7. Расчет и подбор оборудования

Исходные данные для расчета технологического оборудования

Наименование данных	Показатели
1. Мощность предприятия, Q	100 т/год
2. Количество рабочих дней в году, t	330 дней
3. Выход препарата с 1 м3 КЖ, q	93 кг
4. Оборачиваемость ферментера	66 часов
5. Оборачиваемость посевного аппарата	36 часов
6. Время подготовки УНС	5 часов
7. Коэффициент заполнения ферментера	0,5
8. Коэффициент заполнения посевного аппарата	0,6
9. Коэффициент заполнения реакторов	0,7
10 Коэффициент заполнения сборников	0,8
11. Скорость фильтрации	0,09 м3/м2
12. Время работы фильтра	20 часов
13. Скорость ультрафильтрации	0,03 м3/м2
14. Время работы ультрафильтрационной установки	21 час
15. Степень концентрирования ферментного раствора	10
16. Скорость стерилизующей фильтрации	0,5 м3/м2
17. Время работы стерилизующей установки	10 часов
18. Содержание сухих веществ в стандартизованном стерильном ультраконцентрате	12%
19. Время работы сушилки	20 часов
20. Содержание сухих веществ в готовом препарате	92%
21. Упаковка препарата в 1 пакет	100 г

Расчет оборудования.

Данные для расчета:

1. Объем производства (Q) –100 тонн/год

2. Количество рабочих дней в году ( - 330 дней

3. Выход препарата с 1 м³ культуральной жидкости (q) – 0.093 т/м³

Для расчета оборудования принимаем: коэффициент для заполнения смесителей отделения приготовления питательной среды и реакторов для обработки культуральной жидкости – 0.7; сборников фильтратов и концентратов – 0.8; ферментеров – 0.5; посевных аппаратов – 0.6.

1. Расчет основного оборудования

   1. Производственные ферментеры

      1. Объем производства препарата в сутки (Q₁)

Q₁= т/сутки,

Где Q – объем производства в год;

- количество рабочих дней в году.

2. Необходимое количество культуральной жидкости в сутки (Q₂)

Q₂₌ Q1/q=0,3/0,08=3,75 м³

Где Q₁ – объем производства препарата в сутки

q – выход препарата с 1 м³ культуральной жидкости.

Для рассчитанного количества культуральной жидкости в сутки целесообразно выбрать ферментер фирмы “Нордон ”с механическим перемешиванием объемом 10 м³.

При коэффициенте заполнения 0,5 в ферментер можно загрузить Q₃ = 5 м³ среды.

3. Количество культуральной жидкости с одной ферментации при учете потерь во время ферментации (7,2%) составит:

Q₄=V*0.5*0.872 = 10*0.5*0.872= 4.36 м³,

Где Q₄ – количество культуральной жидкости с 1-ой ферментации;

V – полный объем ферментера, м³;

0.5 – коэффициент заполнения;

0.872 – коэффициент, учитывающий выход культуральной жидкости с учетом 7,2% потерь.

4. Количество ферментаций в сутки (n): n= Q₂/Q₄=3.75/4.36=0,86 ферментаций

где Q₂ – необходимое количество культуральной жидкости в сутки;

Q₄ – количество культуральной жидкости с 1-ой ферментации.

5. Количество культуральной жидкости в год (Q₅):

Q₅ = Q/q=100/0,08 =1250 м³

Где Q – объем производства препарата, т/год

q – выход препарата с 1 м³культуральной жидкости, т/м³.

5. Продолжительность оборачиваемости 1 ферментера ( ₁)

Полный цикл работы одного ферментера складывается из следующих величин:

Длительность ферментации –56ч;

Слив К.Ж. – 2 ч;

Мойка ферментера – 2 ч;

Проверка ферментера на герметичность – 1.5 ч;

Стерилизация ферментера – 2 ч;

Заполнение ферментера питательной средой – 2 ч;

Засев - 0.5 ч.

Итого: ₁=66 ч.

5. Количество рабочих часов в году ( ₂):

₂= *24 = 330*24 = 7920 ч,

- количество рабочих дней в году.

5. Необходимое количество ферментеров (N):

N= Q₅* ₁/ Q₄* ₂=1250*66/4.36*7920=2.38 ферментера

Где Q₅ – количество К.Ж. в год, м³

₁ – продолжительность оборачиваемости ферментера, ч.

₂ – количество рабочих часов в году, ч.

₄ – количество к.ж. с 1-ой ферментации.

Принимаем 3 ферментеров и 1 запасной.

Итого: устанавливаем 4 ферментера.

2. Фильтрация культуральной жидкости:

   1. На фильтрацию поступает Q₂=3,75 м³/сутки.

