本文目錄一覽表：

• 一、怎樣辨別真假蜂膠？據(jù)說有用樹膠做的，能否分的出來？
• 二、逆流提取溶劑損耗量大約為多少
• 三、固定床離子交換器的再生
• 四、中藥化學(xué)成分分離法——兩相溶劑萃取法

一、怎樣辨別真假蜂膠？據(jù)說有用樹膠做的，能否分的出來？

參考資料：

二、逆流提取溶劑損耗量大約為多少

逆流提取溶劑損耗量大約為10%。根據(jù)查詢相關(guān)公開信息顯示：逆流提取溶劑損耗量大約為10%是由于提取過程中的有效分散度以及溶劑分配系數(shù)決定的。當有效分散度和溶劑分配系數(shù)較高時，逆流提取溶劑損耗量會比較高，一般在10%左右。



三、固定床離子交換器的再生

年產(chǎn)1000噸丙酮酸工廠設(shè)計可行性報告
摘要
對年產(chǎn)1000噸丙酮酸生產(chǎn)線的公用工程部分進行設(shè)計，解決無菌空氣、冷凍水、蒸汽的供給問題，滿足工藝生產(chǎn)的各項需要。
結(jié)合工廠工藝設(shè)計的物料衡算、能量衡算等計算數(shù)據(jù)，按給定具體工藝要求，進行公用工程配套設(shè)計計算。在此基礎(chǔ)上繪制流程圖并開展通用設(shè)備選型、非標設(shè)備設(shè)計同時進行公用工程平面布置設(shè)計。經(jīng)過對各設(shè)備的比較、論證，選擇最適合工藝流程的公用工程設(shè)備，以達到優(yōu)化資源配置的同時能夠做到對環(huán)境的污染最小，對能源的浪費最少。

關(guān)鍵字：丙酮酸 發(fā)酵 工廠設(shè)計

1.1 項目簡介 2
1.1 .1 建設(shè)項目名稱： 2
1.1.2 建設(shè)規(guī)模、生產(chǎn)方法和工作制度 2
1.1.3 廠址選擇及其自然條件 2
1.1.4 公用工程供應(yīng)條件 3
2.1 丙酮酸發(fā)酵生產(chǎn)公用工程設(shè)計 3
第二章 空氣系統(tǒng)設(shè)計 3
1.1 空氣系統(tǒng)流程 3
1.1.1 空氣的預(yù)處理 3
1.1.2 空氣除菌流程 4
2.1 空氣系統(tǒng)工藝計算 5
2.1.1發(fā)酵車間無菌空氣高峰需求量 6
2.1.2 發(fā)酵車間無菌空氣年耗量 6
3.1 空氣系統(tǒng)設(shè)備選型 6
3.11 布袋粗過濾器 6
3.1.2 空氣壓縮機 6
3.1.3 旋風(fēng)分離器 7
3.1.4 空氣儲罐 8
3.1.5 絲網(wǎng)過濾器 9
3.1.6 總過濾器 11
4.1 設(shè)備安裝注意事項 12
第三章 蒸汽系統(tǒng)設(shè)計 13
1.1 蒸汽系統(tǒng)流程 13
1.1.1 鍋爐用水的預(yù)處理 13
1.1.2 蒸汽系統(tǒng)流程圖 15
2.1 蒸汽系統(tǒng)計算 15
3.1 蒸汽系統(tǒng)設(shè)備選型 16
3.1.1 單流式機械過濾器 16
3.1.2 逆流式Na離子交換器 16
3.1.3 除氧設(shè)備 17
3.1.4 臥式水火管鍋爐 18
4.1 設(shè)備安裝注意事項 19
第四章 冷凍水系統(tǒng)設(shè)計 19
1.1 冷凍水系統(tǒng)流程 19
2.1 冷卻水系統(tǒng)計算 20
3.1 冷凍水系統(tǒng)設(shè)備選型 21
3.1.1 壓縮機 21
3.1.2 冷凝器 21
3.1.3 蒸發(fā)器 22
4.1 設(shè)備安裝注意事項 22
第五章 小結(jié) 23
1.1 結(jié)束語 23

第一章 項目概述
1.1 項目簡介
1.1 .1 建設(shè)項目名稱：
年產(chǎn)1000噸丙酮酸生產(chǎn)線的工藝設(shè)計
1.1.2 建設(shè)規(guī)模、生產(chǎn)方法和工作制度
（1）建設(shè)規(guī)模：年產(chǎn)1000噸丙酮酸
（2）原料葡萄糖先經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱，然后進行連續(xù)滅菌過程，制成滅菌培養(yǎng)基。將酵母與無菌培養(yǎng)基一起放入發(fā)酵罐，通入無菌空氣發(fā)酵，再從發(fā)酵液中提取產(chǎn)物丙酮酸結(jié)晶。
（3）工作制度：工作日按300天計，發(fā)酵、過濾實行兩班制。
1.1.3 廠址選擇及其自然條件
項目建設(shè)地點選擇在鄭州市，其自然條件如下表：
年平均氣溫 16.3℃ 歷年平均最高氣溫 38℃
歷年平均最低氣溫 -4.2℃ 最熱平均相對濕度 85%
最冷平均相對濕度 75% 年平均氣壓 1016.5mP
夏季平均氣壓 1004.5mP 年均風(fēng)速 3.6m/s
年均降水量 1025.6mm 日最大降水量 219.6mm

