
Міністерство освіти та науки України
Національній технічний університет України
„Київський політехнічний інститут”
Факультет біотехнології і біотехніки
Кафедра біотехніки та інженерії
Альбом конструкцій
з курсу:
«Процеси і апарати фармацевтичного та мікробіологічного виробництва »
Частина ІІ
Виконав:
студент 4-го курсу
групи $$$$, ФБТ
&&&&&&.
Перевірила:
доц
2009
Зміст
1. ВІДСТІЙНИКИ .……………………………………………….................... |
4 |
1.1. Відстійник для очищення води……………………………………………………... |
4 |
1.2. Відстійник-конус…………………………………………………………………….. |
5 |
1.3. Багатошаровий неперервнодіючий відстійник…………………………………….. |
6 |
1.4. Неперервно діючий відстійник з гребінцями……………………………………… |
7 |
1.5. Багатоярусний відстійник з промивкою осаду…………………………………….. |
8 |
1.6. Відстійник безперервної дії для розділу емульсій………………………………… |
9 |
1.7. Схема для неперервної декантації з протитечійною промивкою………………… |
10 |
1.8. Пилеосаджувальна камера…………………………………………………………... |
11 |
2. ЦИКЛОНИ ТА ІНЕРЦІЙНІ ПИЛОВЛОВЛЮВАЧІ…………………….. |
12 |
2.1. Циклон ЛІОП (ЛІОТ)………………………………………………………………... |
12 |
2.2. Циклон конструкції НІІО-газ……………………………………………………….. |
13 |
2.3. Батарейний циклон…………………………………………………………………... |
14 |
2.4. Інерційний жалюзевий пиловловлювач……………………………………………. |
15 |
3. ФІЛЬТРИ…………………………………………………………………… |
16 |
3.1. Стрічковий капілярний фільтр……………………………………………………… |
16 |
3.2. Нутч-фільтр…………………………………………………………………………... |
17 |
3.3. Листовий фільтр……………………………………………………………………... |
18 |
3.4. Рамний фільтр-прес…………………………………………………………………. |
19 |
3.5. Патронний фільтр……………………………………………………………………. |
20 |
3.6. Трубчатий електрофільтр…………………………………………………………… |
21 |
3.7. Пластинчатий електрофільтр……………………………………………………….. |
22 |
3.8. Рукавний фільтр……………………………………………………………………… |
23 |
4. ЦЕНТРОФУГИ…………………………………………………………….. |
24 |
4.1. Підвісна центрифуга………………………………………………………………… |
24 |
4.2. Відстійна підвісна центрифуга……………………………………………………… |
25 |
4.3. Центрифуга неперервної дії з вертикальним конічним барабаном і гальмуючим пристроєм…………………………………………………………………………………. |
26 |
4.4. Рідинний сепаратор………………………………………………………………….. |
27 |
4.5. Тарілчастий сепаратор………………………………………………………………. |
28 |
4.6. Суперцентрифуга…………………………………………………………………….. |
30 |
4.7. Центрифуга з пульсуючим поршнем для видалення осаду……………………………. |
31 |
4.8. Трубчаста суперцентрофуга………………………………………………………... |
32 |
5. МАСООБМІННІ АПАРАТИ……………………………………………… |
33 |
5.1. Абсорбер з плоско паралельною насадкою………………………………………... |
35 |
5.2. Насадковий абсорбер………………………………………………………………... |
36 |
5.3. Трубчастий одноходовий абсорбер………………………………………………… |
37 |
5.4. Багатоходовий (по міжтрубному просторі) трубчастий абсорбер……………….. |
38 |
5.5. Порожнистий (розпилювальний) абсорбер………………………………………… |
39 |
5.6. Адсорбери з нерухомим шаром адсорбенту……………………………………….. |
40 |
5.7. Багатоступінчатий адсорбер із псевдозрідженим шаром…………………………. |
41 |
5.8. Адсорбер із щільним рухаючим шаром адсорбенту………………………………. |
42 |
5.9. Короткоциклова безнагрівна адсорбційна установка |
43 |
|
|
5.10. Роторно-дисковий екстрактор……………………………………………………... |
41 |
5.11. Трубчатий центробіжний екстрактор……………………………………………. |
42 |
5.12. Сітчастий колонний екстрактор…………………………………………………… |
43 |
5.13. Мембранний апарат з плоскими мембранними елементами……………………. |
44 |
