недовантаженою. Оскільки операцію фільтрування потрібно розглядати як періодичну з одноразовим завантаженням, тому між стадією 6 та 7 потрібно встановити буфер.
Новий варіант розбивки стадій 6 та 7 на операції:
Продовження таблиці 18.6
Стадія 6
Стадія 7
** - розраховано.
Перерахунок процесу упарювання .
Витрата метанольної пари-конденсату Gп = 26558/(14*3600) = 0,527 кг/с.
Об’ємна витрата пари Vп = 
= 1,56 м3/с.
Площа перерізу апарату у верхній частині повинна бути не менше 1,56/15 = 0,104 м2, а діаметр, відповідно, не менше 0,36 м.
Теплове навантаження Q = 0,527*1184 = 624 кВт.
Потрібна площа випаровування
F = 
= 7,65 м2.
Обираємо триступеневий випарник ИРС-8, який має діаметр першого ступеню 800 мм і площу теплообміну 8 м2.
Орієнтовний розрахунок і вибір конденсатора і холодильної машини.
Середня різниця температур
холодоносій
-12 10
метанол
5 30
17 20
Dtсер = 
= 18,5°С
З орієнтовним поправленням на відхилення від протитоку Dtсер = 18,5*0,7 = 13°С
Теплове навантаження на конденсатор становить Q = 624 + 0,527*1,38(30 – 5) = 642 кВт.
Холодопродуктивність фреонової машини МКТ350-2-1 з температурними границями теплоносія -12°С…+10°С 674 кВт.
Поверхня теплообміну конденсатора повинна бути
F = 
= 49,4 м2.
Обираємо одноходовий трубчатий теплообмінник з діаметром кожуха 600 мм і довжиною труб 2 м, який має поверхню теплообміну 49 м2.
Охолоджений конденсат надходить в один з двох ресиверів, один з який знаходиться під вакуумом і в якому накопичується конденсат, а другий – під атмосферним тиском і з нього конденсат відкачують в цех регенерації органічних розчинників. При тривалості накопичення конденсату 3-4 години об’єм ресивера повинен бути 26558/[790*(3¸4)] = 8,4¸11,2 м3. Приймемо стандартний об’єм 10 м3.
Буфер (поз.18).
Концентрат надходить також в один з двох ресиверів, перемикання яких здійснюють один раз за цикл. Маса концентрату – 542 кг, об’єм – 542/790 = 0,69 м3. При коефіцієнті заповнення 0,9 об’єм приймальної ємкості-ресивера повинен бути 0,76 м3. Обираємо стандартну ємність на 1 м3.
Фільтрування концентрату (поз.19).
Для проведення процесу використаємо закритий друк-фільтр з номінальною ємністю 160 дм3, який має поверхню фільтрування 0,4 м2.
За одне завантаження одержують (0,16/0,69)(536,1/790) = 0,157 м3 фільтрату. Коефіцієнт m0 = 5,9/0,69 = 8,55 кг/м3. В”язкість дисперсійного середовища – 0,58.10-3 Па.с. Додатковий час на обслуговування фільтра за цикл його роботи приймемо 0,25 години. Знайдемо робочий тиск фільтрування.
Тривалість циклу фільтрування становить tф + 0,25, год.
Всього фільтрату за цикл виробництва одержують 536,1/790 = 0,679 м3. Тривалість фільтрування визначена в 2 години. Знаходимо tф з виразу
0,4 = 
. Звідси tф = 0,21 год = 765 с.
Знаходимо DР з виразу:
765 = 
. Звідси DР = 49932 Па (0,5 атн).
Буфер (поз.20).
Оскільки операція фільтрування концентрату включена в стадію 7 потреба в ній відпадає.
Насосне обладнання.
Насос Н-1. Призначений для прокачування ЖС через лінію УНС-20. Входить в комплект лінії.
Насос Н-2.Призначений для відкачування КР в реактор-змішувач РЗ-1. Продуктивність повинна бути ³ 38,9/2 = 19,45 м3/год. Тиск – не менше 0,15 МПа. Обираємо насос відцентрового типу 2ХО-9.
Насос Н-3/1,2,3. Призначений для дозування суспензії з РЗ-2/1,2 у фільтри БФ-1/1-3. Продуктивність повинна бути ³ 40,49/9,5 = 4,26 м3/год. Тиск не нормується. Оскільки дозувальних насосів з такою продуктивністю не випускають, потрібно встановити 3 насоси (на кожний фільтр) з продуктивністю по 4,26/3 = 1,42 м3/год. Обираємо плунжерні насоси НД1Р 1600/10.
