CN115300646B - 一种连消换热系统及使用方法 - Google Patents
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Abstract
一种连消换热系统及其使用方法，系统包括：配料罐（1）、第一换热器（2）、第二换热器（3）、加热器（4）、维持换热器（5）、第三换热器（6）、冷凝水收集罐（7）、冷凝水暂存罐（8）、进料泵（9）、冷凝水换热泵（10）、冷凝水配料泵（11）。本系统充分利用的连消系统自身的各种热能，实现了能源的最大化利用。
Description
技术领域
本发明属于生物制造节能技术领域，具体涉及一种连消换热系统及使用方法。
背景技术
大型生物发酵对培养基的灭菌通常采用连消的方式，连消培养基相比于实消培养基更适于大容积发酵罐培养基的灭菌消毒，具有易于实现自控操作、连续性强、培养基营养成分破坏少、发酵罐利用率高等优点。现有的连消系统对蒸汽要求较高，连消温度波动较大，连消过程难以控制，造成连消染菌机率较高，同时培养基的营养成分经常会因为连消温度的波动而使质量不稳定，进一步造成发酵生产水平波动较大。为了减少连消温度的波动，通常的做法是将蒸汽通入培养基中提前预加热至一定温度，从而降低连消过程中的物料温差，但是这样的做法需要耗费较长的加热时间和大量的蒸汽，降低了连消过程的效率，增加了连消的能耗，同时增加的加热次数使操作更加繁琐，培养基的营养成分也遭到了更多破坏，不利于生物发酵水平的稳定和提高。
发明内容
本发明目的在于提供一种连消换热系统及使用方法。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：一种连消换热系统，包括配料罐、第一换热器、第二换热器、加热器、维持换热器、第三换热器、冷凝水收集罐、冷凝水暂存罐、进料泵、冷凝水换热泵、冷凝水配料泵；
所述配料罐的出口通过管道与进料泵的进口相连接，配料罐的进料口通过管道与冷凝水配料泵的出口相连；
所述第一换热器的冷料进料口通过管道与进料泵的出口相连，第一换热器的冷料出料口通过管道与第二换热器的冷料进料口相连，第一换热器的热料进料口通过管道与冷凝水换热泵的出口相连，第一换热器的热料出料口通过管道与冷凝水暂存罐进口相连；
所述第二换热器的冷料出料口通过管道与加热器的进料口相连，第二换热器的热料进料口通过管道与维持换热器的出口2相连，第二换热器的热料出料口通过管道与第三换热器的热料进口相连；
所述加热器的出料口通过管道与维持换热器的进料口1相连，加热器的蒸汽入口与蒸汽管道相连，加热器的冷凝水出口通过管道与冷凝水收集罐的进口相连；
所述维持换热器底部设有进料口1，顶部设有出料口1，侧面下部设有进料口2，侧面上部设有出料口2，维持换热器顶部出料口1与侧面下部进料口2通过管线相连接；
所述第三换热器热料出口分别与去发酵罐管道、蒸汽进管道、稀碱液回管相连，第三换热器的冷料进口与循环水进水管相连，第三换热器冷料出口与循环水回水管道相连；
所述冷凝水收集罐的出口通过管道与冷凝水换热泵进料口相连；
所述冷凝水暂存罐的出口通过管道与冷凝水配料泵进料口相连；
所述进料泵进料口还与稀碱液进管道相连。
优选的技术方案为：所述维持换热器由至少一组换热器串联构成，所述换热器为列管式换热器或夹套式热交换器。
优选的技术方案为：加热器的进料口底部设置有小排阀。
优选的技术方案为：设备或U型管道最低处均设置小排阀；
优选的技术方案为：设备之间连接的管道上设有阀门。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：一连消换热系统的使用方法，包括下列步骤：
