KÖZMŰVEK A BIOTECHNOLÓGIAI TERMELŐ ÜZEMEKBEN Készítette: Mátyás Áron Simonkovich Sebestyén

A biotechnológia fő segédrendszerei Üzemi gőzrendszerek Steril gőz rendszerek Hűtővízrendszerek Hűtőtornyok Sűrített levegő, komprimált gázok

I. Üzemi gőzrendszerek Felhasználása: Fő részek: Hőforrás Ritkább esetben: energia generálása Soha nem érintkezik a termékkel Fő részek: Vízmelegítők (bojlerek) Tápvízkezelő (vízadagoló)rendszer Elosztórendszer Kondenzátum gyűjtő és elvezető rendszer

I. Üzemi gőzrendszerek Kazánok(bojlerek) Tűzcsöves kazán Vízcsöves kazán

I. Üzemi gőzrendszerek Kazánok(bojlerek) Elektromos fűtésű kazán 1 Réztartály fűtőbetétekkel 2 Automatikus légtelenítő 3 Bekötési kapocsléc 4 Biztosíték 5 Mikroprocesszoros vezérlő 6 Nyomáskapcsoló 7 Keringető szivattyú 8 Szivattyú légtelenítőı 9 Csatlakozó csonkok ¾” 10 Kábelátvezetés

1 Kazán/LE=0,45 kg víz elforralásához szükséges energia 100°C-on I. Üzemi gőzrendszerek Kazánok(bojlerek) Tűzcsöves kazánok Vízcsöves kazánok Elektormos fűtésű kazánok Teljesítmény (kazán/LE) 5-575 300-7500 Gőzáram (kg/h) 70-11500 115000-ig 5-2250 Üzeminyomás (kPa) 1700-ig 4100-ig 1 Kazán/LE=0,45 kg víz elforralásához szükséges energia 100°C-on

I. Üzemi gőzrendszerek Kazánok összehasonlítása Tűzcsöves kazánok Nem alkalmas magas nyomásra és hőmérsékletre Biotechnológiai üzemekben a leggyakoribb Elektormos fűtésű kazánok Magasabb fajlagos költség Könnyebb üzembe helyezés Kisebb helyigény Nincs szükség kéményre Kisebb üzemekben használják Tervezéskor figyelembe kell venni: Kívánt gőznyomást és gőzmennyiséget Üzemeltetési költségeket

I. Üzemi gőzrendszerek Tápvízkezelő rendszer Vízkezelés célja: Gőzzel érintkező felületek védelme a vízkőtől és a korróziótól. Figyelembe kell venni: A bejővő tápvízminőségét Termelt gőz nyomását Szennyezések: vízkeménység foszfátok szilikátok oldott gázok olaj szilárd szennyezők

I. Üzemi gőzrendszerek Tápvízkezelő rendszer Korróziót okozó gázok: O2 és CO2 Eltávolításuk: kémia és fizikai módszer Kémia módszer: Szulfitos kezelés: 1/2O2+Na2SO3->Na2SO4 Hindrazinos kezelés O2+N2H4->N2+2H2O Fizikai módszer: (oldhatóság) Deaerátorok (gázmentesítők) Vízkő ellen (pH 10,5-11 a cél) lágyítás ioncsere

I. Üzemi gőzrendszer Tápvízkezelő rendszer Deaerátor

I. Üzemi gőzrendszer Elosztórendszer Fanning egyenlet: Δp=f(1/2)ρv2(L/D) f: csősúrlódási tényező Szerelvény L (csőát-mérőben) szelep 340 visszacsapó szelep 100 sarokszelep 55 Pillangószelep 45 90°-os ív (r/d=1) 20 Tolózár 8

I. Üzemi gőzrendszer Elosztórendszer Csövek anyaga: acél Csőkötés: hegesztett vagy karimás Szigetelés: vastagsága és anyaga gőz előállítási költsége vezéreli leggyakrabban üvegszál Csövek vezetése: áramlás irányába lejt kondenzedények a legalacsonyabb ponton

I. Üzemi gőzrendszerek Kondenzátum rendszerek Hőveszteség lép fel a csővekben, ez nyomáscsökkenéssel járó folyamat A kondenzálodott gőz a kondenzvíz: Kondenzátum gazdálkodás a kondenzvíz hőmérséklete magas  visszavezetve tápvízként használható a kondenzvíz nyomása magas  nyomáscsökkentő állomásokon expandáltatva kisebb nyomású gőz fejleszthető - Kondenzedény feladatai: gőz áramlását lezárja (p tartás) kondenzvizet eltávolítja levegő eltávolítása

