Проект дрожжевого цеха

Широко распространена конструкция аппаратов с выносной греющей камерой, так как обладает рядом преимуществ перед выпарными аппаратами со встроенными в корпус трубчатыми подогревателями. Аппараты с выносными подогревателями и принудительной циркуляцией обеспечивают лучшие условия и большие скорости циркуляции упариваемой жидкости, а следовательно, более высокий коэффициент теплопередачи и возможность свободного доступа к трубчатому подогревателю для чистки или ремонта. Принцип работы выпарных аппаратов с естественной циркуляцией, обусловленный только разностью удельных весов жидкости в испарителе и подогревателе, имеет большое применение при упаривании невязких жидкостей. Таким образом, для данной технологической схемы выбираем выпарной аппарат с принудительной циркуляцией и с выносной греющей камерой [2].

2.6 Виды сушилок, применяемых для высушивания дрожжей

Далее дрожжевой концентрат направляется в сушилку для высушивания дрожжей до остаточной влажности менее 10 %. Для получения сухих дрожжей, пригодных к длительному хранению и перевозкам, применяются различные способы сушки. На заводах малой производительности, работающих преимущественно на спиртовой барде, используются вальцовые сушилки с испарительной способностью от 2 до 6 т влаги в час. Дрожжи, высушенные на вальцовых сушилках, имеют вид тонких, хрупких, полупрозрачных листочков желтого или коричневого цвета. В таком виде они имеют небольшую объемную массу, что затрудняет их упаковку.

В данной технологической схеме будем использовать распылительную сушилку, которая получила наибольшее распространение. Процесс сушки основан на тонком распылении дрожжевого концентрата в камере, заполненной горячим воздухом. Мелкие капли дрожжевого концентрата в этих условиях быстро высыхают и в виде светло-желтого порошка падают на дно сушилки. Производительность распылительных сушилок по испаряемой влаге равна 4-25 т/ч. Для стабильной и безопасной работы распылительных сушилок необходима правильная организация процесса сушки, обеспечивающая высыхание капель жидкости до достижения стенок сушилки.

Высушенные дрожжи из конической части сушилки пневмотранспортом подаются в циклоны, где происходит двухступенчатая очистка отработанного воздуха, затем в бункер дрожжей и далее на упаковочно-взвешивающую машину производительностью 2т/ч [3].

Таким образом, процесс производства белковых кормовых дрожжей будем поводить по следующей схеме: стадия ферментации осуществляется в дрожжерастильном аппарате с эрлифтной системой воздухораспределения; флотация проводится в одноступенчатом пятисекционном флотаторе с производительностью 100 м3/ч; дальнейшее концентрирование дрожжевой суспензии проводится на двух ступенях сепараторов СОС-501К-3; плазмолиз осуществляется в теплообменнике труба в трубе; далее дрожжевая суспензия поступает на выпарной аппарат с принудительной циркуляцией и с выносной греющей камерой; высушивание дрожжевой суспензии до 10%-ой влажности осуществляется в распылительной сушилке СРЦ-12,5/1100 НК производительностью 6000 кг/ч.



