Upload
akira
View
18
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
KÖZMŰVEK A BIOTECHNOLÓGIAI TERMELŐ ÜZEMEKBEN. Készítette: Mátyás Áron Simonkovich Sebestyén. A biotechnológia fő segédrendszerei. Üzemi gőzrendszerek Steril gőz rendszerek Hűtővízrendszerek Hűtőtornyok Sűrített levegő, komprimált gázok. I . Üzemi gőzrendszerek. Felhasználása: - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
KÖZMŰVEK A BIOTECHNOLÓGIAI
TERMELŐ ÜZEMEKBEN
Készítette: Mátyás Áron
Simonkovich Sebestyén
A biotechnológia fő segédrendszerei
I. Üzemi gőzrendszerekII. Steril gőz rendszerekIII. HűtővízrendszerekIV. HűtőtornyokV. Sűrített levegő, komprimált
gázok
I. Üzemi gőzrendszerek
• Felhasználása:– Hőforrás– Ritkább esetben: energia generálása– Soha nem érintkezik a termékkel
• Fő részek:– Vízmelegítők (bojlerek)– Tápvízkezelő (vízadagoló)rendszer– Elosztórendszer– Kondenzátum gyűjtő és elvezető rendszer
I. Üzemi gőzrendszerekKazánok(bojlerek)
• Tűzcsöves kazán
Vízcsöves kazán
I. Üzemi gőzrendszerekKazánok(bojlerek)
• Elektromos fűtésű kazán
1 Réztartály fűtőbetétekkel2 Automatikus légtelenítő3 Bekötési kapocsléc4 Biztosíték5 Mikroprocesszoros vezérlő6 Nyomáskapcsoló7 Keringető szivattyú8 Szivattyú légtelenítőı9 Csatlakozó csonkok ¾”10 Kábelátvezetés
1 Kazán/LE=0,45 kg víz elforralásához szükséges energia 100°C-on
Tűzcsöves kazánok
Vízcsöves kazánok
Elektormos fűtésű
kazánok
Teljesítmény
(kazán/LE)
5-575 300-7500
Gőzáram
(kg/h)
70-11500 115000-ig 5-2250
Üzeminyomás
(kPa)
1700-ig 4100-ig 4100-ig
I. Üzemi gőzrendszerek
Kazánok(bojlerek)
I. Üzemi gőzrendszerekKazánok összehasonlítása
• Tűzcsöves kazánok– Nem alkalmas magas nyomásra és hőmérsékletre– Biotechnológiai üzemekben a leggyakoribb
• Elektromos fűtésű kazánok– Magasabb fajlagos költség– Könnyebb üzembe helyezés– Kisebb helyigény– Nincs szükség kéményre– Kisebb üzemekben használják
• Tervezéskor figyelembe kell venni:– Kívánt gőznyomást és gőzmennyiséget– Üzemeltetési költségeket
I. Üzemi gőzrendszerekTápvízkezelő rendszer
• Vízkezelés célja: Gőzzel érintkező felületek védelme a vízkőtől és a korróziótól.
