Transcript Küzművek

KÖZMŰVEK A
BIOTECHNOLÓGIAI
TERMELŐ ÜZEMEKBEN
Készítette:
Mátyás Áron
Simonkovich Sebestyén
A biotechnológia fő
segédrendszerei
I. Üzemi gőzrendszerek
II. Steril gőz rendszerek
III. Hűtővízrendszerek
IV. Hűtőtornyok
V. 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 gőzrendszerek
Kazánok(bojlerek)
• Tűzcsöves kazán
Vízcsöves kazán
I. Üzemi gőzrendszerek
Kazánok(bojlerek)
• Elektromos fűtésű
kazán
1 Réztartály fűtőbetétekkel
2 Automatikus légtelenítő
3 Bekötési kapocsléc
4 Biztosíték
5 Mikroprocesszoros vezérlő
6 Nyomáskapcsoló
7 Keringető szivattyú
8 Szivattyú légtelenítőı
9 Csatlakozó csonkok ¾”
10 Kábelátvezetés
I. Üzemi gőzrendszerek
Kazánok(bojlerek)
Tűzcsöves
kazánok
Vízcsöves
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
Elektormos
fűtésű
kazánok
1 Kazán/LE=0,45 kg víz elforralásához szükséges energia
100°C-on
I. Üzemi gőzrendszerek
Kazánok összehasonlítása
• Tűzcsöves kazánok
– Nem alkalmas magas nyomásra és hőmérsékletre
– Biotechnológiai üzemekben a leggyakoribb
• Elektormos 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 gőzrendszerek
Tápvízkezelő rendszer
• Vízkezelés célja: Gőzzel érintkező felületek védelme a
vízkőtől és a korróziótól.
• Figyelembe kell venni:
– A bejővő tápvízminőségét
– Termelt gőz nyomását
• Szennyezések:
–
–
–
–
–
–
vízkeménység
foszfátok
szilikátok
oldott gázok
olaj
szilárd szennyezők
I. Üzemi gőzrendszerek
Tápvízkezelő 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 gőzrendszer
Tápvízkezelő rendszer
Deaerátor
I. Üzemi gőzrendszer
Elosztórendszer
Fanning egyenlet: Δp=f(1/2)ρv2(L/D)
f: csősúrlódási tényező
Szerelvény
szelep
visszacsapó szelep
sarokszelep
Pillangószelep
90°-os ív (r/d=1)
Tolózár
1/
f  2 log(2,51/ Re f   / 3,7d )
L (csőátmérőben)
340
100
55
45
20
8
I. Üzemi gőzrendszer
Elosztórendszer
• 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 gőzrendszerek
Kondenzátum 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 gőzrendszer
Kondenzedények
Dilatációs
(termosztatikus)
Termodinamikus
Súlyterhelésű
Fordított
edényes
I. Üzemi gőzrendszer
Üzemi 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 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,
• Előállítása
1.nagy tisztaságú vízből
2.speciális gőzfejlesztőkkel
II. Steril gőzrendszerek
Tápvízkezelés
Előkezelt víz határértékei
Műveletek
• szűrés
• aktív szenes derítés (klóreltávolítás)
• lágyítás: kation és anioncsere (gyanta) vagy
reverz-ozmózis
II. Steril gőzrendszerek
Steril gőz előállítása
Gőzfejlesztők
Gőzfejlesztők 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 tipusú gőzfejlesztő
• merülőforraló-elv
• ritkán használják
• vízcseppecske eltávolítása
II. Steril gőzrendszerek
Termoszifon elvű gőzfejlesztő
Belépő víz
Hőcserélő
Steril 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
A: steril gőz a köpenyben és a légtérben is
B: üzemi gőz a köpenyben, steril gőz a
belső térben
• WFI
• Sterilezés
II. Steril gőzrendszerek
Felhasználása
• SIP (Sterilization in Place)
• Lépései:
• légtelenítés
vákuumozás (gőzbefúvatás)/kiventillálás
• sterilizáló hőmérsékletre hevítés
• hőntartás
• (hűtés)
• Első három lépéshez steril gőzt használnuk
WFI előállítása
• legnagyobb fogyasztó
• hűtés is limitál
III. Hűtővízrendszerek
• Hűtővíz felhasználása
• túlmelegedés megakadályozása (reakcióhő
elvonása)
• alacsony hőmérsékleten végzett műveletek
• sterilezés utáni hűtés
• légkondicionálás
• Hűtőközeg
• 6°C felett víz
• 6°C alatt propilénglikol-víz vagy etilénglikol-víz
(ritkábban) elegy (20-40%)
III. Hűtővízrendszerek
Hűtőrendszerek elrendezése
• Főbb berendezések:
•
•
•
•
Kompresszor (lengő / centrifugál)
Kondenzátor (vizes / levegős)
Expanziós szelep
Bepárló (hőcserélő)
–Keringető szivattyú