3 Описание технологической схемы

Подготовленное к биохимической переработке сусло подается в дрожжерастильный аппарат 1. Для разбавления сусла до концентрации редуцирующих веществ, равной 2,2%, подается последрожжевая бражка. В этот же аппарат поступает аммиачная вода для поддержания оптимального pH и засевные или подсевные дрожжи для поддержания в среде определенной культуры дрожжей, а также необходимой концентрации их. Процесс выращивания дрожжей происходит в дрожжерастильном аппарате 1 с эрлифтной многозонной системой воздухораспределения. Непрерывный процесс дает возможность поддерживать постоянные условия культивирования и отбора биомассы. Производительность аппарата 46,4 т в сутки товарных дрожжей. Дрожжерастильный аппарат представляет собой вертикальный стальной цилиндр. Внутри аппарата установлено четыре диффузора, которые создают четыре циркулирующих потока. Через коллектор сжатый воздух подается в вертикальные трубы каждого диффузора. Внизу эти трубы оканчиваются конусом и кюветой. Удельный расход воздуха на 1 кг товарных дрожжей составляет 32 кг. В кювету по трубе меньшего диаметра подается разбавленное сусло, Сусло, переливаясь через край кюветы, смешивается с мелкодисперсным воздухом, выходящим через щели под кюветой. Образовавшаяся пена поднимается вверх по диффузору и , разрушаясь, стекает вниз. Таким образом достигается многократная циркуляция жидкости в аппарате. Выращивание дрожжей происходит при интенсивной подаче воздуха, в пенной среде, способствующей их быстрому размножению и росту. При работе дрожжерастильного аппарата температура жидкости в нем поддерживается в пределах 34-37С0. При выращивании дрожжей выделяется значительное количество тепла, составляющее от 12250 до 15680 Дж на 1 кг абс. сухих дрожжей, и температура среды может подняться выше допустимой. Отводят тепло путем подачи воды в змеевик двухстенного диффузора и орошения водой наружной поверхности аппарата [3].

Полученная дрожжевая cуспензия с концентрацией 35 г/л прессованных дрожжей непрерывно самотеком отводится из нижней части дрожерастильного аппарата в одноступенчатый флотатор 2. В последнем методом флотации осуществляется выделение дрожжей из бражки и их сгущение до концентрации 120 г/л. Частично сгущенная дрожжевая суспензия через газоотделитель 4 центробежным насосом 5 откачивается в сборник 6. Последрожжевая бражка передается из флотатора насосом 5 в сборник 3, откуда частично направляется на разбавление сусла, а остальная часть ? для сгущения на первую группу сепараторов 8. Из сборника 6 дрожжевая суспензия насосом 5 подается на первую ступень сепараторов 8, где сгущается до содержания дрожжей 400 г/л. Последрожжевую бражку из этой группы сепараторов направляют в сборник 7.

Для получения кормовых дрожжей высокого качества в схему включается их промывка. Сгущенная дрожжевая суспензия после первой ступени сепараторов засасывается водоструйным насосом, смешивается в нем с водой, промывается и подается на сепараторы второй ступени 9. Отработанная промывная вода со второй ступени сепараторов для снижения потерь дрожжей возвращается в сборник 6. Там она смешивается с дрожжевой суспензией, а потом смесь подается на первую ступень сепарирования. Сгущенную дрожжевую суспензию с концентрацией дрожжей 580 г/л после второй ступени сепарирования собирают в сборнике 10. Перед поступлением на выпарку дрожжевая суспензия подвергается плазмолизу для снижения пенообразования в испарителях выпарных аппаратов, а также для исключения образования сгустков дрожжей, отрицательно влияющих на процесс упаривания. При плазмолизе дрожжи теряют как свободную, так и связанную воду и становятся текучими. Сгущенная дрожжевая суспензия подается насосом 5 в плазмолизатор-подогреватель 11, в который поступает пар низкого давления, и под его влиянием происходит плазмолиз дрожжей при температуре 120 С0. Плазмолизированные дрожжи подаются через напорный бак 12 на упаривание в двухкорпусную вакуум-выпарную установку. На выпарной установке производится сгущение дрожжевой суспензии до содержания сухих веществ 20-22%. В качестве греющего пара на выпарную установку подается свежий пар или с целью экономии используется вторичный. Частично упаренная дрожжевая суспензия передается в выпарной аппарат 13. Вторичный пар, образующийся при упаривании дрожжевой суспензии поступает в подогреватель второго корпуса выпарной установки. Упаренный дрожжевой концентрат из выпарной установки откачивается насосом 5 в сборник 16. Вторичный пар из второго корпуса через ловушку поступает в барометрический конденсатор 15, конденсируется водой и через барометрический ящик 14 сбрасывается в канализацию. Вакуум в системе создается выкуум-насосом.

Из сборника 16 дрожжевой концентрат насосом 5 подается в сушильную установку, состоящую из дисковой распылительной сушилки 17, циклонов 18, вентилятора 19 и другого вспомогательного оборудования [3].