Насос Н-4. Призначений для дозування суспензії з РЗ-3 у фільтр БФ-2. Продуктивність повинна бути ³ 6,11/11,5 = 0,53 м3/год. Тиск не нормується. Обираємо насос плунжерного типу НД1Р 630/10.
Насос Н-5. Призначений для відкачування фільтрату з ресиверів Р-2/1,2. Продуктивність повинна бути ³ 0,31 м3/год. Тиск не нормуються. Обираємо відцентровий насос Х2/25.
Насос Н-6. Призначений для дозування екстракту з РЗ-4 у фільтр БФ-3. Продуктивність повинна бути ³ 21,55/5 = 4,31 м3. Тиск не нормується. Обираємо відцентровий насос Х8/18 з продуктивністю 8 м3/год.
Насос Н-7. Призначений для дозування екстракту з реактора-змішувача РЗ-5/1,2 у в77акуум-випарний апарат ВА. Продуктивність повинна бути ³ 2,45 м3/год. Обираємо дозувальний плунжерний насос НД1Р 2500/10.
Насос Н-8. Призначений для відкачування метанольного конденсату з ресиверів Р-3/1,2 у відділення регенерації органічних розчинників. Продуктивність повинна бути ³ 11,2/3 = 3,7 м3/год. Тиск не нормується. Обираємо відцентровий насос Х8/18.
Результати технологічних розрахунків зводимо в таблицю:
Специфікаційна таблиця основного обладнання виробництва ністатину
| № поз | Позн. на техн. схемі | Назва та призначення | К-сть | Технічні характеристики | Габарити, мм |
| 1 | РЗ-1 | Реактор-змішувач для приготування ЖС | 1 | Об’єм – 40 м3. Тип корпусу - ВЕЕ. Реактор споряджений електромішалкою, сорочкою. | Діаметр – 3000, висота циліндр. частини – 4665 |
| 2 | Лінія УНС-20, в склад якої входять: | Продуктивність – 20 м3/год | |||
| Н-1 | Насос відцентровий 3К-6 | 1 | |||
| Нг | Нагрівач | 1 | Ємність – 0,1 м3 | ||
| Вт | Витримувач ємкісного типу | 3 | Об”єм – 1,7 м3 | Діаметр – 600, висота - 6000 | |
| Рк | Рекуператор | 1 | пластинчастий, 100 м2 | 2935´730´1770 | |
| Т-1 | Холодильник | 1 | пластинчастий, 40 м2 | 1795´730´1770 | |
| 3 | Ф-1/1-6 | Ферментер | 6 | Об’єм – 63 м3. Споряджений е/мішалкою, сорочкою, відбиваючими перегородками, кільцевим барботером. | Діаметр – 2800, висота циліндр. частини – 6615, габ. діам. – 3000, габ. в-та - 12015 |
| 4 | Блок інокуляторів | ||||
| І-1/1- 6 | Інокулятор І-го ступеню | 6 | Об’єм – 0,063 м3. Споряджений барботером і сорочкою. | Внутр. діаметр – 370, висота циліндр. част. – 440, габаритний діаметр – 440, габаритна висота - 700 | |
| І-2/1- 6 | Інокулятор 2-го ступеню | 6 | Об’єм – 0,63 м3. Споряджений барботером і сорочкою. | Внутр. діаметр – 800, висота циліндр. част. – 950, габаритний діаметр – 950 габаритна висота - 1510 | |
| І-3/- 6 | Інокулятор 3-го ступеню | 6 | Об’єм – 5 м3. Споряджений барботером і сорочкою. Поверхня охолодження 8,4 м2. Робочий тиск усередині апарата до 0,196 МПа. | Внутр. діаметр – 1600, висота циліндр. част. – 1900, габарит-ний діаметр –1900, габаритна висота - 3020 | |
| 5 | ФП-1/1-6 | Глибинний фільтр для стерилізації повітря | 6 | Габаритні діаметр – 700, висота - 1670 | |
| 6 | РЗ-2 | Реактор-змішувач КР з кізельгуром | 2 | Об’єм – 25 м3. Тип корпусу - ВЕЕ. Реактор споряджений електромішалкою, сорочкою | Діаметр – 2400, висота циліндр. частини – 4730 |
