CN220056806U - 一种生物发酵装置用压缩空气脱湿系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种生物发酵装置用压缩空气脱湿系统，包括依次连接设置的空气过滤器、空压机、空气冷却降温单元和发酵罐；在所述的空气冷却降温单元与发酵罐之间还设置有吸附除湿单元；所述吸附除湿单元用于对空气冷却降温单元输送的低温空气进行吸附干燥和复热，得到常温干燥空气，并将得到的常温干燥空气送入发酵罐。所述吸附除湿单元包括第一空气干燥塔、第二空气干燥塔、空气复热器和再生气加热器；本实用新型通过吸附除湿单元中两个可交替工作的空气干燥塔的设置，实现对空气干燥塔的低耗能、独立式再生，从而在实现深度脱湿的同时，最大化地减少了再生能耗，可将发酵工艺原料空气中90％～95％的水分脱除。

Description

一种生物发酵装置用压缩空气脱湿系统

技术领域

本实用新型属于制药和发酵技术领域，具体涉及一种生物发酵装置用压缩空气脱湿系统。

背景技术

生物化工生产过程中，好氧发酵工艺需要一定压力的洁净压缩空气来供微生物进行发酵供氧，而压缩空气的制取过程是能耗最大的工序，能耗占整个发酵装置的60％～70％。据统计，我国目前生物化工的发酵装置中，因耗能产生的动力费用约占发酵液成本的35％～50％，随着能源价格的上涨，动力费用在发酵液成本中的占比还将上升。因此，提升压缩空气制取过程中的能效和回收发酵装置中的多种能量对于生物发酵装置有着长远的意义。

生物发酵装置的压缩空气在进入发酵罐前，常常需要进行降温除湿，其原因在于：压缩空气中水含量少，水中携带的杂菌就会尽可能少地混入发酵溶液中，从而可以最大化地保护发酵液和菌种不被污染；同时维持发酵罐溶液量的平衡，降低发酵后废气的发酵液夹带量。目前常规使用的降温除湿方法以冷冻除湿为主，将压缩空气降到15～35℃，将原料空气中的50％～80％水分除掉，但部分发酵企业的新产品工艺需要将发酵用压缩空气中的90％～95％水分脱除，这就导致现有的冷冻除湿方式已无法满足下游发酵工艺新技术的生产要求。此外，现有除湿方式还存在以下缺陷：不能将压缩空气脱湿到10℃以下，达不到深度脱湿目的；在不影响发酵空气稳定性的情况下，再生系统设置复杂、冗余，能耗高；单套系统处理能力小，达不到工业化、规模化使用要求。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷和不足，本实用新型提出一种生物发酵装置用压缩空气脱湿系统，以解决现有技术中的降温除湿过程无法有效深度脱湿的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种生物发酵装置用压缩空气脱湿系统，包括依次连接设置的空气过滤器、空压机、空气冷却降温单元和发酵罐；

在所述的空气冷却降温单元与发酵罐之间还设置有吸附除湿单元；所述吸附除湿单元用于对空气冷却降温单元输送的低温空气进行吸附干燥和复热得到常温干燥空气，并将得到的常温干燥空气送入发酵罐。

本实用新型还具有以下技术特征：

具体的，所述吸附除湿单元包括第一空气干燥塔、第二空气干燥塔、空气复热器和再生气加热器；

所述空气冷却降温单元的输出端分别连接空气复热器进气管道、第一空气干燥塔的底部进气口和第二空气干燥塔的底部进气口；所述第一空气干燥塔的顶部出气口经第四输气管道连接空气复热器进气管道，所述第二空气干燥塔的顶部出气口经第五输气管道连接空气复热器进气管道；

所述再生气加热器的进气口经再生加热器管道与空气复热器进气管道相连，所述再生气加热器的出气口经第六输气管道连接第一空气干燥塔的顶部进气口、经第七输气管道连接第二空气干燥塔的顶部进气口；

所述空气复热器的出气口与发酵罐的进气口相连。

更进一步的，所述空气冷却降温单元包括依次连接设置的热能回收器、空气冷却器、空气过冷器和水分离器；

所述水分离器的出气口经第一输气管道连接空气复热器进气管道、经第二输气管道连接第一空气干燥塔的底部进气口、经第三输气管道连接第二空气干燥塔的底部进气口。

更进一步的，所述第一空气干燥塔的底部出气口经第一排气管道连接尾气放空塔，所述第二空气干燥塔的底部出气口经第二排气管道连接尾气放空塔。

更进一步的，所述空压机为轴流式压缩机组或离心式压缩机组，且所述空压机的多变效率为0.8～0.92。

更进一步的，所述热能回收器为管壳式换热器、管翅式换热器或板式换热器。

更进一步的，所述空压机上还连接有驱动电机。

更进一步的，所述第一输气管道上设置有第一开关阀、第二输气管道上设置有第二开关阀、第三输气管道上设置有第三开关阀、第四输气管道上设置有第四开关阀、第五输气管道上设置有第五开关阀、所述空气复热器进气管道上设置有第六开关阀、第六输气管道上设置有第七开关阀，所述第七输气管道上设置有第八开关阀；所述第一排气管道上设置第九开关阀，所述第二排气管道上设置有第十开关阀。