5.14. Мембранний апарат з U – подібними мембранними елементами у вигляді палих волокон……………………………………………………………………………. |
46 |
5.15. Кристалізатор з плівковою мішалкою…………………………………………….. |
47 |
5.16. Вакуум кристалізатор……………………………………………………………… |
48 |
5.17.Качаючий кристалізатор……………………………………………………………. |
49 |
5.18. Башенний кристалізатор…………………………………………………………… |
50 |
5.19. Шнековий кристалізатор…………………………………………………………... |
51 |
5.20. Кристалізатори відкритого типу з мішалкою…………………………………….. |
52 |
5.21. Барабанний кристалізатор, що обертається………………………………………. |
53 |
5.22. Ректифікація з тепловим насосом…………………………………………………. |
54 |
5.23. Екстрактивна ректифікація………………………………………………………… |
55 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1. ВІДСТІЙНИКИ
1.1. Відстійник для очищення води
Рис. 1.1. Відстійник для очищення води:
1 – корпус; 2 – нахилені перетинки; 3 – конічні днища для осаду.
Принцип дії
Корпус 1 являє собою прямокутний сталевий ящик, в середині якого розташовані нахилені перетинки 2, які напрямляють потік з гори до низу, а потім з низу в гору. Вихідна суспензія потрапляє через штуцер в корпус.
Осад збирається в конічних днищах 3, звідки періодично видаляється через крани.
Коли концентрація твердих завислих частинок у суспензії велика або осад, який з неї видаляється, подальше використовується в промисловості, то необхідне безперервне розвантаження не тільки рідкої фази, але й осаду.
Переваги: компактність апарату.
Недоліки: час перебування рідини та поверхня осадження в апараті збільшується із-за наявності перетинок.
1.2. Відстійник-конус
Рис. 1.2. Відстійник-конус:
1 – жолоб для подачі суспензії; 2 – воронка; 3 – плаваюче кільце; 4 – конус; 5 – жолоб для освітленої рідини; 6 – відвідна труба для осаду; 7 – патрубок для підводу промивної води.
Принцип дії
Відстійник-конус являє собою конічний резервуар з кутом нахилу 60.
Суспензія потрапляє по жолобу 1 та через воронку 2 з плаваючим кільцем 3 стікає в конус 4. Завислі частинки осаджуються на дно конуса, а освітлена рідина видаляється по жолобу 5.
Осад накопичується в нижній частині конуса та відводиться по трубі 6. Корпус з’єднан патрубком 7 з напірним трубопроводом для промивки апарата вразі забруднення його осадами.
Найчастіше ці апарати встановлюють у вигляді батарей з декількох послідовньо з’єднаних конусів.
Переваги: відсутність частинок, що рухаються; простота обслуговування.
Недоліки: громіздкість.
1.3. Багатошаровий неперервнодіючий відстійник
Рис. 1.3. Багатошаровий неперервно діючий відстійник для води:
1 – резервуар; 2 – корпус відстійника; 3 – перетинки; 4 – труба; 5 – патрубок.
Принцип дії
Неочищена вода обробляється в резервуарі 1 содою та вапном, після чого суспензія подається до корпусу 2, в якому розміщені у декілька ярусів конічні перетинки 3. Кожний ярус працює як самостійний відстійник. Очищена вода рухається вгору по центральній трубі 4 та відводиться з апарату. Осад, що накопичується на поверхні конічних перетинках, сповзає по ним донизу та видаляється через патрубок 5. Кут нахилу перетинок повинен бути більше кута природного відкосу осада. Осад, що збирається на дні , періодично відводиться з резервуара разом з невеликою кількістю води.
Переваги: просте апаратурне обладнання; мала енергоємність.
Недоліки: не забезпечує вилучення тонко дисперсних частинок; має не значну швидкість осадження.
