生物工程 工廠能源與動力設(shè)備 (2)

1、生物工程 工廠能源與動力設(shè)備 主要內(nèi)容 l 生物工程工廠供水系統(tǒng) 水處理系統(tǒng)及設(shè)備 供水系統(tǒng)及設(shè)備 l 生物工程工廠供電系統(tǒng) 用電負(fù)荷 工廠配電系統(tǒng)電氣設(shè)備 電力設(shè)備接地 l 發(fā)酵工廠潔凈蒸汽系統(tǒng)設(shè)備 蒸汽鍋爐 工業(yè)鍋爐的選擇 鍋爐的供水除塵 l 發(fā)酵工廠潔凈制冷系統(tǒng)設(shè)備 蒸汽壓縮式制冷循環(huán) 制冷系統(tǒng)設(shè)備 第一節(jié) 生物工程工廠供水系統(tǒng) 一、水的分級 普通水、自來水、脫鹽軟化水、蒸餾水 二、水處理系統(tǒng)及設(shè)備 按欲達到的目的分為三個部分：水的過濾、水的軟化及脫鹽、 水的殺菌 1.水的過濾 原理：篩濾、深層效應(yīng)、靜電吸附等的綜合效應(yīng) 過程：過濾和反沖洗 過濾是水的凈化過程，反沖洗是從過濾介質(zhì)上沖洗掉

2、污物， 使之恢復(fù)過濾能力的過程。 過濾介質(zhì)：化學(xué)性能穩(wěn)定，不溶于水，不產(chǎn)生有害和有毒物 質(zhì)；足夠的機械強度；含污能力大，產(chǎn)水能力高；對于散 狀過濾介質(zhì)有適宜的粒度分布和孔隙率 設(shè)備：砂濾棒過濾器、活性炭過濾器、中空纖維超濾裝置等 (1) 砂濾棒過濾器 組成：密封容器（1Cr18Ni9Ti或304鋼 板或鋁合金） 砂濾棒（多孔陶瓷原料經(jīng)高溫?zé)Y(jié)或 是硅藻土高溫熔制） 工作原理：水由泵打入容器內(nèi)，在外壓 的作用下，水通過砂濾棒的微小孔隙進入 棒筒體內(nèi)，水中粒子則被截留在砂濾棒表 面。 注意：砂濾棒使用前要進行滅菌處理，使 用一段時間后必須停機清洗 適用范圍：水量較小，原水中含有少量固 體粒子的場合

3、 （2） 活性炭過濾器 結(jié)構(gòu)：內(nèi)裝粗石英砂墊層和優(yōu)質(zhì)活性炭的壓 力容器 原理：活性炭過濾器的工作室通過炭床來完 成的。組成炭床的活性炭顆粒有非常多的微 孔和巨大表面積，具有很強的吸附能力。此 外活性炭表面非結(jié)晶部分上有一些含氧官能 團，使通過炭床的水中有機污染物被活性炭 有效的吸附。 優(yōu)點：可有效保證后級設(shè)備使用壽命，提高 出水水質(zhì)，防止污染，特別是防止后級反滲 透膜、離子交換樹脂等的游離態(tài)余氧中毒污 染。 注意：需反洗再生 2.水的軟化及脫鹽 軟化：除去水中鈣、鎂等金屬離子的過程 脫鹽：除去所有陰、陽雜質(zhì)離子的過程 常用方法：離子交換法、電滲析法、反滲透法等 （1）離子交換裝置 原理：用離子

4、交換劑和水中溶解的某些陰、陽雜質(zhì)離子發(fā)生交換反應(yīng)， 以除去水中的有害離子。 交換裝置：固定床和連續(xù)床兩大類 固定床離子交換裝置 將離子交換樹脂裝填在管柱式容器中，形成固定的 樹脂層。 優(yōu)點：操作簡單，設(shè)備少，出水穩(wěn)定。 連續(xù)床離子交換樹脂 優(yōu)點：提高樹脂利用率，操作連續(xù)。 類型：移動床和流動床兩種 移動床：定時停止交換定量移除樹脂并補充等量的樹脂 流動床：交換同時不斷移除失效樹脂并不斷補充新的樹脂 （2） 電滲析法 原理：帶電離子在電場中 的定向遷移原理 優(yōu)點：節(jié)省酸堿、操作方 便、對環(huán)境無污染 適用范圍：海水與苦咸水 淡化，制備純水時的初 級脫鹽以及鍋爐、動力 設(shè)備給水的脫鹽軟化等 3.水的

