Древесно-подготовительное отделение биохимического завода мошностью 40 тыс. т кормовых дрожжей в год и расчет ленточного конвеера

Введение
1 Технологическая схема оборудования
2 Расчет, выбор и обоснование типа оборудования
3 Описание устройства
4 Расчет потребляемой мощности
Выводы
Список использованной литературы

Древесно-подготовительное отделение биохимического завода мошностью 40 тыс. т кормовых дрожжей в год и расчет ленточного конвеера

К механическим средствам относятся упоминавшиеся выше лесотранспортеры и ленточные конвейеры. При транспортировке измельченного сырья на короткие расстояния применяют винтовые и скребковые конвейеры. Ширина скребков до 800 мм, длина конвейеров до 100 м, скорость движения щепы до 1 м/с, производительность 20-70 м3/ч.Транспортировка сырья в вертикальном или крутонаклонном положении (>60°) проводится с помощью ковшовых элеваторов. Вместимость ковша 0,75-15 л, ширина ленты 150-350 мм, высота до 20 м, производительность до 90 м3/ч.При транспортировке измельченного сырья на короткие расстояния (до 100 м) наиболее экономичны ленточные конвейеры. Однако при перемещении сырья на большие расстояния предпочтение следует отдать пневмотранспортным установкам, которые расходуют мало электроэнергии,а также обеспечивают высокую степень механизации и автоматизации процесса. В связи с этим в современных схемах сырьевых цехов гидролизных заводов предусматривается использование комплексно-автоматизированных систем трубопроводного транспорта на большинстве основных потоков измельченного сырья (как древесного, так и растительных отходов сельскохозяйственного производства) [2].Производительность пневмотранспортных установок зависит от скорости движения аэросмеси и диаметра транспортных трубопроводов. В частности, пневмоконвейеры низкого давления с диаметром трубопровода 150 мм и скоростью течения 16 м/с имеют производительность по сырью 17 м3/ч; при диаметре 250 мм и скорости 20,8 м/с производительность составляет 63,4 м3/ч. При транспортировке опилок 1 м3 воздуха перемещает 0,4-0,5 кг древесины.Пневмоконвейеры высокого давления при повышенной концентрации аэросмеси оборудуют мощными вентиляторами или воздуходувками, обеспечивающими скорость перемещения сырья более 40 м/с. Производительность таких установок при транспортировке щепы достигает 250 м3/ч; перемещение сырья производится на расстояние до 1,5-2 км.Для перемещения щепы к месту ее хранения, погрузки или выгрузки из транспортных средств используют различные типы пневмопогрузчиков. В частности, пневмопогрузчик ЛТ-67 подает щепу на расстояние 75-140 м при производительности 15-30 м3/ч; диаметр трубопровода 319 мм [2].На рис. 1 приведена принципиальная технологическая схема подготовки древесного сырья для дрожжевого и спирто-дрожжевого производства, разработанная в НПОгидролизпром.Рисунок 1 – Принципиальная технологическая схема подготовки древесного сырья: 1 – автомобильные весы; 2 – железнодорожные весы; 3 – конвейерные весы; 4 – консольно-козловые краны; 5 – площадка для разгрузки автотранспорта; 6 – штабеля длинномерной древесины; 7 – куча коротья; 8 – разобщитель пачек бревен; 9 – тарельчатый питатель; 10 – конвейер коротья; 11 – конвейер долготья; 12 – измеритель объема круглых лесоматериалов; 13 – металлоискатели; 14 – лесонакопитель; 15 – перегружатель; 16 – ножевая рубительная машина; 17 – многорезцовая рубительная машина; 18 – бурорыхлительная установка; 19 – разгрузчики сыпучих материалов; 20 – открытый склад опилок; 21 – открытый склад щепы; 22 – устройство предварительной очистки; 23 – железоотделитель; 24 – камнеловушка; 25 – дезинтегратор крупнокусковых включений; 26 – сортировка; 27 – дезинтегратор крупной фракции; 28 – склад подготовленных опилок; 29 – склад подготовленной щепы.