1.1.4 公用工程供應(yīng)條件
公用工程 要求條件 要求用量
無菌空氣
除菌率 99% 102.6m3/min
加熱蒸汽 121℃，0.4mPa 2.5t/d
冷卻水 18℃ 126.73 t/d
2.1 丙酮酸發(fā)酵生產(chǎn)公用工程設(shè)計
工廠設(shè)計是各專業(yè)設(shè)計人員通力合作，集體創(chuàng)造的過程。在設(shè)計過程中，各專業(yè)既分工，又合作，其中生產(chǎn)工藝設(shè)計是工廠設(shè)計的核心，起主導(dǎo)工作，而公用工程設(shè)計（輔助生產(chǎn)工程設(shè)計）是保證工廠正常生產(chǎn)不可缺少的重要組成部分，是根據(jù)工藝專業(yè)的設(shè)計要求進行工作的。它們相輔相承組成工廠的各部分，形成一個有機的整體。為了更好地發(fā)揮工藝專業(yè)的主導(dǎo)工作，工藝設(shè)計人員必須熟悉和了解各輔助專業(yè)的工作任務(wù)，明確設(shè)計過程中應(yīng)向不同的輔助專業(yè)提供必要的工藝設(shè)計資料和提出不同的要求，作為輔助專業(yè)設(shè)計的依據(jù)。同時又要利用輔助專業(yè)的設(shè)計成果，為工藝設(shè)計服務(wù)。有矛盾時，協(xié)商解決，確定出合理的方案。這對保證設(shè)計質(zhì)量，加快工程進度，并保證工廠投產(chǎn)后的良好運行效果，是十分重要的。另外，在一些工廠，特別是中，小廠的建設(shè)、擴建中，由于技術(shù)力量的不足，往往也需要工藝技術(shù)人員統(tǒng)籌考慮公用工程中的有關(guān)問題。
第二章 空氣系統(tǒng)設(shè)計
1.1 空氣系統(tǒng)流程
1.1.1 空氣的預(yù)處理
空氣中的微生物大多數(shù)依附于空氣中的塵埃顆粒上。提高壓縮前空氣的潔凈度的主要措施是提高空氣吸氣口的位置和加強吸入空氣的前過濾。
為了保護空氣壓縮機，常在空氣吸入口處設(shè)置粗過濾器，以濾去空氣中顆粒較大的塵埃，減少進入空氣壓縮機的灰塵和微生物含量及壓縮機的磨損，并減輕主過濾器的負荷，提高除菌空氣的質(zhì)量。對于這種前置過濾器，要求過濾效率高，阻力小，否則會增加壓縮機的吸入負荷和降低壓縮機的排氣量。通常采用布袋過濾器、填料過濾器、油浴過濾器和水霧除塵過濾器。
為了節(jié)約成本，本設(shè)計采用布袋過濾器。
1.1.2 空氣除菌流程
采用兩級冷卻、加熱除菌系統(tǒng)，其流程圖如圖1：

兩級冷卻除菌流程是一個比較完善的空氣除菌流程，可適應(yīng)各種氣候條件，能夠充分地分離油水，使空氣達到低的相對濕度下進入過濾器，以提高過濾效率。該流程的特點是兩次冷卻、兩次分離、適當加熱。兩次冷卻、兩次分離油水的好處是能提高傳熱系數(shù)，節(jié)約冷卻用水，油水分離的比較完全。經(jīng)第一冷卻器冷卻后，大部分的水、油都已經(jīng)結(jié)成較大的霧滴，故適宜用旋風(fēng)分離器分離。第二冷卻器使空氣進一步冷卻后析出一部分較小霧粒，宜采用絲網(wǎng)分離器分離，這樣發(fā)揮絲網(wǎng)能夠分離較小直徑的霧粒和分離效果高的作用。第一級冷卻到30~35℃，第二級冷卻到20~25℃。除水后，空氣的相對濕度仍然是100%，須用絲網(wǎng)分離器后的加熱器加熱將空氣中的相對濕度降低至50%~60%，以保證過濾的正常運行[1]。
為了克服輸送過程中過濾介質(zhì)等阻力，吸入的空氣須經(jīng)空壓機壓縮?？諝饨?jīng)壓縮后，溫度會顯著上升，壓縮比愈高，溫度也愈高。若將此高溫壓縮空氣直接通入空氣過濾器，會引起過濾介質(zhì)的炭化或燃燒，而且還會增大培養(yǎng)裝置的降溫負荷，給培養(yǎng)溫度的控制帶來困難，同時高溫空氣還會增加培養(yǎng)液水分的蒸發(fā)，對微生物的生長也不利，因此要將壓縮空氣降溫。所以在空氣儲罐后要裝一個冷卻器，如流程圖中的4，6兩處。