I. Üzemi gőzrendszer Kondenzedények Dilatációs (termosztatikus) Termodinamikus Súlyterhelésű Fordított edényes

I. Üzemi gőzrendszer Üzemi gőz főbb felhasználása Műveleti fűtőközeg Autoklávok Bioszennyezők ártalmatlanítása Steril gőz előállítása Nedvesség-megkötők regenerálása HVAC (Heating, Ventilation, Air Conditioning; fűtés, szellőztetés, légkondícionálás) WFI (Wate for Injection; injekciós vizek)

II. Steril gőzrendszerek Fő alkalmazása sterilezés páratartalom szabályozása WFI előállítása (pirogén-, baktérium és oldott szilárd anyag mentes) Nem feltétlen szükséges, csak ha FDA előírja (pl. gyógyszerek) Előnye - nagy hőkapacítás - felületeket nem szennyezi, Előállítása nagy tisztaságú vízből speciális gőzfejlesztőkkel

II. Steril gőzrendszerek Tápvízkezelés Előkezelt víz határértékei Műveletek szűrés aktív szenes derítés (klóreltávolítás) lágyítás: kation és anioncsere (gyanta) vagy reverz-ozmózis

II. Steril gőzrendszerek Steril gőz előállítása Gőzfejlesztők Gőzfejlesztők fő egységei: - hőátadó felület - nyomástartály - szeparátor - szabályozó elemek A keletkező steril gőzben lévő vízcseppek eltávolítása nagyon fontos, mert pirogéneket szállíthatnak.

II. Steril gőzrendszerek Gőzfejlesztő típusai Termoszifon elvű Száraz aljú gőzfejlesztő

II. Steril gőzrendszerek Üst tipusú gőzfejlesztő merülőforraló-elv ritkán használják vízcseppecske eltávolítása

II. Steril gőzrendszerek Termoszifon elvű gőzfejlesztő Belépő víz Hőcserélő Steril gőz a tetején távozik

II. Steril gőzrendszerek Száraz aljú gőzfejlesztő A filmbepárlóval azonos alapokon nyugszik A cseppleválasztás ciklon-elven történik ( HATÉKONY)

II. Steril gőzrendszerek Steril gőz felhasználása Légtér páratartalmának beállítása pótlevegő %-os aránya és relatív páratartalma üzemben levegő relatív páratartalma cirkulált levegő összes mennyisége és hőmérséklete üzemi veszteség Autoklávok WFI Sterilezés A: steril gőz a köpenyben és a légtérben is B: üzemi gőz a köpenyben, steril gőz a belső térben

II. Steril gőzrendszerek Felhasználása SIP (Sterilization in Place) Lépései: légtelenítés vákuumozás (gőzbefúvatás)/kiventillálás sterilizáló hőmérsékletre hevítés hőntartás (hűtés) Első három lépéshez steril gőzt használnuk WFI előállítása legnagyobb fogyasztó hűtés is limitál

III. Hűtővízrendszerek Hűtővíz felhasználása túlmelegedés megakadályozása (reakcióhő elvonása) alacsony hőmérsékleten végzett műveletek sterilezés utáni hűtés légkondicionálás Hűtőközeg 6°C felett víz 6°C alatt propilénglikol-víz vagy etilénglikol-víz (ritkábban) elegy (20-40%)

III. Hűtővízrendszerek Hűtőrendszerek elrendezése Főbb berendezések: Kompresszor (lengő / centrifugál) Kondenzátor (vizes / levegős) Expanziós szelep Bepárló (hőcserélő) Keringető szivattyú Levegő szeparátor Expanziós tartály

III. Hűtővízrendszerek Hűtőrendszerek felépítése 1. CD: Hűtőközeg összenyomása, hőmérséklet nő 2. DA: Hűtőközeg lekondenzálása, hőmérséklet csökken (hűtőtorony) 3. AB: Hűtőközeg kitágulása, expanziós szelepen keresztül, pára képződik, csökken a hőmérséklet 4. BC: Hűtőközeg elpárolog, energiaátadás a hűtővíz és a hűtőközeg között

III. Hűtővízrendszerek Hűtőrendszerek felépítése 1. CD: Hűtőközeg összenyomása, hőmérséklet nő 2. DA: Hűtőközeg lekondenzálása, hőmérséklet csökken (hűtőtorony) 3. AB: Hűtőközeg kitágulása, expanziós szelepen keresztül, pára képződik, csökken a hőmérséklet 4. BC: Hűtőközeg elpárolog, energiaátadás a hűtővíz és a hűtőközeg között

III. Hűtővízrendszerek Hűtőrendszerek tervezése Méretezés a hűtendő, ill. HVAC rendszerek igénye alapján Folyamatos / Szakaszos terhelés (Heating, Ventilation, Air Conditioning) Víz-Glikol arány: 20-40 % A glikol csökkenti a közeg hőkapacitását Csövek: Réz (50 mm-ig)/Szénacél/kombináció Fagyásmentesítéshez: Megfelelő áramlás megtartása, recirkuláró bypass szelep