Схема предусматривает подготовку привозного измельченного сырья – опилок и технологической щепы и переработку технологических дров – длинника и коротья. Поставка сырья осуществляется автомобильным и железнодорожным транспортом и с помощью конвейеров с соседних лесопильных и деревообрабатывающих предприятий [2].Количество поступающего сырья замеряют с помощью автомобильных 1, железнодорожных 2 и конвейерных 3 весов. Выгрузку технологических дров проводят консольно-козловыми 4 или мостовыми кранами. Длинномерную древесину укладывают в штабеля 6, короткомерную – в кучи 7. После разобщителя пачек бревен 8 долготье поштучно конвейером 11 подается в многорезцовую рубительную машину 17. Устройство для замера круглых лесоматериалов 12 и металлоискатель 13 сблокированы с приводом конвейера, что позволяет фиксировать и удалять из потока с помощью перегружателя 15 бревна повышенного диаметра и бревна с металлическими включениями.Короткомерную древесину из кучи 7 с помощью грейферного крана подают в тарельчатый питатель 9, затем конвейером 10 в ножевую рубительную машину 16. Щепа из рубительных машин направляется на сортирование.Привозное измельченное сырье разгружают с помощью разгрузчиков сыпучих материалов 19 и хранят на открытых складах 20, 21. Предварительную очистку сырья от крупнокусковых древесных, металлических и минеральных включений проводят на устройствах 22. На камнеловушке 24 проводится гидравлическая очистка крупнокусковых включений от тяжелых примесей, которые удаляются в отвал; древесина на дезинтеграторе 25 измельчается в щепу [2].Все три технологических сырьевых потока (щепу собственной рубки, привозную щепу и опилки) подвергают раздельному сортированию на ситовых сортировках 26, на которых отделяется крупная фракция с размером частиц более 30-40 мм. Эта фракция подвергается доизмельчению на дезинтегрирующем устройстве 27 (рубительной машине, дезинтеграторе или молотковой дробилке).Отсортированное кондиционное сырье хранится на закрытых складах 28, 29. Вместимость бункеров этих складов должна обеспечивать 1-2-сменный запас сырья. Бункера должны иметь разгрузчики с регулируемой производительностью для подачи на гидролиз сырьевой смеси с заданным соотношением щепы и опилок. Подачу сырья на гидролиз осуществляют с помощью ленточных, либо пневмоконвейеров. При использовании щепы на загрузку в качестве «подушки» требуется раздельная подача на варочную площадку опилок и технологической щепы [2].2 Расчет, выбор и обоснование типа оборудованияОсновная масса продуктов гидролизной промышленности производится биотехнологическими методами путем выращивания микроорганизмов на различных питательных средах и использования полученной биомассы или продуктов ее жизнедеятельности в качестве товарного продукта (этиловый спирт, кормовые и пищевые дрожжи, углекислота и др.). Часть продуктов получается химическими методами непосредственно из сырья (фурфурол и его производные, ксилит и др.) или из отходов производства (лигнопродукция, органоминеральные удобрения, биожир и др.).Все биотехнологические процессы, независимо от потребляемого сырья и получаемого товарного продукта, имеют следующие общие стадии: 1. Подготовка питательной среды необходимых для данного процесса состава и концентрации. 2. Выращивание микроорганизмов на этой питательной среде в оптимальных для их жизнедеятельности и воспроизводства условиях (температура, рН, достаточное количество кислорода, питательных солей, макроэлементов и др.). 3. Выделение биомассы или продуктов ее жизнедеятельности и доведение их до товарного вида (концентрация, разделение, сушка, грануляция, упаковка и т.п.). 4. Утилизация и обезвреживание твердых и жидких газообразных отходов. В зависимости от потребляемого сырья и целевого продукта эти стадии имеют различную степень сложности и соответствующее аппаратурное оформление.