根據(jù)式子(1)：
(1)
當空氣的總壓力P及濕含量χ為一定值時，相對濕度φ隨 Ps而改變，但Ps又是溫度的函數(shù)，φ因此隨溫度而變，即溫度升高時，φ降低，反之，φ則升高。若溫度降至露點，φ升到100%時，過剩的那部分水蒸氣就會凝成露滴而析出，同樣壓縮空氣中夾帶的油分也會冷凝下來。由此可以看出經(jīng)冷卻降溫后的空氣相對濕度增大，會析出水來，使過濾介質(zhì)受潮失效，所以壓縮后的濕空氣要除水，同時由于空氣經(jīng)壓縮機后不可避免地會夾帶潤滑油，故除水的同時也要進行除油。因此在5處設(shè)置一個旋風(fēng)分離器用來除去空氣中的水和油。
介質(zhì)過濾器是利用塊狀介質(zhì)，顆粒狀介質(zhì)、網(wǎng)狀介質(zhì)或高分子材料絲網(wǎng)的慣性攔截作用來分離空氣中的水和油滴的方法。在各種介質(zhì)過濾器中絲網(wǎng)分離器具有較高的分離效率，它對直徑大于5μm的顆粒分離效果可達99%，大于10μm的更可高達99.5%，且能出去部分2-5μm的較細顆粒，加上結(jié)構(gòu)簡單，阻力不大等，被廣泛用于生產(chǎn)中。流程圖中7處就是一個絲網(wǎng)過濾器。
在最后設(shè)置一個總過濾器，也是流程中最重要的一個過濾器，用來過濾掉空氣中絕大部分殘余的油、水及真菌，以達到所需無菌空氣的要求。
2.1 空氣系統(tǒng)工藝計算
生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：年產(chǎn)1000t丙酮酸，產(chǎn)酸率72g/l，轉(zhuǎn)化率70％，提取率80％，染菌率1％，年工作日300，發(fā)酵周期64h，輔助時間8小時，平均通氣比1：0.3
2.1.1發(fā)酵車間無菌空氣高峰需求量
Vmax=2×238.75+6×995=6247.5(m3/h)=1.74(m3/s)
2.1.2 發(fā)酵車間無菌空氣年耗量
V=6×6.5×10-6+2×1.63×106=4.23×107(m3)
無菌空氣消耗量：（75×0.7×6+5×0.7×2）×0.3=102.6m3/h
3.1 空氣系統(tǒng)設(shè)備選型
3.11 布袋粗過濾器
布袋過濾器的結(jié)構(gòu)簡，只要將濾布縫制成與骨架相同形狀的布袋，繃緊縫于骨架上，并縫緊所有造成短路的空隙。布袋過濾的過濾效率和阻力損失要視所選用的濾布結(jié)構(gòu)和濾布面積而定。布質(zhì)結(jié)實而細致，則過濾效率高，但阻力大?，F(xiàn)多采用合成纖維濾布、無紡布。濾布要求定期換洗，以減少阻力和提高過濾效率。本設(shè)計采用合成纖維濾布，氣流速度為2-2.5m/min，空氣阻力約為60-120mmHg。
3.1.2 空氣壓縮機
發(fā)酵工業(yè)常用的氣體輸送設(shè)備為低壓空氣壓縮機，用來提供發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)中要求提供的0.2~0.3MPa（表壓）的壓縮空氣。一般采用的是渦輪式空氣壓縮機或經(jīng)過改裝的往復(fù)式空氣壓縮機做為空氣壓縮站的主要送氣設(shè)備。將空氣壓縮到一定壓力，通過空氣除菌系統(tǒng)，得到一定壓力的無菌空氣，供深層培養(yǎng)之用。兩種空氣壓縮機的比較如表1。

壓縮機種類 特點 優(yōu)點 缺點
渦輪式 供氣量大，出口壓強穩(wěn)定，輸出的壓縮空氣不含油霧 功率消耗較小，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小 技術(shù)要求較高
往復(fù)式
操作時氣體受壓發(fā)熱，故在缸外要有冷卻裝置 容量范圍廣，價格較便宜，操作和維修比較方便 出口流量不穩(wěn)定，壓出氣體中夾帶油霧
表1 兩種空氣壓縮機的比較
由于渦輪式空氣壓縮機輸出的壓縮空氣中不含油霧，給后面的空氣除菌帶來很大方便，使空氣過濾系統(tǒng)得到簡化，降低一些成本，故本設(shè)計采用渦輪式空氣壓縮機。
無菌空氣消耗量：（75×0.7×6+5×0.7×2）×0.3=102.6m3/h=60.38acfm。

初選渦輪式空氣壓縮機，機型HP1.0，排氣量40acfm,兩臺并聯(lián)工作，40acfm×2 =80acfm 60.38acfm,所以符合工藝生產(chǎn)的要求。
3.1.3 旋風(fēng)分離器
旋風(fēng)分離器是一種結(jié)構(gòu)簡單、阻力小、分離效果較高的氣-固或氣-液分離設(shè)備。空氣一般以15-24m/s的流速以切線方向進入旋風(fēng)分離器，并在圓周內(nèi)做圓周運動，油水滴則因具有比空氣大得多的重度，因此有較大的慣性力，故當空氣在分離器內(nèi)做圓周運動時，油水滴仍作直線運動，因而在器壁上沉降。排氣口氣流速度為4-8m/s，油水滴則在旋風(fēng)分離器中的徑向速度與氣流速度的平方成正比，但隨回轉(zhuǎn)半徑的增加而減小，因此旋風(fēng)分離器的進口管截面積一般較小，分離器的管徑也較小。但進口空氣的流速越大，筒徑越小，空氣的阻力也就越大。