• Figyelembe kell venni:– A bejövő tápvízminőségét– Termelt gőz nyomását
• Szennyezések:– vízkeménység– foszfátok– szilikátok– oldott gázok– olaj– szilárd szennyezők
I. Üzemi gőzrendszerekTápvízkezelő rendszer
• Korróziót okozó gázok: O2 és CO2
– Eltávolításuk: kémia és fizikai módszer• Kémia módszer:
– Szulfitos kezelés: 1/2O2+Na2SO3->Na2SO4
– Hindrazinos kezelés O2+N2H4->N2+2H2O
• Fizikai módszer: (oldhatóság)– Deaerátorok (gázmentesítők)
– Vízkő ellen (pH 10,5-11 a cél)• lágyítás• ioncsere
I. Üzemi gőzrendszerTápvízkezelő rendszer
Deaerátor
I. Üzemi gőzrendszerElosztórendszer
Fanning egyenlet: Δp=f(1/2)ρv2(L/D)
Szerelvény L (csőát-mérőben)
szelep 340visszacsapó szelep 100
sarokszelep 55Pillangószelep 45
90°-os ív (r/d=1) 20Tolózár 8
f: csősúrlódási tényező
)7,3/Re/51,2log(2/1 dff
I. Üzemi gőzrendszerElosztórendszer
• Csövek anyaga: acél
• Csőkötés: hegesztett vagy karimás• Szigetelés:
• vastagsága és anyaga• gőz előállítási költsége vezéreli• leggyakrabban üvegszál
• Csövek vezetése:• áramlás irányába lejt• kondenzedények a legalacsonyabb ponton
I. Üzemi gőzrendszerekKondenzátum rendszerek
• Hőveszteség lép fel a csővekben, ez nyomáscsökkenéssel járó folyamat
• A kondenzálodott gőz a kondenzvíz:
• Kondenzátum gazdálkodás• a kondenzvíz hőmérséklete magas visszavezetve tápvízként
használható• a kondenzvíz nyomása magas nyomáscsökkentő állomásokon
expandáltatva kisebb nyomású gőz fejleszthető- Kondenzedény feladatai:• gőz áramlását lezárja (p tartás)• kondenzvizet eltávolítja• levegő eltávolítása
I. Üzemi gőzrendszerKondenzedények
Termodinamikus
Dilatációs (termosztatikus)
Súlyterhelésű
Fordított edényes
I. Üzemi gőzrendszerÜzemi gőz főbb felhasználása
• Műveleti fűtőközeg• Autoklávok• Bioszennyezők ártalmatlanítása• Steril gőz előállítása• Nedvesség-megkötők regenerálása• HVAC (Heating, Ventilation, Air Conditioning;
fűtés, szellőztetés, légkondícionálás)• WFI (Wate for Injection; injekciós vizek)
II. Steril gőzrendszerek
• Fő alkalmazásaFő alkalmazása• sterilezés • páratartalom szabályozása• WFI előállítása (pirogén-, baktérium és oldott szilárd anyag
mentes)• Nem feltétlen szükséges, csak ha FDA előírja (pl. gyógyszerek)• Előnye
- nagy hőkapacítás - felületeket nem szennyezi,
• Előállítása1.nagy tisztaságú vízből2.speciális gőzfejlesztőkkel
II. Steril gőzrendszerek Tápvízkezelés
Műveletek• szűrés• aktív szenes derítés (klóreltávolítás)• lágyítás: kation és anioncsere (gyanta) vagy
reverz-ozmózis
Előkezelt víz határértékei
II. Steril gőzrendszerek Steril gőz előállítása
GőzfejlesztőkGőzfejlesztők fő egységei:
- hőátadó felület
- nyomástartály
- szeparátor
- szabályozó elemek
A keletkező steril gőzben lévő vízcseppek eltávolítása nagyon fontos, mert pirogéneket szállíthatnak.
II. Steril gőzrendszerek Gőzfejlesztő típusai
• Típusai:
– Üst
– Termoszifon elvű
– Száraz aljú gőzfejlesztő
II. Steril gőzrendszerek Üst típusú gőzfejlesztő
• merülőforraló-elv• ritkán használják• vízcseppecske eltávolítása
II. Steril gőzrendszerek Termoszifon elvű gőzfejlesztő
Belépő vízHőcserélőSteril gőz a tetején távozik
II. Steril gőzrendszerek Száraz aljú gőzfejlesztő
• A filmbepárlóval azonos alapokon nyugszik• A cseppleválasztás ciklon-elven történik ( HATÉKONY)
II. Steril gőzrendszerek Steril gőz felhasználása
• Légtér páratartalmának beállítása• pótlevegő %-os aránya és relatív páratartalma• üzemben levegő relatív páratartalma• cirkulált levegő összes mennyisége és hőmérséklete• üzemi veszteség
• Autoklávok
• WFI• Sterilezés