5、殺菌 殺菌是指殺滅水中的致病菌。常用方法有氯殺菌、臭氧殺菌 及紫外殺菌。 （1）氯殺菌 原理：氯氣進入水中可生成次氯酸，次氯酸具有強烈的氧化 作用，它可以穿過細(xì)菌的細(xì)胞膜進入細(xì)胞內(nèi)部，由于氧化 作用而破壞細(xì)胞內(nèi)酶和細(xì)菌的生理機能使細(xì)菌死亡。 常用的氯殺菌試劑：活性二氧化氯、漂白粉和次氯酸鈉 （2）臭氧殺菌 原理：臭氧由三個氧原子組成，是一種強烈的氧化劑，它能 氧化水中的有機物，破壞微生物原生質(zhì)，殺死微生物，亦 能破壞微生物孢子和病毒，同時除去水臭、鐵和猛及脫色。 殺菌性能優(yōu)于氯。 臭氧殺菌系統(tǒng)包括空氣凈化系統(tǒng)、臭氧發(fā)生器、和臭氧加注 設(shè)備 注意：臭氧在水中溶解度非常小，一般采用噴射法加注臭氧，

6、 另外水池應(yīng)保持一定高度。 三、供水系統(tǒng)及設(shè)備 1.供水方式 直流供水 、循環(huán)供水、連續(xù)供水： 2.自來水供水系統(tǒng) 需要設(shè)置加壓、儲存裝置以保證壓力、流量穩(wěn)定滿足生產(chǎn) 需要 3.地下供水系統(tǒng) 先進行沉砂處理和消毒處理，再經(jīng)二級泵房送往生產(chǎn)車間 （3） 紫外線殺菌 原理：微生物受紫外線照射后，產(chǎn)生蛋白質(zhì)變性，DNA分子 活性改變，使微生物新陳代謝障礙，導(dǎo)致微生物死亡。 最強殺菌波長:240280nm，尤其是253.7nm 第二節(jié) 生物工程工廠供電系統(tǒng) 一、生物工程工廠供電特點 工廠負(fù)荷 一級：中斷供電將造成人身傷亡者、重大政治影響、重大經(jīng) 濟損失或公共場所秩序嚴(yán)重混亂的負(fù)荷，應(yīng)有兩個或兩個 以上

7、的電源。 二級：中斷供電將造成較大的經(jīng)濟損失或造成公共場所秩序 混亂的負(fù)荷，應(yīng)盡可能要有兩個獨立電源。 三級：不屬于一二級負(fù)荷者，通常使用一個電源。 生物工廠的用電性質(zhì)一般屬三級負(fù)荷，采取單電源供電， 但關(guān)鍵部位，如發(fā)酵車間、菌種室等應(yīng)按二級負(fù)荷設(shè)計， 采用雙電源供電或是設(shè)置應(yīng)急備用電源。 二、用電負(fù)荷計算 （1）電力負(fù)荷曲線 是表征用電負(fù)荷隨時間變化的一種圖 形。縱坐標(biāo)表示用電負(fù)荷，橫坐標(biāo)表示對應(yīng)負(fù)荷變動的時 間。 按負(fù)荷性質(zhì)不同，有功負(fù)荷（KW）曲線和無功負(fù)荷(KWar)曲線； 按負(fù)荷變動的時間，日負(fù)荷曲線和年負(fù)荷曲線； （2）負(fù)荷種類 最大負(fù)荷：消耗電能最多的半小時的平均功率，亦即連續(xù)3

8、0min的最大 平均負(fù)荷，又稱計算負(fù)荷。 尖峰負(fù)荷：指連續(xù)1到2s的最大平均負(fù)荷，可看最短時最大負(fù)荷。 平均負(fù)荷：只用電設(shè)備在某段時間內(nèi)所消耗的電能初一干段時間所得的 平均功率值。 （3）用電設(shè)備的計算負(fù)荷 S30=P30+Q30 式中P30有功計算負(fù)荷 Q30無功計算負(fù)荷 S30計算 負(fù)荷，30min內(nèi)最大平均功率 用電設(shè)備負(fù)荷的計算：系數(shù)法 P30=KdPN 三、工廠配電系統(tǒng)電氣設(shè)備的分類 一次電路：擔(dān)負(fù)著輸送和分配電能的這一部分電路 二次電路：表示控制、指示、測量和保護一次電路及其設(shè)備 運行的電路 一次設(shè)備 ：一次電路中的所有電氣設(shè)備，或稱一次元件。 分為：變換設(shè)備、控制設(shè)備、保護設(shè)備、

