纯净水的生产和空气压缩站的设计论文.doc

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸纯净水的生产和空气压缩站的设计摘 要摘 要：纯净水的生产和空气压缩站的设计是当今大中型饮料食品工厂中重要的组成部分。水是饮料生产不可少的原料之一，占原料的90。生产饮料用水分类是原辅料配料用水，生产设备、贮罐与管路系统、容器等洗涤用水，由于这些用水或多或少会直接或间接地带入产品中，因此水对饮料的质量有很大的影响。先对各种水处理方法的比较，最终选用反渗透。根据工艺计算结果进行设备的选型。严格控制水质，使水质达到饮料水标准，本设计水质达到纯净水标准。压缩空气在生产的自动化中起着重要作用，它使得生产能够连续化进行。通过对空压机进行比较的基础上，最后采用微油式空气压缩机。本设计符合空压站设计标准，对压缩空气进行干燥，除油等工序处理，达到设计要求。关键词：纯净水；反渗透；紫外线杀菌；活性炭过滤；空气压缩；AbstractAbstract: The pure water production and the air compression stand are the important constituent the design in the large and middle scale drink food factory now. Water is one part of the drink production, occupies 90%. The production drink water used classification is the original helping material ingredient water used, the production equipment, the accumulator tank and the circuitry, the vessel and so on washes the water used, because these water used are more or less can directly or indirectly lead in the product, therefore, water has the very tremendous influence to the drink quality. First to each kind of water treatment method comparison, finally selects the counter- seepage. Carries on the equipment according to the process design result the shaping. The strict control water quality, enables the water quality to achieve the drink water standard, this design water quality achieves the pure water standard. The compressed air is playing the vital role in the production automation, it enables the production to be able continuously to melt carries on. Carries on the comparison through the ground-to-air press in the foundation, finally uses the micro oil type air compressor. This design conforms to the air pressure station design standard, carries on dryly to the