В.И.Чуешов, Л.А.Мандрыка, А.А. Сичкарь Оборудование и основы проектирования химико-фармацевтических производств

Ферментатор

с

мешалкой

в

циркуляционном

контуре

(рис.

2.51)

с

6

7

,.,

Р11с 2 52. Многосекционный струйный ферментатор:

а - свежий воздух; б - ОТРаботанный воздух

вращательное движение газожидкостного по­

t

тока,, восходящего

в кольцевом зазоре. Более

2

эффективно по массопереносу вещества из газа

J

в жидкость работает аппарат данной конструк­

ции.

..

*

Струйные

ферментаторы. Принцип

работы таких а,;шаратов заключается в

4

следующем: струя жидкости, вытекающая из

насадки, увлекает за собой газ. При падении

данной струи на зеркало жидкости и проник­

Рис. 2 51 Ферментатор с

новении ее вглубь слоя жидкости происходит

дробление газа на мелкие пузырьки. Таким об­

турбинноii мешалкой в

циркуляционном контуре

разом в зоне контакта образуется газожидкост­

аппарата.

Флотац1101111ая аппаратура. Товарные продукты микробиологиче­

ских производств получают с содержанием влаги не более 10%. А если

учесть,

что биомасса содержит до 75% внутриклеточной влаги,

то в про­

цессе получения

l кг товарного продукта необходимо удалить 98,9 кг вла­

ги. Влага удаляется двумя способами: гидромеханическим и теrиюфизиче­

ским. Гидромеханическое обезвоживание может быть выполнено в про­

цессе флотационного обезвоживания суспензий. Это очень простой и на­

дежный способ в плане аппаратурного оформления. В производствах мик­

робиологического синтеза нашли применение барботажные флотаторы,

напорные флотаторы, электрофлотаторы.

Бt1рботажные флотаторы.

Конструкция флотатора определяется

структурой газожидкостной смеси,

поступающей из ферментатора. Е ли

смесь не обладает достаточно развитой удельной поверхностью,

флотатор

должен иметь барботажную зону, где за счет дополнительного введения

воздуха создается газожидкостная система.с развитой удельной поверхно­

,

в которой происходит расслоение

газожид­

стью. Вторая зона флотатора

костной смеси, должна работать в режиме минимального механического

воздействия на пену. Иначе в процессе

разрушения

газовых пузырей

со­

рвавшиеся

с них клетки биомассы

будут поступать

в осветленную жид­

кость.

J

Барботажный флотатор (рис.

s

2.54) представляет собой цилиндриче­

скую емкость 5 с плоскими днищем и

J-J

крышкой. Внутри емкости установлен

стакан 4 с конусным кольцевым лотком

2. Кольцевое

пространство

между

10

емкостью 5 и стаканом 4 разгорожено

радиальными перегородками

на пять

tf

секций. Перегородка 12 между

секциями I и V доходит до дна фло­

татора, а перегородки 3 между другими

секциями до дна не доходят. Внизу

12

каждой

малой

секции установлены

барботеры 11, и подсоединенные к .

Рис. 2.54. Флотатор барботажного

коллектору

l О для подачи воздуха. В

типа

Нш10рные флотаторы. Сущность процесса напорной флотации

заключается в создании пересыщенного раствора газа в обрабатываемой

суспензии. В последующем газ выделяется из жидкости в виде мельчай­

ших пузыр ков. Насыщение суспензии воздухом проводится под давлени­

ем, которое создается насосом во всасывающем или нагнетательном тру­

бопроводах, ведущих к флотатору. Во флотационном аппарате, который

работает под атмосферным давлением, растворимость газа уменьшается и

он начинает выделяться в виде мелкодисперстных пузырьков равномерно

по всему объему. При этом они флотируют клетки биомассы, которые на

них закрепились. Установка напорной флотации (рис. 2.55) работает сле­

дующим образом: из сборника-резервуара 1 через всасывающий трубопро­

вод 2 при помощи насоса 3 суспензия закачивается в напорный бак 4. Да­

лее через регулятор давления 5 она перекачивается в приемное отделение

флотационной камеры 6. Насос создает избыточное давление от О, 15 до

0,4 МПа. При этих значениях давления и температуре 20-25°С в lм3 рас­

творяется до 50 л воздуха. Этого количества достаточно, чтобы после рез­

кого снижения давления в приемной части флотационной камеры образо­

..

•

валась пена с микропузырьками воздуха. Прилипая к клеткам биомассы

.

пузырьки выносят их в пенный слой. Пена в верхней части флотационной

камеры гребковым транспортером 7 сгоняется к отводящему лотку, а ос­

ветленная жидкость удаляется из нижней части камеры.

