生物工程 工厂能源与动力设备 (2)

1、生物工程 工厂能源与动力设备主要内容l 生物工程工厂供水系统 水处理系统及设备 供水系统及设备l 生物工程工厂供电系统 用电负荷 工厂配电系统电气设备 电力设备接地l 发酵工厂洁净蒸汽系统设备蒸汽锅炉 工业锅炉的选择 锅炉的供水除尘l 发酵工厂洁净制冷系统设备 蒸汽压缩式制冷循环 制冷系统设备第一节 生物工程工厂供水系统一、水的分级普通水、自来水、脱盐软化水、蒸馏水二、水处理系统及设备按欲达到的目的分为三个部分：水的过滤、水的软化及脱盐、水的杀菌1.水的过滤原理：筛滤、深层效应、静电吸附等的综合效应过程：过滤和反冲洗过滤是水的净化过程，反冲洗是从过滤介质上冲洗掉污物，使之恢复过滤能力的过程。过

2、滤介质：化学性能稳定，不溶于水，不产生有害和有毒物质；足够的机械强度；含污能力大，产水能力高；对于散状过滤介质有适宜的粒度分布和孔隙率设备：砂滤棒过滤器、活性炭过滤器、中空纤维超滤装置等(1) 砂滤棒过滤器 组成：密封容器（1Cr18Ni9Ti或304钢板或铝合金） 砂滤棒（多孔陶瓷原料经高温烧结或是硅藻土高温熔制） 工作原理：水由泵打入容器内，在外压的作用下，水通过砂滤棒的微小孔隙进入棒筒体内，水中粒子则被截留在砂滤棒表面。 注意：砂滤棒使用前要进行灭菌处理，使用一段时间后必须停机清洗 适用范围：水量较小，原水中含有少量固体粒子的场合（2） 活性炭过滤器 结构：内装粗石英砂垫层和优质活性炭的

3、压力容器 原理：活性炭过滤器的工作室通过炭床来完成的。组成炭床的活性炭颗粒有非常多的微孔和巨大表面积，具有很强的吸附能力。此外活性炭表面非结晶部分上有一些含氧官能团，使通过炭床的水中有机污染物被活性炭有效的吸附。 优点：可有效保证后级设备使用寿命，提高出水水质，防止污染，特别是防止后级反渗透膜、离子交换树脂等的游离态余氧中毒污染。 注意：需反洗再生2.水的软化及脱盐软化：除去水中钙、镁等金属离子的过程脱盐：除去所有阴、阳杂质离子的过程常用方法：离子交换法、电渗析法、反渗透法等（1）离子交换装置原理：用离子交换剂和水中溶解的某些阴、阳杂质离子发生交换反应，以除去水中的有害离子。交换装置：固定床和

4、连续床两大类 固定床离子交换装置将离子交换树脂装填在管柱式容器中，形成固定的树脂层。优点：操作简单，设备少，出水稳定。 连续床离子交换树脂优点：提高树脂利用率，操作连续。类型：移动床和流动床两种移动床：定时停止交换定量移除树脂并补充等量的树脂流动床：交换同时不断移除失效树脂并不断补充新的树脂（2） 电渗析法原理：带电离子在电场中的定向迁移原理优点：节省酸碱、操作方便、对环境无污染适用范围：海水与苦咸水淡化，制备纯水时的初级脱盐以及锅炉、动力设备给水的脱盐软化等3.水的杀菌杀菌是指杀灭水中的致病菌。常用方法有氯杀菌、臭氧杀菌及紫外杀菌。（1）氯杀菌 原理：氯气进入水中可生成次氯酸，次氯酸具有强烈