S= Q₂/(G₁* τ₆)=3,75/(0,03*20)=6,25 м².

Принимаем фильтр БОК-10-2,6 с поверхностью фильтрации S= 10 м² – 1 шт. и 1 запасной. Всего устанавливаем 2 фильтра.

Габариты фильтрующей установки: барабан – d=2600 мм, l=1350 мм.

Общий размер: l=3230 мм, Н=3000 мм, В=3370 мм.

2. Сборник фильтрата культуральной жидкости.

Количество фильтрата (Q₆) с учетом промывных вод (0.5) и потерь по объему 7,5%:

Q₆= (Q₂+ Q₂*0.5)*К=(3,75+3,75 *0.5)*0,7323 =4,2 м³.

Выбираем сборник объемом 16 м³.

3. Количество реакторов с учетом коэффициента заполнения 0,8:

n₃=Q₆/V₂*К_з=4,2/(16*0,8)=0,33

Принимаем 1 сборник и один запасной. Всего 2 сборника объемом 10 м³.

Габариты сборника

Н=3720 мм,dнар=2600мм,подставка=1000мм

3. Концентрирование фильтрата методом ультрафильтрации:

Количество фильтрата ,поступающего на концентрирование: Q₆=4,2 м³

Удельная производительность g=0.03 м³/м²ч.

Время работы установки в сутки ₇=20 ч.

Кратность концентрирования n_k=10 раз.

1. Сборник для ультраконцентрата (Q₇):

Q₇= Q₆/ n_k=4,2/10=0,42 м³

Выбираем сборник для ультраконцентрата общим объемом 2 м³.

Габариты: Н=3800 мм, d = 1500 мм, поверхность теплообмена = 6,5 м².

2. Сборник для ультрафильтрата (Q₈):

Q₈=Q₆-Q₇=4,2-0,42=3,78 м³.

Выбираем сборник для ультраконцентрата общим объемом 16 м³.

3. Поверхность необходимая для концентрации(S₁):

S₁= Q₈/(g₂* τ₇)=3,78/(0,03*20)=6,3 м²

Выбираем установку поверхностью фильтрации

S₂= 35 м²

Количество ультрафильтрационных установок:

n₄= S1\S2=6,3\35=0,2

Принимаем одну установку МР-70-2000Т с поверхностью фильтрации 35 м² и одну запасную. Всего устанавливаем 2 установки.

Техническая характеристика установки МР-70-2000Т:

Производительность по пермеату, м³/сут до 24

Площадь поверхности мембран, м² 35

Рабочее давление, МПа 0,35

Установленная мощность, кВт/м² 110

Габаритные размеры, мм 4900х4200х2500

6.Стерилизация концентрата.

Количество поступающего на стерилизацию концентрата – Q₇=0,42 м³

Время работы установки – τ₈=10 ч.

Удельная производительность при стерилизации – g₃= 0.05 м³/м²ч.

4. Поверхность для стерилизующей фильтрации (S₃):

S₃= Q₇/( g₃* τ₈)=0,42/(0,05*10)=0,84 м²

Выбираем установку с поверхностью фильтрации S₄= 35 м².

5. Количество стерилизующих установок:

n₅= S₃/ S₄=0,84/35=0,02

Принимаем 1 установку с поверхностью фильтрации 0,5 м² и 1 запасную.

Устанавливаем 2 аппарата для стерилизующей фильтрации.

Габариты установки МР-70-2000Т:

Площадь поверхности мембран, м² 35

Габаритные размеры, мм 4900х4200х2500

6. Сборник стерильного концентрата.

Количество стерильного фильтрата (Q₉) при 6,2% потерь:

Q₉=Q₇*0.862=0,42*0.862=0,36м³.

7. Полный объем сборника (V₄) при коэффициенте заполнения 0.8 должен быть:

V₄=Q_9|/0,8=0,36/0,8=0,45

Принимаем 1 сборник объемом 2 м³ и 1 запасной. Устанавливаем 2 сборника.

Габариты:

Н = 3800 мм, d = 1500 мм, поверхность теплообмена = 6,5 м².

4. Сушка концентрата.

Количество концентрата поступающего на сушку Q₉ –0,36м³

Содержание сухих веществ в концентрате с₁ – 12%

Содержание сухих веществ в готовом продукте с₂ – 92%

Время работы сушилки в сутки ₉ – 20 ч.

Количество испаренной влаги (Q₁₄):

Q₁₀=Q₉*(1-c1/c2)=0,36*(1-0,12/0,92)=0,38

Производительность сушилки по испаренной влаге (Q₁₅):

Q₁₁= Q₁₀/ ₉=0,38/20=0,02т/час

Выбираем сушилку марки СРЦ-4/50 производительностью по

испаренной влаге 500 кг/ч.

