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1、生物工程與設(shè)備課程設(shè)計(jì)說明書年產(chǎn)6萬噸味精廠谷氨酸生產(chǎn)機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐設(shè)計(jì)專業(yè)班級(jí):生物技術(shù)及應(yīng)用作者學(xué)號(hào):201006062060作者姓名:王友真指導(dǎo)老師:王君高王蘭芝設(shè)計(jì)日期:2013年3月4日至2013年3月15日山東輕工業(yè)學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書食品與生物工程 學(xué)院 10 級(jí) 生物技術(shù)及應(yīng)用 專業(yè) 學(xué)生 題目:年產(chǎn)6萬噸味精廠谷氨酸生產(chǎn)機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐設(shè)計(jì)一、主要內(nèi)容:1、物料恒算,計(jì)算發(fā)酵罐總?cè)莘e;32、 求發(fā)酵罐個(gè)數(shù),取單罐公稱容積200m ;3、公稱容積200m3發(fā)酵罐設(shè)計(jì)(罐體尺寸、壁厚、攪拌器類型選擇及尺寸設(shè)計(jì)、攪拌功率 計(jì)算、攪拌軸直徑計(jì)算、冷卻面積計(jì)算與設(shè)計(jì))二、基本要求1
2、、編寫計(jì)算設(shè)計(jì)說明書(有前言、設(shè)計(jì)參數(shù)、物料恒算、發(fā)酵罐工藝設(shè)計(jì), 設(shè)計(jì)體會(huì))2、用CAD繪出發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)圖。三、設(shè)計(jì)參數(shù)1、糖酸轉(zhuǎn)化率61%2、發(fā)酵產(chǎn)酸水平11%3、發(fā)酵周期32小時(shí)4、發(fā)酵罐充滿系數(shù)為0.75、味精分子式 187.13 (GHNQNa) .H2O6、谷氨酸分子式147.13(C5H9NO)7、谷氨酸密度取 1.553g/cm 38、殘還原糖0.8%,十菌體1.7%9、谷氨酸提取率 97.5%。10、谷氨酸生產(chǎn)味精精制率為125%11、空罐滅菌壓力 0.25MPa12、年工作日安330天計(jì)算四、主要參考資料1鄭裕國(guó)生物工程設(shè)備化學(xué)工業(yè)出版社20072高孔榮發(fā)酵設(shè)備輕工業(yè)出版社1
3、991.103梁世中生物工程設(shè)備輕工業(yè)出版社2002.24化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書編輯委員會(huì)編攪拌設(shè)備設(shè)計(jì)上??茖W(xué)技術(shù)出版社19855吳思方發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論中國(guó)輕工業(yè)出版社2007(6)化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)(7)于令信味精工業(yè)手冊(cè)(8)張克旭氨基酸發(fā)酵工藝學(xué)輕工業(yè)出版社完成期限:自2013年 3月4 日至2012 年 3 月 15 日指導(dǎo)教師:王君高 王蘭芝教研室主任:一、前言1、課程設(shè)計(jì)的性質(zhì)通過本次設(shè)計(jì)使同學(xué)對(duì) 生物工程與設(shè)備的理論知識(shí)有更深刻的理解,生 物工程與設(shè)備課程設(shè)計(jì)為必修課。同時(shí)也為將來走上設(shè)計(jì)崗位的同學(xué)打下良好的 基礎(chǔ)。2、課程設(shè)計(jì)目的與任務(wù)任務(wù):年產(chǎn)6萬噸味精廠谷氨酸機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵
4、罐設(shè)計(jì)。目的:通過課程設(shè)計(jì),使同學(xué)對(duì)工藝參數(shù)確定,物料恒算、發(fā)酵罐體積及 尺寸確定、罐體機(jī)械強(qiáng)度、攪拌功率、攪拌軸及攪拌漿葉強(qiáng)度等計(jì)算能力得到鍛 煉。掌握工程設(shè)計(jì)基本程序及內(nèi)容,熟練掌握電腦繪圖及繪圖質(zhì)量。二、設(shè)計(jì)參數(shù)1、糖酸轉(zhuǎn)化率61%2、發(fā)酵產(chǎn)酸水平11%3、發(fā)酵周期32小時(shí)4、發(fā)酵罐充滿系數(shù)為0.75、味精分子式 187.13 (C5H8NO4Na.H2O6、谷氨酸分子式147.13(C5H9NO4)7、谷氨酸密度取1.553g/cm38、殘還原糖0.8%,干菌體1.7%9、谷氨酸提取率97.5%10、谷氨酸生產(chǎn)味精精制率為125%11、取P0 =1 (kw)12、空罐滅菌壓力0.25M
