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第三章生物工程工厂能源与动力设备生物工程02班第三章生物工程工厂能源与动力设备生物工程工厂供水系统生物工程工厂供电系统发酵工厂洁净蒸汽系统设备发酵工厂洁净制冷系统设备第一节、生物工程工厂供水系统及设备用水质量分级生物工程的用水质量要求水处理系统及设备用水质量分级•评价水质主要考虑两方面的因素：①微生物污染②化学杂质。•工业用水质量分级①普通水；②来自城市公用供水系统的自来水；③脱盐软化水；④蒸馏水。•生物工业的用水质量要求•生物工业用水：深井水地表水自来水蒸馏水配置发酵培养基可用深井水，有的工厂还用地表水水处理系统及设备•生物工程的水处理分三个部分：①水过滤、沉淀：除去固体悬浮物、沉降物和各种大分子有机物②水的软化或脱盐：除去各种金属离子或其他离子③水的杀菌：利用氯、紫外线、臭氧等杀灭水中的微生物，值得无菌水水的过滤•水的过滤作用机理•水过滤是一系列不同过程的综合效应，包括筛滤、深层过滤和静电吸附等。•良好的水过滤介质要求（1）化学性能稳定，不溶于水，不产生有害和有毒物质（2）足够的机械强度（3）含污能力大，产水能力高（4）对于散状过滤介质（砂粒、活性炭等）有适宜的粒度分布和孔隙率•常用水的过滤装置•砂滤棒过滤器•活性炭过滤器•中空纤维超滤装置过滤器分上下二层，中间以孔板分开，一至数十根砂滤棒紧固其上，孔板起液体过滤前后分界作用。用于自来水或有压力装置的深井水的过滤能有效地除菌和悬浮物质，常用于水量较小，原水中含有少量固体粒子的场合应用：制酒业酒液滤清和高纯水预处理砂滤棒（又称砂芯）系选用多孔陶瓷原料经高温烧结而成，或由硅藻土在高温下熔制成半熔圆的过滤介质、硬质玻璃等烧结而成。棒身具有许多细微孔，是过滤器发挥过滤作用的主体部分砂滤棒过滤器•活性炭过滤器活性微孔径为2～5nm。利用活性炭的表面吸附和机械过滤作用除去水中的杂质，常用于离子交换法和电渗析法的前处理。水的过滤•中空纤维超滤器水的软化及脱盐•常用方法：离子交换法电渗析法反渗透法•固定床离子交换装置组合方式（如图）：单床、多床、复床、混合床、多层床•连续床离子交换装置•离子交换装置电渗析装置工作原理：利用阴、阳离子交换膜对水中离子具有选择性和透过性的特点。在外加直流电场的作用下，使原水中阴、阳离子分别通过阴离子交换膜和阳离子交换膜迁移，从而达到除盐的目的。阳膜阴膜•电渗析器结构电渗析设备是由电渗析器、直流电源及其辅助部件组成电渗析器有立式和卧式两种。由离子交换膜、隔板、电极、极框、压紧装置等组成。立式电渗析器装置1-阳极室2-导水板3-压紧框4-膜堆5-阴极室6-压滤机式锁紧装置水的杀菌•目前常用氯杀菌、紫外线杀菌、臭氧杀菌•氯杀菌常用的氯杀菌剂有活性二氧化氯、漂白粉和次氯酸钠。•紫外线杀菌紫外线在波长为240~280nm范围最具有杀菌效能，尤其253.7nm杀菌作用最强，达98%隔水套管式紫外灯杀菌装置水的杀菌•臭氧杀菌•臭氧发生器按原理可分为电晕放电式电解式紫外照射式核辐射式应用最广泛的是电晕放电式臭氧发生器第二节、生物工程工厂供电系统及设备•生物工厂供电特点•用电负荷计算•工厂供电系统分类生物工厂供电特点•电力负荷根据其对供电可靠性的要求及其中断供电造成的损失或影响分为三级：1．