1.4. Неперервно діючий відстійник з гребінцями
Рис. 1.4. Неперервно діючий відстійник із гребінцями:
1 – резервуар; 2 – гребінці; 3 – жолоб для подачі суспензії; 4 – трубопровід для видалення осаду; 5 – діафрагмовий насос; 6 – зливний жолоб для освітленої рідини.
Принцип дії
У циліндричному резервуарі 1 апарату, з плоским або дещо конусним днищем, знаходиться підвісний вертикальний вал з нахиленими радіальними лопостями, до яких приєднані короткі сталеві гребінці 2. За допомогою гребінців матеріал, що осаджується, поступово переміщується до розвантажувального отвору, який розміщений у центрі днища. Гребінці роблять від 0,5 до 0,025 об/хв.
Вал приводиться в обертання через черв’ячну та пасову передачі від трансмісії.
Суспензія подається безперервно по жолобу 3, а осад відкачується по трубопроводу 4 діафрагмовим насосом 5. Освітлена рідина у відстійнику підіймається догори та стікає через зливний жолоб 6.
Ступінь ущільнення осаду залежить від початкової концентрації суспензії та іноді досягає 50%.
Переваги: обертання гребінців на стільки мале, що не порушує процес осадження; велика продуктивність (іноді складає 3000 m/добу); досягається рівномірна щільність осаду; забезпечується більш ефективне зневоднення осаду за рахунок легкого збовтування його мішалкою; робота відстійників може бути повністю автоматизована.
Недоліки: громіздкість; діаметр відстійника від 1,8 до 30 м, а іноді досягає 100 м.
1.5. Багатоярусний відстійник з промивкою осаду
Рис. 1.5. Багатоярусний відстійник із промивкою осаду:
1 – корпус; 2 – бачок для свіжої промивної рідини; 3 – пастка; 4,7 – трубопровід для освітленої рідини; 5,6 – бачки для промивної рідини; 8 – патрубок для видалення осаду.
Принцип дії
Суспензія безперервно подається у верхній ярус відстійника. Свіжа промивна рідина з бачка 2 подається в нижню частину останнього яруса. Освітлена рідина із верхнього яруса безперервно видаляється по трубопроводу 4. Густий осад збирається в пастку, що знаходиться у днища яруса. Сюди ж подається промивна рідина, яка потрапляє з яруса, що розміщеного нижче, через відповідний бачок 5 та трубопровід 7. За допомогою промивної води осад вимивається на розміщений нижче ярус, де знову відбувається його відстоювання, промивання і т. д.
У кінці кінців осад практично промитий, вивільнений від початкової рідини, витікає через патрубок 8 у днище нижнього ярусу відстійника. Промивна рідина з верхнього яруса використовується для приготування суспензії чи для іншої мети.
Переваги: робота відстійників може бути повністю автоматизована; промитий осад може використовуватися у подальшому виробництві.
Недоліки: займає велику площу.
1.6. Відстійник безперервної дії для розділу емульсій
Рис. 1.6. Відстійник безперервної дії для розділу емульсій:
1 – штуцер для підводу емульсій; 2 – перфорована перетинка; 3 – трубопровід для відводу легкої фази; 4 – трубопровід для відводу тяжкої фази; 5 – пристрій для розриву сифона.
Принцип дії
Відстійник такого типу представляє собою резервуар, в середині якого навпроти вхідного штуцера 1 розміщена перфорована відбійна перетинка 2. Вона служить для попередження бентежень рідини потоком емульсії, що подається. Повздовжній переріз відстійника обирають таким чином, щоб рух рідини в корпусі апарату був ламінарним або близьким до нього, це прискорює відстоювання. Легка рідка фаза видаляється з апарату по трубопроводу 3, важка – по трубопроводу 4. На останньому є пристрій 5 для розриву сифона, який попереджає повне опорожнення резервуару.
Переваги: простота конструкції; дуже мала енергоємність.
Недоліки: не значна швидкість осадження; не забезпечує вилучення тонко дисперсних часток.
