发酵工厂中空气净化工艺的合理选择

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1、发酵工厂中空气净化工艺的合理选择无菌空气是通气发酵过程中的关键流体。它用于细菌的培养、发酵液的搅拌、液体的输送以及通气发酵罐的排气。在通气发酵过程中,空气系统的染菌一直被列为发酵生产的第一污染源。据报道,由于空气系统纰漏而导致发酵染菌,在总染菌数中比率高达19.96%,而我国的生产现状还远远高出这一数据。为了防止压缩空气染菌给发酵液造成污染,进入发酵罐的空气必须达到(0.5μm)100级净化标准,即每立方英尺空气中含有≥0.5μm的微粒数应≤100个。目前,空气净化的主要方法是通过介质过滤达到除菌目的。为了保证过滤后的空气达到净化标准,过滤前的

2、空气要进行降温、除水、除油、减湿的预处理。据文献记载,只有当压缩空气的相对湿度φ≤60%,高效过滤器内的过滤介质保持干燥时,空气通过高效过滤方能达到过滤的期望值。因此,发酵空气净化实际上包括两部分:一是空气的预处理;二是选择性能优良的过滤介质和过滤设备。怎样使科学合理、经济实用的工艺与完善的工程设计有机地结合,使空气系统在优化条件下运行,是发酵行业工程设计者不懈努力的目标。   1发酵工厂常用的空气预处理路线   1.1标准路线(流程1)   该流程系80年代初由华东化工学院等单位提出。其工艺成熟,操作方便,适应各种气候条件,不受大气的绝对湿含

3、量和相对湿度的影响。  随着科学技术的进步,传统理论和处理方法不断完善,特别是近年来空压机的技术有了突飞猛进的发展。由于空压机选型不同,空气预处理的流程也不同。传统的活塞式机型容量小,规模生产时需要多台组合,且要用空气贮罐来消除排气产生的脉冲。目前发酵工厂多选用出气稳定、容量大的涡轮式或螺杆式机型,不必设置空气贮罐。改进后的流程增加丝网除沫器,加强了除雾滴能力。  1.2混合型路线(流程2)41  此流程适用于中等湿含量的地区,其特点是将部分来自空压机的热空气不经冷却,而直接与大部分经降温除水的冷空气混合进入过滤器,可省去加热器;气体进过滤器的

4、控制指标与流程1相同;流程比较简单,冷却水用量相对节省。流程控制的关键是:空气的冷却温度和空气分配比的关系会随采风口所吸取空气的参数而变化。    该流程的特点是经降温除水的冷空气进换热器与来自空压机的热空气进行热交换,将冷空气温度提至30~35℃后去过滤器过滤,省去加热蒸汽;热空气经换热后降低了进冷却器的温度,节省了冷却水用量。其不足是空气的传热系数小,传热面积需要很大。  1.4热空气路线(流程4) 41  该流程的特点是空压机出口的压缩空气在高温情况下保持相对湿度φ≤60%,沿输送管道壁自然冷却后去过滤器,过滤后直接进发酵罐。空气所带的热

5、量除部分自然冷却外,余热全部转移到发酵罐冷却。   1.5综合型路线(流程5)    该流程的特点是,将空气处理系统从空压站移至发酵车间,利用管路的管壁沿程降温冷却,减轻冷却器的负荷。经验数据是空压机出口的压缩空气经总管每走1米长度,可降低温度0.5~1℃。空压站到发酵车间一般有几十米长的距离,经管壁散发的热量相当可观,可节约大量的冷却水。采用该流程时因长距离输送热空气,管径比较大,管材用量多,要增设管道热补偿器以减少热推力,并增加重型管架以防侧推力破坏。   2从节能角度选择流程   据有关文章统计,上述五种工艺路线的能耗(kW)比较如表1所

6、示。   上表说明,相对流程1而言,流程2、3可节约10%冷量;流程4可省去空气预处理的冷量,但在发酵罐中增加了冷却量,其综合指标约节省冷量40%;流程2、3、4均不设加热器。在流程5中压缩空气(采用涡轮式空压机,出口温度为130~140℃)通过长距离管道输送进入一级冷却器,输送过程可自然降温冷却,既节约冷却水,又减少运行费用。   41笔者在设计华中地区某抗菌素厂时,针对该地区缺水(工业用水需从地下200米抽取)的状况,采用流程5,即1200m³/min的压缩空气经80多米长的风管(Φ1000)输送到发酵车间,沿程可自然降温30~40℃,每年

7、可为工厂节约10万元的水费。而增加约10万元一次性投资(其中补偿器4只,重型管架6架等),仅相当于一年节约的水费。3不同地区、气候条件下流程的选择压缩空气减湿的目的在于保证除菌过滤器在压力露点温度以上运行,以及维持操作状态下的压缩空气在相对湿度φ≤60%左右通过过滤器。由于工厂所处地理位置、环境条件和装备条件不同,工艺流程的制定也不同。当工厂处于污染比较严重的环境中,应注意采风口的条件,以减轻过滤器的负荷。在江南暖湿地区则要加强除水措施,耗油大的空压机型应设置高效除油雾设备。在满足φ≤60%的前提下,压缩空气以发酵罐温度为基准±3℃进罐为宜。前

8、述某抗菌素厂所在地气候干燥,冬季的平均气温为5~6℃,相对湿度φ≤75%~85%。采用流程5处理空气,常年控制的工艺指标为:一冷出口空气35~40℃;