Основная масса дрожжей, высушенных до содержания 8-10% влаги, пневмотранспортом подается через циклон в бункер. Отработанный воздух для улавливания уносимых дрожжей из распылительной сушилки 17 подается в циклоны 18, а затем выбрасывается в атмосферу. Осевшие в циклонах дрожжи подаются в общий поток товарных дрожжей.

Сухие дрожжи из бункера поступают в упаковочную машину. Упакованные в бумажные мешки товарные дрожжи направляются по транспортеру в склад готовой продукции, а затем потребителям [2].



4 Расчет материального баланса

Исходные данные:

Концентрация РВ в сусле ? 2,2%.

Концентрация дрожжей после ферментатора ? 35 г/л (по прессованным).

Концентрация после флотатора ? 120 г/л (по прессованным).

Концентрация после 2-ой группы сепараторов ? 580 г/л.

Влажность товарных дрожжей ? 10%.

Количество абсолютно сухих дрожжей [7]:

35?25:100=8,75 г/л.

Количество полученных дрожжей в сутки 16000:345=46,4 т/сут,

где 16000 ? годовая выработка дрожжей в т.

Количество сусла, поступающего на переработку

46400?1:8,75=5303 м3.

Расход аммиачной воды на выращивание дрожжей

46,4?0,11=5,1 т/сут.

Подсев чистой культуры составляет 10% от общей выработки дрожжей

46,4?0,1=4,6 т/сут.

Общее количество жидкости, поступающей в дрожжерастильный чан

5303+5,1+4,6=5312,7 т/сут.

Количество получаемых абсолютно сухих дрожжей

46,4?0,9:0,95=44 т/сут,

где 0,9 ? коэффициент, учитывающий влажность дрожжей;

0,95 ? коэффициент, учитывающий потери дрожжей при выделении.

Количество дрожжевой суспензии, поступающей на флотацию

44:0,25=176 т/сут,

где 0,25 ? коэффициент, учитывающий влажность дрожжей.

Потери дрожжей при флотации составляют 1%

176?0,01=1,76 т/сут.

Количество биомассы дрожжей после флотации [7]

176-1,76=174,2 т/сут.

Количество дрожжевой суспензии, поступающей на первую группу сепараторов: 174,2:0,12=1451,7 т/сут,

где 0,12 ? концентрация дрожжей в суспензии после флотатора.

Количество отработанной бражки после флотатора

5312,7-1451,7=3861 т/сут

а) на разбавление 150,7 т/сут,

б) на биоокисление 3861-150,7=3710,3 т/сут.

Количество дрожжевой суспензии после первой группы сепараторов:

174,2:0,4=435,5 т/сут,

где 0,4 ? концентрация дрожжевой суспензии после первой группы сепараторов, т/м3.

Количество отработанной бражки после первой группы сепараторов [7]

1451,7-435,5=1016,2 т/сут.

Количество воды для промывки дрожжей после первой группы сепараторов:

435,5?1=435,5 т/сут,

где 1 ? кратность промывки.

Количество дрожжевой суспензии, поступающей на вторую группу сепараторов: 435,5+435,5=871 т/сут.

Количество дрожжевой суспензии после второй группы сепараторов:

174,2:0,58=300,3,

где 0,58 ? концентрация дрожжей после второй группы сепараторов, т/м3.

Потери дрожжей при сепарации составляют 2%

176?0,02=3,52 т/сут.

Количество тепла, поступающего на плазмолиз

Q=5303?1,45?100=768935.

Количество биомассы дрожжей, поступающих на вакуум-выпарную установку: 174,2+3,52=170,68.

Количество дрожжевой суспензии, поступающей на вакуум-выпарную установку: 170,68:0,58=294,3 т/сут.

Количество отработанной бражки после второй группы сепараторов

871-294,3=576,7 т/сут.

