三萬噸味精發(fā)酵工廠設(shè)計(jì)包括物料衡算熱量衡算和設(shè)備選型

1、年產(chǎn) 3 萬噸谷氨酸發(fā)酵罐的設(shè)計(jì)目錄、尸 、-前言第一章 年產(chǎn) 3 萬噸谷氨酸的發(fā)酵罐2.1 生產(chǎn)規(guī)模及計(jì)算2.2 通用發(fā)酵罐的系列尺寸2.3 發(fā)酵罐主要設(shè)計(jì)條件2.4 發(fā)酵罐的型式2.5 發(fā)酵罐的用途2.6 冷卻水及冷卻裝置2.7設(shè)計(jì)壓力罐內(nèi)0.4MPa；夾套0.25 MPa 第二章 谷氨酸生產(chǎn)工藝流程3.1 谷氨酸發(fā)酵工藝技術(shù)參數(shù)3.2谷氨酸生產(chǎn)原料及處理3.3 谷氨酸生產(chǎn)工藝流程圖 第三章工藝計(jì)算4.1 主要工藝技術(shù)參數(shù)4.2總物料衡算第四章發(fā)酵罐選型及工藝計(jì)算5.1 發(fā)酵罐空罐滅菌蒸汽用量計(jì)算 發(fā)酵罐體加熱用蒸汽量5.1.2 填充發(fā)酵罐空間所需蒸汽量5.1.3 滅菌過程的熱損失5.1.

2、4 灌壁附著洗滌水升溫所需蒸汽量5.2發(fā)酵罐的設(shè)計(jì)與選型發(fā)酵罐的選型生產(chǎn)能力，數(shù)量和容積的確定主要尺寸的計(jì)算5 . 2 . 4冷卻面積的確定5.2.5 攪拌器的設(shè)計(jì)攪拌器功率的確定5 . 2 . 7設(shè)備結(jié)構(gòu)的工藝設(shè)計(jì) 豎直蛇管冷卻裝置設(shè)計(jì) 設(shè)備材料的選擇 發(fā)酵罐厚壁計(jì)算 接管設(shè)計(jì)第六章 發(fā)酵罐設(shè)計(jì)圖第一章 前言谷氨酸是一種氨基酸,其用途非常廣泛，可用于食品、醫(yī)學(xué)、化妝品等。谷氨酸生產(chǎn)， 始于1910年日本的味之素公司用水解法生產(chǎn)谷氨酸。1956年日本協(xié)和發(fā)酵公司分離得到谷氨酸棒桿菌，使發(fā)酵法生產(chǎn)谷氨酸成為可能，由于發(fā)酵法生產(chǎn)氨基酸具有生產(chǎn)能力大、成本低、設(shè)備利用率高等特點(diǎn)，使氨基酸工業(yè)得到突飛

3、猛進(jìn)的發(fā)展1。我國(guó)1958年開始研究，1965年在上海天廚味精廠投產(chǎn)。目前我國(guó)谷氨酸的年產(chǎn)量已達(dá)170萬噸，產(chǎn)銷量占世界第一位2。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，在該行業(yè)諸多工程人員的努力研究下，使我國(guó)谷氨酸生產(chǎn)四 大收率指標(biāo)（糖化收率、發(fā)酵糖酸轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)酸率、提取收率、精制收率）均達(dá)到歷史最好 水平。其質(zhì)量已達(dá)國(guó)際領(lǐng)先水平。但是，在谷氨酸生產(chǎn)中仍然存在原料利用率低，生產(chǎn)成本高，自動(dòng)化控制水平低，環(huán)境污染日趨嚴(yán)重等問題。因此，目前對(duì)谷氨酸行業(yè)的研究方向主要集中在提高自動(dòng)化生產(chǎn)程度，改進(jìn)生產(chǎn)工藝，處理三廢，解決環(huán)境污染等方面。第二章 年產(chǎn)3萬噸谷氨酸的發(fā)酵罐2.1生產(chǎn)規(guī)模及計(jì)算2.1.1生產(chǎn)規(guī)模2.1.2生產(chǎn)

4、規(guī)格2.1.3生產(chǎn)制度2.1.4生產(chǎn)能力年產(chǎn)3萬噸谷氨酸純谷氨酸全年生產(chǎn)日320天；23班作業(yè)，連續(xù)生產(chǎn)日產(chǎn)量：30000t 十 320d=93.75t / d發(fā)酵周期：48h（包括發(fā)酵罐清洗、滅菌、進(jìn)出物料等輔助操作時(shí)間 ） 發(fā)酵罐個(gè)數(shù)：需要200 m3 發(fā)酵罐25個(gè)2.2 通用發(fā)酵罐的系列尺寸表-通用發(fā)酵罐的系列尺寸公稱容積罐內(nèi)徑圓柱高封頭高罐體總高封頭容積圓柱部分容積50L320mm640mm105mm850mm6.3L52L100L400mm800mm125mm1050mm11.5L100L200L500mm1000mm150mm1300mm21.3L197L500L700mm1400

