發(fā)酵工程結(jié)課論文

1、 淮 陰 工 學(xué) 院工廠設(shè)計(jì)概論大作業(yè)作 者: 學(xué) 號(hào)：1101602129學(xué) 院:生化學(xué)院專 業(yè):生物1101題 目:發(fā)酵工廠中空氣凈化工藝任課教師： 游慶紅 摘要 近年來(lái),隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，工廠也越來(lái)越多，越來(lái)越密集。隨之而來(lái)的空氣污染問(wèn)題也越來(lái)越嚴(yán)重。如何處理好工廠內(nèi)空氣的凈化問(wèn)題已成為如今工廠建設(shè)不可忽略的問(wèn)題之一。常見(jiàn)的空氣污染物有:甲醛、苯、氨等揮發(fā)性氣體污染物、生物污染物以及顆粒物等。空氣污染首先危害呼吸道,除引起“建筑物綜合癥”外,還會(huì)引起或加劇亞慢、慢性呼吸道疾患,如支氣管炎、過(guò)敏性肺炎、肺癌及其他器官癌癥。最近,許多醫(yī)學(xué)科研人員的研究認(rèn)為,空氣中的揮發(fā)性有機(jī)化合物污染

2、日益嚴(yán)重與當(dāng)前白血病患者不斷增多有密切關(guān)系?？諝庵械募?xì)菌微生物是呼吸道傳染病的重要致病源,而如果長(zhǎng)期吸入細(xì)微顆粒物將嚴(yán)重影響人體健康。因此，處理好工廠的空氣凈化問(wèn)題不但關(guān)系到工廠的日常生產(chǎn)的正常進(jìn)行、工廠的利益，更關(guān)系到工廠工作人員的生命健康。關(guān)鍵詞 空氣凈化，污染物，過(guò)濾，滅菌1 發(fā)酵工廠凈化空氣的必要性由于無(wú)菌空氣是通氣發(fā)酵過(guò)程中的關(guān)鍵流體，細(xì)菌的培養(yǎng)、發(fā)酵液的攪拌、液體的輸送以及通氣發(fā)酵罐的排氣等都涉及到無(wú)菌空氣。因此在通氣發(fā)酵過(guò)程中,空氣系統(tǒng)的染菌一直被列為發(fā)酵生產(chǎn)的第一污染源。據(jù)報(bào)道,由于空氣系統(tǒng)紕漏而導(dǎo)致發(fā)酵染菌,在總?cè)揪鷶?shù)中比率高達(dá)19.96%,而我國(guó)的生產(chǎn)現(xiàn)狀還遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出這一數(shù)據(jù)

3、。為了防止壓縮空氣染菌給發(fā)酵液造成污染,進(jìn)入發(fā)酵罐的空氣必須達(dá)到(0.5m)100級(jí)凈化標(biāo)準(zhǔn),即每立方英尺空氣中含有0.5m的微粒數(shù)應(yīng)100個(gè)。目前,空氣凈化的主要方法是通過(guò)介質(zhì)過(guò)濾達(dá)到除菌目的。為了保證過(guò)濾后的空氣達(dá)到凈化標(biāo)準(zhǔn),過(guò)濾前的空氣要進(jìn)行降溫、除水、除油、減濕的預(yù)處理。據(jù)文獻(xiàn)記載,只有當(dāng)壓縮空氣的相對(duì)濕度60%,高效過(guò)濾器內(nèi)的過(guò)濾介質(zhì)保持干燥時(shí),空氣通過(guò)高效過(guò)濾方能達(dá)到過(guò)濾的期望值。因此,發(fā)酵空氣凈化實(shí)際上包括兩部分:一是空氣的預(yù)處理;二是選擇性能優(yōu)良的過(guò)濾介質(zhì)和過(guò)濾設(shè)備。怎樣使科學(xué)合理、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的工藝與完善的工程設(shè)計(jì)有機(jī)地結(jié)合,使空氣系統(tǒng)在優(yōu)化條件下運(yùn)行,仍需要發(fā)酵行業(yè)工程設(shè)計(jì)者不

4、斷努力探索。在發(fā)酵過(guò)程中，造成染菌的原因很多。根據(jù)相關(guān)資料分析，造成抗生索發(fā)酵染菌的原因中，除“原因不明”外，“空氣系統(tǒng)有菌”占19.96，屬首位。由此可見(jiàn)，壓縮空氣凈化系統(tǒng)的可靠性，在發(fā)酵生產(chǎn)過(guò)程中占有顯著重要的位置?？諝庠谝M(jìn)發(fā)酵罐之前進(jìn)行嚴(yán)格處理，除去其中含有的微生物與其他有毒成分確保發(fā)酵正常進(jìn)行。一是滿足生產(chǎn)菌生理代謝對(duì)氧的需求；二是在發(fā)酵過(guò)程中，維持一定罐壓，防止雜菌的污染。因此無(wú)菌空氣的制備需要經(jīng)過(guò)一前期處理過(guò)程。構(gòu)成一個(gè)氣處理系統(tǒng)，它是發(fā)酵工程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。滅菌的方法很多，但是能夠適用于供給發(fā)酵需要的大量空氣的滅菌和除菌方法主要有。加熱滅菌，靜電除菌、過(guò)濾介質(zhì)除菌。從經(jīng)濟(jì)上、