compressed air, eliminates working procedure processing and so on oil, meets the design requirements.Key word: Pure water; Counter- seepage; Ultraviolet ray sterilization; The activated charcoal filters; Air compression; 48 绪 论1 设计意义和指导思想工厂设计是一门涉及到经济和技术诸多学科的综合性很强的科学技术，本次设计主要为了使学生们更好的做到理论和实践相结合，并且可以很好的检查学生对知识掌握的广泛程度及利用所学的知识来解决处理实际问题的能力，同时考察学生独立思考问题、解决问题的能力，使要求尽量达到技术设计阶段。在进行工厂设计时，除了确定工艺流程、设备选型、车间布置和管线安排是必须遵循有关法令和规范外，还要保障工厂有良好的工作条件，保护环境和减轻劳动强度，重视经济效果，少花钱多办事，努力做到技术先进、经济合理，要求结合国情，尽量采用国内外先进科学成就，提高技术水平。2 设计依据（1）本次设计根据齐齐哈尔大学生命学院食品教研室下达的技术要求结合我国的实际情况进行设计。（2）本设计是在教师的指导下参观了南京小洋人生物科技发展有限公司的乳品厂、胡萝卜汁厂的基础上，结合所学的知识完成的。（3）本次设计过程中参阅了食品工艺学、食品工厂设计基础、化工原理、饮料生产工艺与设备选用手册、空压机设计及国内外期刊等多种有关资料作为理论基础，并充分利用了学校图书馆的有关资料进行设计。3 设计内容本次设计的任务是50t/h纯净水生产和空气压缩站的设计。设计包括工艺流程、工艺计算、设备选型等。重点为工艺计算和图纸设计部分。设计图纸共四张：生产工艺流程图两张，重点设备图一张和车间平面布置图一张。4 设计特点（1）生产过程连续化、自动化、耗能少、节约劳动力。（2）采用先进设备，生产易于控制，保证了产品的质量和生产效率。（3）采用反渗透装置制取纯净水。该法脱盐率高，产水量大，化学试剂消耗少，劳动强度低，水质稳定，利用率高。保证了产品的质量。（4）查阅了大量的空压设计资料，并按照空压站设计要求里的相关要求进行空压站设计，符合国家标准。第1篇 纯净水第1章 概述在我国经济的不断发展的基础上，人民的生活水平不断提高，对生活质量也日益关心，尤其对饮用水的质量要求也越来越高。饮料中直接饮用的水成分占90左右，而且生产乳饮料原辅料配料用水，生产设备、贮罐与管路系统、容器等洗涤用水，由于这些用水或多或少会直接或间接地带入产品中，因此水对饮料质量有很大的影响。饮料厂水处理系统设计就显得尤为重要。随着全球工业化的进程，人类的工业活动给水资源造成极大的污染。水源受到严重的污染的原因有：酸雨（大气污染），生态环境的破坏，工业废水排放，农药、化肥污染，城市废水、废气污染，生物污染，核泄漏、核试验，管道腐蚀，自来水厂加氯、加沉淀剂。有效地减少对水资源的污染，控制处理水源污染，切实保证水源质量，对食品安全越来越重要。纯净水是从原水(自来水等)中部分或完全去除无机离子、有机物、微粒子(包括微生物)等杂质的水。纯净水是高度精制的水，是几乎不存在杂质、离子和细菌，完全由水分子组成的一种无色无味的水。1.1 水源与水质 1.1.1天然水的来源及其特点 1.自来水 自来水一般已在水厂进行过一定的处理，水中的杂质及细菌指标已符合饮用水标准，因此若采用此水源，可简化饮料厂的水处理流程。 2.地下水 地下水通常指井水、泉水、地下河水，其中含有较多的矿物质，如铁、镁、钙等，强度、碱度都比较高。但由于水透过地质层时，过滤掉许多泥沙、悬浮物和细菌，因此，地下水相对来说比较澄清。 3.地表水 地表水来自江、河、湖泊和水库，其中含有各种有机物质及无机物质，污染严重，必须经过严格的水处理方能饮用。 1.1.2天然水中的杂质 天然水中含有许多杂质，这些杂质按其微粒大小，大致可分为三类：悬浮物、胶体、溶解物质，它们对水质有着严重的影响。 1.