5、mm200mm1800mm54.5L540L1.0m3900mm1800mm250mm2300mm0.112m31.14m35.0m31500mm3000mm400mm3800mm0.487m35.3m310m?1800mm3600mm475mm4550mm0.826m39.15m320nf2300mm4600mm615mm5830mm1.76m319.1m350mf3100mm6200mm815mm7830mm4.2m346.8m3100m34000mm8000mm1040mm10080mm9.02m3100m3200ml5000mm10000mm1300mm12600mm16.4m3197

6、ni不計(jì)上封頭的容積全容積攪拌槳直徑攪拌轉(zhuǎn)數(shù)電動(dòng)機(jī)功率攪拌軸直徑冷卻方式58.3L64.6L112mm470r/mi n0.4kW25mm夾套112L123L135mm400r/mi n0.4kW25mm夾套218L239L168mm360r/mi n0.6kW25mm夾套595L649L245mm265r/mi n1.1kW35mm夾套1.25m31.36m3315mm220r/mi n1.5kW35mm夾套5.79m36.27m3525mm160r/mi n5.5kW50mm夾套9.98m310.8m3630mm145r/mi n13kW65mm夾套20.86m322.6m3770mm12

7、5r/mi n23kW80mm列管51mf55.2m31050mm110r/min55kW110mm列管109ml118ml1350mmAAA列管213m?230m1700mmAAA列管2.3發(fā)酵罐主要設(shè)計(jì)條件表-發(fā)酵罐主要設(shè)計(jì)條件項(xiàng)目及代號(hào)參數(shù)及結(jié)果備注發(fā)酵產(chǎn)品谷氨酸工作壓力0.4MPa由任務(wù)書確定設(shè)計(jì)壓力0.4MPa由任務(wù)書確定發(fā)酵溫度33 C根據(jù)任務(wù)書選?。üぷ鳒囟龋┰O(shè)計(jì)溫度150C由工藝條件確定冷卻方式列管冷卻由工藝條件確定發(fā)酵液密度=1080Kg/m3由工藝條件確定發(fā)酵液黏度' - 2.0 10N *s/m2由工藝條件確定根據(jù)常識(shí)，一個(gè)良好的發(fā)酵罐應(yīng)滿足下列要求： 結(jié)構(gòu)嚴(yán)密，

8、經(jīng)得起蒸汽的反復(fù)滅菌，內(nèi)壁光滑，耐腐性好，以利于滅菌徹底 和減小金屬離子對(duì)生物反應(yīng)的影響； 有良好的氣 -液 -固接觸和混合性能以及高效的熱量、質(zhì)量、動(dòng)量傳遞性能； 在保持生物反應(yīng)要求的前提下，降低能耗； 有良好的熱量交換性能，以維持生物反應(yīng)最是溫度； 有可行的管道比例和儀表控制，適用于滅菌操作和自動(dòng)化控制2.4 發(fā)酵罐的型式 機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐 高徑比： H/D=1.7-4.0 攪拌器：六彎葉渦輪攪拌器，Di：di：L:B=20:15:5:4 攪拌器直徑： Di =D/3 攪拌器間距： S=(0.95-1.05 ) D 最下一組攪拌器與罐底的距離：C=(0.8-1.0 )D 擋板寬度：B=0

9、.1D,當(dāng)采用列管式冷卻時(shí)，可用列管冷卻代替擋板2.5 發(fā)酵罐的用途 用于谷氨酸生產(chǎn)的各級(jí)種子罐或發(fā)酵罐，有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)如下： 裝料系數(shù)：種子罐0.50-0.65發(fā)酵罐 0.65-0.8 發(fā)酵液物性參數(shù)：密度1080kg/m3粘度 2.0 x 10-3N.s/m2導(dǎo)熱系數(shù)0.621W/mC比熱 4.174kJ/kg. C 高峰期發(fā)酵熱 3-3.5 x104kJ/h.m3 溶氧系數(shù)：種子罐 5-7 x 10-6發(fā)酵罐 6-9x10-6molO2 標(biāo)準(zhǔn)空氣通風(fēng)量：種子罐0.4-0.6vvm發(fā)酵罐 0.2-0.4vvm2.6 冷卻水及冷卻裝置冷卻水：地下水 18-20C冷卻水出口溫度： 23-26C發(fā)

