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发酵用压缩空气余热再生吸附干燥工艺

时间:2017-10-10 10:35:00   来源:本网   添加人:admin

  在一些有氧发酵生产过程中,需向发酵介质提供大量低压压缩空气。压缩空气经气水分离后,如果分水效果不好,可能引起压缩空气带水,这样会引起发酵染菌。因此,为避免压缩空气中水分携带杂菌,需先对空气进行干燥处理,再进行过滤除菌处理,以达到发酵呼吸用气的质量要求。

  目前,药品生产及发酵等过程用压缩空气干燥大多采用冷冻干燥。然而,冷冻干燥后的压缩空气含水量还是较多,压力露点一般都高于3丈,且需要消耗大量能源。尤祥胜、葛春贵比较了冷冻干燥和普通无热吸附再生干燥方法,发现普通无热吸附再生干燥尽管能使处理空气露点降低到-40丈,但将比冷冻干燥消耗更多的能源。因此,在保证发酵空气系统正常运行的同时,做到高效空气系统能耗占企业总能耗的比重较大,约占其全部能耗的10%~40%.RyszardDindorf对压缩空气系统的节能潜力进行了详细的分析,但只是针对压缩机系统本身,而未涉及到压缩空气的干燥系统。本文提出一种使用余热再生吸附式干燥工艺,直接对低压高温压缩空气进行干燥,不需消耗其他能源,就可使压力露点达到-10丈以下,即可以获得品质更高的压缩空气,还可以获得较高的节能效益。

  2余热吸附干燥的再生热能分析在对空气进行压缩过程中,会产生压缩热,空气温度将升高。般发酵生产采用的单级压缩机,排气温度可达120丈以上,可否利用压缩空气的这一热能加热再生吸附剂,在不消耗或少消耗A.干燥器B.干燥器Al.冷却器Bl.冷却器E.进气口D.出气口余热再生压缩空气干燥工艺其他能源的情况下,对压缩空气进行干燥处理,满足除菌过滤对湿度的要求。以下从两方面进行分析:对于吸附式压缩空气干燥装置,再生气体的温度、湿度、压力都会影响吸附剂的再生质量。

  在同一压力下,再生气体温度高、湿度低,吸附剂再生的效果亦佳。据资料介绍:从70丈开始,铝胶就有再生(干燥)效果,当再生温度达到120丈时,即可满足一般铝胶加热再生的温度要求。

  温度继续升高,再生效果基本不变见图)。

  再生温度AC当含水量未达到饱和状态的气体,才具有吸纳水分的能力。气体经压缩后,由于温度升高,容纳水蒸气的能力也大幅度提高。相对于压缩前,单位体积的气体水蒸气含量会大幅增加,般都处于未饱和状态。表1列出:在常压、吸气温度为30丈、相对湿度为85%的工况下,压缩机排气压力0.25MPa,排气温度120丈,压缩空气相应的饱和含水量和实际含水量。

  表1压缩空气含水量和相应的饱和温度项目数值压缩机排气压力,MPa压缩机排气温度,C相应的饱和水蒸气含量,g/m3实际水蒸气含量,g/fn3气体70C的饱和水蒸气含量,g3按表1数据计算:压缩空气温度为120丈时,相对湿度仅为4.1%,极为干燥,具有很强的吸纳水分能力,即使加上再生脱附出来的水分(平均水蒸气含量<188.88g/m3),也小于70丈的饱和水蒸气制造工艺含量(198.2g/m3),可用于吸附剂的再生。

  2压缩空气的热量空气压缩时产生的热量能否满足吸附剂再生对能量的需求根据吸附的水量计算加热再生需要的热量,结果表明:压缩空气从120丈降至70丈释放的热量为42kcal/m3,多于再生所需的能量36.8kcal/m3,可满足吸附剂再生的能量需求见表2.表2压缩空气放出热量和千燥剂再生需要的热量项目数值压缩机排气压力,MPa进气含水量,的3出气含水量(压力露点-io°d,的3吸附剂吸附的水量,g/m3吸附剂脱附需要热量,kcaim3压缩空气从120C降至70C放出的热量,kcal/fn3需要热量与放出热量比,通过上述分析表明:发酵生产的低压压缩空气,在压缩机排气的高温状态下,其温度达到吸附剂再生对温度的要求,且具有很强的吸纳水分能力,携带的热能可以满足吸附剂再生对能量的需求,使用余热再生干燥装置干燥低压压缩空气是可行的。

  3余热再生干燥装置的工艺流程余热再生干燥装置采用双塔或多塔吸附干燥,首先直接利用气体被压缩过程中产生的压缩热对吸附剂热再生,再将同气流降温、冷吹吸附剂使之降温并进行吸附干燥,从而完成整个加热再生和吸附干燥过程。气体流程如下:制造工艺如所示,该工艺过程分为上半周期和下半周期。

  在上半周期,压缩机输出的热气流,经进气口、阀门,进入A干燥器,加热里面的吸附剂,使吸附剂脱附再生,之后经阀门进入A1冷却器,气体经冷却冷凝换热后,析出的水分经排污阀排出,而气体经阀门进入B干燥器,在吸附剂的吸附作用下,气体进一步脱水干燥,然后经阀门送到出气口输出成品气。A干燥器加热一段时间后,干燥器内的吸附剂得到再生,此时开启及关闭有关阀门,使压缩机输出的热气流经进气口进入B1冷却器,经冷却冷凝换热后,析出的水分经排污阀排出,而气体经阀门进入A干燥器,使该干燥器的吸附剂降温,以备下半周期使用,气体再经阀门进入A1冷却器,气体经冷却冷凝换热后,析出的水分经排污阀排出,气体经阀门进入B干燥器,在吸附剂的吸附作用下,气体进步脱水干燥,然后经阀门送到出气口输出成品气。