悬浮物质 天然水中凡是粒度大于0.2m的杂质统称为悬浮物，这类物质使水质呈浑浊状态，在静置时会自行沉降。悬浮物质主要包括泥沙、虫类、藻类及微生物等。这类杂质会使产品装瓶后过一段时间产生瓶底积垢或絮状沉淀的蓬松性微粒，影响CO2的溶解，造成装瓶时喷液，影响风味。如果有微生物的存在还会导致产品的变质。 2.胶体物质 胶体物质的大小大致为0.0010.2m，它具有两个很重要的特性，即有丁达尔现象和稳定性。胶体可分为无机胶体和有机胶体两种。无机胶体如硅酸胶体和黏土，是由许多离子和分子聚集而成的，是造成水浑浊的主要原因。有机胶体主要是高分子物质、有机体，如蛋白质、腐殖质等，多带负电。腐殖质、腐殖酸是造成水带色的主要原因。 3.溶解物质这类杂质的微粒在0.001m以下，以分子或离子状态存在于水中。溶解物主要为：（1）溶解盐类包括NaCl、Na2S以及Ca2+和Mg2+等的碳酸盐、硝酸盐、氯化物等，它们构成水的硬度和碱度，能中和饮料中的酸味剂，使饮料的酸碱比失调，影响质量；（2）溶解气体如CO2、O2、N2、Cl2、H2S等的存在会影响饮料的风味和色泽。 1.1.3饮料用水的水质要求 水质的标准主要反映在碱度、硬度、浊度、色度以及化学指标、毒理学指标、微生物指标等几个方面。 1.硬度硬度是指水中存在的金属离子沉淀肥皂的能力。水的总硬度是暂时硬度和永久硬度之和，决定于水中钙、镁离子盐类的总含量。硬度的单位是mg/L或mmol/LCaCO3。 天然水按硬度(德国度)可分为极软水(4度、软水(48度)、中等硬度水(816度)、硬水(1630度)和极硬水(30度)。饮料用水要求硬度小于8.5度，否则会产生碳酸钙沉淀和有机酸钙盐沉淀，影响产品口味及质量。使用高硬度的水还会使洗瓶机、浸瓶槽、杀菌槽等产生污垢，使包装容器发生污染，以至增加烧碱的用量。高硬度的水必须经过软化处理。 2.碱度 水的碱度取决于天然水中能与H+结合的OH-、CO32-和HCO3-的含量，以mmol/L表示。水中的OH-和HCO3-不可能同时并存。OH-、CO32-、HCO3-分别称为氢氧化物碱度、碳酸盐碱度和重碳酸盐碱度，三种碱度的总量为水的总碱度。天然水中通常不含OH-，又由于钙、镁碳酸盐的溶解度很小，所以当水中无钠、钾存在时CO32-的含量也很少。因此，天然水中仅有HCO3-存在。只有在含Na2CO3或K2CO3的碱性水中，才存在CO32-离子浓度过高时，会影响其溶解度；水中的碱性物质和金属离子反应形成水垢，会产生不良气味；碱性物质还和饮料中的有机酸反应，改变饮料的酸甜比而使饮料显得淡而无味，失去新鲜感；同时酸度下降，使微生物容易在饮料中生存。 总碱度和总硬度的关系有三种情况，见表1-1。表11 总碱废和总硬度的关系分析结果硬度/mmol.L-1H非碳H碳H负H总A总H总=A总H总A总H总-A总00A总H总=A总H总00A总-H总3.浊度和色度通常用浊度和色度来定量表示水中的各种悬浮物和胶体。浊度表示水中悬浮物对光线透过时发生的阻碍程度，通常把1L水中含有1mg高岭土(或硅藻土)表示为1浊度。根据水质情况，采用凝聚沉淀和过滤、氯化等方法去除浑浊。某些胶体物质的存在使水中带有一定的颜色，通常用氯铂酸钾和氮化钴溶液配成标准色列与水样进行比较，相当于1mg铂在1L水中所具有的颜色称为l度，即色度单位。饮料用水要求浊度小于1.6度，色度为无色透明。选择饮料用水，基本上要求符合我国“生活饮用水卫生标准(TJ 20一1976)”，见表1-2。