10、酵溫度：32-33 C冷卻裝置：種子罐用夾套式冷卻，發(fā)酵罐用列管冷卻2.7設(shè)計(jì)壓力罐內(nèi)0.4MPa；夾套0.25 MPa發(fā)酵罐主要由罐體和冷卻列管，以及攪拌裝置，傳動(dòng)裝置 ，軸封裝置，人孔 和其它的一些附件組成。這次設(shè)計(jì)就是要對(duì)25M通風(fēng)發(fā)酵罐的幾何尺寸進(jìn)行計(jì)算；考慮壓力，溫度，腐蝕因素，選擇罐體材料，確定罐體外形、罐體和封頭的 壁厚；根據(jù)發(fā)酵微生物產(chǎn)生的發(fā)酵熱、 發(fā)酵罐的裝液量、冷卻方式等進(jìn)行冷卻裝 置的設(shè)計(jì)、計(jì)算；根據(jù)上面的一系列計(jì)算選擇適合的攪拌裝置，傳動(dòng)裝置，和人 孔等一些附件的確定，完成整個(gè)裝備圖，完成這次設(shè)計(jì)AVV*第二早谷氨酸生產(chǎn)工藝流程3.1谷氨酸發(fā)酵工藝技術(shù)參數(shù)表-主要工藝技

11、術(shù)參數(shù)序 號(hào)生產(chǎn)工序參數(shù)名稱指標(biāo)淀粉質(zhì)原料糖蜜原料1制糖（雙酶法）淀粉糖化轉(zhuǎn)化率%> 982發(fā)酵產(chǎn)酸率g/dl> 8.0> 8.03發(fā)酵糖酸轉(zhuǎn)化率%> 50> 554谷氨酸提取提取收率%> 86> 803.2谷氨酸生產(chǎn)原料及處理表-原料及動(dòng)力單耗表序號(hào)物料名稱規(guī)格單耗(t/t)淀粉原料大米原料糖蜜原料1玉米淀粉含淀粉86%2.122大米含淀粉70%3.03糖蜜含糖50%3.974硫酸98%0.450.450.455液氨99%0.350.350.356純堿98%0.340.340.347活性炭0.030.020.108水3093093099電2000Kw

12、h/t2000Kwh/t2000Kwh/t10蒸汽11.411.411.4谷氨酸發(fā)酵的主要原料有淀粉、甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜、醋酸、乙醇、正烷烴（液體石蠟）等。國(guó)內(nèi)多數(shù)谷氨酸生產(chǎn)廠家是以淀粉為原料生產(chǎn)谷氨酸的，少數(shù)廠家是以糖蜜為原料進(jìn)行谷氨酸生產(chǎn)的，這些原料在使用前一般需進(jìn)行預(yù)處理。（一）糖蜜的預(yù)處理谷氨酸生產(chǎn)糖蜜預(yù)處理的目的是為了降低生物素的含量。 因?yàn)樘敲壑刑貏e是甘蔗糖蜜中 含有過量的生物素， 會(huì)影響谷氨酸積累。 故在以糖蜜為原料進(jìn)行谷氨酸發(fā)酵時(shí)， 常常采用一 定的措施來降低生物素的含量，常用的方法有以下幾種。(1) 活性炭處理法 用活性炭可以吸附掉生物素。但此法活性炭用量大，多達(dá)糖蜜的 30

13、%40%，成本高。在活性炭吸附前先加次氯酸鈉或通氯氣處理糖蜜，可減少活性炭的用 量。(2) 水解活性炭處理法 國(guó)內(nèi)曾有人進(jìn)行過用鹽酸水解甘蔗糖蜜， 再用活性炭處理的方法 去除生物素的實(shí)驗(yàn)，并應(yīng)用于生產(chǎn)。(3) 樹脂處理法 甜菜糖蜜可用非離子化脫色樹脂除去生物素，這樣可以大大提高谷氨酸對(duì)糖的轉(zhuǎn)化率。處理時(shí)先用水和鹽酸稀釋糖蜜， 使其濃度達(dá)到10%, pH達(dá)2.5,然后在120C 下加壓滅菌20min，再用氫氧化鈉調(diào) pH至4.0,通過脫色樹脂交換柱后，將所得溶液調(diào)pH至 7.0,用以配制培養(yǎng)基。(二)淀粉的糖化絕大多數(shù)的谷氨酸生產(chǎn)菌都不能直接利用淀粉, 因此,以淀粉為原料進(jìn)行谷氨酸生產(chǎn)時(shí), 必須