5、PaVl13、年工作日安330天計(jì)算三、物料衡算1、發(fā)酵罐總?cè)莘e計(jì)算發(fā)酵罐總?cè)莘e,決定于年工作日、每天生產(chǎn)谷氨酸量、發(fā)酵產(chǎn)酸水平、 谷氨酸發(fā)酵周期、谷氨酸提取率、谷氨酸精制味精得率等。(1) 年谷氨酸的產(chǎn)量=年味精產(chǎn)量十125%=60000/1.25=48000T(2) 每天的谷氨酸產(chǎn)量二年谷氨酸的產(chǎn)量十330=48000/330=145.45T(3) 發(fā)酵液密度dQC d d Q3 /=856 +=865 +16.7 + 70.8 =952.5 mZP1.5 1.553/Tt =1.050T/m3 =1050Kg/m3(4)每天生產(chǎn)發(fā)酵液體積每天生產(chǎn)谷氨酸量V 二發(fā)酵產(chǎn)酸水平谷氨酸提取率=1
6、45.45/1.050 X (11% X 97.5%)=1291.59m3(5 )發(fā)酵罐的總?cè)莘eV總=每天生產(chǎn)發(fā)酵液體積X發(fā)酵周期(小時(shí))3/24= ( 1291.59 X 32) /24=1722.12m2、求發(fā)酵罐個(gè)數(shù),取單罐公稱容積200m3查表6-2 (發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論P(yáng)102)得公稱容積是200 m3 的發(fā)酵罐全容積為230 m3o取充滿系數(shù)為0.7.單罐的有效容積計(jì)算V有效=單罐公稱容積X罐 的利用率=200 X 0.7=140m 3發(fā)酵罐個(gè)數(shù)n計(jì)算n=V總/ Vo =1722.12/140=12.3故取13個(gè)發(fā)酵罐。四、發(fā)酵罐工藝設(shè)計(jì)1、發(fā)酵罐直徑及罐體高度計(jì)算根據(jù)發(fā)酵罐的公
7、稱容積,確定發(fā)酵罐的尺寸。已知發(fā)酵罐直徑D,高H。,發(fā)酵罐總高Ho筒體部分常見的發(fā)酵罐的幾何尺寸比例如下:H/D=1.7 3.5Di/D=1/21/3B/D=1/8 1/12C/Di=0.81.0S/Di=2 5H0/D=2取H/D=2.0,采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭。已知罐公稱容積 為200m3 通常,對(duì)一個(gè)發(fā)酵罐的大小用“公稱體積”表示。所謂“公稱體積”是指罐的通身(圓柱)體積和底封頭體積之和。其中底封頭體積可根據(jù)封頭形狀、直徑及壁厚從有關(guān)化工設(shè)計(jì)手冊(cè)中查得。標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭體積為:2 2 2 . 1V|D hbD haD i hb D464 J 6 丿式中:hb 橢圓封頭的直邊高度,mha 橢圓短
8、半軸長(zhǎng)度,標(biāo)準(zhǔn)橢圓 4 D故發(fā)酵罐全體積為:兀21 紹V廠才D2H+2Jb+6D J近似計(jì)算式為:7:.23V0D H 0.15D4( m3發(fā)酵罐公稱體積:兀 2V = D H4 I兀 21VD2(H _D) =20046:31D (2) = 20046200D = 34.9(m)Y0.785 漢2.16667取發(fā)酵罐直徑D=5 m 故發(fā)酵罐高H o=2D=1O m取封頭直角邊hb,一般取值范圍為5055mm此處取封頭直邊為5mm.發(fā)酵罐公稱容積乂= D2(H+hb+4兀13=X 5X 5(10+0.05+X 5)=213.62 m46發(fā)酵罐 總高度 H = H0 +2( hb + ha )=
9、10+2(0.05+5- 4)=12.60m圭寸頭體積:-T2 D253V-D2(h) =0.785 52(0.05)=17.34(m3)發(fā)酵罐全容積 V=V0+V1=213.62+17.34=230.96 m 3與查表得公稱體積一致。2、發(fā)酵罐壁厚計(jì)算尸 Dp二 2 一 p2式中:p 耐受壓強(qiáng),Kg/cm ,表壓;D 罐徑,cm;:焊縫系數(shù),雙面焊縫=0.8,無焊縫 =1.0;C 腐蝕裕度,當(dāng)3 -C v 1cm時(shí),C=3mm;&許用應(yīng)力(kg/cm2), C= G + C?對(duì)不銹鋼當(dāng)介質(zhì)的腐蝕性極微時(shí),取C2 =0,查表14-7 (生物工程設(shè)備)取G =0.6mm。使用不銹鋼0Cr19Ni