5、的氧化作用，它可以穿过细菌的细胞膜进入细胞内部，由于氧化作用而破坏细胞内酶和细菌的生理机能使细菌死亡。常用的氯杀菌试剂：活性二氧化氯、漂白粉和次氯酸钠（2）臭氧杀菌原理：臭氧由三个氧原子组成，是一种强烈的氧化剂，它能氧化水中的有机物，破坏微生物原生质，杀死微生物，亦能破坏微生物孢子和病毒，同时除去水臭、铁和猛及脱色。杀菌性能优于氯。臭氧杀菌系统包括空气净化系统、臭氧发生器、和臭氧加注设备注意：臭氧在水中溶解度非常小，一般采用喷射法加注臭氧，另外水池应保持一定高度。三、供水系统及设备1.供水方式直流供水 、循环供水、连续供水：2.自来水供水系统 需要设置加压、储存装置以保证压力、流量稳定满足生产

6、需要3.地下供水系统先进行沉砂处理和消毒处理，再经二级泵房送往生产车间（3） 紫外线杀菌原理：微生物受紫外线照射后，产生蛋白质变性，DNA分子活性改变，使微生物新陈代谢障碍，导致微生物死亡。最强杀菌波长:240280nm，尤其是253.7nm第二节 生物工程工厂供电系统一、生物工程工厂供电特点工厂负荷一级：中断供电将造成人身伤亡者、重大政治影响、重大经济损失或公共场所秩序严重混乱的负荷，应有两个或两个以上的电源。二级：中断供电将造成较大的经济损失或造成公共场所秩序混乱的负荷，应尽可能要有两个独立电源。三级：不属于一二级负荷者，通常使用一个电源。 生物工厂的用电性质一般属三级负荷，采取单电源供电

7、，但关键部位，如发酵车间、菌种室等应按二级负荷设计，采用双电源供电或是设置应急备用电源。二、用电负荷计算（1）电力负荷曲线 是表征用电负荷随时间变化的一种图形。纵坐标表示用电负荷，横坐标表示对应负荷变动的时间。按负荷性质不同，有功负荷（KW）曲线和无功负荷(KWar)曲线；按负荷变动的时间，日负荷曲线和年负荷曲线；（2）负荷种类最大负荷：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。尖峰负荷：指连续1到2s的最大平均负荷，可看最短时最大负荷。平均负荷：只用电设备在某段时间内所消耗的电能初一干段时间所得的平均功率值。（3）用电设备的计算负荷 S30=P30+Q3

8、0 式中P30有功计算负荷 Q30无功计算负荷 S30计算负荷，30min内最大平均功率 用电设备负荷的计算：系数法 P30=KdPN三、工厂配电系统电气设备的分类一次电路：担负着输送和分配电能的这一部分电路二次电路：表示控制、指示、测量和保护一次电路及其设备运行的电路一次设备 ：一次电路中的所有电气设备，或称一次元件。 分为：变换设备、控制设备、保护设备、补偿设备二次设备：二次电路中所有的电气设备，或称二次元件。四、高压一次设备高压熔断器、高压开关电器组成五、低压一次设备交流电压1000V以下的设备称为低压设备，主要有低压熔断器、低压开关设备六、电流互感器和电压互感器功能：隔离高压电路。可使

9、测量仪表和继电器标准化。七、电力设备接地接地方式：（1）TT方式：电源中性点直接接地、用电设备外壳也直接接地。 适用于对电位敏感的数据处理设备和精密电子设备的供电（2）TN方式：TN系统称作保护接零。所有电气设备的外漏可导电部分均接到保护线上，并与电源的接地点相连。 适于大规模的配电网络（3）IT方式：电源中性点不接地、用电设备外壳直接接地，这也是保护接地。 适用于生产连续性要求高，有爆炸或火灾危险的企业第三节 发酵工厂洁净系统设备一、发酵工厂洁净蒸汽 发酵工业生产中的热加工过程所需要的热源通常为蒸汽。应用:原料的蒸煮、糊化、原料脱皮、料液脱异味、灭酶、灭菌、蒸馏、浓缩、植物蛋白的膨化处理、过