本实用新型与现有技术相比具有以下有益的技术效果：

(1)本实用新型通过空压机、空气冷却降温单元和吸附除湿单元的结构设计，尤其是，可将发酵工艺所用的原料空气中90％～95％的水分脱除，同时能够最大化控制水中杂菌对发酵系统的影响。

(2)本实用新型的吸附除湿单元通过设置空气复热器、再生气加热器和两个可交替工作的空气干燥塔，实现了在一个空气干燥塔进行除湿时，对另一个空气干燥塔进行低耗能的独立式再生，两个过程同时进行，从而在实现深度脱湿的同时，最大化地减少了再生能耗，达到了降低一次能源消耗、节能减排的目的，实现了现代工业节能化目标。

(3)本实用新型通过设置热能回收器和空气复热器，能够对压缩空气的热能进行最大化回收，高温热媒水的产量可达180t/h，且本实用新型结构简单、操作方便、具有很强的推广使用价值。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图。

图中各标号表示为：

1-空气过滤器，2-空压机，3-空气冷却降温单元，4-发酵罐，5-吸附除湿单元，6-第四输气管道，7-第五输气管道，8-第六输气管道，9-第七输气管道，10-第一输气管道，11-第二输气管道，12-第三输气管道，13-第一排气管道，14-尾气放空塔，15-第二排气管道，16-驱动电机，31-热能回收器，32-空气冷却器，33-空气过冷器，34-水分离器；51-第一空气干燥塔，52-第二空气干燥塔，53-空气复热器，54-再生气加热器，55-空气复热器进气管道；61-第四开关阀，81-第七开关阀，91-第八开关阀，101-第一开关阀，111-第二开关阀，121-第三开关阀，131-第九开关阀，151-第十开关阀，541-551-第六开关阀。

以下结合说明书附图和具体实施方式对本实用新型做具体说明。

具体实施方式

以下给出本实用新型的具体实施例，需要说明的是，本实用新型并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本实用新型的保护范围。

本实用新型中的所有部件，如无特殊说明，全部采用现有技术中已知的部件。

本实用新型所用的术语“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“内”、“外”是指相应部件轮廓的内和外，不能将上述术语理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1：

如图1所示，遵从上述技术方案，本实施例给出一种生物发酵装置用压缩空气脱湿系统，包括依次连接设置的空气过滤器1、空压机2、空气冷却降温单元3和发酵罐4；在空气冷却降温单元3与发酵罐4之间还设置有吸附除湿单元5；吸附除湿单元5用于对空气冷却降温单元3输送的低温空气进行吸附干燥和复热得到常温干燥空气，并将得到的常温干燥空气送入发酵罐。

本实用新型的空气过滤器1、空压机2、空气冷却降温单元3和发酵罐4之间的连接设置均为常规的设置关系。空气过滤器1用于初步过滤大气中的固体颗粒物杂质，空气冷却降温单元3用于对空压机2生成的高温压缩空气进行降温处理，吸附除湿单元5用于对空气冷却降温单元3输入的空气进行干燥除湿。

作为本实施例的一种优选方案，吸附除湿单元5包括第一空气干燥塔51、第二空气干燥塔52、空气复热器53和再生气加热器54；第一空气干燥塔51和第二空气干燥塔52均用于对输入的气体进行干燥吸附，且第一空气干燥塔51和第二空气干燥塔52可以交替用于吸附干燥和再生，如，在第一空气干燥塔51处于吸附干燥过程时、第二空气干燥塔52可以用于再生，反之亦然，空气复热器53用于对第一空气干燥塔51或第二空气干燥塔52输出的气体进行复热。

第一空气干燥塔51和第二空气干燥塔52是采用分子筛吸附剂的物理吸附原理，吸附剂在低温高压下进行水的吸附分离，在高温低压下进行水的解析，通过与冷冻除湿接力耦合，最大化降低采用空气干燥塔深度除湿的能量消耗。

空气冷却降温单元3的输出端分别连接空气复热器进气管道55、第一空气干燥塔51的底部进气口和第二空气干燥塔52的底部进气口；第一空气干燥塔51的顶部出气口经第四输气管道6连接空气复热器进气管道55，第二空气干燥塔52的顶部出气口经第五输气管道7连接空气复热器进气管道55；