Габариты:

Внутренний диаметр = 4000 мм

Высота цилиндрической части = 4000 мм

Рабочий объем = 50 м³.

Устанавливаем сушилку и 1 запасную. Всего – 2 сушилки.

1. Количество высушенного препарата (Q₁₂):

Q₁₂=Q₉*c₁/ с₂ =0,36*0,12/0,92=0,047 т

5. Стандартизация препарата.

Количество наполнителя (Q_н):

Q_н= Q₁- Q₁₂=0,3-0,047=0,253 т.

Всего на стандартизацию поступает:

Q₁₃=Q₁₂+Q_н=0,047+0,253=0,3 т.

Время непосредственного смешения продуктов:

τ₁₀= ч.

Время загрузки, разгрузки и ревизии смесителя – 3 часа.

Оборачиваемость смесителя –1+3=4 ч.

Устанавливаем 1 смеситель и 1 запасной. Всего – 2 смесителя.

6. Фасовка и упаковка.

Суточная производительность по готовому продукту Q₁ – 0.3 т = 300 кг.

Фасовка препарата q_ф – 100 г в одну упаковку.

Количество упаковок в сутки (n_уп):

n_уп= уп/сутки.

Выбираем и устанавливаем 1 упаковочную линию В6-ВРА производительностью 480 уп/час.

Габариты установки: 6820х2370х3210

Расчет вспомогательного оборудования:

1. Расчет бункеров:

   1. Бункер для приема готового препарата:

Кол-во препарата в сутки- 303 кг. Объём бункера рассчитываем на 10-дневный сбор готового препарата.

Плотность- 1100кг/м³.

Полный объем бункера при коэффициенте заполнения 0,9:

V_б= 303*10/(1100*0,9)=3,06 м³

Габариты:

V_б= D²H_ц/4+1/3 D²H_k/4= D²(H_ц+Н_к/3)/4

Где D – диаметр бункера, D = Н_ц/2;

Н_ц – высота цилиндрической части бункера;

Н_к – высота конической части бункера, Н_к=0,36325D.

D³=V_б/1,57, решая уравнение получим:

D = 1,95 м, Н_ц = 3,9 м, Н_к = 0,71 м, Н_общ=4,61 м.

Выбираем 1 цилиндрический бункер объемом V_б=5 м³ со следующими размерами:

- общая высота Н_общ = 4,61 м;

- диаметр D = 1,5 м;

- высота цилиндрической части Н_ц=3,9 м;

- высота конической части Н_к=0,71 м.

1.2 Бункер для приема наполнителя:

Количество наполнителя в сутки – 253 кг. Объем бункера рассчитываем на 10-ти дневный запас наполнителя.

Плотность – 950 кг/м³.

Полный объем бункера при коэффициенте заполнения 0,9:

V_б=(253 10)/(950 0,9)=2,3 м³.

Габариты:

V_б= D²H_ц/4+1/3 D²H_k/4= D²(H_ц+Н_к/3)/4

Где D – диаметр бункера, D = Н_ц/2;

Н_ц – высота цилиндрической части бункера;

Н_к – высота конической части бункера, Н_к=0,36325D.

D³=V_б/1,57, решая уравнение получим:

D = 1,2 м, Н_ц = 2,4 м, Н_к = 0,44 м, Н_общ=2,84 м.

Выбираем 1 цилиндрический бункер объемом V_б=5 м³ со следующими размерами:

- общая высота Н_общ = 4,61м;

- диаметр D = 1,5 м;

- высота цилиндрической части Н_ц=3,9м;

- высота конической части Н_к=0,71 м.

2. Расчет насосов:

2.1 Насос для подачи КЖ на фильтр:

Количество КЖ, поступающей на фильтрацию в сутки – Q = 3,75 м³ (так как фильтрация КЖ продолжается в течение 20 часов, то Q’=0,1875 м³/час).

Выбираем центробежный насос ХМ 2/25 производительностью 2 м³/час.

2.2 Насос для подачи фильтрперлита на фильтр:

Количество фильтрперлита, поступающего на фильтрацию в сутки –

Q = 2,6 м³ (так как фильтрация КЖ продолжается в течение 20 часов, то Q’=0,13 м³/час).

Выбираем центробежный насос ХМ 2/25 производительностью 2 м³/час.

2.3 Насос для подачи фильтрата в циркуляционную емкость:

Количество фильтрата, поступающего в сборник в сутки – Q = 1,42 м³ (так как фильтрация КЖ продолжается в течение 20 часов, то Q’=0,1 м³/час).

Выбираем центробежный насос ХМ 2/25 производительностью 2 м³/час.