10、热蒸汽干燥、蒸汽真空系统等。类型：生蒸汽或活蒸汽 由蒸汽锅炉产生 二次蒸汽 生产过程中产生要求：压力稳定，这可通过稳压阀和缓冲罐来实现；尽可能供给干饱和蒸汽。二、蒸汽用量 蒸汽用量包括生产和生活两部分的蒸汽用量，然后乘以裕量系数，再加上管网热损失，计算出锅炉的最大负荷。Q=K0(K1Q1+K2Q2+K3Q3+K4Q4) Q最大计算热负荷 Q1生产最大热负荷 Q2空调及通风最大热负荷 Q3采暖最大热负荷 Q4生活最大热负荷 K0管网热损失及锅炉房自用蒸汽系数，取1.1-1.5 K1生产热负荷同时使用系数，取0.7-0.8 K2空调及通风热负荷同时使用系数，取0.9-1.0 K3采暖热负荷同时使用

11、系数，取1 K4生活热负荷同时使用系数，取0.5；与生产用热时间错开时取0三、蒸汽锅炉 锅炉及组成 锅炉是利用燃料燃烧释放的化学能转化为热能，且向外输出热水或蒸汽的换热设备。锅是指汽水流动系统，包括锅筒、集箱、水冷壁及对流受热面等，是换热设备的吸热部分；炉是指燃料燃烧空间及烟气流动系统，包括炉膛、对流烟道及烟囱等，是换热设备的放热部分。四、工业锅炉的选择1、选择要点（1）锅炉的蒸汽参数应满足生产、生活、空调与采暖通风的要求（2）热负荷较大应选择大容量的锅炉。防止故障影响生产，一般最少2台（3）必须根据锅炉的类型选择燃料。目前我国工业锅炉以燃煤为主，且大部分为层燃烧和半悬浮燃烧（4）选择锅炉时必

12、须考虑供货情况，订货时就近订购2、锅炉型号说明 工业蒸汽锅炉的系列标准是：额定蒸发量65t/h，出口蒸汽压力2.5MPa，出口蒸汽温度400JB/T 16262002工业锅炉型号编制方法规定锅炉产品型号组成如下： 例：SHL20-1.25/250-WII型锅炉：表示双锅筒横置式链条炉排，额定蒸发量为20t/h，额定蒸汽压力为1.25MPa（表压力），过热蒸汽温度为250，燃用II类无烟煤的过热蒸汽锅炉。五、锅炉供水锅炉用水根据其所处的部位和作用不同，可分为以下几种：原水、软化水、给水、锅水、排污水1 水处理设备机械过滤器、离子交换器、成套软化水设备、沉淀池和澄清池2 锅炉给水设备给水箱、锅炉给

13、水泵、水处理设备、凝结水回收设备、给水管道及阀门、附件等组成3 、水质指标（1）悬浮物 （2）溶解盐类 （3）硬度 （4）碱度 （5）PH六、运煤除渣设备1、锅炉房的运煤系统及设备煤的制备设备、运煤设备2、锅炉房除灰渣系统及设备 人工除渣 机械除灰渣系统 ：重型框链除渣机、螺旋除渣机、马丁碎渣机、圆盘除渣机 水力除灰渣系统 ：低压、高压和混合式除灰渣七 鼓、引风机1、锅炉的通风方式自然通风 、机械通风 2、风机的选择离心式和轴流式两类 选择风机时，应是风机工作区在其效率最高的范围内。风机样本上列出的性能范围是指效率不低于该风机最高效率的90%时对应的性能。以选择效率高、转速低、功率小、寿命长、

14、噪声小、价格低、高效率工作区范围宽为宜原则。八、锅炉除尘设备锅炉的除尘设备按其作用原理分为：机械式除尘器、湿式除尘器、过滤式除尘器、静电除尘器1、旋风除尘器 原理： 由于气流旋转和引风机的抽吸作用，在旋风筒中心产生了负压。运动到筒体底部的已经净化的烟气改变流向，沿除尘器的轴心部位转而向上，形成旋转上升的内涡旋气流，并从除尘器上部的排气管排出。 优点：旋风除尘器结构简单、管理方便、处理烟气量多大、除尘效率高，是锅炉烟气除尘中应用做广泛的除尘设备。2、电器除尘 原理：当输入几万伏的高压直流电后，在设备中形成很强的不均匀电场，由于高压电场的作用，产生气体电离-电晕放电现象。 特点：电器除尘器具有运行