再生气加热器54的进气口经再生加热器管道17与空气复热器进气管道55相连，再生气加热器54的出气口经第六输气管道8连接第一空气干燥塔51的顶部进气口、经第七输气管道9连接第二空气干燥塔52的顶部进气口；

空气复热器53的出气口与发酵罐4的进气口相连。

再生气加热器54用于对部分干燥后的空气进行二次加热，作为已经吸附饱和干燥塔的再生气，再生气被送回第一空气干燥塔51或第二空气干燥塔52中，将第一空气干燥塔51或第二空气干燥塔52内的干燥剂的水分解析出来。

作为本实施例的一种优选方案，空气冷却降温单元3包括依次连接设置的热能回收器31、空气冷却器32、空气过冷器33和水分离器34；热能回收器31以热媒水作为媒介吸收高温压缩空气的热量，将空气降温至110℃左右，同时，将得到的90～95℃高温热媒水被送往界外，供用户的其他装置使用。

水分离器34的出气口经第一输气管道10连接空气复热器进气管道55、经第二输气管道11连接第一空气干燥塔51的底部进气口、经第三输气管道12连接第二空气干燥塔52的底部进气口。

作为本实施例的一种优选方案，第一空气干燥塔51的底部出气口经第一排气管道13连接尾气放空塔14，第二空气干燥塔52的底部出气口经第二排气管道15连接尾气放空塔14。

作为本实施例的一种优选方案，空压机2为轴流式压缩机组或离心式压缩机组，且空压机2的多变效率为0.8～0.92。

作为本实施例的一种优选方案，热能回收器31为管壳式换热器、管翅式换热器或板式换热器。

作为本实施例的一种优选方案，空压机2上还连接有驱动电机16，驱动电机16用于带动空压机2运转。

作为本实施例的一种优选方案，第一输气管道10上设置有第一开关阀101、第二输气管道11上设置有第二开关阀111、第三输气管道12上设置有第三开关阀121、第四输气管道6上设置有第四开关阀61、第五输气管道7上设置有第五开关阀71、再生加热器管道17上设置有第六开关阀171、第六输气管道8上设置有第七开关阀81，第七输气管道9上设置有第八开关阀91；第一排气管道13上设置第九开关阀131，第二排气管道15上设置有第十开关阀151。

上述开关阀可为手动控制阀、电磁控制阀、气动控制阀中的任意一种或多种。

本实用新型的使用过程如下：

当大气环境平均温度低于5℃左右时，空压机2压缩后的空气中的水分含量较低，此时打开第一开关阀101，关闭其他开关阀，空压机2输出的高温压缩空气依次经过热能回收器31、空气冷却器32、空气过冷器33、水分离器34和关闭的空气复热器后进入发酵罐4。

在需要使用第一空气干燥塔51进行除湿时，关闭第一开关阀101，开启第二开关阀111、第四开关阀61，第六开关阀171、第八开关阀91和第十开关阀151，空压机2输出的高温压缩空气依次经过热能回收器31、空气冷却器32、空气过冷器33、水分离器34进入第一空气干燥塔51进行除湿干燥，除湿干燥后的气体大部分经空气复热器53复热后进入发酵罐4，少部分经再生气加热器54加热后进入第二空气干燥塔52，对第二空气干燥塔52中的干燥剂所吸附的水汽进行解析，最后将解析生成的含湿再生尾气通过尾气放空塔14排放。

在第一空气干燥塔51吸附完成后，通过上述开关阀的切换，换为以第二空气干燥塔52进行除湿干燥，此时，第一空气干燥塔51进入水汽解析再生过程。

实施例2：

本实施例中，流量为10000kmol/h、温度为30～35℃的湿原料空气经空气过滤器1过滤后，原料空气中99％的直径＞1μm颗粒物被过滤脱除，得到经初过滤后的初净化空气，初净化空气经过空压机2压缩得到压力为0.35MPa(G)、温度约为210℃的高温压缩空气，得到的高温压缩空气被送入热能回收器31，在热能回收器31中通过加热循环热水进行压缩空气的压缩热回收，压缩空气温度降至80℃～130℃后经空气冷却器32冷却降温至40～55℃，经空气过冷器33进一步冷却至约25℃，通过水分离器34脱除大部分凝液后，送往吸附除湿单元5中进行深度脱湿，确保脱湿后的压缩空气中含水量小于1.5g/Nm³。深度脱湿后的压缩空气温度约为35℃，经空气复热器53升温至40～55℃后送往下游发酵罐4使用。

第一空气干燥塔51吸附饱和后，通过各开关阀的开闭切换，变为通过第二空气干燥塔52进行除湿，以确保干燥空气的连续稳定生产，同时，从第二空气干燥塔52引出的约500～1000kmol/h的再生气用于已经吸附饱和的第一空气干燥塔51的再生。