9、補償設(shè)備 二次設(shè)備：二次電路中所有的電氣設(shè)備，或稱二次元件。 四、高壓一次設(shè)備 高壓熔斷器、高壓開關(guān)電器組成 五、低壓一次設(shè)備 交流電壓1000V以下的設(shè)備稱為低壓設(shè)備，主要有低壓熔斷器、低壓開 關(guān)設(shè)備 六、電流互感器和電壓互感器 功能： 隔離高壓電路。 可使測量儀表和繼電器標(biāo)準(zhǔn)化。 七、電力設(shè)備接地 接地方式： （1）TT方式：電源中性點直接接地、用電設(shè)備外殼也直接 接地。 適用于對電位敏感的數(shù)據(jù)處理設(shè)備和精密電子設(shè)備的供電 （2）TN方式：TN系統(tǒng)稱作保護接零。所有電氣設(shè)備的外漏 可導(dǎo)電部分均接到保護線上，并與電源的接地點相連。 適于大規(guī)模的配電網(wǎng)絡(luò) （3）IT方式：電源中性點不接地、用電

10、設(shè)備外殼直接接地， 這也是保護接地。 適用于生產(chǎn)連續(xù)性要求高，有爆炸或火災(zāi)危險的企業(yè) 第三節(jié) 發(fā)酵工廠潔凈系統(tǒng)設(shè)備 一、發(fā)酵工廠潔凈蒸汽 發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)中的熱加工過程所需要的熱源通常為蒸汽。 應(yīng)用:原料的蒸煮、糊化、原料脫皮、料液脫異味、 滅酶、滅菌、蒸餾、濃縮、植物蛋白的膨化處理、 過熱蒸汽干燥、蒸汽真空系統(tǒng)等。 類型：生蒸汽或活蒸汽 由蒸汽鍋爐產(chǎn)生 二次蒸汽 生產(chǎn)過程中產(chǎn)生 要求：壓力穩(wěn)定，這可通過穩(wěn)壓閥和緩沖罐來實現(xiàn)；盡 可能供給干飽和蒸汽。 二、蒸汽用量 蒸汽用量包括生產(chǎn)和生活兩部分的蒸汽用量，然后乘以裕量系數(shù)，再 加上管網(wǎng)熱損失，計算出鍋爐的最大負(fù)荷。 Q=K0(K1Q1+K2Q2+K

11、3Q3+K4Q4) Q最大計算熱負(fù)荷 Q1生產(chǎn)最大熱負(fù)荷 Q2空調(diào)及通風(fēng)最大熱負(fù)荷 Q3采暖最大熱負(fù)荷 Q4生活最大熱負(fù)荷 K0管網(wǎng)熱損失及鍋爐房自用蒸汽系數(shù)，取1.1-1.5 K1生產(chǎn)熱負(fù)荷同時使用系數(shù)，取0.7-0.8 K2空調(diào)及通風(fēng)熱負(fù)荷同時使用系數(shù)，取0.9-1.0 K3采暖熱負(fù)荷同時使用系數(shù)，取1 K4生活熱負(fù)荷同時使用系數(shù)，取0.5；與生產(chǎn)用熱時間錯開時取 0 三、蒸汽鍋爐 鍋爐及組成 鍋爐是利用燃料燃燒釋放的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能， 且向外輸出熱水或蒸汽的換熱設(shè)備。鍋是指汽水 流動系統(tǒng)，包括鍋筒、集箱、水冷壁及對流受熱 面等，是換熱設(shè)備的吸熱部分；爐是指燃料燃燒 空間及煙氣流動系統(tǒng)，包