1.7. Схема для неперервної декантації з протитечійною промивкою
Рис.1.7. Схема для неперервної декантації з протитечійною промивкою
Принцип дії
Ущільнений осад з першого відстійника потрапляє до другого, де він промивається та розчиняється свіжою рідиною.
Осад, що отримали у другому відстійнику, буде містити таку ж кількість рідини, що й у першому, але вже значно розчинену. Якщо цей осад помістити у наступний, третій відстійник та знову розбавити рідиною, то в кінці кінців осад можна майже націло вивільнити від рідини, що на початку містилась у суспензії.
Осад рухається за напрямком від першого відстійника до останнього, проходячи послідовньо через всі апарати, а свіжа промивна рідина потрапляє до останнього відстійника, а з нього потрапляє до передостаннього і т.п., проходить послідовньо через відстійник у напрямку протилежному руху осаду.
Переваги: має значні переваги по відношенню з промивкою на фільтрі, так як виключаються затрати енергії на просування усієї рідини через фільтруючі перетинки; з суспензії виділяється майже вся рідина (97 – 98%).
Недоліки: великі габаритну розміри.
1.8. Пилеосаджувальна камера
Рис.1.8. Пилеосаджувальна камера:
1 – корпус; 2 – полки; 3 – відбиваючі перегородки; 4 – люки для видалення пилу.
Принцип дії
Запилений газ надходить до корпусу камери 1, в який установленні горизонтальні полки 2. Відстань між полками становить 100 – 300 мм. Газ проходить в каналах між полками, при цьому на поверхні останніх осаджується пил. Пройшовши полки, газ огинає відбиваючу перегородку 3 і видаляється з камери. Основне призначення перегородок – це рівномірне розподілення пилу між полками.
Осаджений на перегородки пил періодично видаляється за допомогою гребків через люки 4 або ж змивається водою.
Переваги: можливість очистки дуже забруднених газів.
Недоліки: степінь очистки газу та пилу в цих апаратах за звичай не перевищує 30 – 40%; при чому частинки 5 мкм і менше взагалі не відділяються від газу.
2. ЦИКЛОНИ ТА ІНЕРЦІЙНІ ПИЛОВЛОВЛЮВАЧІ
2.1. Циклон ЛІОП (ЛІОТ)
Рис. 2.1. Циклон ЛІОП:
1—корпус; 2—конічне днище; 3—вхідна труба; 4—кришка; 5—вихлопна труба; 6—пиловідвідний патрубок.
Принцип дії
Газ, який містить зважені частинку пилу, потрапляє по трубі 3 в циліндричну частину циклону, закриту кришкою 4. Потрапивши до циліндру, газовий потік продовжує рухатись по спіралі вздовж внутрішньої поверхні апарату. Під дією центр обіжної сили частки пилу рухаються в радіальному напрямку, а потім разом з крайніми шарами—вздовж стінок циклону. Частина низхідного газового потоку, досягаючи нижнього отвору вихлопної труби 5, входить в неї, продовжуючи свій обертальний рух. При русі решти газу конічною частиною циклону внутрішні шари газу повертають до осі апарату і утворюють висхідний потік, який обертається. Таким чином в циклоні відбувається рух газу вздовж осі апарату, направлений в протилежні сторони. Пил, який рухається з газ вздовж стінки корпуса відводиться через пило відвідний патрубок 6.
Переваги: простота в розробці і виготовленні; досить низький гідравлічний опір; висока продуктивність.
Недоліки: неможливість уловлювання пилу з малими розмірами часток; мала довговічність.
2.2. Циклон конструкції НІІО-газ.
Рис. 2.2. Циклон НІІО-газ:
1—корпус; 2—конічне днище; 3—кришка; 4—вхідний патрубок; 5—пилозбірник; 6—вихідна труба.