5--.r. -------

собираются в

пенном

слое

в

- --- -- ·

верхней

части

камеры

3

и

удаляются из нее rребковым

устройством

5.

Осветленная

жидкость

проходит

через камеру

дополнительной

очистки

8

и

удаляется

из

флотатора

через

карман 7 в сливной штуцер 6.

Основными элементами флотатора

являются

плоские

электроды,

которые размещены на наклонном

Рис. 2.56. Электрофлотатор

днище камеры 3. Анод 1 выполня-

ется в виде сплошной пластины из

в-,,,,.,,..

,,:; t

t Btnop11Ym,1U

пар

пар

Ис.rоtlныи

- pucm4op

z

J

Рис. 2.57. Выпарной аппарат с

Рис. 2.58. Выпарной аппарат с

естественной циркуляцией жидкости

принудительной циркуляцией

87

тов; по1111же111юе пенообразование nри упаривании сильно пенящихся ве­

ществ; высокое отношение начального расхода раствора к выходу конеч­

ного пролукта; возможность упаривания вязких жидкостей и получения

готового продукта в виде сухого порошка. Роторный пленочный испари­

тель (рис.

2.60) состоит из вертикального корпуса 3 с расширенной по

диаметру

верхней

сепарационной

камерой 1. Основная часть корпуса 3 за­

ключена в рубашку 5. Внутри корпуса

размещен ротор 4 на валу которого

установлены распределитель жидкости

2 и крестовины с

лопастями 6.

Рас­

rр ющии пределитель жидкости

представляет

пар

собой кольцо сложной цилиндроко-

нической формы. Струя исходного

раствора

подается

на

вращающееся

кольцо, которое отбрасывает раствор к

--

стенкам

корпуса.

Стекающая

по

стенкам

жидкость

равномерно

распределяется

по

поверхности

лопастями ротора. Лопасти могут

крепится жестко или на шарнирах.

Сушилки.

Большинство

Рис. 2.60. Вертикальный роторный

продуктов

микробиологического

сии­

пленочный испаритель

теза выпускается в сухом виде с оста-

точной влажностью не более 5-12%.

Флотация и выпаривание не позволяют достичь такой степени обезвожи­

вания материала. Поэтому основным промышленным способом получения

продуктов микробиологического синтеза является сушка.

Все продукты микробиологического синтеза применительно к про­

цессу сушки можно разделить на две основные группы: l) продукты, не

требующие

охранения после сушки жизнеспособности микроорганизмов

..

..

или высокои активности препарата, которые используются как источник

При pщ)шtt(ll(muoй сушке 1111(/,рt1щmс111;,.11щ лу•и1.111и тепловая э11ср­

rия передастся от источника э11ерrии (излучателя) электромагнитными ко­

0

11

лебаниями. Температура излучателей от 7ОО С до 2200

С. Этот способ

прнменяется в cyблtl.JIШl(1t0t111ыx cymw,1-(tx для высушивания живых мик­

роорrаню>v1ов, некоторых видов ферментов.

Наибольшее расрространение получили распылительиые суиии­

ки, в которых в зависимости от температурного режима можно обрабаты­

вать как термолабильные продукты, так и вещества, допускающие кратко­

временный перегрев. Основное достоинство этих сушилок - создание

большой поверхности испарения за счет тонкого распыления суспензии

или раствора. Однако большим недостатком этих сушилок является повы­

шенный унос готового продукта. Распылительные сушилки классифици­

руются 110 признаку взаимного направления движения газа и частиц рас­

твора или суспензии в сушильной камере. Выделяют сушилки, работаю­

щие при прямоточном, противоточном и смешанном движении сушильно­

го агента и распыляемых частиц.

В микробиологической промышленности для сушки микробной

биомассы, аминокислот, антибиотиков широкое распространение получи­

ли прямоточные сушw,ки. Основное достоинство этих сушилок заключа­

ется в том, что при сравнительно высоких температурах газа не снижается

качество сухого продукта, так как в зоне распыления температура мате­

риала равна температуре «мокрого термометра» и переrрев частиц исклю­

чен. Температура сухого продукта определяется температурой газов на

выходе из сушилки. По этой схеме работы исключается вероятность попа­

дания частиц на стенки камеры, что особенно важно при работе с термола­

бильными веществами. Готовый продукт получается однородным, в виде

порошка из частиц шарообразной формы. Важную роль при сушке распы­

лением играет равномерное распределение газа по всему сечению камеры

и быстрое смешение его с распыленными каплями. Скорость смешения иг­

рает особ е значение, поскольку длительность сушки очень мала.

<?