5、實(shí)用上考慮，至今工業(yè)上空氣除菌幾乎都是采用介質(zhì)過(guò)濾除菌。各種發(fā)酵產(chǎn)品對(duì)空氣凈化程度要求有所不同，對(duì)于純種發(fā)酵而言。一般認(rèn)為空氣凈化程度達(dá)到100級(jí)(即直徑>0.5 m 的粒子含量3.5個(gè)/L空氣)為合格。為了保證壓縮空氣經(jīng)過(guò)濾后達(dá)到凈化標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于過(guò)濾介質(zhì)而言，壓縮空氣必須經(jīng)過(guò)去水、去油和降濕，經(jīng)實(shí)踐證明，相對(duì)濕度低于60的壓縮空氣通過(guò)過(guò)濾器時(shí)，才能保證過(guò)濾器內(nèi)的過(guò)濾介質(zhì)干燥而不失效。故發(fā)酵用的空氣凈化設(shè)備應(yīng)包括兩個(gè)部分。一是壓縮空氣的預(yù)處理裝置，第二是性能優(yōu)起的過(guò)濾器及過(guò)濾介質(zhì)。2 傳統(tǒng)的發(fā)酵工業(yè)壓縮空氣凈化2.1 傳統(tǒng)發(fā)酵工藝空氣凈化一般流程空壓機(jī)采集自然界的大氣，經(jīng)壓縮后高溫高濕的壓

6、縮空氣首先送至貯氣罐，貯氣罐的作用一是降低流速，使部分油水、塵埃沉降，并經(jīng)罐底閥排出；二是消除減緩供氣系統(tǒng)內(nèi)氣流的脈沖，使后置設(shè)備更好的發(fā)揮各自的功效。經(jīng)貯氣罐排出的氣體進(jìn)入第一冷卻器，降低氣體溫度，使壓縮空氣中過(guò)飽和的水汽冷凝析出并經(jīng)油水分離器分離后排出（如下圖）。同理，第二冷卻器及第二油水分離器進(jìn)一步使空壓氣體降溫，進(jìn)一步排出油水。接下來(lái)，排除油水的壓縮空氣進(jìn)入除霧器，除霧器的作用是將壓縮空氣巾油水分離器分離不掉的微細(xì)的液態(tài)霧滴，在除霧器除霧絲網(wǎng)的作用下，攔截并重新聚集，使細(xì)小的顆粒重新團(tuán)聚變大，并在重力的作用下，沉降排除。此時(shí)的空氣已排除了絕大多數(shù)的液態(tài)油水，但此時(shí)的空氣濕度仍處于飽和狀

7、態(tài)，因而壓縮空氣需經(jīng)過(guò)加熱器，經(jīng)過(guò)加熱器加熱出去空氣中的水汽。在壓力不變單位體積內(nèi)含濕量不變的前提下，使空氣溫度升高。此時(shí)相對(duì)濕度降低，即不會(huì)重新出現(xiàn)霧滴或水滴，使空氣在完全干燥的情況下進(jìn)入高效過(guò)濾器。高效過(guò)濾器的作用是通過(guò)填充在高效過(guò)濾器中的纖維性濾材、活性碳等，可濾除空氣中的塵埃、雜質(zhì)、異昧等，其過(guò)濾原理有：攔截、碰撞、吸附、靜電吸附等。經(jīng)粗濾器凈化后的壓縮空氣，最后進(jìn)入除菌精濾器。除菌精濾器內(nèi)置有超細(xì)玻璃纖維過(guò)濾介質(zhì)，使得塵埃粒子的去除率高達(dá)99.9。此時(shí)空氣中的細(xì)菌可吸入顆粒物等污染物已完全消除?？諝馕鼩饪诖诌^(guò)濾器空氣壓縮機(jī)一級(jí)空氣冷卻器空氣儲(chǔ)罐分水器旋風(fēng)分離器絲網(wǎng)除沫器二級(jí)空氣冷卻器