14、將淀粉質(zhì)原料水解成葡萄糖后才能供使用。 可用來制成淀粉水解糖的原料很多, 主要有 薯類、玉米、小麥、大米等,我國(guó)主要以甘薯淀粉或大米制備水解糖。淀粉水解的方法有三種：1酸解法 用酸解法生產(chǎn)水解糖,其工藝流程如下：原料(淀粉、水、鹽酸)調(diào)漿t糖化t冷卻t中和脫色t過濾除雜t糖液(1) 調(diào)漿 原料淀粉加水調(diào)成10 11°Be，的淀粉乳，用鹽酸調(diào)pHl.5左右，鹽酸用量(以純 鹽酸計(jì) )約為干淀粉的 0.5% 0.8%。(2) 糖化 首先要在水解鍋內(nèi)加部分水，加水后將水解鍋預(yù)熱至100105C ,(蒸汽壓力為0. 10. 2MPa)隨后用泵將淀粉乳送至水解鍋內(nèi)迅速升溫，在表壓為0.250.

15、4MPa之間保壓，一般水解時(shí)間控制在 1020min,即可將淀粉轉(zhuǎn)化成還原糖。(3) 冷卻 中和溫度過高易形成焦糖,脫色效果差；溫度低,糖液黏度大,過濾困難。因此，生產(chǎn)上一般將糖化液冷卻到80 C以下。(4) 中和 淀粉水解完畢,酸解液 pH 僅為 1. 5左右,需用堿中和后才能用于發(fā)酵。中和 的終點(diǎn) pH 一般控制在 4.5 5.0 左右,以便使蛋白質(zhì)等膠體物質(zhì)沉淀析出。(5) 脫色 酸解液中尚存在著一些色素和雜質(zhì)需通過脫色除去。脫色可采用活性炭吸附, 活性炭是經(jīng)過特殊處理的木炭, 為黑色無定形粉末,不溶于任何溶劑, 質(zhì)松多孔, 表面積很 大,具有很大的吸附能力。它將具有脫色與助濾兩方面作用

16、。過濾除雜 經(jīng)中和脫色的糖化液要充分沉淀 12h,待液溫降到4550C,用泵打人 過濾器除雜質(zhì), 過濾后的糖液送貯糖桶貯存, 到此為止, 淀粉糖化過程全部結(jié)束, 制成的糖 化液供發(fā)酵使用。2酶解法先用a淀粉酶將淀粉水解成糊精和低聚糖，然后再用糖化酶將糊精和低聚糖進(jìn)一步水解成葡萄糖的方法,稱為酶解法。谷氨酸菌能夠在菌體外大量積累谷氨酸, 是由于菌體的代謝調(diào)節(jié)處于異常狀態(tài), 只有具 有特異性生理特征的菌體才能大量積累谷氨酸。 這樣的菌體對(duì)環(huán)境條件是敏感的。 也就是說, 谷氨酸發(fā)酵是建立在容易變動(dòng)的代謝平衡上的, 是受多種發(fā)酵條件支配的。 因此, 控制最適 的環(huán)境條件是提高發(fā)酵產(chǎn)率的重要條件。 在谷

17、氨酸發(fā)酵中, 應(yīng)根據(jù)菌種特性, 控制好生物素、 磷、 NH 4+、 pH 、氧傳遞率、排氣中二氧化碳和氧含量、氧化還原電位以及溫度等,從而控制好菌體增殖與產(chǎn)物形成、 限度地利用糖合成主產(chǎn)物。能量代謝與產(chǎn)物合成、 副產(chǎn)物與主產(chǎn)物的合成關(guān)系,使產(chǎn)物最大為了實(shí)現(xiàn)發(fā)酵過程工藝條件最佳化,可采用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行資料收集、數(shù)據(jù)解析、程序控制。收集準(zhǔn)確的數(shù)據(jù),如攪拌轉(zhuǎn)速液量、冷卻水人口溫度和流量、通風(fēng)量、發(fā)酵溫度、pH、溶解氧、氧化還原電位等，還可準(zhǔn)確地取樣。控制操作者要求進(jìn)行檢測(cè)和及時(shí)處理比增殖速度、比產(chǎn)物形成速度、比營(yíng)養(yǎng)吸收速度、氧的消耗速度等數(shù)據(jù)， 使操作條件最佳化3.3谷氨酸生產(chǎn)工藝流程圖消泡劑一水一