–Levegő szeparátor
–Expanziós tartály
III. Hűtővízrendszerek
Hűtőrendszerek felépítése
• 1. CD: Hűtőközeg összenyomása,
hőmérséklet nő
• 2. DA: Hűtőközeg
lekondenzálása, hőmérséklet
csökken (hűtőtorony)
• 3. AB: Hűtőközeg kitágulása,
expanziós szelepen keresztül, pára
képződik, csökken a hőmérséklet
• 4. BC: Hűtőközeg elpárolog,
energiaátadás a hűtővíz és a
hűtőközeg között
III. Hűtővízrendszerek
Hűtőrendszerek felépítése
• 1. CD: Hűtőközeg
összenyomása, hőmérséklet nő
• 2. DA: Hűtőközeg
lekondenzálása, hőmérséklet
csökken (hűtőtorony)
• 3. AB: Hűtőközeg kitágulása,
expanziós szelepen keresztül,
pára képződik, csökken a
hőmérséklet
• 4. BC: Hűtőközeg elpárolog,
energiaátadás a hűtővíz és a
hűtőközeg között
III. Hűtővízrendszerek
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 hőkapacitását
• Csövek:
• Réz (50 mm-ig)/Szénacél/kombináció
• Fagyásmentesítéshez:
• Megfelelő áramlás megtartása, recirkuláró bypass szelep
IV. Hűtőtornyok
• Mechanikailag levegőztetett hűtőtornyok
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
IV. Hűtőtornyok
Működési elv
• A meleg víz közvetlen
kontaktusba kerül a vízgőzre
telítetlen levegővel
• Folyékony állapotban maradó
része energiát ad le az
elpárolgó résznek, ezáltal lehűl
IV. Hűtőtornyok
Evaporatív hűtőrendszerek
Hűtőtavak
Hűtőtornyok
Természetes
keringetésű
Vízpermetezők
Mesterséges
keringetésű
Légmozgató rendszer
helyzete szerint
Szívóüzemű
Nyomóüzemű
(Indukált keringetésű)
(kényszer
Víz- és levegőáramok
szerint
Ellenáramú
Keresztáramú
IV. Hűtőtornyok
Szívóüzem,
ellenáram
Szívóüzem,
keresztáram
Nyomóüzem,
ellenáram
IV. Hűtőtornyok
IV. Hűtőtornyok
Méretezés
T2
Merkel egyenlet:
cp
KAV
   dT
L
i i
T1
Me 
T2
i
T1
cp

i
dT
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 [-]
IV. Hűtőtornyok
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
IV. Hűtőtornyok
Vízkezelés
• Vízminőség romlásának okai
• folyamatos elpárolgás miatt az oldott anyagok
koncentrációja növekszik
• élő szervezetek felszaporodása
• Megoldások
•
•
•
•
•
elvétel és folyamatos tiszta víz adagolás
vízkő ellen: kénsavas kezelés
Elektrolit mennyiséget csökkenti
Fémfelületek óvása inhibitorokkal
algák ellen: klóros kezelés (szakaszos!)
V. Sűrített levegő, komprimált gázok
Felhasználás
Felhasználás:
• bioreaktorok oxigénellátása
• szabályzókörök működtetése
• folyadékáramok mozgatása
• sterilezés után hűtőközeg
• egyes gépek hajtóközege
V. Sűrített levegő, komprinált gázok
Felhasználása
Steril levegő esetén:
•
sterilre szűrés
- steril termék esetén a levegőt szűrik
•
olaj- és vízmentesség
- Olaj és vízmentes a levegő, mivel
érintkezhet a termékkel
V. Sűrített levegő,komprimált gázok
Kompresszorok
• Csavar vagy dugattyús kompresszorok
– Kenőolajmentes
• Csövek: szénacél, polírozott saválló acél, K-típusú
rézcsövek
Kétfokozatú kompresszor fogadótartállyal és szárítóval:
Szárító
I. fokozat
II. fokozat
Köztes hűtő
(hőcserélő)
Fogadótartály
(nyomáskiegyenlítés)
Utóhűtő
V. Sűrített levegő, komprimált gázok
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)
V. Sűrített levegő, komprimált gázok
Kompromitált gázok
• Nagynyomású (sűrített) gázok:
- főként kis gázigény estén használják
• Cseppfolyós gázok:
- napi
1-3% veszteség, nagy gázigények
esetén használják
Gázszolgáltatás membrán-technológiával
• előnye: alacsony üzemeltetési költség
• hátránya: alacsony nyomású gáz, nem
megfelelő gáztisztaság
Kérdések
Milyen kazánokat alkalmaznak?
Milyen korróziót okozó gázok vannak és hogyan
távolítjuk el őket(milyen módszer)?
Mikre használjuk az üzemi gőzőket?
Mire alkalmazzák a steril tiszta gőz
rendszereket?
Milyen két típusát különböztetjük meg a
hűtőközegnek? (hőmérséklet alapján)
Mire alkalmazzák a hűtőtornyokat?
Köszönjük a figyelmet!