8、空氣加熱器總空氣過(guò)濾器無(wú)菌空氣分空氣過(guò)濾器2.2 傳統(tǒng)發(fā)酵工藝空氣凈化的缺點(diǎn)根據(jù)以上傳統(tǒng)空氣凈化工藝的了解，不難發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)工藝有流程長(zhǎng)、壓力損失大、處理效率低和能耗高等缺點(diǎn)，而且傳統(tǒng)的活塞式機(jī)型容量小,規(guī)模生產(chǎn)時(shí)需要多臺(tái)組合,且要用空氣貯罐來(lái)消除排氣產(chǎn)生的脈沖。旋風(fēng)分離器作為傳統(tǒng)的氣水分離設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在設(shè)計(jì)工況運(yùn)行時(shí)，具有較高的效率。但空氣流量是個(gè)變量，它隨發(fā)酵進(jìn)程不同的溶解氧需求而變，上下波動(dòng)幅度可達(dá)100。因此旋風(fēng)分離器分離效率不穩(wěn)定，平均僅70 左右?？諝庵械乃蛛m經(jīng)冷卻后析出，但在旋風(fēng)分離器中分而不離，部分仍隨出氣口帶出，加之下部出水口閥門沒(méi)有自控裝置，一般保持微開(kāi)常態(tài)，就只會(huì)漏氣而

9、不出水。這樣雖在較低的溫度下，增加分離級(jí)數(shù)來(lái)去除水分，也是事倍而功半。3 發(fā)酵工廠空氣凈化新工藝3.1 新工藝的主要流程隨著傳統(tǒng)空氣凈化工藝的成本不斷提高，使用復(fù)雜，占地面積大等弊端不斷顯現(xiàn)，越來(lái)越多的研究人員開(kāi)始關(guān)注空氣凈化的新工藝，并找到了一條更為經(jīng)濟(jì)效益的空氣凈化路徑，空氣凈化新工藝的流程大致如下：在空氣凈化新工藝流程中，高效旋擊分離器替代了傳統(tǒng)旋風(fēng)分離器，分離油水雜質(zhì)，而使空氣凈化系統(tǒng)大大簡(jiǎn)化，空壓機(jī)出來(lái)到總過(guò)濾器進(jìn)口之問(wèn)，只有一次冷卻、一次分離和一次加熱，而且冷卻和加熱的溫差比原來(lái)可相對(duì)減小，一般減幅在10左右，綜合能耗則大大下降。在濕空氣未飽和時(shí)，影響膜過(guò)濾器瞬時(shí)效率的因素是空氣的

10、相對(duì)濕度。一般國(guó)產(chǎn)膜過(guò)濾器要求空氣相對(duì)濕度低于50 一60 ，進(jìn)口的70 以下即可。綜合考慮，空氣中水份不是越低越好，應(yīng)以安全性和經(jīng)濟(jì)性并重為原則。新工藝就是以此為原則設(shè)計(jì)。3.2 新工藝的優(yōu)越性新工藝中高效旋擊分離器為關(guān)鍵設(shè)備。它是在離心分離的基礎(chǔ)上，根據(jù)液霧和粉塵撞擊凝聚原理，并設(shè)有特殊的導(dǎo)穩(wěn)流分離裝置、具有很高分離效率的專利技術(shù)產(chǎn)品。高效旋擊分離器氣液分離效率可達(dá)99.99，油水雜質(zhì)一次性分離，連霧狀水汽也可被凝聚分離，且分離效率穩(wěn)定。處理風(fēng)量在20m3/h 5-50000m3/h之間，阻力損失一般在0.004MPa左右。其主要的優(yōu)點(diǎn)有：（1）換熱器傳熱效果好； （2）氣液分離器分離效率

11、高； （3）冷卻加熱合理組合、直接節(jié)能； （4）系統(tǒng)阻力損失低，節(jié)約電能；（5）系統(tǒng)安裝使用、維護(hù)簡(jiǎn)便。4 對(duì)于傳統(tǒng)空氣凈化工藝和新工藝的看法傳統(tǒng)的多臺(tái)分置式的壓縮空氣凈化裝置，在一定的范圍內(nèi)可以達(dá)到凈化空氣的要求，基本上能滿足清潔壓縮空氣的作用。但是，傳統(tǒng)模式能耗高、占地廣、噪音大等弊端是顯而易見(jiàn)的。尤其是通常采用的多孔燒結(jié)式過(guò)濾介質(zhì)，載塵量低、易堵塞、壓降大是普遍存在的弱點(diǎn)。因此使用壽命短，必需勤更換，造成運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用高。傳統(tǒng)模式也有采用冷凍干燥機(jī)用于除油水的，該機(jī)一般能耗較高、噪音大，有冷媒存在對(duì)環(huán)境也有一定的影響。另外設(shè)備龐雜、管線長(zhǎng)、閥門多、操作繁瑣、事故多發(fā)，容易造成凈化系統(tǒng)失效。與傳統(tǒng)模式相比，對(duì)于發(fā)酵工廠空氣凈化新工藝來(lái)說(shuō)，它集表面化學(xué)、材料科學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)、流體力學(xué)等于一身，通過(guò)單一的組合式裝置，即可具備傳統(tǒng)模式凈化裝置的功能并更勝一籌。該設(shè)備的另一顯著特點(diǎn)是能耗低、無(wú)噪音、無(wú)污染、過(guò)濾介質(zhì)易得價(jià)廉、可長(zhǎng)期連續(xù)使用。參考文獻(xiàn) 1 俞俊棠.抗生素生產(chǎn)設(shè)備.北京 化學(xué)工