10、9,其中鋼板許用應(yīng)力l=l30MPa0.6 二 6.62mm,5000 9250 =2汽1300.80.25取不銹鋼板厚7mm3、攪拌器類型選擇與設(shè)計(jì)攪拌器的設(shè)計(jì)應(yīng)使發(fā)酵液有足夠的徑向流動(dòng)和適度的軸向運(yùn)動(dòng)。攪拌葉輪大多采用渦輪式,最常用的是六直葉圓盤渦輪攪拌器、六彎葉圓盤渦輪攪拌器、六箭葉圓盤渦輪攪拌器,圓盤作用是避免底部通入的空氣從罐中心上升走 短路。為了強(qiáng)化軸向混合,可采用渦輪式和推進(jìn)式葉輪共用的攪拌體系。為了拆裝方便,大型攪拌葉輪可做成兩半型,用螺栓連成整體裝配于攪拌 軸上。攪拌葉輪直徑與罐徑之比 Di/D=1/21/3。攪拌葉輪類型的選擇主要考 慮功率準(zhǔn)數(shù),混合特性以及葉輪所產(chǎn)生的液流
11、作用力的大小與種類等等。1、單只渦輪攪拌器不通風(fēng)時(shí)的攪拌功率計(jì)算巳二 Npn3DQ式中Po-不通風(fēng)時(shí)攪拌器輸入的功率(W)n-渦輪轉(zhuǎn)數(shù)(r/s)D-攪拌器直徑(m)P -醪液密度(kg/m3)Np-功率準(zhǔn)數(shù)若Po單位為kW, n單位為r/min。Po =4.63NP nD5 10已知六彎葉渦葉攪拌器葉輪直徑D ,盤徑di,葉弦長(zhǎng)L ,葉寬B,1 1D : di : L: B=20:15:5:4 攪拌器葉輪直徑D =()D32由Di/D=1/21/3,此時(shí)取 D/D=2/5 ,即:Di =2/5 D=2 m。由標(biāo)準(zhǔn)圓盤渦輪 攪拌器尺寸 D : d: L: B=20:15:5:4得:圓盤渦輪直徑
12、d= Di 15/20=2 X 15/20=1.5m,槳葉長(zhǎng) L= Di 5/20=2 X 5/20 =0.5 m ,槳葉寬 B= Di 4/20=2 X 4/20=0.4 m , 采用標(biāo)準(zhǔn)六彎葉圓盤渦輪攪拌器。2、多只渦輪攪拌器不通風(fēng)時(shí)的攪拌功率計(jì)算若是多檔攪拌器,兩檔間距S,非牛頓流體S取2D,牛頓流體S取2.5-3D ;靜液面至上檔間距取0.5-2D,下檔攪拌器至罐底距離 C取 0.5-1D。符合以上條件,兩檔攪拌器輸出的功率就是單只渦輪攪拌器的2倍:P0 = 2 4.63NPn3Di10取=1 ( kw/m 3)兩檔攪拌Po=28OkwVl所以 280=2 X 4.63X 4.7X n
13、3 X 25 X 1050X 10,所以 n =57.63 r/min。3、通風(fēng)時(shí)攪拌功率(Pg )計(jì)算/23 宀39P2nD3/、Pg =0.32.(kW) (a) Q 丿式中:Pg.、Po 通風(fēng)與不通風(fēng)時(shí)的攪拌功率,單位kWn攪拌轉(zhuǎn)速(r/min )d攪拌器直徑(mQ通風(fēng)量(m/min )設(shè)通風(fēng)比 vm=0.22 貝U Q=280 0.22 106=61.6 106ml/min=61.6 m/min 代入式a得通風(fēng)時(shí)攪拌軸功率 Pg . =249.43kW A3=10.05 3 13.51cm,取 d=140mm. nV 57.63(2)軸的剛度計(jì)算P140兀 4Tq = 9550 =95
14、5023199.72 N.m, JPDn57.6332TqGo J p18023199.72100 =一5二八48.1x10 疋x1432100180= 0.044 ji根據(jù)攪拌設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算,取B=10,魚命嚴(yán)覽北仙 小于強(qiáng)度計(jì)算值,故軸徑依強(qiáng)度計(jì)算為準(zhǔn)。5、冷卻面積計(jì)算及設(shè)計(jì)(1)冷卻面積按每立方米發(fā)酵液1m冷卻面積計(jì)算,即:1401取規(guī)格為 65X 3的管子做冷卻管所以,L=719.13m二 0.065 -0.03大型發(fā)酵罐一般對(duì)稱取8組冷卻管,美組冷卻管累積長(zhǎng)度取 7,每一排上下有2 個(gè)冷卻管。故冷卻管子根數(shù)N=719.13/(8 X6X2)=7.49,取8根。冷卻管體積:V d2 1=0.7850.065 2 770.5 =2.56m3,取 V=3 m4五、設(shè)計(jì)體會(huì)通過此次課程設(shè)計(jì),我對(duì)生物工程設(shè)備課上有關(guān)通風(fēng)發(fā)酵設(shè)備的理論內(nèi)容有 了更好的掌握;通過一次次的摸索掌握了如何去設(shè)計(jì)出滿足要求的發(fā)酵罐,懂得了如何去選擇攪拌器、攪拌軸、聯(lián)軸節(jié)、軸承,根據(jù)什么去選;并且在選材上也 有了一定的基礎(chǔ);原來沒有接觸過 AutoCAD的內(nèi)容,通過這次操作使我熟悉了 AutoCAD的操作,能較好的運(yùn)用AutoCAD來繪制圖形,為我即將結(jié)束的大學(xué)生活 又添了多彩的一筆。更熟悉了 Word的某些操作和功能;提高了自己的計(jì)算機(jī)技 能,鍛煉了動(dòng)手能力,提升了專業(yè)知識(shí)的掌握
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