Курсовая работа (т): Виробництво глютамінової кислоти

Пересувне і стаціонарне ємнісне обладнання, відкритого та закритого типу, що володіє потрібною кількістю стінок і перегородок, з різними формами дна і термо-ізольовані - виконують виробники ємнісного обладнання на замовлення клієнта, використовуючи під час цього необхідну документацію, а також сертифікати якості. Перед здачею резервуара в експлуатацію - він ретельно перевіряється за допомогою багатьох випробувань. Ємності зі зварювальними швами перевіряються на герметичність і міцність, що дозволяє бути впевненим у її експлуатаційних характеристиках. Тому, етап виготовлення ємнісного обладнання є дуже важливим виробничим процесом. Крім виготовлення ємнісного обладнання виробники пропонують готову продукцію, а й надають такі послуги: монтажні та демонтажні послуги, підбір і розміщення обладнання, навчання персоналу і розробка документації [20].

2) Нутч-фільтр. Опис конструкції та характеристика роботи апарату наведені в розділі 3.

Вакуум - випарний апарат (Рисунок 2.2) являє собою герметичну циліндричну ємність з нержавіючої харчової сталі, оснащену перемішуючим пристроєм з приводом, сорочкою з теплоносієм. Розрідження в апараті створюється за допомогою вакуум - насоса [24].

Рисунок 2.2 Конструкція вакуум-випарного апарату

На пульті управління знаходяться пускачі перемішуючого пристрою, вакуум - насоса, терморегулятор з індикацією значення температури продукту, пускачі ТЕНів (при електропідігріві). Розрідження в апараті контролюється за допомогою вакууметра. Передбачена можливість регулювання тиску в апараті [24].

Вакуум-випарний апарат складається з вертикального корпусу з сорочкою нагріву, ротора і розташованого всередині конденсатора. На несучій конструкції ротора розташовані рухливі високоточні щітки, які відцентровими силами притискаються до внутрішньої поверхні гріючої стінки. Щітки, що обертаються, захоплюють продукт і відразу ж створюють на гріючої стінці тонку плівку з високою турбулентністю. Під впливом гравітації продукт по спіралі стікає вниз. При цьому летюча фаза продукту випаровується [22]. Пари конденсуються на внутрішньому конденсаторі. Не випарена частина продукту протягом декількох секунд досягає нижнього краю зони нагріву і видаляється з випарного апарату [22].

Вакуумне випарювання є термічним процесом розділення, який здійснюється під вакуумом від 1 до 0,001 мбар. Завдяки цьому температура випарювання знижується, що дозволяє без пошкодження розділяти висококиплячі і чутливі до високої температури продукти [22].

Перевагою варіння при тиску нижче атмосферного, є кипіння продукту при температурі нижче 100°С, що в значній мірі сприяє більшому збереженню поживних речовин, фарбувальних пігментів сировини в порівнянні з випарюванням при атмосферному тиску. При уварюванні під вакуумом процес випарювання однієї і тієї ж кількості вологи протікає швидше, ніж при випаровуванні при атмосферному тиску [24].

) Вакуумний кристалізатор (Рисунок 2.3).

Принцип дії: У вакуумному кристалізаторі суспензія кристалів циркулює через відсмоктувальну трубу за допомогою мішалки. У цьому кристалізаторі дрібні частинки вилучаються, здатність деструкції шляхом видалення маточного розчину з дрібними кристалами (дрібна фракція) із зони перегородки. Енергія, необхідна для випаровування надходить в систему нагріванням циркуляції маточного розчину. Нагрівання також навпроти розчиняє дрібну фракцію і, отже, може вплинути на розмір товарного кристала і класифікацію за розмірами.

Переваги: низькі експлуатаційні витрати; тривалі робочі цикли; можливість контролювання розміру кристала; можливість вибору діапазону розмірів кристала; покращена фільтрації та центрифугування [24].