步骤1、空消
打开第三换热器热料出口的进蒸汽阀门，打开系统排净冷凝水和残液，打开去发酵罐管道阀门，从发酵罐处排汽；或者在发酵罐空消时，利用发酵罐空消的蒸汽空消；
步骤2、进料连消
空消结束，关闭第三换热器热料出口的进蒸汽阀门，打开第三换热器去发酵罐阀门、加热器进蒸汽阀，启动冷凝水换热泵，打开配料罐出口阀门，启动进料泵，控制进料流量和连消温度，打开第三换热器进循环水阀门和回循环水阀门，开始连消；
步骤3、碱洗
连消结束，关闭第三换热器去发酵罐阀门、配料罐出口阀门、加热器进蒸汽阀，关闭冷凝水换热泵，打开进稀碱液管道阀门、回稀碱液管道阀门，使碱液在系统中进行循环清洗；
步骤4、停机
碱洗结束，启动冷凝水配料泵向配料罐中注入蒸汽冷凝水，关闭进稀碱液管道阀门，打开配料罐出口阀门，用蒸汽冷凝水将系统内的稀碱液顶回；关闭进料泵、回稀碱液管道阀门，打开系统内各排阀，排净系统内的残液。
优选的技术方案为：连消过程中，物料需要补水时，通过打开冷凝水配料泵向配料罐（1）补充蒸汽冷凝水。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
以上附图中：1、配料罐；2、第一换热器；3、第二换热器；4、加热器；5、维持换热器；6、第三换热器；7、冷凝水收集罐；8、冷凝水暂存罐；9、进料泵；10、冷凝水换热泵；11、冷凝水配料泵。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有的优点是：
本发明通过针对培养基连消过程中的热能进行巧妙设计和重复利用，设计开发出一种连消换热系统及使用方法，该系统充分利用的连消系统自身的各种热能，实现了能源的最大化利用。该系统把系统空消、连消时产生的蒸汽冷凝水进行收集再利用，首先利用蒸汽冷凝水的残留热量给冷物料进行预热，蒸汽冷凝水通过换热器给冷物料间接加热，相比于蒸汽直接加热，对培养基中营养成分的破坏更少，同时也节省了大量蒸汽，经过换热后的蒸汽冷凝水进一步用来进行配料，不仅大大减少了污水的排放，而且减少了一次水的用量；经过蒸汽冷凝水预热的物料进一步通过换热器与灭菌后的热物料进行热交换，使冷物料温度进一步提高，灭菌后的热物料也得到降温，进一步减少了冷却循环水的用量；经过两步换热器预热后的物料再使用蒸汽进行加热灭菌时所耗用的蒸汽大大减少，温度更加稳定易控；灭菌后的物料进入维持换热器中维持灭菌时间，该新型维持换热器在相同维持时间的状态下具有更小的占地面积，在维持温度的过程中物料通过自身进行换热，使温度更加均匀稳定，有利于灭杀杂菌、保持培养基营养成分稳定不被破坏。该系统温度稳定、易于操控，灭菌效果好，培养基营养成分破坏少，质量稳定，有利于生物发酵生产技术水平的稳定和提高，充分将系统中的二次热能进行了再利用，大大减少了蒸汽的消耗，降低了生产成本。该系统更适用于大规模的生物发酵生产应用，具有显著的先进性。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。
参见图1所示，须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
如图1所示，一种连消换热系统，包括配料罐1、第一换热器2、第二换热器3、加热器4、维持换热器5、第三换热器6、冷凝水收集罐7、冷凝水暂存罐8、进料泵9、冷凝水换热泵10、冷凝水配料泵11；
所述配料罐1下方出口通过管道与进料泵9进口相连接，配料罐1上方有进料口通过管道与冷凝水配料泵11出口相连；