圖2 旋風(fēng)分離器
一般的旋風(fēng)分離器的比例尺寸大致為：
D1=0.4-0.6，L1=1-2D，2-3D， h=0.5D，b=0.2-0.25D，D2=0.2-0.35D
為方便起見，可用下式大致估計一下分離器的直徑D:
(2)
式(2)中：Q——通過旋風(fēng)分離器的空氣流量，m3/min。
通過旋風(fēng)分離器的空氣流量Q=120m3/min
D=0.1 =1.095m，所以D取1.1m。
D1=0.5m L1=2D=2.2m L2=3D=3.3m h=0.5D=0.55m b=0.2d=0.22m D2=0.2D=0.22m
3.1.4 空氣儲罐
壓縮空氣冷卻到一定溫度，分去油水后，空氣的相對濕度仍為100%，若不加熱升溫，只要溫度稍微降低，便再度析出水分，使過濾介質(zhì)受潮而降低或喪失過濾能力。所以必須將冷卻除去水分后的壓縮空氣加熱到一定溫度，使相對濕度降低，才能輸入過濾器。壓縮空氣加熱溫度的選擇對保證空氣干燥，保證過濾器的除菌效率很關(guān)鍵。一般來講，降濕后的溫度與升濕后的溫度溫差在10-15℃左右即能保證相對濕度降至一定水平，滿足進入過濾器的要求。
空氣的加熱一般用列管式換熱器來實現(xiàn)，由壓縮機出來的空氣是脈沖式的，在過濾器前需要安裝一個空氣儲罐來消除脈沖維持罐壓的穩(wěn)定。儲氣罐的作用除了使壓力穩(wěn)定外，還可使部分液滴在罐內(nèi)沉降。儲氣罐的結(jié)構(gòu)如下圖：

圖3 儲氣罐結(jié)構(gòu)圖
貯氣罐的體積計算如下： V=0.15v (3)
式(3)中：V—貯氣罐的體積；v—壓縮空氣流量，m3/min。
貯氣罐的體積V=0.15v=0.15×120=18m3
設(shè)貯氣罐圓筒部分的高徑比為2.5：1
則
則D=2.09m，H=2.5D=5.23m
3.1.5 絲網(wǎng)過濾器
本設(shè)計的介質(zhì)過濾器的過濾介質(zhì)采用0.25mm×40目的不銹鋼絲網(wǎng)，絲網(wǎng)介質(zhì)層高度為150mm，其示意圖如下：

圖4 絲網(wǎng)過濾器結(jié)構(gòu)圖
通過絲網(wǎng)最大空氣流速：
(4)
式(4)中：ωmax——最大空氣流速，m/s；ρp——液滴的比重，kg/m3；ρg——空氣的比重，kg/m3；K——系數(shù)，取0.107
查出25℃下空氣的比重ρg為1.2×103 kg/m3，水滴的比重ρp為1.022 kg/m3
則ωmax=0.107 = 3.12m/s
絲網(wǎng)分離器的設(shè)計速度ω為上述空氣最大流速的75%，即：
ω設(shè)計=0.75ωmax=2.34m/s
絲網(wǎng)分離器的直徑：
(5)
式(5)中：D—絲網(wǎng)分離器的直徑，m；V—氣體流量，m3/s。
則絲網(wǎng)分離器的直徑D= =0.977 m
3.1.6 總過濾器
因為生產(chǎn)需要的無菌空氣要求比較高，從過濾效率和經(jīng)濟適用方面考慮，本設(shè)計采用纖維介質(zhì)深層過濾器，其結(jié)構(gòu)圖如圖5：

圖5 纖維介質(zhì)深層過濾器

這種纖維介質(zhì)深層過濾器通常是立式圓筒型，內(nèi)部充填過濾介質(zhì)，空氣由下向上通過過濾介質(zhì)，以達到除菌目的。
空氣過濾器的的尺寸主要包括直徑D和有效濾層高度L，其中D可以由式(6)求出：
（6） (6)
式(6)中:qν——空氣流經(jīng)過濾器的體積流量，m3/s;
νs——空截面空氣速度，m/s。
空截面氣速νs一般可取0.1-0.3m/s，按操作工藝設(shè)為0.2m/s，
qν= 102.6m3/min=1.17 m3/s
則D= =2.73m
過濾器的有效過濾介質(zhì)高度L的計算公式為：