通过开关阀，先将第一空气干燥塔51的操作压力泄压至5～15kpa，再生气加热器54将再生气加热至180～220℃后进入第一空气干燥塔51中，通过低压高温的再生气将第一空气干燥塔51中干燥剂的水分解析出来，并通过尾气放空塔14排放。

第一空气干燥塔51和第二空气干燥塔52每经过2小时切换一次。

在大气环境平均温度低于5℃左右时，空压机2压缩后的空气中的水分含量较低，经检测确定水分离器34无液体水分离出来时，可以通过开启设置在第一输气管道10上的第一开关阀101、同时关闭第一空气干燥塔51和第二空气干燥塔52的方式进行运行，最大化降低深度脱湿的能量消耗。

本示例中，采用Aspen和压缩机选型软件对热工数据进行了校核计算，结果显示：热能回收器31可回收约180t/h的高温热水，并减少循环冷却水消耗约600t/h，第一空气干燥塔51和第二空气干燥塔52仅需消耗5～8％原料气即可实现深度脱湿后的再生，从而可以达到降低一次能源消耗、节能减排的目的，实现现代工业节能化目标。

Claims (8)

1.一种生物发酵装置用压缩空气脱湿系统，包括依次连接设置的空气过滤器（1）、空压机（2）、空气冷却降温单元（3）和发酵罐（4）；其特征在于，在所述的空气冷却降温单元（3）与发酵罐（4）之间还设置有吸附除湿单元（5）；所述吸附除湿单元（5）用于对空气冷却降温单元（3）输送的低温空气进行吸附干燥和复热得到常温干燥空气，并将得到的常温干燥空气送入发酵罐（4）。

2.如权利要求1所述的生物发酵装置用压缩空气脱湿系统，其特征在于，所述吸附除湿单元（5）包括第一空气干燥塔（51）、第二空气干燥塔（52）、空气复热器（53）和再生气加热器（54）；

所述空气冷却降温单元（3）的输出端分别连接空气复热器进气管道（55）、第一空气干燥塔（51）的底部进气口和第二空气干燥塔（52）的底部进气口；所述第一空气干燥塔（51）的顶部出气口经第四输气管道（6）连接空气复热器进气管道（55），所述第二空气干燥塔（52）的顶部出气口经第五输气管道（7）连接空气复热器进气管道（55）；

所述再生气加热器（54）的进气口经再生加热器管道（17）与空气复热器进气管道（55）相连，所述再生气加热器（54）的出气口经第六输气管道（8）连接第一空气干燥塔（51）的顶部进气口、经第七输气管道（9）连接第二空气干燥塔（52）的顶部进气口；

所述空气复热器（53）的出气口与发酵罐（4）的进气口相连。

3.如权利要求2所述的生物发酵装置用压缩空气脱湿系统，其特征在于，所述空气冷却降温单元（3）包括依次连接设置的热能回收器（31）、空气冷却器（32）、空气过冷器（33）和水分离器（34）；

所述水分离器（34）的出气口经第一输气管道（10）连接空气复热器进气管道（55）、经第二输气管道（11）连接第一空气干燥塔（51）的底部进气口、经第三输气管道（12）连接第二空气干燥塔（52）的底部进气口。

4.如权利要求3所述的生物发酵装置用压缩空气脱湿系统，其特征在于，所述第一空气干燥塔（51）的底部出气口经第一排气管道（13）连接尾气放空塔（14），所述第二空气干燥塔（52）的底部出气口经第二排气管道（15）连接尾气放空塔（14）。

5.如权利要求1所述的生物发酵装置用压缩空气脱湿系统，其特征在于，所述空压机（2）为轴流式压缩机组或离心式压缩机组，且所述空压机（2）的多变效率为0.8~0.92。

6.如权利要求3所述的生物发酵装置用压缩空气脱湿系统，其特征在于，所述热能回收器（31）为管壳式换热器、管翅式换热器或板式换热器。

7.如权利要求1所述的生物发酵装置用压缩空气脱湿系统，其特征在于，所述空压机（2）上还连接有驱动电机（16）。

8.如权利要求4所述的生物发酵装置用压缩空气脱湿系统，其特征在于，所述第一输气管道（10）上设置有第一开关阀（101）、第二输气管道（11）上设置有第二开关阀（111）、第三输气管道（12）上设置有第三开关阀（121）、第四输气管道（6）上设置有第四开关阀（61）、第五输气管道（7）上设置有第五开关阀（71）、所述空气复热器进气管道（55）上设置有第六开关阀（551）、第六输气管道（8）上设置有第七开关阀（81），所述第七输气管道（9）上设置有第八开关阀（91）；所述第一排气管道（13）上设置第九开关阀（131），所述第二排气管道（15）上设置有第十开关阀（151）。