表 1-2 生活饮用水卫生标准（摘自TJ20-1976）项目要求说明色色度不超过15度，并不得呈现其他异色这些指标过高后，不但给人嫌恶的感觉，也有可能是水中含有害物质和某些病毒的标志嗅和味在原水中或者煮沸后饮用时，保证无异臭和异味浑浊度不超过5度肉眼可见物无肉眼可见物总铁不超过0.3mg/L人体必需的元素，过量时会使成品带有铁锈味，并影响成品色泽锰不超过0.1mg/L铜不超过1.0mg/L锌不超过1.0mg/L挥发性酚类（以苯酚计）不超过0.002mg/L过量时会产生氯酚臭阴离子合成洗涤剂（以烷基苯磺酸钠计）不超过0.3mg/L过量会使水产生异臭、异味和泡沫，并阻碍净水处理过程氯化物不超过200mg/L过量会产生咸味，影响成品口味硫酸盐不超过250mg/L过量会引起腹泻总碱度不超过25度pH值6.58.5细菌总数（37，24h）1mL水中不超过100个保证水质卫生安全大肠杆菌1L水中不超过3个游离性余氯（Cl2）出厂水0.50.1mg/L,管网末梢0.050.1mg/L余氯量过高，产生氯臭，影响产品风味 1.2 饮料用水生产软饮料时要用大量的水，它包括配料及相应的工艺用水、洗瓶机用水、锅炉用水及CIP(定位)清洗用水、卫生用水等。1.2.1配料及相应的工艺用水软饮料中大约有90左右的水。溶解白砂糖时需要用一部分水；溶解柠檬酸、甜味剂、防腐剂、食用色素时需要用少量的水；有些饮料还需要使要增稠剂及乳化稳定剂，在溶解CMC(羧甲基纤维素钠)、黄原胶、PGA(藻酸丙二醇酯)及果胶等时也需要用一部分水。在生产碳酸饮料时，在气水混合机中进行碳酸化时也需要用大量的水。在瓶子洗净后，还要用装瓶用水反冲洗后再灌装饮料，所有这些水都属于装瓶及相应的工艺用水。1.2.2洗瓶机、锅炉及CIP清洗用水洗瓶机要用大量的水，玻璃瓶子要先用碱液洗涤干净，然后再用水将瓶子中的残余碱液冲洗干净。每班在生产完毕后要将所有的设备及管道消洗干净，有的是通过CIP清洗。洗瓶机、锅炉及CIP清洗用水都是属于同一类型的用水。1.2.3卫生用水 卫生用水是指车间地面及厕所等的用水。 水质的好坏对产品的质量及设备损耗的情况的影响都很大，不同的用水部门对水质的要求也各不相同。 装瓶及相应的工艺用水时水质的要求比较严格，要求其要达到生活饮用水的标准，而且对其浊度、色度、味及臭气、总固形物、总硬度、铁、锰、高锰酸钾消耗量、总碱度、游离氯及致病菌几项指标也都提出了特殊要求。 洗瓶机、锅炉及CIP清洗用水对硬度指标的要求要高些，最好是没有硬度的水。卫生用水应为清水。1.3 水处理方法的选择水处理的目的即是利用化学或物理方法，将水中的各种悬浮物质、杂质及微生物除去，以降低水的硬度、浊度、碱度和色度等理化指标，和微生物指标。总之，经处理的水必须符合饮用水的水质标准。水处理的方法很多，一般将用反渗透处理的水称纯水；用微滤或超滤处理的水称纯净水；蒸馏取得的水为蒸馏水。1.3.1蒸馏法蒸馏法制取纯净水是利用水在100时沸腾变成气体，遇冷再变成液体的性质制成的。水的这种形态的改变，使水中的杂质和有益物质不能随水分子一起变化，因此可以说这是一种只含水分子的最纯净的水。1.3.2膜处理法电渗析法、离子交换法、反渗透法及其他方法的生产制作原理很简单，即过滤掉杂质，它所使用的过滤膜是高科技的结晶，是用一种高分子材料制成的逆渗透膜，在高压情况下可截留水分子以外的杂质，更至水中对人体健康有益的溶解氧等有益物质透过。这种过滤膜结构复杂，制造难度大。由于这种水既过滤掉了杂质又保留了一部分有益物质，有人称之为“21世纪的水”。蒸馏法制取的纯净水其纯水电导率比反渗透法制取的纯净水的电导率要低一些，但蒸馏法在降低低分子有机物含量方面没有反渗透有效。而且蒸馏法制纯水约是反渗透法(二级工艺)能耗的9倍之多，生产成本极高。膜处理(微滤膜、超滤膜、反渗透膜)、吸附(离子交换树脂、活性炭)、相变(蒸馏)和分解(紫外线)等方法去除各种杂质的能力各有不同，见表1-3。表 1-3 各种方法去除杂质的能力杂质无机离子有机物热源微生物粒子操作成本膜处理微滤（MF）中超滤（UF）中反渗透（RO）小吸附活性炭（除氯有效）小离子交换小相变蒸馏大分解紫外线（UV）注：最好，好，可，不可。综合考虑，本设计采用反渗透法制取纯净水。该方法的优点是脱盐率高，产水量大，化学试剂消耗少，劳动强度低，水质稳定，原水利用率可达7580。第2章 工艺流程的确定2.1 工艺流程絮凝剂 还原剂阻垢剂 井水原水泵机械过滤器炭滤器保安过滤器高压泵 化学清洗系统反渗透装置纯净水纯水泵紫外线消毒装置 用水点2.2 工艺流程说明2.2.1预处理1.砂过滤 砂滤的过滤介质是石英砂，当含有悬浮物的水经过砂滤层时，水中的悬浮物等被截留，水得到澄清。