Застосування: використовується для отримання дуже високої щільності розчину в робочому обсязі кристалізатора; вибірковий діапазон дрібних кристалів може бути видалений і розчинений; безперервний режим експлуатації.

Рисунок 2.3. Вакуум-кристалізатор

) Горизонтальна фільтруюча центрифуга періодичної дії з ножовим вивантаженням осаду.

Фільтруючі центрифуги (ФГН) (Рисунок 2.4) застосовуються для розділення суспензій з середньо- і дрібнозернистою (розмір часток більше 30 мкм), переважно розчинної твердою фазою, коли допускається дроблення частинок осаду [26].

Робота центрифуг найбільш ефективна при об'ємному вмісті суспензії більше 10%. У їх конструкціях передбачена можливість хорошого віджимання і ефективної промивки осаду. Конструктивні модифікації центрифуги з осаджувальним ротором призначені для поділу малоконцентрованих погано фільтруючих суспензій з нерозчинної твердої фазою. (розмір часток 5 - 40 мкм) Осад в цих центрифугах не промивається [26].

Основна перевага центрифуг типу ФГН полягає в можливості проведення всіх стадій процесу в автоматичному режимі і при постійній частоті обертання ротора. До їх недоліків слід віднести подрібнення кристалів при зрізі осаду, великі труднощі регенерації фільтруючого перегородки при обробці суспензій з нерозчинної твердої фазою [26].

- розвантажувальний бункер, 2 - живильна труба, 3 - механізм зрізу осаду, 4 - кожух, 5 - ротор, 6 - опори вала; 7 - вал, 8 - станина; 9 - привід.

Рисунок 2.4. Конструктивна схема центрифуг типу ФГН з консольним ротором

Загальний конструктивна ознака таких центрифуг - горизонтальне розташування осі ротора 5, вал 7 якого обертається в підшипниках кочення, встановлених в станині 8. Привід центрифуги від електродвигуна через клиноременну передачу. У передній кришці центрифуги змонтований механізм зрізу осаду 3, розвантажувальний бункер 1, що живить труба 2, труба промивання і регенерації (для фільтруючих центрифуг), регулятор рівня шару завантаження і перемикач ходу ножа. Повоpoтна кришка підвішена на петлях, ущільнена гумовою прокладкою [26].

При роботі фільтруючої центрифуги суспензія через регульований завантажувальний клапан і живильну трубу вступає у обертовий з повною швидкістю ротор і рівномірно розподіляється по поверхні сит.

Фільтрат, промивний фільтрат і рідина після регенерації сит відводяться роздільно. При досягненні заданої товщини шару осаду в роторі подача суспензії автоматично припиняється, після чого відбувається віджимання і промивання осаду. Віджатий після промивання осад зрізається ножем (або скребком) і вивантажується з центрифуги.

Типовий цикл роботи фільтруючих центрифуг складається з операції фільтрування суспензії з утворенням осаду, його промивання, відцентрового віджиму осаду після промивки, вивантаження осаду і регенерації фільтруючої перегородки. Остання операція залежно від проникності шару, що залишається після зрізу осаду, може проводиться в кожному циклі або через кілька циклів.

) Одновальцева сушарка під тиском нижче атмосферного.

Вальцова вакуум-сушарка (Рисунок 2.5) застосовується в тих випадках, коли необхідно знизити температуру сушки [27].

-вальці; 2-скребки, 3-патрубок для вологого матеріалу; 4-патрубок для відводу газу; 5,7 - дзвони; 6-камера для збору сухого матеріалу.

Рисунок 2.5. Вальцова вакуум-сушарка

Від звичайної вальцьовий сушарки вона відрізняється тим, що вальці 1 оточені кожухом, у внутрішньому просторі якого створюється вакуум. Вологий матеріал подається через патрубок 3. При обертанні вальців матеріал прилипає до них, висушується і висушений зрізається скребками 2. Утворений пар відсмоктується через патрубок 4 [27].

