Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы биоинженерии. Учебно-методическое пособие
.pdf
после сепарации на II ступени С2 = 60 %;
Расчет осуществляем в следующей последовательности.
Потери дрожжей на стадии флотации Д
= Д1С
2
n •10
1
-4
, где С – концентрация
дрожжей в биореакторе, %.
Количество биомассы после флотации
Д
= Д1С/100 – Д2
3
Количество дрожжевой суспензии, поступающей на I группу сепараторов
= Д3100/Сф
Д
4
Количество дрожжевой суспензии после I группы сепараторов
Д
= Д3100/С
5
Количество осветленной культуральной жидкости (ОКЖ) после флотаторов
Д
= Д1 – Д
6
4
Количество ОКЖ после I ступени сепарации:
Д
= Д4 – Д5
6
4 2 3
5
5
5 5
I
2 3
4
4
4
II
111
2 3
4
4
4
III
2 3
4
4
4
IV
4 2 3
5
5
5 5
V
112
2 3
4
4
4
VI
4 2 3
5
5
5 5
VII
4 2 3
5
5
5 5
VIII
113
4 2 3
5
5
5 5
IX
2 3
4
4
4
X
Рисунок 21- Варианты узла сгущения дрожжевой суспензии
114
Таблица 11 - Описание вариантов узла сгущения дрожжевой суспензии
Описание варианта
Узел сгущения
Относительные
приведенные за-
траты
1 2 3
I Осветленная культуральная жидкость (ОКЖ) флотаторов
1,11
отправляется на исчерпывающее сепарирование, а после
сепараторов I и II ступеней – на очистные сооружения
II ОКЖ после флотаторов и сепараторов II ступени отправляется на
1
очистные сооружения, а после сепараторов I ступени возвращается
на флотаторы
III ОКЖ после флотаторов и сепараторов II ступени направляется на
1,04
очистные сооружения, а после сепараторов I ступени – в сборник
перед I ступенью сепарации
IV ОКЖ после флотаторов и сепараторов I ступени направляется на
1,03
очистные сооружения, а после II ступени сепарации – на I ступень
V ОКЖ после флотаторов и сепараторов I ступени направляется на
1,03
очистные сооружения, а после II ступени сепарации – на
исчерпывающее сепарирование
VI ОКЖ после флотаторов направляется на очистные сооружения,
1,04
после I ступени сепарации – на флотаторы, после II ступени
сепарации – в сборник перед сепараторами II ступени
VII ОКЖ после флотаторов направляется на очистные сооружения, по-
1,04
сле I ступени сепарации – на исчерпывающее сепарирование, после
II ступени сепарирования – на флотаторы
1 2 3
VIII ОКЖ после флотаторов направляется на очистные сооружения,
1,07
после I ступени сепарации – на исчерпывающее сепарирование,
после II ступени сепарирования – на сепараторы II ступени
IX ОКЖ после флотаторов направляется на очистные сооружения,
1,06
после I и II ступеней сепарации – на исчерпывающее сепарирование
X ОКЖ после флотаторов, сепараторов I и II ступеней направляется на
1,01
очистные сооружения
Количество дрожжевой суспензии после II ступени сепараторов:
= Д3100/С2;
Д
7
Количество ОКЖ после II ступени сепарации:
Д
= Д5 – Д7;
8
115
Таблица 12 - Основные расчетные показатели процесса флотирования и
сепарирования дрожжевой суспензии, т/ч
3
11
6
9
ния, Д
№ варианта
флотаторов, Д
вой суспензии после
Количество дрожже-
Количество ОКЖ на
парирование, Д
исчерпывающее се-
вой суспензии на I
Количество дрожже-
ступени сепарирова-
Количество дрожже-
парирования, Д
вой суспензии после
исчерпывающего се-
I 231 383 240 9,2
II 235,6 0 235,6 0
III 231 120,5 243,3 12,3
IV 231 0 324 0
V 231 93 243 12
VI 235,7 0 320,6 0
VII 235,7 94,8 248 12,3
VIII 231 212,8 338,4 12,6
IX 231 225 255,8 24,9
X 231 0 231 0
10
5
ния, Д
№ варианта
танной культураль-
Количество отрабо-
парирования, Д
ной жидкости после
исчерпывающего се-
ступени сепарирова-
Количество дрожже-
вой суспензии после I
6
рования, Д
сле I группы сепари-
Количество ОКЖ по-
вой суспензии после
Количество дрожже-
7
вания, Д
II группы сепариро-
Количество ОКЖ по-
8
рирования, Д
сле II ступени сепа-
I 374 122,5 117,6 30 92,5
II 0 123,1 112,5 30,2 93
III 107,8 123,1 120,2 30,2 93
IV 0 123,1 200,8 30,2 93
V 80,9 123,1 120 30,2 39
VI 0 125,7 205 30,8 94,9
VII 82,5 125,6 122,4 30,8 94,8
VIII 200,2 125,6 212,8 30,8 94,9
IX 200,2 125,6 130,2 30,8 94,8
X 0 120,7 110 30,8 91,1
116
Потери дрожжей при сепарации:
3
nСДД
∑
1
=
i
1
4
−
•=
10
iП
Результаты расчета материальных потоков приведены в предыдущей таблице.