所述第一换热器2冷料进料口通过管道与进料泵9出口相连，第一换热器2冷料出料口通过管道与第二换热器3冷料进料口相连，第一换热器2热料进料口通过管道与冷凝水换热泵10出口相连，第一换热器2热料出料口通过管道与冷凝水暂存罐8进口相连；
所述第二换热器3冷料出料口通过管道与加热器4进料口相连，第二换热器3热料进料口通过管道与维持换热器5出口2相连，第二换热器3热料出料口通过管道与第三换热器6热料进口相连；
所述加热器4出料口通过管道与维持换热器5进料口1相连，加热器4蒸汽口与蒸汽管道相连，加热器4冷凝水出口通过管道与冷凝水收集罐7进口相连；
所述维持换热器5底部设有进料口1，顶部设有出料口1，侧面下部设有进料口2，侧面上部设有出料口2，维持换热器5顶部出料口1与侧面下部进料口2通过管线相连接；
所述维持换热器5根据维持时间可以设置一组或多组串联，维持换热器5为列管式换热器或夹套式热交换器，物料在维持换热器5内自循环换热；
所述第三换热器6热料出口分别与去发酵罐管道、蒸汽进管道、稀碱液回管相连，第三换热器6冷料进口与循环水进水管相连，第三换热器6冷料出口与循环水回水管道相连；
所述冷凝水收集罐7下方出口通过管道与冷凝水换热泵10进料口相连；
所述冷凝水暂存罐8下方出口通过管道与冷凝水配料泵11进料口相连；
所述进料泵9进料口还与稀碱液进管道相连；
所述加热器4进料口底部设置有小排阀；
该系统设备或U型管道最低处均可设置小排阀；
该系统设备之间连接的管道上有阀门进行控制。
具体使用方法如下：
（1）空消：打开第三换热器6热料出口的进蒸汽阀门，打开系统内各小排阀排净冷凝水和残液，打开去发酵罐管道阀门，从发酵罐处小排阀排汽；也可在发酵罐空消时，利用发酵罐空消的蒸汽空消该系统。
2进料连消：空消结束，关闭系统内各小排阀，关闭第三换热器6热料出口的进蒸汽阀门，打开第三换热器6去发酵罐阀门、加热器4进蒸汽阀，启动冷凝水换热泵10，打开配料罐1出口阀门，启动进料泵9，控制进料流量和连消温度，打开第三换热器6进循环水阀门和回循环水阀门，开始连消。连消过程中，物料需要补水，可通过打开冷凝水配料泵11向配料罐1补充蒸汽冷凝水。
（3）碱洗：连消结束，关闭第三换热器6去发酵罐阀门、配料罐1出口阀门、加热器4进蒸汽阀，关闭冷凝水换热泵10，打开进稀碱液管道阀门、回稀碱液管道阀门，使碱液在系统中进行循环清洗。
（4）停机：碱洗结束，启动冷凝水配料泵11向配料罐1中注入蒸汽冷凝水，关闭进稀碱液管道阀门，打开配料罐1出口阀门，用蒸汽冷凝水将系统内的稀碱液顶回；关闭进料泵9、回稀碱液管道阀门，打开系统内各排阀，排净系统内的残液。
本发明通过针对培养基连消过程中的热能进行巧妙设计和重复利用，设计开发出一种连消换热系统及使用方法，该系统充分利用的连消系统自身的各种热能，实现了能源的最大化利用。该系统把系统空消、连消时产生的蒸汽冷凝水进行收集再利用，首先利用蒸汽冷凝水的残留热量给冷物料进行预热，蒸汽冷凝水通过换热器给冷物料间接加热，相比于蒸汽直接加热，对培养基中营养成分的破坏更少，同时也节省了大量蒸汽，经过换热后的蒸汽冷凝水进一步用来进行配料，不仅大大减少了污水的排放，而且减少了一次水的用量；经过蒸汽冷凝水预热的物料进一步通过换热器与灭菌后的热物料进行热交换，使冷物料温度进一步提高，灭菌后的热物料也得到降温，进一步减少了冷却循环水的用量；经过两步换热器预热后的物料再使用蒸汽进行加热灭菌时所耗用的蒸汽大大减少，温度更加稳定易控；灭菌后的物料进入维持换热器中维持灭菌时间，该新型维持换热器在相同维持时间的状态下具有更小的占地面积，在维持温度的过程中物料通过自身进行换热，使温度更加均匀稳定，有利于灭杀杂菌、保持培养基营养成分稳定不被破坏。该系统温度稳定、易于操控，灭菌效果好，培养基营养成分破坏少，质量稳定，有利于生物发酵生产技术水平的稳定和提高，充分将系统中的二次热能进行了再利用，大大减少了蒸汽的消耗，降低了生产成本。该系统更适用于大规模的生物发酵生产应用，具有显著的先进性。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (5)