Наибольшую сложность представляет проектирование предприятий, потребляющих растительное сырье, которое требует сложной обработки для получения из него полноценных питательных сред. Один из наиболее ответственных этапов технологического проектирования – анализ полученных исходных данных, составление материального баланса на их , основе, расчет и выбор оборудования [3].Исходные данные для составления материального баланса и расчета оборудования процесса гидролиза с раздельным отбором пентозного и гексозного гидролизата приведены ниже завода по производству кормовых дрожжей мощностью 40 тыс. т в год на основе древесного сырья.Расчет суточного материального баланса.Процесс гидролиза. Суточная производительность завода по товарным дрожжам влажностью 10 % равна:40000 / 345 = 115,94 т/сут ≈ 116 т/сут,где 40000 т/год – годовая производительность завода по товарным дрожжам; 345 – число рабочих дней в году.Количество товарных дрожжей, получаемых с 1 т абсолютно сухой древесины а.с.д.:1 · 0,42 · 0,955 · 0,5 · 0,93 / 0,9 = 0,207 тгде 0,42, или 42 %, - выход общих редуцирующих веществ РВ от а.с.с; 0,955 - коэффициент, учитывающий 4,5 % потерь РВ в процессе подготовки субстрата к биохимической переработке; 0,5, или 50 %, - выход абс. сухих дрожжей (по ферментатору) с учетом II стадии ферментации и напорной флотации; 0,93 – коэффициент, учитывающий 7 % потерь дрожжей при сепарации, сушке и упаковке; 0,9 – коэффициент, учитывающий 10 %-ную влажность товарных дрожжей.Количество абсолютно сухой древесины для выработки дрожжей: 116 / 0,207 = 560,4 т/сут, в том числе: хвойной древесины влажностью 50 %:560,4 · 0,5 = 280,2 т/сут; лиственной древесины влажностью 50 %:560,4 · 0,5 = 280,2 т/сут; С учётом влажности сырья его расход составит: для хвойного сырья влажностью 50 %280,2 / 0,5 = 560,4 т/сут; для лиственного сырья влажностью 45 %:280,2 / (1-0,45) = 509,5 т/сут. Всего расход влажного сырья составит: 560,4 + 509,5 = 1069,9 т/сут.Содержание влаги в сырье в хвойной древесине:560,4 – 280,2 = 280,2 т/сут; в лиственной:509,5 – 280,2 = 229,3 т/сут. Всего влаги в сырье:280,2 + 229,3 = 509,5 т/сут.Количество получаемого абсолютно сухого лигнина:280,2 · 0,4 + 280,2 · 0,35 = 210,15 т/сут.где 0,4, или 40 %,- выход абсолютно сухого лигнина с 1 т абсолютно сухой хвойной древесины; 0,35, или 35 % – выход абсолютно сухого лигнина с 1 т абсолютно сухой лиственной древесины; при влажности 65 %: 210,15 / (1 - 0,65) = 600,43 т/сут.Количество влаги в лигнине после "выстрела" в циклон:600,43 - 210,15 = 390,28 т/сут. ]Количество испаряющейся влаги при "выстреле" лигнина в циклон:x=210,15∙1,47∙169,6-99,1+(390,28+x)∙(720-416,6)2266,3x=71,42 т/сутгде 210,15 - количество абсолютно сухого лигнина, т/сут; 1,47 – теплоемкость лигнина, кДж/ (кг · °С); 169,6 и 99,1 – температура при давлении Р = 0,8 МПа и Р = 0,1 МПа, °С; 390,28 – количество влаги в лигнине, т/сут; 720 – теплосодержание при Р = 0,8 МПа, кДж/кг; 416,6 – теплосодержание при Р = 0,1 МПа, кДж/кг; 2266,3 – теплота испарения при Р = 0,1 МПа, кДж/кг.Количество жидкости, подаваемой на загрузку:560,4 · 2,5 = 1401 т/сут,где 560,4 – количество а.с:д, т/сут; 2,5 – модуль подачи жидкости на загрузку.Количество гидролизата после решофёрно-испарительного узла:Пентозного:560,4 · 5 = 2802 т/сут; Гексозного:560,4 · 9 = 5043,6 т/сут,где 5 и 9 – модули отбора пентозного и гексозного гидролизатов после решофёрно-испарительного узла. IКоличество серной кислоты (моногидрата) в жидкости, подаваемой на загрузку:1401 · 0,01 = 14,01 т/сут,где 0,01, или 1 % - концентрация моногидрата серной кислоты в жидкости, додаваемой на загрузку; При концентрации 92,5%:14,01 / 0,925 = 15,15 т/сут. Количество моногидрата серной кислоты, расходуемого на нейтрализацию зольных элементов сырья:(280,2 · 5 + 280,2 · 8) / 1000 = 3,64 т/сутгде 5 и 8 — количество моногидрата серной кислоты, нейтрализуемого зольными элементами, соответственно хвойного и лиственного сырья, кг/т а.