12、括爐膛、對流煙道及煙 囪等，是換熱設(shè)備的放熱部分。 四、工業(yè)鍋爐的選擇 1、選擇要點 （1）鍋爐的蒸汽參數(shù)應(yīng)滿足生產(chǎn)、生活、空調(diào)與采暖通風(fēng) 的要求 （2）熱負(fù)荷較大應(yīng)選擇大容量的鍋爐。防止故障影響生產(chǎn)， 一般最少2臺 （3）必須根據(jù)鍋爐的類型選擇燃料。目前我國工業(yè)鍋爐以 燃煤為主，且大部分為層燃燒和半懸浮燃燒 （4）選擇鍋爐時必須考慮供貨情況，訂貨時就近訂購 2、鍋爐型號說明 工業(yè)蒸汽鍋爐的系列標(biāo)準(zhǔn)是：額定蒸發(fā)量65t/h，出口蒸汽壓力2.5MPa，出口 蒸汽溫度400 JB/T 16262002工業(yè)鍋爐型號編制方法規(guī)定鍋爐產(chǎn)品型號組成如下： 例：SHL20-1.25/250-WII型鍋爐：表

13、示雙鍋筒橫置式鏈條爐排，額定蒸發(fā)量為 20t/h，額定蒸汽壓力為1.25MPa（表壓力），過熱蒸汽溫度為250，燃用II類無 煙煤的過熱蒸汽鍋爐。 五、鍋爐供水 鍋爐用水根據(jù)其所處的部位和作用不同，可分為以下 幾種： 原水、軟化水、給水、鍋水、排污水 1 水處理設(shè)備 機械過濾器、離子交換器、成套軟化水設(shè)備、沉淀池和澄清池 2 鍋爐給水設(shè)備 給水箱、鍋爐給水泵、水處理設(shè)備、凝結(jié)水回收設(shè)備、給水管道及閥門、附 件等組成 3 、水質(zhì)指標(biāo) （1）懸浮物 （2）溶解鹽類 （3）硬度 （4）堿度 （5）PH 六、運煤除渣設(shè)備 1、鍋爐房的運煤系統(tǒng)及設(shè)備 煤的制備設(shè)備、運煤設(shè)備 2、鍋爐房除灰渣系統(tǒng)及設(shè)備

14、人工除渣 機械除灰渣系統(tǒng) ：重型框鏈除渣機、螺旋除渣機、馬丁 碎渣機、圓盤除渣機 水力除灰渣系統(tǒng) ：低壓、高壓和混合式除灰渣 七 鼓、引風(fēng)機 1、鍋爐的通風(fēng)方式 自然通風(fēng) 、機械通風(fēng) 2、風(fēng)機的選擇 離心式和軸流式兩類 選擇風(fēng)機時，應(yīng)是風(fēng)機工作區(qū)在其效率最高的范圍內(nèi)。風(fēng) 機樣本上列出的性能范圍是指效率不低于該風(fēng)機最高效率 的90%時對應(yīng)的性能。以選擇效率高、轉(zhuǎn)速低、功率小、 壽命長、噪聲小、價格低、高效率工作區(qū)范圍寬為宜原則。 八、鍋爐除塵設(shè)備 鍋爐的除塵設(shè)備 按其作用原理分為：機械式除塵器、濕式除塵器、過濾式除塵器、靜電除塵器 1、旋風(fēng)除塵器 原理： 由于氣流旋轉(zhuǎn)和引風(fēng)機的抽吸作用，在旋風(fēng)筒

15、中心產(chǎn)生了負(fù)壓。運動到 筒體底部的已經(jīng)凈化的煙氣改變流向，沿除塵器的軸心部位轉(zhuǎn)而向上，形成 旋轉(zhuǎn)上升的內(nèi)渦旋氣流，并從除塵器上部的排氣管排出。 優(yōu)點：旋風(fēng)除塵器結(jié)構(gòu)簡單、管理方便、處理煙氣量多大、除塵效率高，是 鍋爐煙氣除塵中應(yīng)用做廣泛的除塵設(shè)備。 2、電器除塵 原理：當(dāng)輸入幾萬伏的高壓直流電后，在設(shè)備中形成很強的不均勻電場，由 于高壓電場的作用，產(chǎn)生氣體電離-電暈放電現(xiàn)象。 特點：電器除塵器具有運行可靠、維護簡單、阻力小、耗能低的優(yōu)點，但鋼 材耗量大，占地面積 大，投資高 （3）文丘里除塵器 是一種濕式除塵器。 原理和工作過程是：含塵煙氣以一定速度進入文丘里管， 在文丘里管的收縮段中得到加速