1.一种连消换热系统，其特征在于：包括配料罐（1）、第一换热器（2）、第二换热器（3）、加热器（4）、维持换热器（5）、第三换热器（6）、冷凝水收集罐（7）、冷凝水暂存罐（8）、进料泵（9）、冷凝水换热泵（10）、冷凝水配料泵（11）；
所述配料罐（1）的出口通过管道与进料泵（9）的进口相连接，配料罐（1）的进料口通过管道与冷凝水配料泵（11）的出口相连；
所述第一换热器（2）的冷料进料口通过管道与进料泵（9）的出口相连，第一换热器（2）的冷料出料口通过管道与第二换热器（3）的冷料进料口相连，第一换热器（2）的热料进料口通过管道与冷凝水换热泵（10）的出口相连，第一换热器（2）的热料出料口通过管道与冷凝水暂存罐（8）进口相连；
所述第二换热器（3）的冷料出料口通过管道与加热器（4）的进料口相连，第二换热器（3）的热料进料口通过管道与维持换热器（5）的出料口相连，第二换热器（3）的热料出料口通过管道与第三换热器（6）的热料进口相连；
所述加热器（4）的出料口通过管道与维持换热器（5）的进料口相连，加热器（4）的蒸汽入口与蒸汽管道相连，加热器（4）的冷凝水出口通过管道与冷凝水收集罐（7）的进口相连；
所述第三换热器（6）热料出口分别与去发酵罐管道、蒸汽进管道、稀碱液回管相连，第三换热器（6）的冷料进口与循环水进水管相连，第三换热器（6）冷料出口与循环水回水管道相连；
所述冷凝水收集罐（7）的出口通过管道与冷凝水换热泵（10）进料口相连；
所述冷凝水暂存罐（8）的出口通过管道与冷凝水配料泵（11）进料口相连；
所述进料泵（9）进料口还与稀碱液进管道相连。
2.根据权利要求 1所述的连消换热系统，其特征在于：所述维持换热器（5）由至少一组换热器串联构成，所述换热器为列管式换热器或夹套式热交换器。
3.根据权利要求 1所述的连消换热系统，其特征在于：加热器（4）的进料口底部设置有小排阀。
4.一种权利要求1-3任一所述的连消换热系统的使用方法，其特征在于：包括下列步骤：
步骤1、空消
打开第三换热器（6）热料出口的进蒸汽阀门，打开系统排净冷凝水和残液，打开去发酵罐管道阀门，从发酵罐处排汽；或者在发酵罐空消时，利用发酵罐空消的蒸汽空消；
步骤2、进料连消
空消结束，关闭第三换热器（6）热料出口的进蒸汽阀门，打开第三换热器（6）去发酵罐阀门、加热器（4）进蒸汽阀，启动冷凝水换热泵（10），打开配料罐（1）出口阀门，启动进料泵（9），控制进料流量和连消温度，打开第三换热器（6）进循环水阀门和回循环水阀门，开始连消；
步骤3、碱洗
连消结束，关闭第三换热器（6）去发酵罐阀门、配料罐（1）出口阀门、加热器（4）进蒸汽阀，关闭冷凝水换热泵（10），打开进稀碱液管道阀门、回稀碱液管道阀门，使碱液在系统中进行循环清洗；
步骤4、停机
碱洗结束，启动冷凝水配料泵（11）向配料罐（1）中注入蒸汽冷凝水，关闭进稀碱液管道阀门，打开配料罐（1）出口阀门，用蒸汽冷凝水将系统内的稀碱液顶回；关闭进料泵（9）、回稀碱液管道阀门，打开系统内各排阀，排净系统内的残液。
5.根据权利要求 4所述的连消换热系统，其特征在于：连消过程中，物料需要补水时，通过打开冷凝水配料泵（11）向配料罐（1）补充蒸汽冷凝水。
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