A: steril gőz a köpenyben és a légtérben isB: üzemi gőz a köpenyben, steril gőz a belső térben
II. Steril gőzrendszerek Felhasználása
• SIP (Sterilization in Place)• Lépései:
• légtelenítésvákuumozás (gőzbefúvatás)/kiventillálás
• sterilizáló hőmérsékletre hevítés
• Hőntartás
• (hűtés)
• Első három lépéshez steril gőzt használunk
III. Hűtővízrendszerek
• Hűtővíz felhasználása:• A túlmelegedés megakadályozására (reakcióhő
elvonása• Alacsony hőmérsékleten végzett műveletek• Sterilezés utáni hűtés• Légkondicionálás, helységek hűtése
• Hűtőközeg• 6°C felett víz• 6°C alatt propilénglikol-víz vagy etilénglikol-víz
(ritkábban) elegy (20-40%)
Hűtőrendszerek elrendezése• Közvetlen hűtés is megoldható lenne, de drágább, több helyet foglal, a
hűtővíz más műveletekre is felhasználható, ezért hűtőrendszerek alkalmazása kézenfekvőbb
• Főbb berendezések:
– Kompresszor (lengő, kis teljesítmény esetén / centrifugál nagy teljesítmény esetén)
– Kondenzátor (vizes / levegős)– Expanziós szelep– Bepárló (hőcserélő)– Keringető szivattyú– Levegő szeparátor– Expanziós tartály
III. Hűtővízrendszerek
• 1. CD: Hűtőközeg összenyomása, hőmérséklet és entalpia nő
• 2. DA: Hűtőközeg lekondenzálása, hőmérséklet csökken (hűtőtorony)
• 3. AB: Hűtőközeg kitágulása, expanziós szelepen keresztül, pára képződik, csökken a hőmérséklet
• 4. BC: Hűtőközeg elpárolog, állandó nyomáson, energiaátadás a hűtővíz és a hűtőközeg között
Hűtővíz rendszer sematikus ábrája
Hűtőrendszerek felépítése• 1. CD: Hűtőközeg
összenyomása, hőmérséklet és entalpia nő
• 2. DA: Hűtőközeg lekondenzálása, hőmérséklet csökken (hűtőtorony)
• 3. AB: Hűtőközeg kitágulása, expanziós szelepen keresztül, pára képződik, csökken a hőmérséklet
• 4. BC: Hűtőközeg elpárolog, állandó nyomáson, energiaátadás a hűtővíz és a hűtőközeg között
gőz
folyadék
Hűtőrendszerek tervezése• Méretezés a hűtendő, ill. HVAC rendszerek igénye
alapján– Folyamatos / Szakaszos terhelés (Heating, Ventilation, Air Conditioning)
• Víz-Glikol arány: 20-40 %• A glikol csökkenti a közeg hőkapacítását
• Csövek anyaga:• Réz (50 mm-ig)/Szénacél/kombináció
• Fagyásmentesítéshez:• Megfelelő áramlás megtartása, recirkuláró bypass szelep
IV. Hűtőtornyok
• Mechanikailag levegőztetett hűtőtornyokat alkalmaznak a biotechnológiában
Alkalmazása:
• Hűtővíz energiájának felvételére• Hűtőrendszerek keringető vizét adhatják, ha nincs
szükség extrém alacsony hőmérsékletre• 5-11 0C-os hűlés, 29 0C körüli kimeneti hőmérséklet,
de ez a környezettől, tervezéstől függ
Működési elv
• A meleg víz közvetlen kontaktusba kerül a vízgőzre telítetlen levegővel
• Folyékony állapotban maradó része energiát ad le az elpárolgó résznek, ezáltal lehűl
Evaporatív hűtőrendszerek
Szívóüzemű
(Indukált keringetésű)
Nyomóüzemű
(kényszer keringetésű)
Légmozgató rendszer helyzete szerint
Víz- és levegőáramok szerint
Ellenáramú Keresztáramú
Természetes keringetésű
Mesterséges keringetésű
Hűtőtornyok VízpermetezőkHűtőtavak
Hűtőtornyok
Szívóüzem, ellenáram
(legelterjedtebb)
Szívóüzem, keresztáram
Nyomóüzem, ellenáram
Hűtőtornyok
Méretezés
2
1
T
T
p dTii
c
L
KAV
2
1
T
T
p dTii
cMeMerkel egyenlet:
K : anyagátadási koefficiens [kg/m2s]A : levegő-víz kontakt felület [m2]V : térfogat [m3]L : vízarány [kg/m2s]cp : nedves levegő fajhője [J/kgK]i* : telített levegő entalpiája a víz hőmérsékletén [J/kg]I : levegő entalpiája [J/kg]T1 : a toronyba belépő víz hőmérséklete [°C]
T2 : a toronyból kilépő víz hőmérséklete [°C]Me : Merkel-szám [-]
Az egyenlet alapja, hogy a hőátadás hajtóereje a víz és a levegő között az entalpiaváltozás.