16、，在喉管中與噴水混合。 進入擴散管段后，氣流速度減緩，此時含塵水滴相互碰撞 凝聚，并在水膜除塵器中心分離，從而達到除塵目的 文丘里除塵器由文丘里管和水膜除塵器組成 4、除塵設(shè)備的選用 選擇原則：根據(jù)有關(guān)規(guī)定，及不同燃燒方式的鍋爐在而定蒸發(fā)量下 出口的煙塵濃度，和除塵器對符合的適應(yīng)性等因素，經(jīng)技術(shù)比較，選用 高效。低阻、設(shè)備籌資少、運行費用低的除塵器。 供熱鍋爐房多采用旋風(fēng)除塵器。對于往復(fù)爐排、鏈條爐排 等層燃式鍋爐，一般采用單級旋風(fēng)除塵器。對拋煤機爐、 煤粉爐、沸騰爐等室燃爐鍋爐，一般采用二級除塵；當(dāng)采 用干法旋風(fēng)除塵達不到煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)時，采用濕式除塵 第四節(jié) 發(fā)酵工廠潔凈制冷系統(tǒng)設(shè)備 一般制

17、冷：溫度高于-100 深度制冷：溫度低于-100 一.蒸氣壓縮式制冷循環(huán) 1.蒸氣壓縮式制冷循環(huán) 以氨為例來說明蒸氣壓縮式制冷循環(huán)原理： 最簡單的壓縮式制冷循環(huán)系統(tǒng)有蒸發(fā)器、壓縮機、冷凝器、 膨脹閥四大部件組成。 單級壓縮制冷循環(huán)流程： 為了使整個系統(tǒng)穩(wěn)定循環(huán)，一般還設(shè)置油氨分離器、貯氨罐、 液氨分離器等附屬設(shè)備。 膨脹閥 高壓常 溫 的氨液 低壓低溫的氨 液 冷凝器壓縮機 高溫高壓 的過熱蒸氣 低溫低 壓氨蒸氣 蒸發(fā)器 2.制冷劑 制冷劑：又稱制冷工質(zhì)，是制冷循環(huán)的工作介質(zhì)， 利用制冷劑的相變來傳遞熱量，即制冷劑在蒸發(fā) 器中汽化時吸熱，在冷凝器中凝結(jié)時放熱。 常用的有氨、氟利昂類、水和少數(shù)碳

18、氫化合物等。 3.載冷劑 載冷劑：在間接冷卻系統(tǒng)中，起冷量傳輸和分配作用的中間 介質(zhì)稱為載冷劑。 間接冷卻的優(yōu)點：可以減少制冷系的容積而減少制冷劑的充 灌量。 載冷劑的熱容量較大，被冷卻對象的溫度易于保持恒定。 載冷劑具備的條件： 冰點低熱容量大對設(shè)備的腐蝕性小，且價格低廉。 常用的載冷劑有： 無機鹽的水溶液，稱為冷凍鹽水，是應(yīng)用最廣泛的的 載冷劑，所用的鹽有氯化鈉、氯化鈣、氯化鎂等 醇類及其水溶液，如甲醇、乙醇、乙二醇和丙二醇及 其水溶液 氯代或氟代烴類，如二氯甲烷、二氯乙烯、三氯一氟 甲烷及其他各種氟利昂等 液態(tài)氨 二、制冷系統(tǒng)設(shè)備 1、制冷壓縮機 制冷壓縮機可分為容積式和 離心式 （1）

19、容積式制冷壓縮機分類： 往復(fù)活塞式制冷壓縮機依 靠活塞往復(fù)運動來改變氣 缸工作容積，分封閉式、 半封閉式、開啟式 回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機靠回旋 體旋轉(zhuǎn)運動改變氣缸工作 容積，分為滾動轉(zhuǎn)子式， 渦旋式、螺桿式 以活塞式制冷壓縮機最為常 見 （2）離心式制冷壓縮機 原理：依靠離心力的作 用，連續(xù)的將吸入的氣體 進行壓縮 優(yōu)點：工作穩(wěn)定，性能 高，壽命長，制冷能力大， 可進行無極調(diào)節(jié) 2、冷凝器 作用：是高溫高壓氣體冷 卻，冷凝成高壓液氨，并 將熱量傳遞給周圍介質(zhì)。 冷凝器有臥式冷凝器、立 式冷凝器、套管冷凝器、 外噴淋蛇管冷凝器 3、膨脹閥與蒸發(fā)器 （1）膨脹閥又稱節(jié)流閥，高壓液 氨通過膨脹閥節(jié)流而降壓，使 高壓液態(tài)制冷器受迫流過一個 小過流截面，產(chǎn)生合適的局部 阻力損失（或沿程損失），制 冷