砂滤层可用细砂、中砂和粗砂，也可用卵石，有时上面放滤砂，下面放卵石和碎石做垫层。水中固体杂质的去除效果与过滤介质的形状与粒度有关。选择砂粒大小时，不仅要考虑阻截悬浮颗粒的效果，还要使悬浮颗粒渗入滤层内一定深度，防止水的流速过快。放砂粒直径为0.450.70mm，砂滤层厚度600800mm，砂滤有慢滤和速滤之分，一般过滤速度812m/h。在使用过程中，当水的净化效果变差或出水量变小时，需要定期将水反向流动或进行清洗。2.活性炭过滤 活性炭过滤是为了去除水中的有机物、色度和余氯，也可以作为离子交换的预处理工序。用氯处理过的水会损害饮料的风味，必须用活性炭脱氯，其原理并不是简单地吸附掉余氯，而是活性炭的“活性位”起催化反应，从而消除过多的氯。主要技术条件如下：（1）活怀炭过滤器的水流速度515m/h。（2）活性炭过滤器的层高10002000mm，一般不低于1000mm（3）活性炭滤料主要采用木质炭，粒径一般为23mm。（4）反洗方式，反洗流速2030m/h，反洗时间410min，36天反洗一次，滤层膨胀率为3050。（5）活性炭使用寿命一般为23年，饱和炭需再生或更换。（6）常用果壳活性滤料的比密度为0.4。2.2.2絮凝剂计量泵、药箱原水含有一定浊度、胶体等悬浮有机物含量也较高，系统设计必须加强絮凝效果，去除原水悬浮物及有机物含量，以使能减轻反渗透膜负荷。为此絮凝剂采用聚合氯化铝无机絮凝剂，它的絮凝效果较好。它能使原水中藻类、胶体、颗粒及部分有机物进行敖合、桥架、凝聚为较大的矾花以便被机械过滤器截留，降低进水悬浮物含量，提高进水水质本系统计量泵采用美国计量泵定量加药与原水泵同步。2.2.3保安过滤器在反渗透装置高压泵进水前增设保安过滤器，保安过滤器作为原水进入反渗透膜前的最后一道处理工艺，内装精密过滤滤芯（熔喷式）精度5m，确保污染指数FI，能更有效地防止前道过滤工序中有可能遗留的胶体、悬浮物等微小颗粒进入反渗透膜而划伤膜或使膜阻塞。2.2.4脱盐1.反渗透原理图1 反渗透原理图渗透的定义是：一种溶剂(即水)通过一种半透膜进入一种溶液或者是从一种稀溶液向一种比较浓的溶液的自然渗透。反渗透的定义是；在浓液一边加上比自然渗透压更高的压力，扭转自然渗透方向，把浓溶液中的溶剂(水)压到半透膜的另一边稀溶液中，这是和自然界正常渗透过程相反的，因此称为反渗透。2.进水水质要求本设计采用醋酸纤维素膜螺旋卷式,其对水质的要求如下:浊度 0.5pH 46.5FI（污染指数） 3水温（） 035，降压后最大35余氯/mg.L-1 0.5Fe/mg.L-1 0.1Al/mg.L-1 0.05Ca2+SO42-/ mg.L-1 浓水，1.910-4化学耗氧量COD/mg.L-1 2总有机碳TOC/mg.L-1 5生物耗氧量BOD/mg.L-1 97排列方式：73RO膜管外壳：美国制造CODELINE六支装10组RO膜管：CPA3 60支高压配管：不锈钢配管低压配管：PVC SCH-80系统支架：不锈钢304制RO清洗装置： 清洗桶（T-103）：1500L PE制 1200mmODx1400mmH 清洗泵：（CP-102）：流量：30t/h 扬程：5m 额定电压：380v 额定功率：7.5kw 厂牌型号：KDL65-2004.7 纯水输送系统4.7.1纯水泵的选择 纯水输送泵（P-201）：两套材质：SUS316型式：立式多段离心式输送量：50m3/h扬程：47m马达电力：三相，60Hz,380vAc,11kw厂牌型号：WILO4.7.2纯水箱的选择工程溶积：60L筒体直径：2600mm筒体高度：2800mm材 质：塑料4.8 消毒设备的选择本设计采用紫外线杀菌技术。其设备选用如下：型号:X-3灯管型号:GGS3000流量:50m3/h最大照射半径:175mm最短照射时间:10.3s灯管数:3第5章 设备维护5.1 机械过滤器1.运行检查阀门开关状态。关闭排空阀，启动原水泵即可。2.反洗当机械过滤器进水压差大于0.05MPa时（或按规定定期反洗）。