18、廠無機(jī)鹽一T配料罐T定容罐糖蜜一玉米漿一二級(jí)種子罐純生物素一實(shí)消斜面t一級(jí)種子. 降溫液氮t二級(jí)種培養(yǎng)無菌空氣一一葡萄糖消泡劑水定容罐配料罐無機(jī)鹽糖蜜連消器玉米漿純生物素維持罐換熱器消泡劑»發(fā)酵罐J高濃度糖液t液氨淀粉谷氨酸發(fā)酵工藝流程圖第四章 工藝計(jì)算4.1主要工藝技術(shù)參數(shù)表-主要工藝技術(shù)參數(shù)序 號(hào)生產(chǎn)工序參數(shù)名稱指標(biāo)淀粉質(zhì)原料糖蜜原料1制糖（雙酶法）淀粉糖化轉(zhuǎn)化率%> 982發(fā)酵產(chǎn)酸率g/dl> 8.0> 8.03發(fā)酵糖酸轉(zhuǎn)化率%> 50> 554谷氨酸提取提取收率%> 86> 804.2總物料衡算(1) 1000kg純淀粉理論上產(chǎn)100

19、%Glu量：1000X 1.11X 81.7%=906.84 (kg)(2) 1000kg純淀粉實(shí)際產(chǎn)100%Glu:1000X 1.11X 98% X 50% X 86% X 92%=430.35 (kg)(3) 1000kg工業(yè)淀粉(含量86%的玉米淀粉)產(chǎn)100%Glu量:430.35X 86%=370.1 (kg)(4) 淀粉單耗 1t 100%Glu 消耗純淀粉量：1000/430.35=2.323(t) 1t 100%Glu實(shí)際消耗工業(yè)淀粉量：1000/370.1=2.702(t) 1t 100%Glu理論上消耗純淀粉量：1000/906.84=1.103 ( t) 1t 100%

20、Glu理論上消耗工業(yè)淀粉量：1.103/86%=1.282 (t)(5) 總收率：可以按以下兩種方法計(jì)算。 實(shí)際產(chǎn)量(kg) /理論產(chǎn)量X 100%=430.35/906.84X 100%=47.45% (98% X 50%X 86%X 92%) /81.7%X 100%=47.45%(6) 淀粉利用率：1.282/2.702X 100%=47.45%(7) 生產(chǎn)過程總損失：100%47.45%=52.55%物料在生產(chǎn)過程中損失的原因： 糖轉(zhuǎn)化率稍低。 發(fā)酵過程中部分糖消耗于長(zhǎng)菌體以及呼吸代謝；殘?zhí)歉?；滅菌損失；產(chǎn) 生其他產(chǎn)物。 提取收率低，母液中Glu含量高。(8) 原料以及中間品的計(jì)算 淀

21、粉用量：93.75 X 2.702=253.31 (t/d) 糖化液量：純糖 253.31X 86% X 1.11X 98%=236.97 (t/d) 折算為 24%的糖液：236.97/24%=987.39 (t/d) 發(fā)酵液用量：純Glu量：236.97X 50%=118.48 (t/d);折算為8g/dl的發(fā) 酵液：118.48/8%=1481 (m3); 1481X 1.05=1555.05 ( t) (1.05 為發(fā)酵液 的相對(duì)密度) 提取 Glu 量：純 Glu 量：118.48X 86%=101.89(t/d)折算為 90%的 Glu 量：101.89/90%=113.21 (t

22、/d) Glu廢母液量(采用等電-新離子回收法，以排出的廢母液含Glu 0.7%g/d 計(jì)算)：(118.48-101.89 /0.7% =2370 ( m3/d)第五章發(fā)酵罐選型及工藝計(jì)算5.1 發(fā)酵罐空罐滅菌蒸汽用量計(jì)算發(fā)酵罐體加熱用蒸汽量發(fā)酵罐公稱容積200m3，材料為碳鋼，發(fā)酵罐罐體重32.78t，比熱容0.5kJ/(kgC )， 使用0.4MPa蒸汽(表壓)滅菌，發(fā)酵罐罐壓保持在 0.15MPa(表壓)下，由20C升 至127C，維持1h2。其蒸氣用量為：32.78 103 0.5 (127 -20)2748 .5 -535.4 式中2748.5 0.4MPa(表壓)蒸汽熱焓，kJ/