Анализ результатов расчета вариантов сгущения дрожжевой суспензии
позволяет сделать вывод о том, что вариант 2, исключающий исчерпывающее
сепарирование, является наиболее экономичным и эффективным.
5. Существует три основных вида промышленной фильтрации:
-разделение суспензий: в этом процессе происходит фильтрация с образованием
значительного слоя осадка
. Концентрация твердой фазы в суспензии должна быть
1 – 10 % и выше;
-сгущение суспензий, т.е. отфильтровывание из них части жидкой фазы. Этот
процесс проводится для суспензий с содержанием твердой фазы 0,1 – 1 % и
применяется для повышения концентрации твердой фазы перед фильтрацией на
фильтрах непрерывного действия;
-осветление растворов от загрязняющих их тонких частиц твердой
фазы или
улавливание из отходящих жидкостей ценной твердой фазы. Осветление
проводится для суспензий с незначительным содержанием твердой фазы 0,1 % и
меньше.
Таблица 13 - Рекомендации по выбору фильтра
Фактор, определяющий
выбор фильтра
периодического действия
Тип фильтра
Концентрация подаваемой
суспензии, %
до 0,5
до 1
до 15
свыше 15
Возможность получения
чистого фильтрата
Возможность промывки
осадка
Возможность изготовления
фильтра из кислостойкой
стали
Возможность
гуммирования
поверхностей отдельных
узлов фильтра
Нутч-фильтр
1
2; 3
4
4
Мешочный
1
2; 3
4
4
Листовой
2
1; 2
3; 4
4
Фильтр-пресс
2
1
2; 3
4
-
1
1
н.д.
Барабанный
Дисковый н.д.
-
2
2
1
3
н.д.
Ленточный
-
-
-
2
3
Тарельчатый
Мембранный
2
2
-
-
2 1 1 1 3 3 4 4 2
4 3 3 2 1 - 2 3 2
1
3
1
4
4
4
117
4
4
1
3
4
3
3
3
3
3
-
3
1 – лучшие ТЭП
2 – хорошие ТЭП
3 – удовлетворительные ТЭП
4 – низкие ТЭП
- - для данной цели применять не следует.
6. Бывают также следующие классификации:
-По виду процесса: разделение, сгущение, осветление
-По величине давления при фильтрации: гидростатическое давление столба жидкости < 5•10
4
Па; вакуум < 0,85•106 Па; давление, создаваемое насосом - 5•105 Па;
-По направлению фильтрации: вниз, вверх, в сторону
-По конструкции: форма и положение поверхности; рабочее пространство для
суспензии, фильтрата и осадка; способ съема осадка; наличие устройств для
промывки и обезвреживания осадка.
После выбора фильтра осуществляется проверочный расчет по материальным,
технологическим, механическим и экономическим параметрам. Исходными
данными служат следующие величины
: производительность фильтра, содержание
твердой фазы в суспензии, влажность осадка, давление фильтрации, промывная
жидкость.
Таблица 14 - Показатели для выбора некоторых типов фильтров
Тип фильтра
Показатель
Площадь поверхности фильтрования, м2 До 50 До 40 До 10
Удельная производительность по
фильтрату при фильтровании суспензии,
3 (м2
м
с кристаллическими веществами
с кристаллическими и аморфными
веществами
с бактериями и актиномицетами
с мицелиальными грибами
Содержание твердой фазы в суспензии, г/л:
до 5
до 10
до 150
свыше 150
Получение чистого фильтрата В С В
Промывка осадка С В С
Возможность изготовления фильтра из
кислостойкой стали
Возможность гуммирования поверхностей
отдельных узлов фильтра
•ч):
*
Фильтр-
пресс
ПАКМ
4…8
2…5
0,2…0,5
1…4
**
С
В
С
Н
Н В С
Н С С
Барабанный
вакуум-
фильтр
2…4
1…2
0,1…0,2
0,5…1,0
СВФВ
СВФВ
С
В
Ленточный
-
-
0,15…0,4
0,5…2,0
СВФВ
СВФВ
В
С
118
* с применением вспомогательных фильтрующих веществ
αγγ
αγγ
** технико-экономические показатели: В – высокие, С – средние, Н – низкие,
СВФВ – средние при использовании вспомогательных фильтрующих веществ
Необходимо определить: основные физические параметры суспензии,
фильтрата, осадка и промывной жидкости; массу осадка и фильтрата из уравнений
2
материального баланса; объем осадка на 1 м
проверить производительность фильтра; время фильтрации τ
поверхности фильтрации и
; поверхность
Ф
фильтрации; скорость фильтрации и промывки; выполнить механический расчет:
определить расход мощности на привод; проверить на прочность основные узлы;
подобрать вспомогательное оборудование (вакуум-насос, воздуходувки, ресивер,
ловушку-конденсатор и др.)