| 7 | БФ-1/1-3 | Барабанний вакуум-фільтр Б20-3,0/2,2 | 3 | Поверхня фільтрування – 20 м2. Швидкість обертання барабану 0,13-2,0 об/хв | Діам. барабана – 3000, довжина – 2200 |
| ВН-1,2.3 | Вакуум-насос ВВН-25 | 3 | Продуктивність – 25 м3/хв. | ||
| Р-1/1-6 | Ресивер | 6 | Об’єм – 3,2 м3. Тип корпусу - ВЕЕ. | Діаметр – 1400, висота циліндр. частини – 1615 | |
| 8 | Б-1 | Буферний бункер для біомаси | 1 | Об’єм – 5 м3. Тип корпусу - ВКП. | Кут конуса - 90°, діаметр – 1800, висота циліндр. частини - 1665 |
| 9 | РЗ-3 | Реактор-змішувач для зневоднення біомаси | 1 | Об’єм – 8 м3. Тип корпусу - ВЕЕ. Реактор споряджений електромішалкою, сорочкою | Діаметр – 2800, висота циліндр. частини – 4270 |
| 10 | БФ-2 | Барабанний вакуум-фільтр БГР-3-1,75, | 1 | Поверхня фільтрування – 3 м2. Швидкість обертання барабану 0,108-2,05 об/хв. Кут занурення барабану в суспензію - 135°. Корпус герметизований. | Діам. барабана – 1750, довжина – 630. Габаритні розміри : 2460´2470´2630 |
| ВН-2 | Вакуум-насос ВВН-1,5. | 1 | Продуктивність – 1,5 м3/хв | ||
| Р-2/1,2 | Ресивер | 2 | Об’єм – 0,8 м3. Тип корпусу - ВЕЕ. | Діаметр – 1800, висота циліндр. частини – 2550 | |
| 11 | Б-2 | Буферний бункер для зневодненої біомаси | 1 | Об”єм – 3,2 м3. Тип корпусу - ВКП. | Кут конуса - 90°, діаметр – 1600, висота циліндр. частини - 1325 |
| 12 | РЗ-4 | Екстрактор | 1 | Об’єм – 25 м3. Тип корпусу - ВЕЕ. Реактор споряджений електромішалкою, сорочкою | Діаметр – 2400, висота циліндр. частини – 4730 |
| 13 | БФ-3 | Барабанний вакуум-фільтр БГР-10-2,6 | 1 | Поверхня фільтрування – 10 м2. Швидкість обертання барабану 0,4-2,4 об/хв. Кут занурення барабану в суспензію - 144°. Корпус герметизований. | Діам. барабана – 2600, довжина – 1315. Габаритні розміри : 3550´3700´3500 |
| ВН-3 | Вакуум-насос ВВН-3. | 1 | Продуктивність – 3 м3/хв | ||
| 14 | Б-3 | Бункер для осаду | 1 | Об’єм – 5 м3. Тип корпусу - ВКП. | Кут конуса - 90°, діаметр – 1800, висота циліндр. частини - 1665 |
| 15,16 | РЗ-5 | Змішувач екстрактів | 2 | Об’єм – 40 м3. Тип корпусу ВЕЕ. Споряджений електромішалкою. | Діаметр – 3000, висота циліндр. частини - 4665 |
| 17 | ВА | Вакуум-випарний апарат роторного типу ИРС-8 | 1 | Триступеневий, поверхня теплообміну – 8 м2, діаметр І ступеню – 800 мм, ІІ ступеню – 600, ІІІ ступеню – 400 | висота до кріплення корпусу – 6000, повна висота – 10400, габарит. діаметр - 2600 |
| Т-2 | Конденсатор- холодильник | 1 | Одноходовий трубчатий теплообмінник з діаметром кожуха 600 мм і довжиною труб 2 м. Поверхня теплообміну 49 м2. | Дімететр – 600, довжина – 3000 | |
| ХМ | Холодильна фреонова машина МКТ350-2-1 | 1 | Холодопродуктивність – 674 кВт. Темп-ні границі теплоносія -12°С…+10°С | 4100´2300´2380 | |
| ВН-4 | Вакуум-насос | 1 | |||
| Р-3/1,2 | Ресивер | 2 | Об’єм – 10 м3. Тип корпусу - ВЕЕ. | Діаметр – 1800, висота циліндр. частини – 2550 | |
| 18 | Б-4/1,2 | Буфер для концентрату | 2 | Об’єм – 1 м3. Тип корпусу - ВЕЕ. | Діаметр – 900, висота циліндр. частини – 1275 |