2.4 Насос для подачи фильтрата на ультрафильтрацию:

Количество фильтрата, поступающего в сборник в сутки – Q = 1,42 м³ (так как фильтрация КЖ продолжается в течение 20 часов, то Q’=0,1 м³/час).

Выбираем центробежный насос ХМ 2/25 производительностью 2 м³/час.

2.5 Насос для подачи ультраконцентрата в сборник:

Количество ультраконцентрата, поступающего в сборник в сутки –

Q = 1,42 м³ (так как фильтрация КЖ продолжается в течение 10 часов, то Q’=0,14 м³/час).

Выбираем центробежный насос ХМ 2/25 производительностью 2 м³/час.

2.6 Насос для подачи ультраконцентрата на стерилизующую фильтрацию:

Количество ультраконцентрата, поступающего на стерилизующую фильтрацию в сутки – Q = 1,42 м³ (так как фильтрация КЖ продолжается в течение 10 часов, то Q’=0,14 м³ л/час).

Выбираем центробежный насос ХМ 2/25 производительностью 2 м³/час.

2.6 Насос для подачи стерильного концентрата на распылительную сушилку:

Количество стерильного концентрата, поступающего на сушку в сутки – Q = 1,4 м³ (так как фильтрация КЖ продолжается в течение 20 часов, то

Q’=0,07 м³/час).

Выбираем центробежный насос ХМ 2/25 производительностью 2 м³/час.

3. Расчет реакторов:

3.1 Реактор для приготовления суспензии фильтрперлита:

Слой суспензии наносится на фильтр, площадью 10 м², толщиной 1 мм. Т.е. объем 2% суспензии фильтрперлита, необходимый для процесса фильтрации, будет равен 10 0,001=0,01 м³=10 л на 1 м³ КЖ, т.е. необходимо Q = 10 0,01=0,1 м³.

Габариты:

Реактор V=1 м³

Н = 3800 мм, d = 1100 мм, поверхность теплообмена = 4,5 м².

1. Расчет оборудования для переработки биомассы:

4.1 Бункер для приема биомассы.

Количество биомассы с влажностью 85% в сутки:

Q₁ = 5,9+2,4-8,2= 0,4 м³.

Плотность биомассы – 1200 кг/м³.

Полный объем бункера при коэффициенте заполнения 0,7:

V_б=0,4 1200=480 кг.

Полный объем бункера при коэффициенте заполнения 0,7:

V_б=0,4/0,7=0,6м³.

Выбираем 1 цилиндрический бункер объемом V_б = 1 м³ со следующими размерами:

Н_общ=1,16м, D=0,49м, Н_ц=98м, Н_к=0,18м.

4.2. Двухвальцовая сушилка:

Биомассу необходимо высушить до влажности =10%.

Количество испаренной влаги:

Q₂=Q₁ (1-C₁/C₂)=126,8 (1-15/85)=104,5 кг,

Где С₁ и С₂ – содержание сухих веществ во влажной и высушенной биомассе соответственно.

Производительность сушилки, работающей 20 часов в сутки, по испаренной влаге:

q=Q₂/t=105,6/20=5,3кг/час.

Выбираем и устанавливаем двухвальцовую сушилку СДА 800/2000П производительностью по испаренной влаге 66 кг/час.

Габаритные размеры (мм): 5015х2490х1950

4.3 Бункер для приема высушенной биомассы:

Количество высушенной биомассы в сутки: Q₃= Q₁-Q₂=126,8-104,5=22,2 кг

Плотность высушенной биомассы – 1800 кг/м³.

Полный объем бункера при коэффициенте заполнения 0,7:

V_б=22,2* 1,2/(1800 0,7)=0,1 м³

К_зап=1,2

Габариты:

V_б= D²H_ц/4+1/3 D²H_k/4= D²(H_ц+Н_к/3)/4

Где D – диаметр бункера, D = Н_ц/2;

Н_ц – высота цилиндрической части бункера;

Н_к – высота конической части бункера, Н_к=0,36325D.

D³=V_б/1,57, решая уравнение получим:

D = 0,41 м, Н_ц = 0,82 м, Н_к = 0,14 м, Н_общ=0,96 м.

Выбираем 1 цилиндрический бункер объемом V_б=0,1 м³ .

4.4 Линия для фасовки и упаковки биомассы:

Биомасса пакуется по q_ф=100 г в одну упаковку. Выбираем и устанавливаем 1 дозатор ДК-20, масса порций дозирования которого 5-20 кг. Количество упаковок в сутки – N_у=Q₄/q_ф=21,2/5=4,24. Выбираем и устанавливаем 1 упаковочную линию В6-ВФА производительностью 95-120 упаковок в сутки.

Габариты: 4630х2655х35