Töltetek• Fröcskölő típusú• Ütközéses mechanizmus
– Nő a hulló cseppek tartózkodási ideje– Fa, műanyag, fém töltet– Kevésbé hajlamos eldugulásra
• Film típusú• Függőleges lapok – ált. redőzött
– Érintkezési felület nő– Csorog le a víz– Mostanában ez utóbbit használ-ják, így kompaktabb a torony
Vízkezelés
Vízkezelés
• Megoldások
• elvétel és folyamatos tiszta víz adagolás- Elektrolit mennyiségét csökkenti- Fémfelületek óvása inhibitorokkal
• vízkő ellen: kénsavas kezelés• Kálcium-szulfát keletkezik, jobban oldódik, nagy
koncentrációt mellőzni kell
• algák ellen: klóros kezelés• Szakaszosan lehet alkalmazni, mert korróziót okoz
V. Sűrített levegő, komprimált gázok
Felhasználás:
• bioreaktorok oxigénellátása
• szabályzókörök működtetése
• folyadékáramok mozgatása
• sterilezés után hűtőközeg
• egyes gépek hajtóközege
Sűrített levegő, komprimált gázok
Steril levegő esetén:
• sterilre szűrés- steril termék esetén a levegőt szűrik
• olaj- és vízmentesség- Olaj és vízmentes a levegő, mivel érintkezhet a
termékkel
• száraz gőzt alkalmaznak
Kompreszorok
• Az elrendezés függ a levegő mennyiségétől, a kiáramló levegő nyomásától
• Csavar vagy dugattyús kompresszorok– Kenőolajmentes
• Csövek: szénacél, polírozott saválló acél, K-típusú rézcsövek,
Kétfokozatú kompresszor fogadótartállyal és szárítóval
II. fokozat
Köztes hűtő(hőcserélő) Utóhűtő
I. fokozat Fogadótartály(nyomáskiegyenlítés)
Szárító
I. Fokozat: sűrítésHűtésII. Fokozat: sűrítésHűtésNyomáskiegyenlítésSzárítás
Komprimált gázok
• Felhasználás:– Csövek és Berendezések nyomástesztelésére– Fermentor levegőt készítenek belőle– Inert atmoszféra képzése– Szállítóedények nyomás alá helyezése
• Alkalmazott Gázok:– O2: levegőztetés, levegődúsítása– N2: inert atmoszférának– Szintetikus levegő (80% N2, 20% O2)
• Sűrített levegőként vagy folyadék formájában tárolják
Komprimált gázok
• Nagynyomású (sűrített) gázok: - főként kis gázigény estén használják
(elterjedtebb)
• Cseppfolyós gázok: - napi 1-3% veszteség, nagy gázigények esetén
használják
Gázszolgáltatás membrán-technológiával•előnye: alacsony üzemeltetési költség•hátránya: alacsony nyomású gáz, nem megfelelő gáztisztaság
Összefoglalás, következtetés
• A közművek méretezése és létrehozása három fő részből áll:
• 1. Pontos felmérés az üzem adottságairól, a felszereltségről, az előállított termék mennyisége és minősége
• 2. A megfelelő nyomás és hőmérséklet meghatározása a közműhálózat pontjaiban
• 3. A potenciális fejlesztések, alternatívák alkalmazásának lehetősége
Kérdések:
Milyen kazánokat alkalmaznak?
Milyen korróziót okozó gázok vannak és hogyan távolítjuk el őket(milyen módszer)?
Mikre használjuk az üzemi gőzöket?
Mire alkalmazzák a steril tiszta gőz rendszereket?
Milyen két típusát különböztetjük meg a hűtőközegnek? (hőmérséklet alapján)
Mire alkalmazzák a hűtőtornyokat?
Köszönjük a figyelmet!