основном опре­

Конструктивные особенности сушильны?' камер в

деляются условиями распыления жидкости и способом вывода готового

продукта и сушильного агента. Для распыления форсункой, когда факел

жидкости сориентирован вертикально, наибольшее распространение полу­

чили аппараты с сушильной камерой цилиндрической формы (рис. 2.61,

2.62) с соотношением Н/D З-4. Для обеспечения необходимой производи­

тельности по суспензии в камере может быть установлено до 32 центро­

бежных механических форсунок, которые компонуются

в блоки по 3-5

штук в каждом. Ввод сушильного агента в камеру 2 осуществляется через

распределительную решетку 1. Вывод сушильного агента с пылевой фрак­

цией готового продукта производиться через газоход 3. Крупные частицы,

которые оседают в конической части камеры при помощи пневмотранс­

порта, выrружаются через штуцер 4.

Роторные пленочные сушилки. На отечественных фармацевтиче­

ских производствах хорошо зарекомендовали себя роторные пленочные

90

Жиi1иость

1

J

1

,,

s

::r::

::r::

Рис. 2.61. Сушильная камера с

Рис. 2.62. Сушильная камера с

2.13. Проектирование х11мико-фармацевтических

производств

В

проектировании химико-фармацевтических производств

инженерутехнологу принадлежит ведущая роль. Он разрабатывает те_хно-

91

логическую схему производства, выбирает оборудование,

рассчитывает

материал1,ные потоки и их соотношения, выдает специалистам задание на

разработку общеинженерных разделов проекта (строительная, сантехниче­

ская, электротехническая части и т.д.), согласовывает результаты выпол­

нения э111х заданий с проектными решениями по технологической части и

принимает участие в обсуждении и оценке специализированных и обще­

инженерных разделов проекта. В связи с необходимостью координации и

тщательной увязки всех разделов проекта для выполнения указанных

функций назначается главный инженер проекта, ответственный за пра­

вильность технических решений,

сроки выполнения

и

технико­

экономические показатели проекта.

Главный инженер является техниче­

ским руководителем проекта как в период его разработки,

так и реализа­

ции. Наиболее целесообразно возлагать эти функции на инженера­

технолоrа, который быстрее и квалифицированнее, чем специалист друго­

•

го профиля, может разобраться в сущности технологического процесса и

оценить правильность принятых проектных решений.

Проектная документация. Строительству промышленного пред­

приятия, здания, сооружения предшествует разработка проекта,

основной

целью которого является разработка документации, необходимой для со­

оружения промышленного объекта,

обеспечивающего выпуск требуемой

продукции определенного качества, в заданном объеме и в установле iные

сроки с наилучшими технико-экономическими показателями при соблю­

дении необходимых санитарно-гигиенических условий.

При разработке проектно-сметной документации необходимо руко­

водствоваться законами Украины, указами Президента, решениями Прави­

тельства, а также нормативными актами и документами по проектирова­

нию и строительству, в том числе:

- каталогами оборудования и др.;

- общегосударственными и ведомственными каталогами строительных

..

конструкций и изделий.

Ислодным документом для начала проектирования является задание

на проекпrрование, которое составляет организация, выступающая в ро­

ли заказчика, при непосредственном участии организации, выполняющей

проектную работу.

В

задании на проектировании указывают следующие данные:

-

наименование и место расположения проектируемого предпри-

ятия, здания и сооружения;

- основание для проектирования;

- номенклатуру продукции;

- мощность производства по основным ее видам;

- сроки начала и окончания строительства;

- основные технико-экономические показатели;

- стадийность проектирования и др.

Вместе с утвержденным заданием на проектирование заказчик выда­

ет проек1 ной организации:

;

- утвержденный акт о выборе площадки для строительства

- сведения о существующей застройке, подземных и надземных со-

;

оружениях и коммуникациях и их техническом состоянии

­

- технические условия на присоединение проектируемого

предпри

­

ятия к источникам снабжения, инженерным сетям и коммуникаци

ям;

местных

, оценочные акты и решения

- материалы инвентаризации

о сносе и характере компенсации за

Советов народных депутатов

;

сносимые здания и сооружения

- согласование мероприятий по охране природной среды и т.д.

, согласования и утверждения проектно­

Состав, порядок разработки

сметной документации на строительство регламентируется строительны­

ми нормами 11 правилами (СНиП) Украины.

может

осущест­

, зданий и сооружений

Проектирование предприятий

и в одну

вляться в две стадии - рабочий проект и рабочая документация,

стадию - рабочий проект (технический проект, совмещенный с рабочими

чертежами).

Порядок разработки проектно-сметной документации в одну или две

стадии определяется в технико-экономических обоснованиях {ТЭО)

или

технико-экономических расчетах (ТЭР).