則

選用棉花纖維過濾器，選棉花纖維直徑d=16μm,填充系數(shù)α=8%
通風(fēng)量120m3/min,p=4kg/m3,發(fā)酵周期72h
假設(shè)進入過濾器的空氣含菌量是5000個/m3，空氣流速為0.2m/s
查得K’=0.135cm-1，倒灌率為0.1%
則N1=5000×120×60×72=2.592×109個，N2=10-3個
過濾層厚度 =63.6cm
4.1 設(shè)備安裝注意事項
(1) 貯氣罐上應(yīng)安裝安全閥，底部應(yīng)安排污口，空氣在貯罐中的流向為由下而上，罐內(nèi)放置絲網(wǎng)除霧器。
(2) 過濾器的有效過濾介質(zhì)高度L的決定，通常在實驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，按對數(shù)穿透定律進行計算。但由于需要濾層厚度，耗用棉花過多，安裝較困難，阻力損失很大，故工廠常用活性炭作為中間曾，以改善這些因素。這本來是不符合計算要求的。通?？偟母叨戎?，上下棉花層厚度各為總過濾層的1/4-1/3，中間活性炭層占1/3-1/2。在鋪棉花之前，先在下孔板鋪上一層30-40目的金屬絲網(wǎng)和織物，有助于空氣均勻進入棉花濾層。
第三章 蒸汽系統(tǒng)設(shè)計
1.1 蒸汽系統(tǒng)流程
1.1.1 鍋爐用水的預(yù)處理
為了保證供熱系統(tǒng)的可靠、持久和安全地運行，必須對供給鍋爐房的水進行處理。在鍋爐房使用的各種水源中，無論是天然水，還是自來水，都含有一些雜質(zhì)，不能直接用于鍋爐給水，必須經(jīng)過處理，符合鍋爐給水水質(zhì)標難后才能供給鍋爐使用，否則會影響鍋爐的安全經(jīng)濟運行。因此，鍋爐房要設(shè)置給水處理設(shè)備。
天然水(無論是地面水還是地下水)在自然界的循環(huán)運動過程中，溶解和混雜了大量雜質(zhì)。這些雜質(zhì)按其顆粒大小可以分為三類：顆粒最大的稱為懸浮物，其次是膠體，最小的是離子和分子，即溶解物質(zhì)。懸浮物是指水流動時呈懸浮狀態(tài)的物質(zhì)，其顆粒直徑在10-4mm以上，通過濾紙可以分離出來。主要是黏土、砂粒、植物殘渣、工業(yè)廢物等。
膠體物質(zhì)是許多分子和離子的集合體，其粒徑在10.4~10.6mm之間。水中膠體物質(zhì)有鐵、鋁、硅等的化合物，以及動植物有機體的分解產(chǎn)物——有機物。
天然水中的溶解物質(zhì)主要是鈣、鎂、鉀、鈉等鹽類以及氧和二氧化碳等氣體。這些鹽類在水中大都以離子狀態(tài)存在，其顆粒直徑小于10.6mm。水中溶解的氣體則是以分子狀態(tài)存在的。
懸浮物會造成沉積物，污染樹脂，堵塞管道，懸浮物過多會使鍋水起沫。膠體物質(zhì)會污染樹脂，影響出水質(zhì)量，進入鍋爐，會產(chǎn)生大量泡沫，引起汽水共騰。天然水中的懸浮物和膠體物質(zhì)通常是在水廠里通過混凝和過濾處理后大部分被清除。如果將這看起來澄清，仍含有雜質(zhì)的水不經(jīng)處理直接供給鍋爐，水中的一部分溶解鹽類(主要是鈣、鎂鹽類)就會析出或濃縮沉淀出來。沉淀物的一部分比較松散，稱為水渣；而另一部分附著在受熱面內(nèi)壁，形成堅硬而質(zhì)密的水垢。水垢的存在對鍋爐安全，經(jīng)濟運行危害很大。
（1）鍋爐用水的過濾
工業(yè)鍋爐房用水一般由水廠供給。如果原水的懸浮物含量較高，為了減輕軟化設(shè)備的負擔，必須進行原水的過濾處理。對于順溜再生固定床離子交換器，懸浮物大于等于5mg/L的原水應(yīng)經(jīng)過濾；進入逆流再生固定床離子交換器或浮動床交換器的原水，懸浮物含量大于等于2mg/L時應(yīng)先經(jīng)過濾；懸浮物含量大于20mg/L的原水或經(jīng)石灰處理后的水均應(yīng)混凝、澄清后經(jīng)過濾處理。
（2）陽離子交換軟化
水中的懸浮物和膠體物質(zhì)通常經(jīng)過水廠的沉淀、過濾等處理后被大部分去除。但水中的硬度、堿度等雜質(zhì)仍然存在，為了滿足鍋爐給水水質(zhì)要求，需要對鍋爐給水進行處理。工業(yè)鍋爐房水處理的主要內(nèi)容是軟化和除氧，即除去水中的鈣、鎂離子，降低給水的含氧量。利用不產(chǎn)生硬度的陽離子(如Na+、H+)將水中的Ca2+、Mg2+置換出來，從而達到使水軟化的目的，這種方法稱為陽離子軟化法。又稱離子交換軟化。離子交換軟化是通過離子交換劑實現(xiàn)的。
目前在工業(yè)鍋爐水處理中，鈉離子交換軟化用得最多。離子交換器中裝入陽離子交換劑，原水流過鈉離子交換劑時，交換劑中的Na+與水中的Ca2+、Mg2+離子進行置換反應(yīng)，使水得到軟化。鈉離子交換既可除去水中的暫硬，又可除去永硬，但不能除堿，因為構(gòu)成天然水堿度主要部分的暫時硬度按照等物質(zhì)量的規(guī)則轉(zhuǎn)變?yōu)殁c鹽堿度NaHCO3；另外，按等物質(zhì)量的交換規(guī)則1mol Ca2+與2 mol的Na+進行交換反應(yīng)，使得軟水中的含鹽量有所增加。
隨著交換軟化過程的進行，交換劑中的Na+ 逐漸被水中的Ca2+ 、Mg2+所代替，交換劑由NaR型逐漸變?yōu)镃aR2或MgR2型。當軟化水的硬度超過某一數(shù)值后，水質(zhì)已經(jīng)不符合鍋爐給水水質(zhì)標準的要求時，則認為交換劑已經(jīng)失效，此時應(yīng)立即停止軟化，對交換劑進行再生。
離子交換設(shè)備種類較多，有固定床、浮動床、流動床等。浮動床、流動床離子交換設(shè)備適用于原水水質(zhì)穩(wěn)定，軟化水出力變化不大、連續(xù)不間斷運行的情況，固定床則無需上述要求，是工業(yè)鍋爐房常用的軟化設(shè)備。
固定床離子交換設(shè)備又可分為順流再生離子交換器和逆流再生離子交換器兩大類。
（3）鍋爐給水的除氧
鍋爐金屬的腐蝕主要是電化學(xué)腐蝕。鍋爐的給水和鍋水都是電解質(zhì)，因為鍋爐的金屬壁的雜質(zhì)部分為陰極，其得到的電子會與鍋水中離子（如H+）結(jié)合而不斷去除。
如果腐蝕產(chǎn)物(如Fe3+)積聚在陽極，或電子e積聚在陰極未被除去，則兩極間電位差減小而使腐蝕滯緩或停止，這種現(xiàn)象稱為“極化”。反之，消除極化(稱為“去極化”現(xiàn)象)，會使腐蝕加速。
pH 7時，水中有較多的H+，H+是陰極的去極化劑會加速腐蝕。同時，酸性水會使金屬氧化保護層溶解，也加速腐蝕?？梢?，為了避免和減輕鍋爐金屬的電化學(xué)腐蝕，除了保持鍋水一定的堿度，還要對給水進行除氧。
1.1.2 蒸汽系統(tǒng)流程圖
蒸汽系統(tǒng)的簡單流程示意圖見圖2：