Количество воды, выпариваемой в двух корпусах вакуум-выпарной установки

294,3 (1-14,5:25)=123,61,

где 14,5 ? концентрация абсолютно сухих дрожжей в суспензии до упаривания,

25 ? концентрация абсолютно сухих дрожжей в суспензии после упаривания.

Принимаем следующее распределение нагрузки вакуум-выпарной установки:

1 корпус ? 48%, 2 корпус ? 52%.

Количество влаги, испаряемое в первом корпусе [7]:

W1=123,61?48:100=59,3 т/сут.

Количество влаги, испаряемое во втором корпусе:

W2=123,61-59,3=64,31 т/сут.

Расчет концентрации дрожжевой суспензии по корпусам производится по формуле:

X=(Gn-xn)/(Gn-W1) ; X1=(294,3?15)/(294,3-59,3)=18,8% ;

X2=(294,3?15)/(294,3-117,72)=25,9%.

Количество дрожжевой суспензии с концентрацией 25% сухих веществ, поступающей на сушку,

294,3-123,61=170,69 т/сут.

Количество влаги, испаряемой в сушилке при высушивании дрожжей до 10% влажности

170,69?(75-10)/(100-10)=123,28 т/сут.

Количество дрожжей после сушки без учета потерь:

170,69-123,28=47,41 т/сут.

Потери дрожжей при сушке составляют 2% или

47,41?0,02=0,95 т/сут.

Получается дрожжей с влажностью 10% [7]

47,41-0,95=46,46 т/сут.

Сводный материальный баланс дрожжевого производства представлен в таблице 1.

Таблица 1 ? Материальный баланс дрожжевого производства

Приход	Расход
Наименование	Количество, т/сут	Наименование	Количество т/cут
Сусло Подсев чистой культуры Аммиачная вода Вода на промывку	5303,0 4,6 5,1 435,5	Дрожжи10%-ной влажности Испарилось влаги при сушке Потери дрожжей при сушке Испаряется влаги в двух корпусах вакуум-выпарки Последрожжевая бражка: а) после флотатора б) после сепараторов 1-ой ступени в) после сепараторов 2-ой ступени	46,46 123,28 0,95 123,61 3861,00 1016,20 576,70
Итого - 5748,2	Итого - 5748,2



5 Расчет и подбор основного технологического оборудования

Количество ферментаторов определим по формуле [8]:

, (1)

где Qсут ? производительность завода по товарным дрожжам, кг/ч;

Q ? фактическая производительность ферментатора по товарным дрожжам, кг/ч.

n=.

Принимаем к установке 4 ферментатора, из них 1 ? резервный.

Рассчитаем необходимое количество сборников после ферментатора:

, (2)

где G ? поток дрожжевой суспензии, м3/ч,

? ? время пребывания суспензии в сборнике, ч,

k ? коэффициент заполнения аппарата (k=0,8),

V ? объем типового сборника, м3.

.

Принимаем 4 сборника после ферментатора, из них 1 ? резервный.

Количество флотаторов рассчитаем по формуле:

,

где 221 ? количество сусла, поступающего на флотатор, м3/ч,

100 ? типовой объем флотатора, м3.

Принимаем к установке 3 флотатора.

Необходимое количество сборников после флотатора рассчитаем по формуле (2):

.

Принимаем к установке 4 сборника после флотатора, из них 1 ? резервный.

Количество сепараторов рассчитаем по формуле[9]:

,

где 52,598 ? поток дрожжевой суспензии, поступающей на первую группу сепаратора, м3/ч,

35 ? производительность по исходной суспензии, м3/ч.

Принимаем к установке 3 сепаратора первой ступени.

Количество сепараторов второй ступени рассчитаем по формуле:

,

где 31,56 ? поток дрожжевой суспензии, поступающей на вторую группу сепараторов, м3/ч,

35 ? производительность по исходной суспензии, м3/ч.

Принимаем к установке 2 сепаратора второй ступени.

Рассчитаем количество сборников после сепаратора по формуле (2):

.

Принимаем к установке 2 сборника после первой группы сепараторов и 2 сборника после второй группы сепараторов, из них 1 ? резервный.