В апаратах, безперервно перероблюючих сипучий матеріал під вакуумом, особливо важким завданням є пристрій завантаження і вивантаження матеріалу, оскільки сам кусковий матеріал, що має канали між частинками, не може служити затвором, як рідина [27].

Це завдання, зокрема і для вакуум-сушарок безперервної дії, вирішується двома шляхами.

. Завантаження та розвантаження ведеться періодично, наприклад, один раз на зміну. У цьому випадку сирий матеріал засипається в закритий живильний бункер і витрачається звідти, а висушений накопичується в збірному бункері сушарки протягом певного часу (зміни), після чого відключається вакуум і здійснюється розвантаження збірного бункера [27].

. Застосовуються герметичні затвори. Для розвантаження застосовується, наприклад, шлюзовий затвор. У цьому затворі дзвони відкриваються в наступному порядку: при закритому дзвоні 7 відкривається дзвін 5, матеріал пропускається з конуса сушарки в камеру 6, потім закривається дзвін 5 і відкривається дзвін 7 - матеріал випускається із сушарки. При необхідності підвищити герметичність число камер - шлюзів збільшується до 3 - 5. Закриває і відкриває заслінок шлюзів і їх чергування може бути легко автоматизовано [27].

3. Описання та обґрунтування вибраної конструкції

конструкція глютаміновий кислота

Фільтрацію застосовують в техніці для розділення різних суспензій і в деяких випадках для розділення колоїдних розчинів. Це один з найбільш поширених процесів на хімічних заводах. Суспензією називають рідину, що містить тверді частки в підвішеному стані. Фільтрація проводиться пропусканням суспензії через пористий матеріал - керамічні плитки, пісок, металеві сітки, найчастіше тканину [28].

Рідина (фільтрат) проходить через фільтр, тверді частинки залишаються у вигляді осаду. Осад матеріалу, що залишається на поверхні фільтрувальної перегородки, робить вирішальний вплив на продуктивність фільтру і на витрату енергії на проштовхування рідини через фільтр. Продуктивність характеризується швидкістю фільтрації кількістю фільтрату, що проходить через 1 м² поверхні фільтруючої перегородки в одиницю часу. Швидкість фільтрації залежить від опору фільтруючого шару [28].

Для прискорення процесу збільшують висоту стовпа рідини над перегородкою, застосовують фільтрацію під тиском (фільтр преси), а також вакуумні фільтри. Вакуумні фільтри широко використовують в різних виробництвах і особливо в хімічній промисловості для фільтрації пульп з відносно крупними твердими частинками. При наявності погано фільтруючих аморфних осадів краща фільтрація на фільтр-пресах. Легко фільтруючі і особливо кристалічні речовини краще фільтрувати на вакуумних фільтрах [28].

Розрідження в вакуумному фільтрі створюється відкачуванням повітря з-під пористого фільтруючого шару вакуумним насосом. Суспензія перед фільтром знаходиться під атмосферним тиском. Завдяки різниця між атмосферним тиском, з одного боку, фільтрувальної перегородки і тиском нижче атмосферного, з іншого, рідина проштовхується крізь шар фільтруючого матеріалу. Тиск повітря за фільтром підтримується 60-260 мм рт. ст. Вакуумні фільтри можуть бути періодичної і безперервної дії [28].

Ємнісний фільтр застосовують для розділення невеликих кількостей суспензій. Він може працювати під вакуумом (нутч-фільтр) і під надлишковим тиском (Друк-фільтр). Корпус ємнісного фільтра буває відкритим або закритим. Фільтрувальна перегородка розташовується на перфорованому днище. У верхню частину корпусу подається розділювана суспензія. З нижньої частини відводиться фільтрат. У фільтрі з механізованої розвантаженням осад відаляється через відкидне днище, а у фільтрі з відкритим корпусом - перекиданням або вручну [30].