Последовательность расчета
Определение основных физических параметров.
При расчете фильтров нужно знать вязкость и плотность фильтрата, суспензии,
осадка и промывной жидкости.
Если фильтрат содержит незначительные
количества (< 0,1 %) твердой фазы, то его вязкость принимают равной вязкости
чистой жидкости.
Вязкость определяют по формулам:
для разбавленных суспензий с концентрацией < 10 %
+=
ЖС
)5,21(
для суспензии с концентрацией > 10 %
,
)5,41(
где γ
+=
ЖС
– вязкость чистой жидкости, Н•с/м2;
ж
α – объемная концентрация твердой фазы в суспензии.
Плотность суспензии ρ
и влажного осадка ρос определяют по следующим
с
формулам:
ρ
= (n+1)/(1/ ρ1+1/ ρ2);
с
= (n+1)/(1/ ρ1+n/ ρ2),
ρ
ос
где ρ
и ρ2 – плотности твердой и жидкой фазы, кг/м3;
1
n – массовая доля жидкой фазы в суспензии (влажном осадке) на единицу
массы твердой фазы (Т:Ж = 1/n)
Материальный баланс для всей системы:
= GОС + GЖ
G
C
Для твердой фазы:
G
где G
Х
ω = 1-Х
= GОСХ2; или GCX1 = GОС(1-ω),
CX1
, GОС и GЖ – массы суспензии, осадка и жидкости, кг;
C
и Х2 – массовая доля твердой фазы в суспензии и в осадке;
1
– влажность осадка
2
n = Ж:Т = (1-Х)/Х,
где Х = 1/n+1 – концентрация твердой фазы в суспензии и осадке
119
Х = (ρс - ρ1) ρ1/( ρ1 – ρ2) ρ
с
Определяют количество влажного осадка и жидкой фазы.
Масса твердого вещества во влажном осадке:
= GОС(100-GОС)/100
G
Т
Масса суспензии:
= GОСХ2/X1 или GC = GОС(1- ω)Х1
G
C
= GC - GОС
G
Ж
G
ОС = GCX1/X2
и GC = GCX1/X2+G
X
GC = GЖ/(1-X1/X2)
Производительность фильтра.
Определяют объемы V
= GОС/ ρoc; VФ = GФ/ ρФ; Х = VОС/VФ,
V
ОС
где G
, GЖ – масса фильтрата, кг; ρФ , ρ2 – плотность фильтрата, кг/м3
Ф
фильтрата
Выбирают толщину слоя осадка δ и находят V
и V
осадка
на 1 м2 поверхности фильтра:
ОС
для плотных осадков с высоким удельным сопротивлением δ = 5-7 мм;
для кристаллических и неплотных – намного больше;
для нутчей под вакуумом – 100-250 мм;
для барабанных вакуум фильтров – 10-30 мм;
для фильтр прессов – 30-45 мм.
= F·δ·ρос,
G
ос
где F – поверхность фильтрации, м
3
Проверка производительности.
при постоянном давлении:
⎛
2
τ
P
⎜
FV
Ф
⎜
⎜
⎝
+=
rx
2
⎛
⎞
R
⎜
⎟
⎜
⎟
rx
⎝
⎠
⎞
R
⎟
ФФФ
rx
, м3/c,
⎟
⎟
⎠
−
где Р – давление фильтрации, Па;
τ
– продолжительность процесса, с;
Ф
R = R
R
ОС
R
Ф
r = 0,69•10
R
Ф
Ф
+ RФ – сопротивление фильтрованию, Па•с/м;
ОС
= r• δ, r – удельное сопротивление осадка, Н•с/м;
– сопротивление фильтровальной перегородки, Па•с/м;
8
0,33
(∆P)
– небольшая величина, если r/RФ ≥ 103, то
⎛
⎜
=
FV
⎜
⎝
⎞
τ
2
P
Ф
⎟
⎟
rx
⎠
при постоянной скорости:
⎛
τ
P
⎜
FV
Ф
⎜
⎜
⎝
+=
rx
2
2
⎛
⎞
R
⎜
⎟
⎜
⎟
rx
⎝
⎠
⎞
R
⎟
ФФФ
−
⎟
22
rx
⎟
⎠
120
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]