23、kg535.4 0.15MPa, 127C時(shí)蒸汽凝結(jié)水熱焓，kJ/kg 每日用蒸汽量為：792.43 4 =3169.72(kg)平均用蒸汽量為：D792.43(kg)3169.7224= 132.07(kg/h)填充發(fā)酵罐空間所需蒸汽量公稱容積200m3發(fā)酵罐的全容積為230m3，其蒸氣用量為:D =V230 1.39 =319.7(kg)式中p 加熱蒸汽的密度，p =1.39kg/m32發(fā)酵罐滅菌(0.15MPa,表壓)1h。每日用蒸汽量為：319.7 4 =1278 .8(kg)平均用蒸汽量為：1278.824= 53.28(kg/h)滅菌過程的熱損失輻射與對(duì)流聯(lián)合給熱系數(shù)a，罐外壁溫度

24、60r2748.5-535.45.1.4罐壁附著洗滌水升溫所需蒸汽量157.1 0.001 1000 (127-20) 4.18=31.75(kg)2748.5-535.4式中0.001附壁水平均厚度，m25.2發(fā)酵罐的設(shè)計(jì)與選型5.2.1發(fā)酵罐的選型選用機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐。5.2.2生產(chǎn)能力、數(shù)量和容積的確定 發(fā)酵罐容積的確定：選用公稱容積為200m3的發(fā)酵罐。 生產(chǎn)能力的計(jì)算：每天需糖液體積V糖為：25.28X 100X 99%=2502.72( m)式中25.28生產(chǎn)1t谷氨酸(100%)的發(fā)酵液量，m3若取發(fā)酵罐的填充系數(shù)=75%，則每天需要發(fā)酵罐總?cè)莘e V為:V=V 糖十=2502.

25、72- 75%=3336.96(朋) 發(fā)酵罐個(gè)數(shù)的確定：公稱容積為200m3的發(fā)酵罐，其全容積為230m3。每日需要的發(fā)酵罐數(shù)n為：n=V十 230=3336.96 - 230" 15共需要的發(fā)酵罐數(shù)N為：。二=33.9 0.19 (60 -20) =41.5kJ/(m2 h C)200m3發(fā)酵罐的表面積為157.1m22，消耗蒸汽量為:= 117.84(kg/h)157.1 41.5 (60-20)N=(VX t) /24X 230=(3336.96 X 40) /24X 230" 25每天應(yīng)有15個(gè)發(fā)酵罐出料，共需要25個(gè)發(fā)酵罐 523主要尺寸的計(jì)算發(fā)酵罐是由圓柱形筒體

26、和上、下橢圓形封頭組成。V全二 V筒 2V封二 230(m3)為了提高空氣利用率，罐的高徑比取 22。H =2DV全 筒 + 2VM =上 D22D +2 h+Dl=230(m3) 筒封 4I 6丿'丿橢圓形封頭的直邊高度忽略不計(jì)，以方便計(jì)算。2JI 33V全=2筒 2V封 =0.785D 2D D 2 =230(m )24解方程得取5m。H =2D =10(m)圓柱部份容積V筒為：V筒=0.785D2 2D =0.785 52 10 =196.25(m3)上、下封頭體積V封為：'3'33V封 D5 =16.25(m )2424全容積驗(yàn)算：V'全二V筒 2V封-

27、196.25 2 16.25 =228.75(m3)符合設(shè)計(jì)要求，可行。4.18X冷卻面積的確定根據(jù)部分味精廠的實(shí)測(cè)和經(jīng)驗(yàn)數(shù)，谷氨酸放得發(fā)酵熱高峰值約6000kJ/(m3 h)8，則冷卻面積按傳熱方程式計(jì)算如下：QK"：tm式中S冷卻面積，m2Q換熱量，kJ/h厶tm平均溫度差，CK總傳熱系數(shù)，kJ/(m2 h T )230m3灌裝液量為：230 75% =172.5(m3)Q =4.18 6000 172.5 =4326300(kJ/h)設(shè)發(fā)酵液溫度32r，冷卻水進(jìn)口溫度20r，出口溫度27C，則平均溫度差 . "：tm 為：(32-20)-(32-27),32 -20

28、In 32 -27K 值取 4.18X 500kJ/(m2 h E )8,：tm8( C)S=旦二 4326300=258.7如)K ：tm 4.18 500 8325攪拌器設(shè)計(jì)由于谷氨酸發(fā)酵過程中有中間補(bǔ)料操作， 對(duì)混合要求較高，因此選用六彎葉 渦輪攪拌器。該攪拌器的各部尺寸與罐徑D有一定比例關(guān)系，現(xiàn)將主要尺寸列后： 攪拌器葉徑Di為：D 5Dj1.67(m)33取 1.7m。葉寬B為：B =0.2Dj =0.2 1.7 =0.34(m)弧長(zhǎng)I為：I =0.375Dj =0.375 1.7 =0.64(m)底距C為：D 5C1.67(m)33取 1.7m。盤徑di為：dj =0.75Dj =