с.д.Количество серной кислоты, расходуемой на гидролиз моногидрата:(280,2 · 65 + 280,2 · 70) / 1000 = 37,83 т/сутгде 65 и 70 – расход серной кислоты (моногидрата) на гидролиз сырья, соответственно хвойной и лиственной древесины, кг/т а.с.д.; При концентрации 92,5 %:37,83 : 0,925 = 40,9 т/сут.Количество моногидрата серной кислоты, уносимое с лигнином:560,4 · 0,0035 = 1,96 т/сут,где 0,0035, или 0,35 % - количество моногидрата серной кислоты, уносимое с лигнином, отнесенное к а.с.д.Количество серной кислоты (моногидрата), поступающей на нейтрализацию:37,83 - (1,96 + 3,64) = 32,23т/сут.Расход пара на прогрев содержимого гидролизаппарата перед началом парки составит:560,4∙1,43∙145-0+509,5∙612,4-0+1401∙(612,4-80)(2904-612,4)∙0,95=539,32 т/сутгде 560,4 – расход абсолютно сухой древесины, т/сут; 1,43 – теплоемкость древесины, кДж/(кг · °С); 145 – конечная температура нагрева, °С; 0 – среднегодовая температура сырья, °С; 509,5 – количество влаги в сырье, т/сут; 612,4 – теплосодержание конденсата, соответствующее температуре 145 °С, кДж/кг; 1401 - количество жидкости, подаваемой на загрузку, т/сут; 2904 – теплосодержание пара при давлении 1,6 МПа и температуре 240 °С, кДж/кг; 0,95 – коэффициент, учитывающий 5 % потерь тепла в окружающую среду.Количество паров самоиспарения, образующихся при испарении гидролизата:пентозного (испарение в одну ступень):x=(2802+x)∙612,4-437,3∙0,972253,x=228,46 т/сутгде 612,4 и 437,3 – теплосодержание гидролизата, поступающего на испарение и после испарения, кДж/кг; 0,97 – коэффициент, учитывающий потери тепла в окружающую среду (3 %); 2253 – теплота испарения при температуре 104°С, кДж/кг;гексозного (испарение в три ступени):iii – ступень:xiii=(5043,6+xiii)∙(548-437,3)∙0,972253,xiii=252,41 т/сутгде 548 - теплосодержание гидролизата, поступающего на III ступень испарения, кДж/кг;ii – ступень:xii=(5043,6+252,41+xii)∙(634,2-548)∙0,972181,xii=211,13 т/сутгде 634,2 – теплосодержание гидролизата, поступающего на II ступень испарения, кДж/кг; 2181 – теплота испарения гидролизата при температуре 130 °С, кДж/кг. i – ступень:xi=(5043,6+252,41+211,13+xi)∙(752,2-634,2)∙0,972121,xi=314,15 т/сутгде 752,2 – теплосодержание гидролизата, поступающего на I ступень испарения, кДж/кг; 2121 – теплота испарения гидролизата при температуре 150 °С, кДж/кг.Количество паров самоиспарения, образующихся на трех ступенях испарения:252,41 + 211,13 + 314,15 = 777,69 т/сут.Количество жидкости, испарившейся в инверторе:2802∙(437,3-416,2)2266,3=26,09 т/сутгде 416,2 —теплосодержание гидролизата при температуре 99 °С, кДж/кг. Количество пентозного гидролизата, подаваемого на нейтрализацию:2802 – 26,09 = 2775,91 т/сут.Количество жидкости, испарившейся в сборнике гидролизата:5043,6∙(437,3-416,2)2266,3=46,96 т/сутгде 2266,3 – теплота испарения при атмосферном давлении, кДж/кг. Количество гексозного гидролизата, поступающего на нейтрализацию:5043,6 – 46,96 = 4996,64 т/сут.Количество гидролизата, отбираемого из гидролизаппарата (до решоферно-испарительного узла):Пентозного: 2802 + 228,46 + 26,09 = 3056,55 т/сут;Гексозного:5043,6 + 777,69 + 46,96 = 5868,25 т/сут.Расчет материального баланса процесса гидролиза, т/сут, приведен ниже в табл. 1 [3].Таблица 1 – материальный баланс процесса гидролизаПриход Расход Абсолютно сухое сырье, т560,4Лигнин абсолютно сухой210,15Влага в сырье, т509,5Влага:Жидкость на загрузку, т1401лигнина390,28Серная кислота концентрацией 92,5 %40,9испарившаяся из лигнина при«выстреле»71,42Пар на нагрев содержимого гидролизаппрата539,32Пары самоиспарения гидролизата:Варочная смесь после струйного подогревателя (на пентозный и гексозный гидролиз)xПентозного после испарителей228,46Всего 3051,12+xГексозного после испарителей777,69x = 9523,6 - 3051,12 = 6472,48 т/сутПентозного в инверторе26,09Гексозного в сборнике гидролизата46,96Гидролизат на нейтрализацию:Пентозный 2775,91Гексозный 4996,64Всего 9523,6Количество варочной смеси, поступающей на пентозный и гексозный гидролиз, определяем в соответствии с гидролизатом, отбираемым из гидролизаппарата:на пентозный гидролиз:6472,48 · 3056,55 /(3056,55 + 5868,25) = 2216,68 т/сут;на гексозный гидролиз:6472,48 - 2216,68 = 4255,8 т/сут.