зда­

Проектирование технически несложных, а также предприятий,

ний и сооружений, строительство которых должно осуществляться

пре­

имущественно по типовым и повторно применяемым проектам,

­

выполня

.

ют в одну стадию

расшире­

Рабочий проект. Рабочий проект на новое строительство,

ние и реконструкцию действующих зданий и сооружений должен состоять

из следующих разделов:

- общая пояснительная записка;

- генеральный план и транспорт;

;

- технологические решения

- научная организация труда (НТО) рабочих и служащих;

;

- строительные решения

;

- организация строительства

- охрана окружающей природной среды;

- жилищно-гражданское строительство;

;

- сметная документация

.

- паспорт рабочего проекта

В состав рабочего проекта следует включить также рабочую доку­

ментацию, которая разрабатывается

в целом на строительство предпри­

ятия, здания и сооружения при его

продолжительности

(по нормам) до

93

- ведомости и сводные ведомости потребности в материалах, со­

ставленные по видам строительных и монтажных работ;

- сборники спецификаций оборудования;

- опросные листы и габаритные чертежи на соответствующие виды

оборудования и изделий;

- исходные требования к разработке конструкторской документации

на оборудование индивидуального изготовления (включая нетиповое и не­

стандартное), по которому исходные требования в проекте не разрабаты­

вались.

Рабочие чертежи разрабатывают в соответствии с утвержденным

техническим (рабочим) проектом. В них уточняют и детализируют реше­

ния, предусмотренные техническим проектом. В состав рабочих чертежей

входят чертежи генерального плана с

указанием подземных и наземных

коммуникаций и транспортных путей;

архитектурно-строительные и тех­

нологические чертежи; чертежи по благоустройству территории и озелене­

нию; спецификация для заказа оборудования; ведомости конструкций, де­

ным размещением зданий и сооружений. При выборе

территории для

строительства необходимо учитывать рельеф местности,

наличие грунто­

вод,

наличия ЛЭП,

возможность присоединения к железнодорожным ли­

водской

территории.

При этой группе объектов· организуют главную пред­

заводскую

площадь.

Рис 2.63 - Генералы1ый

план1

промышленного

предприятия.

- предзаводская зона; 2 -

производственная ·зова;

3 -

подсобная зона; 4 - склад­

..

ская зона

.

@;j.']_·.·

1//tr

. . ·,: .

Производстве1111

ую зону обычно располагают в центральной части

площадки.

Производственные здания и обслуживающие их здания и со­

оружения

в

пределах

этой зоны располагают исходя из технологической

взаимосвязи, характера

выделяемых ими вредностей, пожаро- и взрыво­

опасности

производства,

видов внешнего и межцехового транспорта.

Зда­

ния следует

ориентировать торцами к магистральным проездам, вдоль ко­

торых

магистральные трассы

коммуникаций.

проектируют

Производственные

здания следует

располагать

относительно сч,ан

света

и

господствующего

направления ветров с учетом обеспечения наи­

более

благоприятного uих естественного освещения. Для этого необходимо

продольные

оси здании и

к меридиану, а

световых фонарей располагать под углом 45-11оо

емами,

продольные оси аэрационных фонарей и стен зданий с про­

для

проветривания помещений, располагают в плане

используемые

перпендикулярно

или под

углом не менее 45

°

к господствующему направ­

лению ветров летнего

периода

года.

принимают по розе ветров

Господствующее

направление ветров

которая

представляет

собой схему распределения ветров по направлению

повторяемости (%), а

иногда и по скорости ветров. Для

построения розы

ветров

по

по

направлению и повторяемости проводят из одной точки прямые

направлению

восьми румбов и на каждой из них откладывают столько

единиц,

ск

лько

раз в.этом направлении за данный промежуток времени

дул

ветер. Концы отрезков

соединяют

прямыми (рис.2.64).

,.

\--

-

·

.

Розы

ветров

строят для годового периода

'.J

i\

-

"

или для различных времен года.

.

Производственные

предприятия,

. .

выделяющие

в

атмосферу

производственные

---

вредности (

дым, копоть,

пыль, неприят-

""

ные

газы,

запахи, шум

),

необходимо

располагать

по

Рис. 2.64.

юв

подветренной

ближайшему

жилому району

с·

Роза ветров

стороны (по

отношению к гос-

u

подствующим ветрам) и

отделять их от жилых

раионов санитарно-

Ширину защитной зоны о:Пре-

защитными зонами.

96

ность конструкций,

безопасность в

пожарном отношении,

высокое сани­

тарно-техническое

состояние,

экономичность

и

архитектурно­

художественная выразительность.

коиструкций здш1ий и сооруJ1сеиий

Прочиостt, и долгоf1еч11оспи,