29、0.75 1.7=1.275(m)葉弧長(zhǎng)L為：L =0.25Dj =0.25 1.7 =0.425(m)葉距丫為：Y = D = 5(m)以單位體積液體所分配的攪拌軸功率相同這一準(zhǔn)則進(jìn)行的反應(yīng)器的放大, 即:n1d2式中n2放大的攪拌器的轉(zhuǎn)速,r/mi nn1模型攪拌器的轉(zhuǎn)速，n=110r/mind1模型攪拌器直徑，d=1.05m8d2放大的攪拌器直徑，d=1.7m8n 2 -將各值代入上式2門2 = nj =110d22q 05習(xí)I =79.78(r/mi n) =1.33(r/s)11 7 丿取兩檔攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速79.78r/min。 526攪拌軸功率的確定(1)不通氣條件下的軸功率計(jì)算：

30、P 二 Npn3d5r式中Np功率數(shù)，Np=4.8n攪拌器的轉(zhuǎn)速，n=1.33r/sd攪拌器直徑，d=1.7m P 流體密度，p =1070kg/m3將各值代入上式P 二Npn3d5Q=4.8 1.333 1.75 1070 = 171563.3605(W) = 171.563(kW)(2)通氣發(fā)酵軸功率計(jì)算: fP2nd3 廠 <Q0.08Pg =2.25 10式中P不通氣條件下的軸功率，P=171.563kWn攪拌器的轉(zhuǎn)速，n=79.78r/mimd攪拌器直徑，d=170cmQ工況下的通氣量，Q =230 75% 0.45 =77625000(ml/mi將各值代入上式Pg =2.25

31、 10=2.25 10”P2 nd32171.56379.78 1700.08776250003 “39= 158.573(kW)通常谷氨酸發(fā)酵按1kW/m38發(fā)酵醪；對(duì)于200m3發(fā)酵罐，裝液量172.5m3 則應(yīng)選取功率172.5KW的立式電機(jī)。本罐采用三角帶傳動(dòng)。設(shè)備結(jié)構(gòu)的工藝設(shè)計(jì)(1)空氣分布器：本罐使用單管進(jìn)風(fēng)，風(fēng)管直徑計(jì)算見 。擋板：本罐因有扶梯和豎式冷卻蛇管，故不設(shè)擋板。(3) 消泡漿：本罐使用圓盤放射式消泡漿。(4) 密封方式：本罐擬采用雙面機(jī)械密封方式，處理軸與罐的動(dòng)靜問題。(5) 冷卻管布置：使用的是豎直蛇管冷卻裝置。528豎直蛇管冷卻裝置設(shè)計(jì)(1)求最高熱負(fù)荷下的耗水量W

32、為：WQCp(t2 -tl)式中Q每1m3醪液在發(fā)酵最旺盛時(shí)，1h的發(fā)熱量與醪液總體積的乘積,Q總=4.18 6000 172.5 =4326300(kJ/h)Cpt2t1將各值代入上式t2=27°Ct1=20°C4326300-冷卻水的比熱容，Cp=4.18kJ/(kg C )8 冷卻水終溫， 冷卻水初溫，= 147857.14(kg/h) =41.07(kg/s)W =Cp(t2-tJ 4.18 (27-20)冷卻水體積流量為0.0411m3/s，取冷卻水在豎直蛇管中流速為1m/s，根據(jù)流 體力學(xué)方程式，冷卻管總截面積總A總為：A總總、W3式中 W冷卻水體積流量，W=0

33、.0411m/s u冷卻水流速，u =1m/s代入上式A總總、W 0.04112、0.0411(m )1進(jìn)水總管直徑d總為：°.°411 “229(m)/ A 總 d總-、 0.7850.785查表12選取Dg225X 7。冷卻管組數(shù)和管徑： 設(shè)冷卻管總表面積為A總，管徑d0,組數(shù)為n,則A 總二n 0.785d0現(xiàn)根據(jù)本罐情況，取n=8，求管徑。由上式得d°S=0.081(m)n 0.785. 8 0.785查表10-25選取89 X 4.5無縫管，d內(nèi)=80mm, d平均=84.5mm?，F(xiàn)取豎蛇管圈端部U型彎管曲徑為300mm,則兩直管距離為600mm,兩彎