Количество пара, расходуемого на нагрев варочной смеси, поступающей на пентозный гидролиз:x=(2216,68+x)∙(634,2-505,3)∙1,042904-634,2,x=139,14 т/сутгде 634,4, 505,3 – соответственно теплосодержание жидкости при 150 °С и при 120 °C, кДж/кг; 1,04 - коэффициент, учитывающий потери тепла в окружающую среду (4%).Количество пара, расходуемого на нагрев варочной смеси, поступающей на гексозный гидролиз:y=(4255,8 +y)∙(796,7-505,3)∙1,042904-796,7,y=714,84 т/сутгде 796,7 – теплосодержание жидкости при 187 °С, кДж/кг.Количество варочной смеси, необходимое на загрузку сырья, при пентозном и гексозном гидролизе:1401 + (6472,48 - 139,14 -714,84) =7019,5 т/сут.Расчет основного технологического оборудования.Дрожжевое производство. Гидролизаппараты. Исходные данные: расход абсолютно сухого сырья – 560,4 т/сут, оборот гидролизаппарата - 300 мин, плотность загрузки сырья в гидролизаппарат в расчете на абсолютно сухую массу - 0,16 т/м3; время остановки гидролизаппарата в течение года - 86 сут; коэффициент, учитывающий заполнение гидролизаппарата сырьем, -0,97; номинальный объем гидролизаппарата - 80 м3; полезный объем гидролизаппарата - 64,5 м3,Расчет. Число действующих гидролизаппаратов:560,4∙30064,5∙0,97∙0,16∙24∙60=12 шт.Резервное число гидролизаппаратов:12 · 86/365 = 3 шт.К установке принимаются гидролизаппараты футерованные, периодического действия, объемом 80 м3 в количестве 15 шт.Испарители гидролизата (табл. 2). Исходные данные: Допустимые паронапряжения в свободном объеме испарителей гексозного гидролизата по ступеням: i - 310 м3/(м3 · ч), Р = 0,485 МПа; ii – 560 м3/(м3 · ч), Р = 0,275 МПа; iii - 1200 м3/(м3 · ч), Р = 0,119 МПа; допустимое паронапряжение в свободном объеме испарителей пентозного гидролизата 1200 м3/(м3 · ч); P =0,119 МПа; коэффициент, учитывающий объем парового пространства в испарителе, - 0,6 [3].Таблица 2 – Расчет по ступеням объема испарителейСтупени испаренияДавле-ние по ступеням, МПаКоли-чество испаряе-мой влаги, т/сутУдель-ный объем пара, м3/кгОбъем паров самоиспарения, м3/чОбъем испарите-лей, м3i0,485314,150,3926314,15∙1000∙0,392624=5138,975138,97310∙0,6=27,6ii0,275211,130,6683211,13∙1000∙0,668324=5879,095879,09560∙0,6=17,5iii0,119252,411,466252,41∙1000∙1,46624=15418,0415418,041200∙0,6=21,4Испаре-ние пентоз-ного гидроли-зата0,119228,461,466228,46∙1000∙1,46624=13955,1013955,11200∙0,6=19,4К установке принимаются испарители футерованные объемом 20 м3 (полезный объем 18 м3) в количестве 18 шт. [3].3 Описание устройстваОсновным элементом ленточного конвейера является гибкая замкнутая лента, на которой транспортируется груз.Диапазон производительности широко распространенных ленточных конвейеров — от нескольких тонн до нескольких десятков тысяч тонн в час при большой длине без перегрузочного транспортирования груза. Простота конструкции, малый собственный вес, высокая надежность работы и простота эксплуатации обеспечивают низкую себестоимость перемещения груза. Некоторым недостатком ленточных конвейеров является относительно высокая стоимость прорезиненной ленты (которая наиболее широко распространена); она составляет почти 50 % общей стоимости машины [3, 4].Ленточный конвейер является широко распространенным типом транспортирующих машин непрерывного действия с тяговым элементом.Рисунок 2 – Схема ленточного конвейераЛенточный конвейер состоит из следующих элементов (рис.