年產(chǎn)6萬噸味精廠谷氨酸機械攪拌通風發(fā)酵罐方案設計書

1、生物工程與設備課程設計說明書年產(chǎn)6萬噸味精廠谷氨酸生產(chǎn)機械攪拌通風發(fā)酵罐設計專業(yè)班級：生物技術及應用作者學號：201006062060作者姓名：王友真指導老師：王君高王蘭芝設計日期:2013年3月4日至2013年3月15日山東輕工業(yè)學院課程設計任務書食品與生物工程 學院 10 級 生物技術及應用 專業(yè) 學生 題目：年產(chǎn)6萬噸味精廠谷氨酸生產(chǎn)機械攪拌通風發(fā)酵罐設計一、主要內容：1、物料恒算，計算發(fā)酵罐總容積；32、 求發(fā)酵罐個數(shù)，取單罐公稱容積200m ；3、公稱容積200m3發(fā)酵罐設計（罐體尺寸、壁厚、攪拌器類型選擇及尺寸設計、攪拌功率 計算、攪拌軸直徑計算、冷卻面積計算與設計）二、基本要求1

2、、編寫計算設計說明書（有前言、設計參數(shù)、物料恒算、發(fā)酵罐工藝設計， 設計體會）2、用CAD繪出發(fā)酵罐結構圖。三、設計參數(shù)1、糖酸轉化率61%2、發(fā)酵產(chǎn)酸水平11%3、發(fā)酵周期32小時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天計算四、主要參考資料1鄭裕國生物工程設備化學工業(yè)出版社20072高孔榮發(fā)酵設備輕工業(yè)出版社1

3、991.103梁世中生物工程設備輕工業(yè)出版社2002.24化工設備設計全書編輯委員會編攪拌設備設計上?？茖W技術出版社19855吳思方發(fā)酵工廠工藝設計概論中國輕工業(yè)出版社2007（6）化工工藝設計手冊（7）于令信味精工業(yè)手冊（8）張克旭氨基酸發(fā)酵工藝學輕工業(yè)出版社完成期限：自2013年 3月4 日至2012 年 3 月 15 日指導教師：王君高 王蘭芝教研室主任:一、前言1、課程設計的性質通過本次設計使同學對 生物工程與設備的理論知識有更深刻的理解，生 物工程與設備課程設計為必修課。同時也為將來走上設計崗位的同學打下良好的 基礎。2、課程設計目的與任務任務：年產(chǎn)6萬噸味精廠谷氨酸機械攪拌通風發(fā)酵

4、罐設計。目的：通過課程設計，使同學對工藝參數(shù)確定，物料恒算、發(fā)酵罐體積及 尺寸確定、罐體機械強度、攪拌功率、攪拌軸及攪拌漿葉強度等計算能力得到鍛 煉。掌握工程設計基本程序及內容，熟練掌握電腦繪圖及繪圖質量。二、設計參數(shù)1、糖酸轉化率61%2、發(fā)酵產(chǎn)酸水平11%3、發(fā)酵周期32小時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天計算三、物料衡算1、發(fā)酵罐總容積計算發(fā)酵罐總容積，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)酵罐的總容積V總=每天生產(chǎn)發(fā)酵液體積X發(fā)酵周期（小時）3/24= ( 1291.59 X 32) /24=1722.12m2、求發(fā)酵罐個數(shù)，取單罐公稱容積200m3查表6-2 （發(fā)酵工廠工藝設計概論P102）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)酵罐個數(shù)n計算n=V總/ Vo =1722.12/140=12.3故取13個發(fā)酵罐。四、發(fā)酵罐工藝設計1、發(fā)酵罐直徑及罐體高度計算根據(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，采用標準橢圓形封頭。已知罐公稱容積 為200m3 通常，對一個發(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、直徑及壁厚從有關化工設計手冊中查得。標準橢圓形封頭體積為：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、半軸長度，標準橢圓 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)酵罐壁厚計算尸 Dp二 2 一 p2式中：p 耐受壓強，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3 -C v 1cm時，C=3mm;&許用應力（kg/cm2）, C= G + C?對不銹鋼當介質的腐蝕性極微時，取C2 =0，查表14-7 （生物工程設備）取G =0.6mm。使用不銹鋼0Cr19Ni

10、9，其中鋼板許用應力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計攪拌器的設計應使發(fā)酵液有足夠的徑向流動和適度的軸向運動。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。為了強化軸向混合，可采用渦輪式和推進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時的攪拌功率計算巳二 Npn3DQ式中Po-不通風時攪拌器輸入的功率（W）n-渦輪轉數(shù)（r/s）D-攪拌器直徑（m）P -醪液密度（kg/m3）Np-功率準數(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，此時取 D/D=2/5 ,即：Di =2/5 D=2 m。由標準圓盤渦輪 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 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 , 采用標準六彎葉圓盤渦輪攪拌器。2、多只渦輪攪拌器不通風時的攪拌功率計算若是多檔攪拌器，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、通風時攪拌功率（Pg ）計算/23 宀39P2nD3/、Pg =0.32.（kW） （a） Q 丿式中：Pg.、Po 通風與不通風時的攪拌功率，單位kWn攪拌轉速（r/min ）d攪拌器直徑（mQ通風量（m/min ）設通風比 vm=0.22 貝U Q=280 0.22 106=61.6 106ml/min=61.6 m/min 代入式a得通風時攪拌軸功率 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)攪拌設備設計計算,取B=10,魚命嚴覽北仙 小于強度計算值，故軸徑依強度計算為準。5、冷卻面積計算及設計(1)冷卻面積按每立方米發(fā)酵液1m冷卻面積計算，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)酵罐一般對稱取8組冷卻管，美組冷卻管累積長度取 7,每一排上下有2 個冷卻管。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、設計體會通過此次課程設計，我對生物工程設備課上有關通風發(fā)酵設備的理論內容有 了更好的掌握；通過一次次的摸索掌握了如何去設計出滿足要求的發(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；原來沒有接觸過 AutoCAD的內容，通過這次操作使我熟悉了 AutoCAD的操作，能較好的運用AutoCAD來繪制圖形，為我即將結束的大學生活 又添了多彩的一筆。更熟悉了 Word的某些操作和功能；提高了自己的計算機技 能，鍛煉了動手能力，提升了專業(yè)知識的掌握