Принцип дії
Газ, який містить зважені частинку пилу, потрапляє по патрубку 4 в циліндричну частину циклону, закриту кришкою 3. Потрапивши до циліндру, газовий потік продовжує рухатись по спіралі вздовж внутрішньої поверхні апарату. Під дією центр обіжної сили частки пилу рухаються в радіальному напрямку, а потім разом з крайніми шарами—вздовж стінок корпусу 1. При цьому частинки пилу, які є більш важкими переносяться в напрямку дії центр обіжної сили швидше ніж частинки газу, концентруються в шарах газу і переміщуються по стінці апарату з потоком в пилозбірник 5. При русі решти газу конічним днищем 2 циклону внутрішні шари газу повертають до осі апарату і утворюють висхідний потік, який обертається. Таким чином в циклоні відбувається рух газу вздовж осі апарату, направлений в протилежні сторони. Очищений газ відводиться через вихідну трубу 6.
Переваги: простота в розробці і виготовленні; досить низький гідравлічний опір; висока продуктивність; відносно невеликий гідравлічний опір.
Недоліки: неможливість уловлювання пилу з малими розмірами часток; мала довговічність.
2.3. Батарейний циклон
Рис. 2.3. Батарейний циклон:
1—корпус; 2—газорозподільна камера; 3—корпус циклонних елементів; 4 – трубна решітка; 5—бункер для пилу; 6 – лопатеві пристрої для закручування потоку.
Принцип дії
Газ потрапляє в корпус елементу зверху і проходить по поверхні гвинта у кільцевому просторі між зовнішньою поверхнею труби і внутрішньою поверхнею корпуса. Частинки пилу під дією центр обіжної сили осаджуються на стінках корпуса, зсипаються в нижню конічну частину, а потім збираються у бункері батареї.
Елементи батарейного циклону встановлюють вертикально паралельними рядами в корпусі прямокутного перетину. Камера оснащена двома решітками, в отвори яких і встановлюються елементи.
Газ, який потребує очищення потрапляє через патрубок в простір між решітками і розподіляється по окремим елементам. Очищений газ потрапляє у простір над верхньою решіткою і відводиться через боковий патрубок. Частинки пилу, що осіли, збираються у конічному днищі.
Переваги: досить низький гідравлічний опір; висока продуктивність; високий ступінь очищення; відносно невеликий гідравлічний опір.
Недоліки: неможливість уловлювання пилу з малими розмірами часток; мала довговічність.
2.4. Інерційний жалюзевий пиловловлювач
Рис. 2.4. Інерційний жалюзевий пиловловлювач:
1—корпус; 2—газорозподільна камера; 3—корпус циклонних елементів; 4 – трубна решітка; 5—бункер для пилу; 6 – лопатеві пристрої для закручування потоку.
Принцип дії
Інерційний жалюзевий пиловловлювач складається власне з пиловловлювача 1 та циклона 2. Забруднений газ находить до пиловловлювача 1, жалюзі 3 якого нагадують нахилені кільця установлені з зазором 2-3 мм, перекриваючи друг друга. Жалюзі мають конічну форму для того щоб швидкість потоку не дуже відрізнялася.
Найбільш крупні частинки пилу ударяються об кільця жалюзі і відкидаються по осі конуса і видаляються через патрубок 4. Частина газу в якій концентрована основна частина пилу потрапляє до циклону 2, в якому пил під дією центробіжної сили видаляється через патрубок 5.
Переваги: висока продуктивність; високий ступінь очищення; відносно невеликий гідравлічний опір.
Недоліки: громіздкість обладнання.
1.ФІЛЬТРИ
3.1. Стрічковий капілярний фільтр
Рис. 3.1. Стрічковий капілярний фільтр:
1 – фільтруюча стрічка; 2 – войлочні стрічки; 3 – віджимаючі валки; 4 – несучі грати; 5 – лоток; 6 - стрічка для зніму осаду; 7 – ролик; 8 – ніж; 9 – форсунка.
Принцип дії
У фільтрах цієї конструкції використовується нескінченно фільтруюча стрічка 1(із тканини), яка натягнута на направляючі ролики.
Тканина рухається внаслідок тертя о нескінчені стрічки 2. Ці стрічки також натягнуті на направляючі ролики та приводяться в рух парними валками 3, які одночасно використовуються для видалення вологи з капілярів відсмоктуючої войлочної стрічки. Нижня горизонтальна ділянка фільтруючої тканини 1 підтримується несучими гратами 4, які рухаються у тому ж напрямку, що й тканина.