| 19, 22 | ДФ-1 | Друк-фільтр для фільтрування концентрату та осадженого ністатину | 1 | Номінальний об’єм – 0,16 м3, поверхня фільтрування – 0,4 м2, робочий тиск до 0,6 МПа | Діаметр – 700, габар. діаметр – 914, габар. висота - 1100 |
| 21 | РЗ-6 | Реактор для осадження ністатину | 1 | Об’єм – 3,2 м3. Тип корпусу - ВЕЕ. Реактор споряджений електромішалкою, сорочкою | Діаметр – 1400, висота циліндр. частини – 1615 |
| 23 | РЗ-7 | Реактор для стабілізації ністатину | 1 | Об’єм – 0,04 м3. Тип корпусу - ВЕЕ. Реактор споряджений електромішалкою, сорочкою, зворотним холодильником лабораторного типу. | Діаметр – 320, висота циліндр. частини – 480 (нестандарт) |
| 24 | ДФ-2 | Фільтр чистого ністатину | 1 | Лабораторне обладнання | |
| 25 | ВСШ | Вакуум-сушильна шафа | 1 | ||
| 26 | - | Фасувальне обладнання | 1 | ||
| Насосне обладнання | |||||
| Н-2 | Призначений для відкачування КР в реактор-змішувач РЗ-1 | 1 | Тип насосу – відцентровий. Марка – 2ХО-9. Продуктивність – 20 м3/год. Напір – 10,5¸18 м.ст.р. | 587´140´282 | |
| Н-3/1,2,3 | Призначений для дозування суспензії з РЗ-2/1,2 у фільтри БФ-1/1-3 | 6* | Тип насосу – плунжерний. Марка – НД1Р 1600/10. Продуктивність – 1,6 м3/год. Тиск на виході – 1,6 (16) МПа (атм) | 1020´780´680 | |
| Н-4 | Призначений для дозування суспензії з РЗ-3 у фільтр БФ-2 | 2* | Тип насосу – плунжерний. Марка – НД1Р 630/10. Продуктивність – 0,63 м3/год. Тиск на виході – 1 (10) МПа (атм) | 919´740´672 | |
| Н-5 | Призначений для відкачування фільтрату з ресиверів Р-2/1,2 у відділення регенерації органічних розчинників | 1 | Тип насосу – відцентровий. Марка – Х2/25. Продуктивність – 1,5 м3/год. Напір – 25 м.ст.р. | 365´130´224 | |
| Н-6 | Призначений для дозування екстракту з РЗ-4 у фільтр БФ-3 | 2* | Тип насосу – відцентровий. Марка – Х8/18. Продуктивність – 8 м3/год. Напір – 11,3¸18 м.ст.р. | 475´140´242 | |
| Н-7 | Призначений для дозування екстракту з реактора-змішува-ча РЗ-5/1,2 у вакуум -випарний аппарат ВА | 2* | Тип насосу – плунжерний. Марка – НД1Р 2500/10. Продуктивність – 2,5 м3/год. Тиск на виході – 1 (10) МПа (атм) | 1020´797´680 | |
| Н-8 | Призначений для відкачування мета-нольного конденса-ту з ресиверів Р-3/1,2 у відділення регенерації органіч-них розчинників | 1 | Тип насосу – відцентровий. Марка – Х8/18. Продуктивність – 8 м3/год. Напір – 11,3¸18 м.ст.р. | 475´140´242 | |
* для безперервних операцій додатково встановлюють резервні насоси.
Приклад 1.
“Проект виробництва антибіотику “Ністатин”
Завдання на проектування.
Потужність – 500 кг / рік
Последнее изменение этой страницы: 2019-03-31; Просмотров: 217; Нарушение авторского права страницы
= 0,59 кг/м3.
= 24,71 кг/м3.
= 19,54 кг/м3.
Соєве борошно……………………….. 2280,00
Глюкоза……………………………….. 2280,00
Кукурудзяний екстракт……………… 1187,50
Крейда (дійсна потреба)………………. 501,04
Амоній хлористий з надлишком 1,2…. 804,10
Кашалотовий жир……………………... 342,00
Вода на розбавлення………………. 106608,00
Всього ЖС….114003,00
ПМ…….11400,30
в тому числі:
- АСБ (74,1)
- вода (11326,2)
Кисень на аерацію…2062,75