圖6 蒸汽系統(tǒng)流程示意圖

設(shè)計蒸汽系統(tǒng)時還應(yīng)從經(jīng)濟上考慮，在滿足用戶需要的前提下，供汽壓力越低越好，但仍需考慮蒸汽冷凝水回收系統(tǒng)所需的壓降。為了有效地利用燕汽的能量，往往先使高壓蒸汽通過汽輪機，然后用汽輪機的排汽供應(yīng)工廠生產(chǎn)；當汽輪機停止工作時，應(yīng)有減壓閥和減溫器來保證低一級壓力蒸汽系統(tǒng)的供汽。
2.1 蒸汽系統(tǒng)計算
工藝上需求采用121℃，0.4mPa的蒸汽進行加熱
每個發(fā)酵罐蛇管蒸汽加熱階段需要的蒸汽量G=3887.15 kg
每個發(fā)酵罐直接蒸汽加熱階段需要的蒸汽量G’=2139.53 kg

考慮5%的蒸汽損失，并且有兩個發(fā)酵罐同時進行發(fā)酵，則總的蒸汽用量為：
G總=（3887.15+2139.53）×2/0.95=12.696 t/d
3.1 蒸汽系統(tǒng)設(shè)備選型
3.1.1 單流式機械過濾器
本設(shè)計采用的過濾設(shè)備是單流式機械過濾器，因為它具有過濾管路系統(tǒng)簡單，運行穩(wěn)定，價格低廉等優(yōu)勢。單流式機械過濾器也是最簡單的一種過濾器。其簡單示意圖如圖3：

圖7 單流式機械過濾器
單流式機械過濾器本體為密閉的鋼制圓柱形容器，設(shè)有進水、排水管路，過濾器內(nèi)裝填過濾材料，常用的有石英砂、大理石、無煙煤等。石英砂不宜用于過濾堿性水，因為石英砂在水中溶解產(chǎn)生硅酸對鍋爐有害；無煙煤、大理石適用于帶堿性的水。濾料直徑為0.5~1.5mm。過濾速度為4~5m/h，運行周期一般為8h。
3.1.2 逆流式Na離子交換器
因為逆流再生離子交換設(shè)備具有出水質(zhì)量高，鹽耗低等優(yōu)點，所以本設(shè)計采用逆流再生Na離子交換器。其簡單示意圖如圖4：