34、管總長(zhǎng)度10為：I。=二D =3.14 600=1884(mm)(3)冷卻管總長(zhǎng)度L計(jì)算：冷卻管總面積S=258.75m2。現(xiàn)取無縫鋼管89X 4.5,S0258.750.26533= 975.2(m)冷卻管占有體積V管為：V管=0.785 0.0892 975.2 = 6.06(m3)取冷卻管組n=8。每組管長(zhǎng)L0為：L0 L 975121.9(m)n 8另需連接管1.8m,L實(shí)二Lo -1.8 =121.9 -1.8 =120.1(m)可排豎直蛇管的高度設(shè)為靜液面高度，下部可伸入封底209m m。設(shè)發(fā)酵罐內(nèi)附件占有體積為0.63m3，貝U總占有體積為：V 管 V 附件=6.060.63 =

35、6.69(m3)筒體液面為：V總 75% V管 V附件V封230 75% 6.06 0.63 16.25=2= 8.3(m)S截面0.785 52豎直蛇管總高H管為：H 管二 8.3 1.2 =9.5(m)取管間距為0.6m。又兩端彎管總長(zhǎng)l0為：10 =3.14 0.6 =1.884(m)兩端彎管總高1.2m。則一圈管長(zhǎng)L為：L =2H Lo =2 9.5 1.884 2 =22.768(m)(5)每組管子圈數(shù)n0為:門。L°121.9 5.35(圈)L 22.768取6圈。L實(shí)=22.768 6 81.8 8 =1107.264975.2(m)現(xiàn)取管間距為:2.5D =2.5 0

36、.089 =0.2225(m)豎蛇管與罐壁的最小距離為0.15m最內(nèi)層豎蛇管與罐壁的最小距離為：0.2225 5 0.15 0.0445 =1.307(m)與攪拌器的距離為：5 -1.7 -1.307 =1.993 0.2(m)在允許范圍內(nèi)。(6) 校核布置后冷卻管的實(shí)際傳熱面積：S實(shí)平均 L實(shí)=3.14 0.0845 1107.264 = 293.79 258.75(m 124.5 0.9 - 0.4)529設(shè)備材料的選擇為了降低造價(jià)，本設(shè)備選用碳鋼材料，精制時(shí)用除鐵樹脂除去鐵離子。 發(fā)酵罐壁厚的計(jì)算根據(jù)壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程規(guī)定，發(fā)酵罐屬于一級(jí)壓力容器，因此, 其設(shè)計(jì)、制造、安裝以及使用

37、均須遵照該規(guī)定。設(shè)計(jì)計(jì)算須按 GB150-1998鋼 制壓力容器進(jìn)行。(1)內(nèi)壓圓筒厚度計(jì)算：亠 pDi；=U-P C1C2式中S圓筒的設(shè)計(jì)厚度，mm p設(shè)計(jì)壓力，p=0.4MPaDi圓筒的內(nèi)直徑，Di=5000mm(T T設(shè)計(jì)溫度下圓筒材料的許應(yīng)用力，(T T=124.5MPa8 © 焊縫系數(shù)，© =0.98C1鋼板的厚度負(fù)偏差，C1=0.8mm8C2腐蝕裕量，C2=1mm8將各值代入上式pDi2十_PC1 C20.4 50000.8 1 二 10.74(mm)查附表可選用12mm厚的碳鋼鋼板。查附表知：公稱直徑為5000mm，壁厚為12mm ， 1m高筒節(jié)鋼板質(zhì)量為14

38、83kg 2。(2)橢圓形封頭厚度計(jì)算：2：-0.5p式中S圓筒的設(shè)計(jì)厚度，mmp設(shè)計(jì)壓力，p=0.4MPaDi圓筒的內(nèi)直徑，Di=5000mm(T T設(shè)計(jì)溫度下圓筒材料的許應(yīng)用力，(T T=124.5MPa©焊縫系數(shù)，© =0.9將各值代入上式pDi2：-0.5p=8.93(mm)0.4x50002 124.5 0.9 0.5 0.4查附表可選用10mm厚的碳鋼鋼板2 o接管設(shè)計(jì)(1) 接管的長(zhǎng)度h設(shè)計(jì)：各接管的長(zhǎng)度h根據(jù)管徑大小和有無保溫層，進(jìn)行選擇。本罐的輸料管可選 擇不帶保溫層的，查表接管長(zhǎng)度可取 h=150mm。(2) 接管直徑的確定：接管直徑的確定，主要根據(jù)流體力學(xué)方程式計(jì)算。以排料管為例計(jì)算管徑。本罐實(shí)裝172.5m3,設(shè)2h之內(nèi)排空，則排料時(shí)的物料體積流量qv為：qvA物0.024(m3/s)3600 2取發(fā)酵醪流速u =1(m/s)，則排料管截面積A物為:qv0.02412= 0.02