一级负荷：中断供电将造成人身伤亡，重大设备损坏，重大产品报废，或在政治、经济上造成重大损失。供电方式:由两个独立电源供电。2．二级负荷：中断供电将造成主要设备损坏，大量产品报废，重点企业大量减产，或在政治、经济上造成较大损失。供电方式:由双回路供电。3．三级负荷：所有不属于一、二级负荷的电力负荷。供电方式:对供电电源无特殊要求•生物工厂用电性质一般属于三级负荷采用：单电源供电•但关键部位，如发酵车间、菌种室等由于停电将很可能导致供氧和供冷供热停止，影想菌种或降低产量，应按二级负荷设计采用：双电源供电或设置应急发电机备用设备用电负荷计算1、目的选择合适的电气设备选择合适的导线截面选择电力变压器额定容量2、用电设备的计算负荷（1）电力负荷曲线（loadcurve）是表征电力负荷随时间变动情况的一种图形。电力负荷曲线的分类按性质分：有功负荷曲线和无功负荷曲线按负荷持续时间分：日负荷曲线、月负荷曲线和年负荷曲线生物工厂用典型的日负荷曲线为代表，如下图•（1）负荷种类最大负荷Pmax：指消耗电能最多的半小时的平均功率，亦即连续30min的最大平均负荷，又称计算负荷，即：尖峰负荷：指连续1~2S的最大平均负荷,可看作短时最大负荷平均负荷：用电设备在某段时间内消耗电能除以改短时间所得平均功率值计算负荷：工厂负荷曲线中30min的最大平均功率30maxPP设计基本知识•一般车间高压6000V或3000V，低压380V•当高压6000V时，150kW以上电机选用6000V，150kW以下电机选用380V第三节、发酵工厂洁净蒸汽系统设备•工业生产中蒸气主要由蒸汽锅炉产生，称生蒸汽或活蒸汽•其次也可以从生产过程中产生，如蒸发浓缩过程中产生的蒸汽，称二次蒸汽•发酵工厂洁净蒸汽的工艺要求①蒸汽压力稳定，以保证热加工过程的稳定性，通过稳压阀和缓冲罐来实现；②蒸汽应维持一定的干度；③保持蒸汽流量稳定，且含有较少的不凝性气体，以提高蒸汽的热效率。•蒸汽用量•Q=K0(K1Q1+K2Q2+K3Q3+K4Q4)Q—最大计算热负荷，t/hQ1—生产热负荷，t/hQ2—空调及通风热负荷，t/hQ3—采暖热负荷，t/hQ4—生活热负荷，t/hK0—管网热损失及锅炉房自用蒸汽系数，取1.1~1.5K1—生产热负荷同时使用系数，取0.7~0.8K2—空调及通风热负荷同时使用系数，取0.9~1.0K3—采暖热负荷同时使用系数，取1K4—生活热负荷同时使用系数，取0.5:；如与生产用热时间错开可取0•工业蒸汽锅炉的选择•选择要点：（1）锅炉的蒸汽参数满足生产生活空调与采暖通风的要求（2）热负荷大的应选用大容量的锅炉。一般不应只选一台，以免故障影响生产（3）必须根据锅炉类型选择燃料（4）考虑进货情况，以就近订货为宜第四节、发酵工厂洁净蒸汽系统设备•制冷系统设备最简单的压缩式制冷循环系统包括蒸发器、压缩机、冷凝器、膨胀阀四大部件组成。