圖8 逆流再生離子交換設(shè)備
所謂“逆流再生”，就是再生時再生液的流向和水軟化運行時的流向相反。通常是鹽液從交換器下部進入，上部排出。因此，新鮮的再生液總是先與交換器底部尚未完全失效的交換劑接觸，使其得到很高的再生程度，隨著再生液繼續(xù)向上流動，交換劑的再生程度逐漸降低，但較順流再生工藝慢得多(下部交換劑的飽和程度比上部?。偕褐兄脫Q出來的Ca2+、Mg2+少)。當再生液與上部完全失效的交換劑接觸時，再生液仍具有一定的“新鮮性”，仍能起還原作用，再生液能被充分利用[8]。
3.1.3 除氧設(shè)備
從氣體溶解定律可知．氣體在水中的溶解度與該氣體在氣水界面上的分壓力成正比，與水溫成反比。在敞開的設(shè)備中將水加熱，隨著水溫升高，氣水界面上的水蒸氣分壓力也增大，其他氣體的分壓力降低，當水達到沸點時，水界面上的水蒸氣分壓力與外界壓力相等，其他氣體的分壓力都趨于零，水中溶解氣體的含量也趨于零。這是熱力除氧的工作原理。
用加熱的方法除氧的設(shè)備稱為熱力除氧器。工業(yè)鍋爐房蒸汽鍋爐常采用的是大氣式熱力除氧器，即除氧器內(nèi)的壓力略高于大氣壓(一般為0.02MPa，工作溫度104℃)，以便于逸出的氣體能夠排出。
常用的噴霧填料式熱力除氧器如圖9所示。

圖9 噴霧填料式除氧器
除氧器由除氧頭和除氧水箱兩部分組成。給水由除氧頭上部的進水管進人，進水管又與互相平行的幾排帶有噴嘴的噴水管連接，水通過噴嘴被噴成霧狀，要求噴嘴進水壓力為0.15-0.2MPa左右。除氧頭下部有兩層孔板，孔板之間裝有不銹鋼填料(也稱Ω元件)，霧狀水滴經(jīng)填料層后落到水箱里。
蒸汽由除氧頭下部的進汽管進入向上流動，析出的氣體及部分蒸汽經(jīng)過頂部的圓錐形擋板折流，由排氣管排出。
給水在除氧器內(nèi)先是被噴成霧狀加熱，具有很大的表面積，有利于氧氣從水中逸出，后又在填料層中呈水膜狀態(tài)被加熱，與蒸汽有較充分的接觸，且填料還有蓄熱作用，所以除氧效果較好，對負荷波動適應(yīng)強。
3.1.4 臥式水火管鍋爐
由于發(fā)酵車間所需的蒸汽量不大，所以采用臥式水火管鍋爐比較適宜。
臥式水火管鍋爐是水管與火管組合在一起的臥式外燃鍋爐。這種鍋爐是20世紀創(chuàng)年代在臥式外燃回水管鍋爐基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種整裝鍋爐。目前在小型燃煤鍋爐使用中占有較大比例。
這種鍋爐的鍋筒及各受熱面都支承在鋼板焊成的底座上，爐排文架及通風(fēng)裝置全部在支座結(jié)構(gòu)中形成。鍋爐的墻壁采用蛭石磚絕熱，外加薄鐵皮，形成一整體鍋爐。因此，又稱這種鍋爐為臥式快裝鍋爐?？煅b鍋爐結(jié)構(gòu)緊湊，運輸方便，安裝簡單。相對其他煙火管鍋爐，由于爐膛內(nèi)可根據(jù)情況布置備種拱墻，爐內(nèi)燃燒較好。同時由于爐內(nèi)煙氣流速較高，使火管傳熱系數(shù)提高，積灰減少。尤其在層部增設(shè)省煤器時，使排煙溫度降低，鍋爐效率可達75％以上。
4.1 設(shè)備安裝注意事項
（1）當原水通過過濾層的壓力降達到0.05~0.06MPa時，應(yīng)停止過濾，進行反沖洗，把濾料層中截留的污泥沖洗掉，以恢復(fù)其工作能力。反洗強度為15L／(s m2)，沖洗時間為10min，最后正洗至出水合格，就可以重新進行過濾。
（2）排氣閥開度要合適，過大會造成蒸汽浪費，過小會影響除氧效果，因此需要通過反復(fù)調(diào)整，維持其最佳開度。
（3）為了保證重要用戶用汽，設(shè)計中要考慮設(shè)置一個蒸汽自動切斷系統(tǒng)，在發(fā)生事故時，按預(yù)定的程序切斷非重要用戶的負荷。為了確認次系統(tǒng)的可靠性，在日常生產(chǎn)時要進行試驗。
（4）設(shè)計蒸汽系統(tǒng)時，系統(tǒng)干管的直徑要按蒸汽發(fā)生設(shè)備的連續(xù)最大供汽量來考慮，以利于將來工廠擴建或適應(yīng)生產(chǎn)的變化。

四、中藥化學(xué)成分分離法——兩相溶劑萃取法

1.萃取法：兩相溶劑提取又簡稱萃取法，是利用混合物中各成分在兩種互不相溶的溶劑中分配系數(shù)的不同而達到分離的方法。萃取時如果各成分在兩相溶劑中分配系數(shù)相差越大，則分離效率越高、如果在水提取液中的有效成分是親脂性的物質(zhì)，一般多用親脂性有機溶劑，如苯、氯仿或**進行兩相萃取，如果有效成分是偏于親水性的物質(zhì)，在親脂性溶劑中難溶解，就需要改用弱親脂性的溶劑，例如乙酸乙酯、丁醇等。還可以在氯仿、**中加入適量乙醇或甲醇以增大其親水性。提取黃酮類成分時，多用乙酸乙脂和水的兩相萃取。提取親水性強的皂甙則多選用正丁醇、異戊醇和水作兩相萃取。不過，一般有機溶劑親水性越大，與水作兩相萃取的效果就越不好，因為能使較多的親水性雜質(zhì)伴隨而出，對有效成分進一步精制影響很大。