IV. Hűtőtornyok Mechanikailag levegőztetett hűtőtornyok Alkalmazása: Hűtővíz energiájának felvételére Hűtőrendszerek keringető vizét adhatják, ha nincs szükség extrém alacsony hőmérsékletre 5-11 0C-os hűlés, 29 0C körüli kimeneti hőmérséklet, de ez a környezettől, tervezéstől függ

IV. Hűtőtornyok Működési elv A meleg víz közvetlen kontaktusba kerül a vízgőzre telítetlen levegővel Folyékony állapotban maradó része energiát ad le az elpárolgó résznek, ezáltal lehűl

IV. Hűtőtornyok Evaporatív hűtőrendszerek Szívóüzemű (Indukált keringetésű) Nyomóüzemű (kényszer keringetésű) Légmozgató rendszer helyzete szerint Víz- és levegőáramok szerint Ellenáramú Keresztáramú Természetes keringetésű Mesterséges keringetésű Hűtőtornyok Vízpermetezők Hűtőtavak

Szívóüzem, keresztáram IV. Hűtőtornyok Szívóüzem, ellenáram Szívóüzem, keresztáram Nyomóüzem, ellenáram

IV. Hűtőtornyok

IV. Hűtőtornyok Méretezés Merkel egyenlet: K : anyagátadási koefficiens [kg/m2s] A : levegő-víz kontakt felület [m2] V : térfogat [m3] L : vízarány [kg/m2s] cp : nedves levegő fajhője [J/kgK] i* : telített levegő entalpiája a víz hőmérsékletén [J/kg] I : levegő entalpiája [J/kg] T1 : a toronyba belépő víz hőmérséklete [°C] T2 : a toronyból kilépő víz hőmérséklete [°C] Me : Merkel-szám [-]

IV. Hűtőtornyok Töltetek Fröcskölő típusú Ütközéses mechanizmus Nő a hulló cseppek tartózkodási ideje Fa, műanyag, fém töltet Kevésbé hajlamos eldugulásra Film típusú Függőleges lapok – ált. redőzött Érintkezési felület nő Csorog le a víz Mostanában ez utóbbit használ- ják, így kompaktabb a torony

IV. Hűtőtornyok Vízkezelés Vízminőség romlásának okai folyamatos elpárolgás miatt az oldott anyagok koncentrációja növekszik élő szervezetek felszaporodása Megoldások elvétel és folyamatos tiszta víz adagolás vízkő ellen: kénsavas kezelés Elektrolit mennyiséget csökkenti Fémfelületek óvása inhibitorokkal algák ellen: klóros kezelés (szakaszos!)

V. Sűrített levegő, komprimált gázok Felhasználás bioreaktorok oxigénellátása szabályzókörök működtetése folyadékáramok mozgatása sterilezés után hűtőközeg egyes gépek hajtóközege

V. Sűrített levegő, komprinált gázok Felhasználása Steril levegő esetén: sterilre szűrés - steril termék esetén a levegőt szűrik olaj- és vízmentesség - Olaj és vízmentes a levegő, mivel érintkezhet a termékkel

V. Sűrített levegő,komprimált gázok Kompresszorok Csavar vagy dugattyús kompresszorok Kenőolajmentes Csövek: szénacél, polírozott saválló acél, K-típusú rézcsövek Kétfokozatú kompresszor fogadótartállyal és szárítóval: II. fokozat Köztes hűtő (hőcserélő) Utóhűtő I. fokozat Fogadótartály (nyomáskiegyenlítés) Szárító

V. Sűrített levegő, komprimált gázok Komprimált gázok Felhasználás: Csövek és Berendezések nyomástesztelésére Fermentor levegőt készítenek belőle Inert atmoszféra képzése Szállítóedények nyomás alá helyezése Alkalmazott Gázok: O2: levegőztetés, levegődúsítása N2: inert atmoszférának Szintetikus levegő (80% N2, 20% O2)

V. Sűrített levegő, komprimált gázok Kompromitált gázok Nagynyomású (sűrített) gázok: - főként kis gázigény estén használják Cseppfolyós gázok: - napi 1-3% veszteség, nagy gázigények esetén használják Gázszolgáltatás membrán-technológiával előnye: alacsony üzemeltetési költség hátránya: alacsony nyomású gáz, nem megfelelő gáztisztaság

Kérdések Milyen kazánokat alkalmaznak? Milyen korróziót okozó gázok vannak és hogyan távolítjuk el őket(milyen módszer)? Mikre használjuk az üzemi gőzőket? Mire alkalmazzák a steril tiszta gőz rendszereket? Milyen két típusát különböztetjük meg a hűtőközegnek? (hőmérséklet alapján) Mire alkalmazzák a hűtőtornyokat?

Köszönjük a figyelmet!