  下半周期工作过程与上半周期工作过程相同。

  在压缩空气干燥过程中,既不消耗压缩空气,也不耗费电能和蒸气,仅使用循环冷却水。

  4压缩空气干燥工艺的比较以某厂的实际应用为例,对有氧发酵生产用压缩空气的冷冻干燥与余热再生干燥两种工艺流程、供气露点和能耗费用、设备进行比较。

  1干燥工艺流程及供气露点a冷冻干燥工艺流程及供气露点说明:由于冷冻干燥的气体温度较低,一般都含有液态水,在过滤除菌处理前,还须回热升温,降低压缩空气的相对湿度,消除液态水。

  余热再生干燥工艺流程及供气露点2能耗费用在相同工况条件下,比较2种干燥工艺的运行能耗费用。

  从表3数据可以看出:在相同工况条件下,表3 2种千燥工艺的能耗费用干燥工艺冷冻干燥余热再生吸附干燥项目(万元/年)循环冷却水费用冷冻水费用无回热费用无总费用单价:180元A.h;工况条件:流量300mWin;压力0.25MPa;排气温度120C;冷却水流量相同;按一年365天,每天24h计算运行费用。

  余热再生干燥工艺与冷冻干燥加回热工艺相比,成品气含水量更低,对过滤除菌更加有利,运行费用不到冷冻干燥工艺的15%,每年可节省83.6万元,节能效益巨大。

  Q冷冻干燥加回热工艺的设备及投资冷却器及气水分离器合计200000元;35x104制冷机组及气水分离器合计300 000元;300t/hr冷却塔及冷却水栗和低温冷冻水栗合计60 000元;回热换热器和相关阀门、管道合计90000元;设备总投资约650000元。

  b余热再生干燥工艺的设备投资余热再生干燥装置费用为1 800000元;250t/h冷却塔和冷却水栗合计50000元。

  采用余热再生干燥工艺与冷冻干燥加回热工艺相比,虽然设备投资多120万元,但前者的年运行费用比后者少83.6万元,设备投资增加的部分仅需18个月即可收回。长期使用余热再生压缩空气干燥装置将为用户带来可观经济效益。

  5结论对于有氧发酵生产使用的低压压缩空气,采用余热再生吸附式干燥装置进行干燥处理是完全可行的,不仅能降低气体露点,提高过滤除菌的可靠性,保障供气质量,还能大大降低生产成本,简化气体干燥处理流程,减少设备的维护保养工作,为用户提高生产效益。

  (下转第50页)4ft压缩技市由此可见,此机型活塞力大、功率大、重量大,因此在设计过程中,必须考虑其独特的特点,合理设计,才能保证其性能稳定。

  4.1曲轴转数的选择由于液体的惯性,使得油缸中活塞往复运动不能过快,否则可能使液柱与活塞断开,造成液力冲击,因此隔膜压缩机转数一般在250~500r/min之间;但是大型隔膜压缩机的活塞行程较大,在满足活塞平均速度的前提下,且曲轴传动方式为直联,因此曲轴转数取363 4.2润滑油的选择润滑油在隔膜压缩机中十分重要,它直接影响压缩机的使用寿命、使用性能和使用安全,因为通过它在油缸中形成压力油液推动膜片运动实现气体压缩;另外润滑油进入运动部件的磨擦表面,润滑磨擦付并带走磨擦热。因此它应具有良好的液压油特性和润滑特性。

  通常隔膜压缩机润滑油的选择是根据压缩介质和排气压力的不同,使用不同牌号的润滑油;但大型隔膜压缩机载重比较大,产生的热量比较大,因此必须选择粘度较大的抗磨润滑油。

  4.3缸体部件设计缸体部件是隔膜压缩机的关键部件,通常包括缸盖、膜片、配油盘、缸体和气阀等零部件;大型隔膜压缩机的缸体部件设计为无配油盘结构,如Q中左右2缸体部件,所谓无配油盘结构是指配油盘和缸体合二为1,省去单件配油盘,在缸盖与缸体上各有形状特殊的曲面,组金属膜片夹紧于中间,形成了2个空腔,位于缸盖侧的空腔为气腔,位于缸体侧并通过缸体上的许多小孔与缸体下面的空间相通的空腔为油腔,这样不但简化了结构,而且缩小了体积。

  4.4活塞设计由于大型隔膜压缩机的活塞部件是水平布置,活塞有自重,因此在活塞体上除了设计活塞环密封润滑油外,还设计了支撑环,保证活塞在缸套内长时间运行而不损坏。

  4.5冷却系统的设计由于大型隔膜压缩机的功率比较大,产生的热量较大,因此气侧和油侧的冷却系统很重要;气路上采用了大的中后冷却器,缸盖上设计了星形的水道;油路上使用了大的油冷却器,油缸上设计了星形的水道;气、油路都采用多路冷却。

  5应用近年来国内钢铁、有色金属、石油化工等基础工业稳步发展,为氢气行业的增长奠定了基础;电子、新能源等行业也将氢气的利用展开新的篇章,未来氢气的市场前景广阔。

  随着全球能源日益紧张,以及全球环境的恶化,开发绿色能源成为目前世界的必然趋势;随着燃料电池的开发及应用,氢气将成为人类追求的绿色能源,隔膜压缩机的应用领域也会越来越广泛。:陈如意(1%9-),高级工程师,现在北京天高隔膜压缩机(上接第46页)