压缩机为制冷系统中的核心设备单级压缩制冷循环制冷系统设备•制冷剂又称，是制冷循环中的工作介质，利用制冷剂的相变来传递热量，即制冷剂在蒸发器中汽化时吸热，在冷凝器中凝结是放热基本要求（1）沸点要低，正常的沸点应低于10°C（2）能与水互溶，对金属无腐蚀作用，化学性能稳定，高温下不分解（3）无毒性无窒息性及刺激作用，已于取得，价格低廉目前常用的制冷剂有：氨、氟利昂类、水和少数碳氢化合物等。载冷剂采用间接冷却方法进行制冷所用的低温介质称为载冷剂基本要求（1）冰点低（2）热容量大（3）对设备的腐蚀性小（4）价格低廉常用载冷剂有：（1）无机盐的水溶液，通称冷冻盐水，所用盐有氯化钠、氯化钙、氯化镁等（2）醇类及其水溶液，如甲醇、乙醇、乙二醇、丙二醇及其水溶液等（3）氯代或氟代烃类，如二氯甲烷及其他各种氟利昂等（4）液态氨制冷系统设备1、制冷压缩机活塞式压缩机工作原理图1-上盖2-排气阀门3-样盖4-水套5-吸气阀门6-活塞环7-活塞8-连杆制冷系统设备•冷却器冷却器的作用是使高温高压过热气体冷却，冷凝成高压氨液，并将热量传递给周围介质。冷凝器有：卧式冷凝器、立式冷凝器、套管式冷凝器和外喷淋蛇管冷凝器等。氨立式壳管冷凝器制冷系统设备•膨胀阀又称节流阀常用的节流结构：(1)手动节流阀：针形阀和V形缺口阀(2)热力膨胀阀：内平衡式和外平衡式(3)浮球是节流阀(4)阻流式膨胀阀(5)热电式膨胀阀制冷系统设备•蒸发器是制冷系统中的一种吸热设备，有立管式和卧室两种立管式蒸发器立管式中氨的循环路线示意图1—上总管2—木板盖3—搅拌器4—下总管5—直立短管6—氨液分离器7—软木8—集邮器1—上总管2—液面3—直立细管4—导液管5—直立粗管6—下总管制冷系统设备•油氨分离器油氨分离器的作用是除去压缩后氨气中携带的油雾。油雾分离器有洗涤式、填料式及离心式等几种。油分离器制冷系统设备•贮氨罐贮存和供应制冷系统的液氨，使系统各设备有均衡的氨液量，以保证压缩机的正常运行按功能和用途分为：高压储液罐低压储液罐制冷系统设备•气液分离器气液分离器的作用是维持压缩机的干冲程，同时将送入冷却排管（蒸发器）液体内的气体分出，以提高制冷效率。立式氨液分离器卧式氨液分离器制冷系统设备•中间冷却器作用是冷却低压级压缩机所排出的过热蒸汽，使过热蒸汽冷却到中压下的饱和气体状态。此外，还可借中间冷却器内氨液与盘管的热交换，使去冷却设备的氨液在膨胀阀之前得到过冷。中间冷却器1—低压机的进气口2—去高压机的出气口3—气体均压管4—液体均压管5—氨液进口6—排液管进口7—放油管接头8—平衡孔9—压力接头10—液面指示器11—伞形多孔挡板12—远距离液面指示器接头13—高压氨液进、出口制冷系统设备•水冷却装置作用是冷却由氨冷凝器排出的循环水。水冷却装置有三种类型：喷水池、自然通风冷却塔和机械通风冷却塔。点波式填料冷却塔耗冷计算•QT=∑Q1+∑Q2+∑Q3+∑Q4+∑Q5•QT—冷耗总量，kJ/h•∑Q1—发酵间外部围护结构散失的冷量，kJ/h•∑Q2—冷却发酵液所消耗的冷量，kJ/h•∑Q3—排走发酵热所消耗的冷量，kJ/h•∑Q4—因室门打开，室内照明、工作人员、冲洗等所引起的耗冷量，kJ/h•∑Q5—发酵间通风换气所消耗的冷量，kJ/h小结用水质量分级水处理系统及设备发酵工厂洁净蒸汽制冷系统设备水的过滤及设备水的软化及设备水的杀菌及设备压缩机冷却器膨胀阀和蒸发器油氨分离器气液分离器