Суспензія потрапляє на стрічку, яка рухається по нахиленому лотку 5. Рідина, що знаходиться в суспензії, всмоктується капілярами войлочної стрічки, а тверда фаза осаджується на фільтруючій стрічці 1, а потім потрапляє до зони промивки. Промивна рідина всмоктується стрічками 2, а потім осад прилипає до нескінченної стрічки 6 при огинанні фільтруючою тканиною ролика 7. осад знімається зі стрічки 6 ножем 8. Рідина зі стрічок 2 видаляється продуванням крізь їх пори гарячого повітря.
Переваги: простота конструкції; підвищена продуктивність у порівнянні з барабанними фільтрами при фільтрації неоднорідних осадів, так як на стрічці в першу чергу осаджуються більш крупні частинки.
Недоліки: невелика поверхня фільтрації; неповне використання фільтруючої стрічки.
3.2. Нутч-фільтр
Рис. 3.2. Нутч-фільтр:
1 – корпус; 2 – сорочка; 3 – знімна кришка; 4 – дно, що переміщається; 5 – фільтрувальна перегородка; 6 – опорна перегородка; 7 – захисна сітка; 8 – кільцева перегонка; 9 – штуцер для подачі суспензії;10 – штуцер для подачі стиснутого повітря; 11 – штуцер для видалення фільтрату; 12 – запобіжний клапан.
Принцип дії
Одна з конструкцій нутра, що працює під тиском не більш 3 ат. Нутч складається з корпуса 1 із сорочкою 2 , знімної кришки 3 і дена, що переміщається 4; фільтрувальна перегородка 5, розташована на опорній перегородці 6, являє собою тканину або шар волокон ( в останньому випадку над перегонкою 5 розміщують захисну сітку 7). Над фільтрувальною перегонкою знаходиться кільцева перегородка 8 висотою 150 мм, що підтримує осад під час його вивантаження. Обидві перегородки укріплені на дні нутра, що для видалення осаду опускається на 200 мм і повертається на такий кут, щоб осад можна було зняти з фільтрувальної перегонки вручну. Для подачі суспензії і стиснутого повітря служать штуцера 9 і 10, для видалення фільтрату – штуцер11; фільтр постачений також запобіжним клапаном 12
Переваги: можливість рівномірного і повного промивання осаду, оскільки промивна рідина може бути рівномірно розподілена по всій його поверхні в необхідній кількості.
Недоліки: відносно велика займана ними площа приміщення, що приходиться на 1 м2 поверхні фільтрування.
3.3. Листовий фільтр
Рис. 3.3. Листовий фільтр:
1 – фільтруючий елемент; 2 – шланг для з’єднання з лінією вакууму або стисненого повітря; 3 – резервуар для фільтрації; 4 – резервуар для промивки осаду; 5 – резервуар для зняття осаду; 6 – розвантажувальний шнек; 7 – мостовий кран.
Принцип дії
Листовий фільтр складається з великої кількості фільтруючих елементів 1 (до 30 і більше), які закріпленні на одній рамі в один блок, Який піднімається та опускається за допомогою мостового крану 7.
Фільтруючі
елементи занурюються в резервуар і
утворюють в них певний вакуум. При цьому
рідина проходить всередину елементів,
а осад залишається на їх поверхні. Коли
величина товщини осаду досягає необхідного
значення (зазвичай 5 -35
),
то переносять фільтруючі елементи до
другого резервуару для промивки осаду
водою або іншим розчином, так щоб вакуум
залишався у фільтруючих елементах.
Після закінчення промивки осад підсушують
повітрям, а потім у третьому резервуарі
видаляють зворотнім током води, повітря
чи пари. Щоб попередити відстоювання
рідини, резервуар оснащують пристроєм
для перемішування.
Переваги: досить розвинена робоча поверхня; забезпечуються кращі умови промивки осаду ніж фільтрпресом; помірне зношування фільтруючої тканини.
Недоліки: важкість контролю товщини осаду; складна заміна тканини.