Вакуумні нутч-фільтри. Нутч-фільтри (Рисунок 3.1) періодичної дії з тканинної перегородкою мають фільтруючу поверхню порядку 1-6 м² і більше, товщину шару осаду 50-400 мм, працюють при вакуумі 500-700 мм рт. ст. Вони прості за конструкцією, недорогі, легко доступні для спостереження і контролю, дозволяють відсмоктати з осаду максимальну кількість рідини [28].

Призначення. Нутч-фільтр призначений для проведення різних фізичних процесів: розчинення, відмивання, усереднення, фільтрації і вивантаження відфільтрованого продукту. Корпус фільтра обладнаний комбінованою рамно - стрічковою мішалкою, що виконує перемішування продукту в процесі його приготування і його вивантаження після відкриття вигрузочного отвора [31].

До горизонтальних елементів мішалки приварені дві вертикальні стрічкові спіралі, які забезпечують необхідну інтенсивність процесу перемішування в об’ємі реактора [31].

Нижня частина мішалки виконана таким чином, щоб продукт зміщувався від центральної осі корпусу до периферії, одночасно очищаючи фільтрувальну сітку від продукту, що знаходиться на ній [31].

Днище фільтра відокремлюване, еліптичного типу кріпиться до корпусу за допомогою фланцевого з'єднання з відкидними болтами [31].

У внутрішній частині днища вварена кільцева опора, на яку укладається підставу сітки [31].

Рисунок 3.2. Нутч-фільтр

Фільтруюча сітка укладається на підставу і притискається до нього притискними планками [31].

Головними перевагами нутч-фільтрів є:

можливість здійснювати фільтрацію в інертній атмосфері;

організація процесу відповідно вимогам GMP і FDA;

відсутність контакту зовнішнього середовища і оператора з речовиною - робота в стерильних умовах, з чутливими і токсичними речовинами;

можливість обігріву або охолодження фільтруючої ємності;

робота з світлочутливими речовинами за рахунок використання затемненого скла;

здійснення процесу у вибухонебезпечних зонах, завдяки використанню матеріалів, що розсіюють електричний заряд;

ефективне і швидке розділення твердої і рідкої фаз;

простота конструкції, відсутність необхідності використання дорогого обладнання;

довговічність при роботі з агресивними середовищами [29].

Рисунок 3.2. Нутч-фільтр

Використання нутч-фільтрів, обладнаних зовнішньої сорочкою дозволяє здійснювати фільтрацію при різних температурних режимах у верхній камері. Охолодження камери використовують для пониження розчинності осаду при фільтруванні і промиванні. Нагрівання використовується для запобігання кристалізації речовин з гарячих маточних розчинів, в тих випадках, коли необхідно отримати фільтрат, що містить цільовий продукт [29].

Нутч-фільтри компаній Radleys і QVF прекрасно підходять для вирішення специфічних завдань в області тонкого органічного синтезу та фармацевтичного виробництва. При використанні вакууму під час процесу фільтрації рідка фаза засмоктується через фільтраційну пластину в приймальну ємність. Конструкція нутч-фільтрів QVF дозволяє здійснювати фільтрацію в атмосфері інертного газу, роблячи можливою роботу з чутливими до вологи і кисню повітря речовинами [29].

Рисунок 3.3. Нутч-фільтр

Однак вони мають істотні недоліки: громіздкість, необхідність ручного вивантаження, засмічення приміщення цеху шкідливими речовинами, обмежені розміри поверхні, що фільтрує. На решітку накладається шар фільтруючого матеріалу, рідина, що стікає, (фільтрат) витікає через патрубок в приймальний резервуар. Продуктивність нутч-фільтра залежить від величини поверхні фільтруючої перегородки, товщини шару осаду і ступеня вакууму. Ефективність нутч-фільтрів підвищують головним чином шляхом механізації вивантаження відфільтрованого осаду. Для цього апарат обладнують відкидним днищем, або перекидаючим механізмом з ручним або гідравлічним приводом, або піднімаючою мішалкою зі шкребками. Ефективність підвищують також установкою декількох фільтрів для отримання постійної продуктивності станції фільтрації в цілому [28].