В качестве плазмолизатора принимаем теплообменник труба в трубе. Поверхность теплообмена рассчитаем по формуле[9]:

, (3)

где Q ? количество тепла, поступающего на плазмолиз, Дж,

k ? коэффициент теплопередачи, Вт/(м2?0С),

?T ? разность температур, 0С.

м2.

Принимаем 1 теплообменник с поверхностью нагрева 21 м2. После теплообменника устанавливаем 2 напорных бочка.

Рассчитаем количество испаряемой влаги в вакуум-выпарной установке:

, (4)

где G ? количество дрожжевой суспензии, поступающей на выпаривание, т/ч,

а1,а2 ? начальная и конечная концентрации дрожжей,%.

т/сут.

В выпарных установках технологический греющий пар расходуется на нагревание исходной КЖ до температуры кипения (Qнагр), на испарение воды в первом корпусе (Qисп) и на потери тепла в окружающую среду (Qпот.)[10].

Qнагр=G?c (tкип? tнач), (5)

где G ? количество КЖ, кг/ч,

с ? теплоемкость КЖ, Дж/(кг?0С),

tкип ? средняя температура кипения КЖ в выпарном аппарате,0С,

tнач ? начальная температура КЖ, 0С.

Qнагр=12260?1,43(80-70)=175318 Дж.

Qисп=w?r, (6)

где w ? количество воды, испаряемой в первом корпусе, кг/ч,

r ? удельная теплота парообразования при среднем давлении в выпарном аппарате, Дж/кг.

Qисп=5150?2,312=11906,8 Дж.

Qпот=0,04?( Qнагр+ Qисп), (7)

Qпот=0,04?(175318+11906,8)=7488,99 Дж.

Qгр.п.= Qнагр+ Qисп+ Qпот, (8)

Qгр.п=175318+11906,8+7488,99=194714 Дж.

Расход технологического греющего пара определяем по уравнению:

Gгр.п.=Qгр.п./(rгр.п.?x), (9)

где rгр.п. ? удельная теплота конденсации греющего пара, Дж/кг,

x ? степень сухости греющего пара (принимают x=0,9-1,0).

Gгр.п=194714/(0,95?2,636)=77754,97 кг/ч.

Количество вакуум-выпарных установок рассчитаем по формуле [10]:

,

где 12,26 ? количество дрожжевой суспензии, поступающей на выпаривание, т/ч.

15 ? производительность по испаряемой влаге, т/ч.

Принимаем к установке 1 вакуум-выпарную установку.

Рассчитаем количество сборников после вакуум-выпарной установки по формуле (2):

.

Принимаем к установке 2 сборника, из них 1 ? резервный.

Рассчитаем количество сушилок [10]:

,

где 123,28 ? количество влаги, испаряемой в сушилке, т/сут,

144 ? производительность сушилки, т/сут.

Для улавливания частиц, уносимых газом, после сушилки устанавливаем 2 конических циклона НИИОГаз.

Таблица 5.1 ? Сводная ведомость технологического оборудования:

Наименование	Количество	Характеристика
1 Ферментатор	4	Объем ? 1300 м3; Диаметр ? 11000 мм; Высота ? 14500 мм; Расход воздуха ? 16000 м3/ч; Производительность по товарным дрожжам ?18 т/сут
2 Сборник после ферментатора	4	Объем ? 300 м3.
3 Флотатор	3	Объем ? 100 м3; Диаметр ? 5000 мм; Высота ? 6000мм; Производительность по исходной суспензии ? 160 м3.
4 Сборник после флотатора	4	Объем ? 160 м3.
5 Сепаратор первой ступени	3	Производительность по исходной суспензии ? 20-35 м3; Потребляемая мощность ? 30 кВт; Длина ? 1730 мм; Ширина ? 900 мм; Высота ? 1680 мм; Диаметр барабана ? 516 мм.
6 Сборник после сепаратора первой ступени	2	Объем ? 10 м3.
7 Сепаратор второй ступени	2	Производительность по исходной суспензии ? 20-35 м3; Потребляемая мощность ? 30 кВт; Длина ? 1730 мм; Ширина ? 900 мм; Высота ? 1680 мм; Диаметр барабана ? 516 мм.
8 Сборник после сепаратора второй ступени	2	Объем ? 10 м3.
9 Плазмолизатор (теплообменник труба в трубе)	1	Поверхность теплообмена ? 21 м2; Длина труб ? 9 м; Число труб в аппарате ? 14 штук; Число параллельных потоков ? 7; Диаметр теплообменных труб ? 48?4 мм.
10 Вакуум-выпарная установка	1	Поверхность теплообмена ? 500 м2; Диаметр ? 1900 мм; Высота ? 19000 мм; Производительность по испаряемой влаге ? 15т/ч.
11 Сборник после вакуум-выпарной установки	2	Объем ? 6 м3.
12 Распылительная сушилка	1	Производительность ? 6000 кг/ч; Диаметр ? 13035 мм; Высота ? 21900 мм.
13 Циклон	2	ЦН-24



Заключение

В данной курсовой работе был произведен подбор технологической схемы дрожжевого цеха по производству белковых кормовых дрожжей, ее описание.

Был рассчитан материальный баланс и осуществлен подбор и расчет основного технологического оборудования.

В результате проведенных вычислений при производительности дрожжевого цеха 16 тыс. т белковых кормовых дрожжей в год получим 46,46 т/сут дрожжей 10%-ой влажности.

Подобрано 4 ферментатора с эрлифтной системой воздухораспределения и принято к установке 4 сборника. Также принято к установке 3 флотатора и 4 сборника после него. Устанавливаем 3 сепаратора и по два сборника после каждой ступени сепарации. Принимаем к установке 1 вакуум-выпарную установку с принудительной циркуляцией и выносной греющей камерой, количество необходимых сборников равно 2. В качестве плазмолизатора выбираем теплообменник труба в трубе с поверхностью нагрева 21 м2. Для высушивания дрожжей до 10% приняли распылительную сушилку СРЦ-12,5/1100 НК производительностью 6000 кг/ч.

Таким образом, выбранная схема обеспечивает выпуск заданного количества и качества продукции.



Список использованных источников

1 Холькин, Ю.И. Технология гидролизных производств / Ю.А. Холькин. ? Москва “Лесная промышленность”, 1989.

2 Производство кормовых дрожжей / А.А.Андреев, Л.И.Брызгалов ? Москва. Издательство “Лесная промышленность”, 1970.

3 Технология гидролизных производств / В.И. Шарков, С.А.Сапотницкий, О.А.Дмитриева, И.Ф.Туманов ? Москва. Издательство “Лесная промышленность”, 1973.

4 Системы ферментации \ У.Э. Виестур, А.М. Кузнецова, В.В. Савенков ? Рига: Зинатне, 1986.

5 Результаты внедрения флотационного способа выделения дрожжей \ Н.А .Назаров, А.Н. Бажаева ? “Гидролизная и лесохимическая промышленность”, 1958.

6 Бессточная технология в гидролизно-дрожжевом производстве \ Ю.И. Холькин, В.Л. Макаров, В.А. Елкин. ? М.: ОНТИТЭИмикробиопром, 1983.

7 Методическое пособие по курсовому и дипломному проектированию для студентов спец. 0903 (специализация “Технология гидролизных производств”) \ сост. Е.Ф. Морозов, Н.С. Ручай, Т.Ц. Цедрик.? Минск, 1982.

8 Машины и аппараты микробиологических производств \ И.И. Бортников, А.М. Босенко. ? Мн.: Высшая школа, 1982.

9 Технологическое оборудование гидролизного производства \ К.Д. Мартыненко, В.А. Ефимов. ? Москва, Издательство “Лесная промышленность”, 1973.

10 Методические указания к курсовому и дипломному проектам (Расчет оборудования микробиологических производств) для студентов спец. 0903, 1015. ? Минск, 1988.