兩相溶劑萃取在操作中還要注意以下幾點：

1）先用小試管猛烈振搖約1分鐘，觀察萃取后二液層分層現(xiàn)象。如果容易產(chǎn)生乳化，大量提取時要避免猛烈振搖，可延長萃取時間。如碰到乳化現(xiàn)象，可將乳化層分出，再用新溶劑萃?。换?qū)⑷榛瘜映闉V，或?qū)⑷榛瘜由陨约訜幔换蜉^長時間放置并不時旋轉(zhuǎn)，令其自然分層。乳化現(xiàn)象較嚴重時，可以采用二相溶劑逆流連續(xù)萃取裝置。

2）水提取液的濃度在比重1.1～1.2之間，過稀則溶劑用量太大，影響操作。

3）溶劑與水溶液應(yīng)保持一定量的比例，第一次提取時，溶劑要多一些，一般為水提取液的1/3，以后的用量可以少一些，一般1/4-1/6.

4）一般萃取3～4次即可。但親水性較大的成分不易轉(zhuǎn)入有機溶劑層時，須增加萃取次數(shù)，或改變萃取溶劑。

萃取法所用設(shè)備，如為小量萃取，可在分液漏斗中進行；如系中量萃取，可在較大的適當?shù)南驴谄恐羞M行。在工業(yè)生產(chǎn)中大量萃取，多在密閉萃取罐內(nèi)進行，用攪拌機攪拌一定時間，使二液充分混合，再放置令其分層；有時將兩相溶液噴霧混含，以增大萃取接觸，提高萃取效率，也可采用二相溶劑逆流連續(xù)萃取裝置。

2.逆流連續(xù)萃取法：是一種連續(xù)的兩相溶劑萃取法。其裝置可具有一根、數(shù)根考，試大收集整理或更多的萃取管。管內(nèi)用小瓷圈或小的不銹鋼絲圈填充，以增加兩相溶劑萃取時的接觸面。例如用氯仿從川楝樹皮的水浸液中萃取川楝素。將氯仿盛于萃取管內(nèi)，而比重小于氯仿的水提取濃縮液貯于高位容器內(nèi)，開啟活塞，則水浸液在高位壓力下流入萃取管，遇瓷圈撞擊而分散成細粒，使與氯仿接觸面增大，萃取就比較完全。如果一種中草藥的水浸液需要用比水輕的苯、乙酸乙酯等進行萃取，則需將水提濃縮液裝在萃取管內(nèi)，而苯、乙酸乙酯貯于高位容器內(nèi)。萃取是否完全，可取樣品用薄層層析、紙層析及顯色反應(yīng)或沉淀反應(yīng)進行檢查。

3.逆流分配法（CounterCurrentDistribution，CCD）：逆流分配法又稱逆流分溶法、逆流分布法或反流分布法。逆流分配法與兩相溶劑逆流萃取法原理一致，但加樣量一定，并不斷在一定容量的兩相溶劑中，經(jīng)多次移位萃取分配而達到混合物的分離。本法所采用的逆流分布儀是由若干乃至數(shù)百只管子組成。若無此儀器，小量萃取時可用分液漏斗代替。預(yù)先選擇對混合物分離效果較好，即分配系數(shù)差異大的兩種不相混溶的溶劑。并參考分配層析的行為分析推斷和選用溶劑系統(tǒng)，通過試驗測知要經(jīng)多少次的萃取移位而達到真正的分離。逆流分配法對于分離具有非常相似性質(zhì)的混合物，往往可以取得良好的效果。但操作時間長，萃取管易因機械振蕩而損壞，消耗溶劑亦多，應(yīng)用上常受到一定限制。

4.液滴逆流分配法：液滴逆流分配法又稱液滴逆流層析法。為近年來在逆流分考試大收集整理配法基礎(chǔ)上改進的兩相溶劑萃取法，對溶劑系統(tǒng)的選擇基本同逆流分配法，但要求能在短時間內(nèi)分離成兩相，并可生成有效的液滴。由于移動相形成液滴，在細的分配萃取管中與固定相有效地接觸、摩擦不斷形成新的表面，促進溶質(zhì)在兩相溶劑中的分配，故其分離效果往往比逆流分配法好。且不會產(chǎn)生乳化現(xiàn)象，用氮氣壓驅(qū)動移動相，被分離物質(zhì)不會因遇大氣中氧氣而氧化。本法必須選用能生成液滴的溶劑系統(tǒng)，且對高分子化合物的分離效果較差，處理樣品量?。?克以下），并要有一定設(shè)備。應(yīng)用液滴逆考試，大收集整理流分配法曾有效地分離多種微量成分如柴胡皂甙原小檗堿型季銨堿等。液滴逆流分配法的裝置，近年來雖不斷在改進，但裝置和操作較繁。目前，對適用于逆流分配法進行分離的成分，可采用兩相溶劑逆流連續(xù)萃取裝置或分配柱層析法進行。

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