此时需将系统置于手动控制状态，然后按阀门开关状态调节阀门状态，开启原水泵，按冲洗流量调节原水进水量，对机械过滤器进行反洗，注意滤料不能被冲出。反洗时间1015分钟左右。3.正洗反洗完毕后，按表1调节阀门状态，对机械过滤器进行正洗，正洗流量按正常工作流量，正洗时间10分钟左右后进入正常工作状态。5.2 活性炭过滤器1.运行检查机械过滤器处于运行阀门状态。检查炭滤器阀门开关状态。打开排气阀，待关闭排空阀，启动原水泵即可。2.反洗对炭过滤器需进行常规维护性反洗。因活性炭比重较小，所需反冲洗流量也较小，反冲洗流量一般按正常工作流量。按表2调节好阀门开关状态，注意滤料不能被冲出。反洗时间为10分钟。也可定期反冲洗。3.正洗反冲洗完毕后，按表2调节阀门状态。正洗510分钟后可进入正常工作状态。5.3 填料与滤芯的更换1.保安过滤器的填料更换，设备使用中如达到反洗条件后，经过多次反洗出水仍然达不到要求，则需要更换填料。2.活性炭过滤器的填料更换，设备使用中，在其他设备正常运转的条件下，如多次反洗后达不到控制余氯0.1mg/L的条件或对有机物吸附，下降后恢复不明显，在有能力的情况下可采用蒸汽吹洗再生的方法：以温度122、1.05kg/cm2的蒸汽吹洗810小时，每小时耗气量为0.62t/m3，直到排除的冷凝汽的颜色比起始色浅为止。3.保安过滤器的滤芯的更换，当保安过滤器或微过滤器进出口压差达到0.070.10MPa时或运行15天后需更换滤器内滤芯。5.4 反渗透装置的仪表控制装置的仪表控制部分包括以下内容：1.反渗透膜进水压力开关。采用高压压力开关安装在高压泵出水口，可显示反渗透膜进水压力，用以保证反渗透膜不在超压下工作。2.高压泵进水压力开关。采用低压压力开关安装在高压泵进水口，可显示高压泵进水压力，当该压力低于某设定值时，装置停车保护并发出报警，保证高压泵的进水压力。3.反渗透膜进水、段间、浓水压力表。从反渗透膜进水压力、段间压力、浓水压力可以比较反渗透膜压降。从而判断反渗透膜工作情况。4.产水电导仪。测定产水的电导率，从而可知道反渗透膜的脱盐性能。5.流量计。单级脱盐装置上一般装有二只流量计，产水流量计、浓水排放流量计。6.电控箱。电控箱包括各类泵的启动、停止、故障报警等功能。7.反渗透装置浓水管路上装了一只慢开慢关排放电动球阀。在装置开机、关机时自动打开，利用预处理水对反渗透膜表面进行大流量低压冲洗，排挤膜和不锈钢管路中的高TDS残水，使停运膜完全浸没在淡水中，可以防止膜的自然渗透造成膜的损伤，去除污垢，使膜得到有效保养。5.5 装置停运、储存原水经过适当的预处理达到反渗透膜进水要求后，进入高压泵加压，送至反渗透膜，当压力超过自然渗透压时，能透过反渗透膜的即为反渗透产水；没有透过反渗透膜的即为浓水，浓缩水可以直接排放，根据反渗透装置回收率情况，浓缩水也可做成分两路，一路直接排放，另一路回流至高压泵进口，浓水回流的目的是为了提高水的利用率，即提高系统的回收率。反渗透膜可根据要求产水情况选择数量，采用多支串联和并联的方法，具体排列方式视具体装置而定。装置在长期停运、储存的情况下，装置内必须灌以灭菌保护液。灭菌保护液用1亚硫酸氢钠溶液配置而成。长期停运、储存时，若环境温度低于0，则保护液中还需加入18甘油。装置短期停运（不超过一星期），可不必灌保护液，每天在低压运行0.5小时即可。5.6 化学清洗反渗透装置长期运行，反渗透膜表面不可避免地会产生结垢、污染等情况，集中表现为产水量和脱盐率下降，用化学清洗的方法可使产水量和脱盐率恢复。当发生下列情况之一时，化学清洗就必须进行：1.产水量下降10；2.产水含盐量明显上升；3.反渗透膜压降上升15；化学清洗步骤如下：1.根据膜污染情况，选择适当的化学清洗剂。化学清洗剂的选择可有无机盐、金属化合物、硅胶体、微生物、有机物。根据实际情况选择。2.在化学清洗箱中配置好化学清洗剂，配置用的水必须是高质量不含余氯的水。同时检查化学清洗剂PH值。对于卷式复合膜，PH值需要在211之间。3.连接好清洗箱、清洗泵和反渗透装置之间的管路，启动清洗泵，进行循环清洗，时间为12小时。清洗时的压力和流量见表5。4.清洗完毕