15、可靠、维护简单、阻力小、耗能低的优点，但钢材耗量大，占地面积 大，投资高（3）文丘里除尘器 是一种湿式除尘器。 原理和工作过程是：含尘烟气以一定速度进入文丘里管，在文丘里管的收缩段中得到加速，在喉管中与喷水混合。进入扩散管段后，气流速度减缓，此时含尘水滴相互碰撞凝聚，并在水膜除尘器中心分离，从而达到除尘目的文丘里除尘器由文丘里管和水膜除尘器组成4、除尘设备的选用 选择原则：根据有关规定，及不同燃烧方式的锅炉在而定蒸发量下出口的烟尘浓度，和除尘器对符合的适应性等因素，经技术比较，选用高效。低阻、设备筹资少、运行费用低的除尘器。 供热锅炉房多采用旋风除尘器。对于往复炉排、链条炉排等层燃式锅炉，一般

16、采用单级旋风除尘器。对抛煤机炉、煤粉炉、沸腾炉等室燃炉锅炉，一般采用二级除尘；当采用干法旋风除尘达不到烟尘排放标准时，采用湿式除尘第四节 发酵工厂洁净制冷系统设备 一般制冷：温度高于-100 深度制冷：温度低于-100 一.蒸气压缩式制冷循环 1.蒸气压缩式制冷循环 以氨为例来说明蒸气压缩式制冷循环原理： 最简单的压缩式制冷循环系统有蒸发器、压缩机、冷凝器、膨胀阀四大部件组成。单级压缩制冷循环流程： 为了使整个系统稳定循环，一般还设置油氨分离器、贮氨罐、液氨分离器等附属设备。膨胀阀高压常温的氨液低压低温的氨液冷凝器压缩机高温高压的过热蒸气低温低压氨蒸气蒸发器2.制冷剂 制冷剂：又称制冷工质，是

17、制冷循环的工作介质，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，在冷凝器中凝结时放热。常用的有氨、氟利昂类、水和少数碳氢化合物等。3.载冷剂载冷剂：在间接冷却系统中，起冷量传输和分配作用的中间介质称为载冷剂。间接冷却的优点：可以减少制冷系的容积而减少制冷剂的充灌量。载冷剂的热容量较大，被冷却对象的温度易于保持恒定。载冷剂具备的条件：冰点低热容量大对设备的腐蚀性小，且价格低廉。常用的载冷剂有：无机盐的水溶液，称为冷冻盐水，是应用最广泛的的载冷剂，所用的盐有氯化钠、氯化钙、氯化镁等醇类及其水溶液，如甲醇、乙醇、乙二醇和丙二醇及其水溶液氯代或氟代烃类，如二氯甲烷、二氯乙烯、三氯一氟甲烷

18、及其他各种氟利昂等液态氨二、制冷系统设备1、制冷压缩机制冷压缩机可分为容积式和离心式（1）容积式制冷压缩机分类：往复活塞式制冷压缩机依靠活塞往复运动来改变气缸工作容积，分封闭式、半封闭式、开启式回转式制冷压缩机靠回旋体旋转运动改变气缸工作容积，分为滚动转子式，涡旋式、螺杆式以活塞式制冷压缩机最为常见（2）离心式制冷压缩机 原理：依靠离心力的作用，连续的将吸入的气体进行压缩 优点：工作稳定，性能高，寿命长，制冷能力大，可进行无极调节2、冷凝器 作用：是高温高压气体冷却，冷凝成高压液氨，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、套管冷凝器、外喷淋蛇管冷凝器3、膨胀阀与蒸发器（1）膨胀阀又称节流阀，高压液氨通过膨胀阀节流而降压，使高压液态制冷器受迫流过一个小过流截面，产生合适的局部阻力损失（或