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.