發(fā)酵罐的選擇與計(jì)算

4.1.2.1發(fā)酵罐個(gè)數(shù)的確定年產(chǎn)1000噸琥珀酸,全年的生產(chǎn)天數(shù)為330天，則每天產(chǎn)1000/330=3.03噸，需要發(fā)酵液的體積為：28*3.03=84.84(m"3)發(fā)酵罐的填充系數(shù)?=70%；則每天總共有發(fā)酵罐的體積為V0V0/0.7二84.84/0.7二121.2(m3)發(fā)酵周期為48小時(shí)，生產(chǎn)周期為80小時(shí)發(fā)酵罐個(gè)數(shù)的確定：現(xiàn)選取公稱體積為100m3的發(fā)酵罐，總體積為118m3N1=V0t/(V總?*24)=84.84*80/(110*0.7*24)=3.67(個(gè))取公稱體積100m3發(fā)酵罐4個(gè)，其中1個(gè)留作備用。實(shí)際產(chǎn)量驗(yàn)算：110x0.7x5.21%x71%x4x330/3.5=1059.09/噸/年)富裕量能夠滿足生產(chǎn)需要。富裕量能夠滿足生產(chǎn)需要。1059-100010004.1.2.2主要尺寸的計(jì)算公稱容積，是指罐的圓柱部分和底封頭容積之和。并圓整為整數(shù)：上封頭因無(wú)法裝液，一般不計(jì)入容積。罐的全容積，是指罐的圓柱部分和兩封頭容積之和。罐徑與罐體高度現(xiàn)在按公稱容積100m3,全罐的體積為：118m3,取高徑比為H：D=2,封頭與圓柱罐體的焊接處的直邊高度不納入體積，則：V全二V詁2V封二118m3根據(jù)圓柱體體積與橢圓的體積計(jì)算公式有：Cm3)V全二兀x—xH+1x兀x—x1Dx2二118(m3)

全4 3 4 4Cm3)n二0.785xD2x2D+ D3二118解方程得：D3+ D3=118^m3)2 24八,''118x24 ,/)D—3 —4.1\m丿兀x13直徑計(jì)算出來(lái)后，應(yīng)將其值圓整到接近的公稱直徑系數(shù)［12］，查吳思方的《生物工程工廠設(shè)計(jì)概論》2007年版，附表25(281)通用式發(fā)酵罐系列尺寸表，則D取4.0m,H=2D=2X4.0=8.0(m)查閱文獻(xiàn)，當(dāng)公稱直徑D為4.0m時(shí),標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的曲面高度H為D/4,即1.0m,焊接處的直邊高度h為0.05則總深度為：H+h—1.0+0.05—1.05(m)封頭容積：兀V斗V— x4.03—8.38(m3)封封24圓柱部分容積：兀V——x4.02x2x4.0—100.53(m3)筒4兩者之和為全容積V］全V全二V筒2V封二118m3V'沁V全全則設(shè)計(jì)的發(fā)酵罐其尺寸符合要求，能夠滿足生產(chǎn)工藝的需要。攪拌器的設(shè)計(jì)由于琥珀酸發(fā)酵過(guò)程有中間補(bǔ)料操作，對(duì)混合要求較高，因此采用六彎葉渦輪攪拌器。六彎葉渦輪式攪拌器已標(biāo)準(zhǔn)化，稱為標(biāo)準(zhǔn)型攪拌器；攪動(dòng)液體的循環(huán)量大，攪拌功率消耗也大，根據(jù)攪拌器型式及主要參數(shù)HG/T2123-1991標(biāo)準(zhǔn)，知100m3發(fā)酵罐采用6-6-6彎葉式攪拌葉，攪拌器：六彎葉渦輪攪拌器,D:d:L:B=20:15:5:4，攪拌器直徑:D=D/3iii攪拌器直徑：D= = =1.33(m)i3 3(取1.4m)葉寬：B=0.2xD=0.2x1.4=2.8i弧長(zhǎng)：l=0.375D=0.375x1.4=0.525(m)i

底距C二1.0D二1.4i盤(pán)徑d二0.75D二0.75x1.4二1.05(m)ii葉距Y=D=1.4(m)葉弦長(zhǎng)L=0.25D=0.25X1.4=0.35(m)i彎葉板厚6=14(mm)相鄰攪拌葉輪間距S=2D=2.8(m)i取兩檔攪拌，轉(zhuǎn)速可以50立方米罐的現(xiàn)有數(shù)據(jù)比例求得，已有數(shù)據(jù)：攪拌直徑D1.05m,轉(zhuǎn)速N110r/min,以P/V為基準(zhǔn)求得110N二N(2)2/3二110(竺)2/3二90(r/min)2 1D 1.42攪拌功率的計(jì)算琥珀酸的發(fā)酵液為低濃度醪液，可視為牛頓液體，依據(jù)化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)用修正的邁凱爾公式求得。設(shè)計(jì)參數(shù)：醪液密度P=1050kg/m3醪液粘度口=1.3X10-3N?s/m2攪拌器直徑D=14m攪拌器轉(zhuǎn)速N=90/60=1.5(r/s)I計(jì)算Re二2.37x106>1041.4x二2.37x106>1041.3x10-3—可見(jiàn)把L-精氨酸發(fā)酵液視為牛頓液體是正確的，為湍流，則攪拌功率準(zhǔn)數(shù)Np=4.7II由Np可以算出不通氣時(shí)發(fā)酵罐攪拌軸功率P0：P二NN3D5p二4.7x1.53x1.45x1050二89577.9(w)二89.6(kw)0p因?yàn)閿嚢栎S有兩檔攪拌葉，所以攪拌軸總功率P為2P0=179.2(kw)m電動(dòng)機(jī)的功率采用三角帶傳動(dòng)n1=0.92；滾動(dòng)軸承n2=0.99，滑動(dòng)軸承n3=0.98；端面密封增加功率為1%[7]；代入公式數(shù)值得P 89.6P= —x1.01= x1.01=101.39(kw)電耳耳耳 0.92x0.99x0.98123查手冊(cè)選取電機(jī)110kw一臺(tái)。4.1.2.3設(shè)備材料的選擇考慮壓力，溫度，腐蝕因素，選擇罐體材料和封頭材料，封頭結(jié)構(gòu)、與罐體連接方式.琥珀酸發(fā)酵是在pH7.0中性環(huán)境中進(jìn)行的，對(duì)罐體不會(huì)有太大腐蝕，所以罐體和封頭都使用A3鋼為材料，以降低費(fèi)用，封頭設(shè)計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭因D>500mm，所以采用雙面縫焊接的方式與罐體連接。I發(fā)酵罐壁厚計(jì)算法確定發(fā)酵罐的壁厚S1PDS=內(nèi)+C(cm)i2&lp-P式中，P——設(shè)計(jì)壓力，取最高工作壓力的1.05倍，P=0.4MpaD——發(fā)酵罐內(nèi)徑，D=4000mm［。］——A3鋼的許用應(yīng)力，【?！?127Mpa?焊縫系數(shù)，其范圍為：0.5至1，現(xiàn)取?=0.9C——壁厚附加量，C=C］+C2+C3C1——鋼板負(fù)偏差，取C1=0.8mmC2——為腐蝕欲量，取C2=2mmC3—加工減薄量，取C3=0，代入上式得C=C1+C2+C3=0.8+2+0=2.8mm=0.28cmS1=(0.4*400/(2*127*0.9-0.4))+0.28=1.18cm=1.18mm選用12mm厚A3鋼板制作，查《生物工程工廠設(shè)計(jì)概論》附錄表17知，直徑5000mm，厚度12mm，高10m，每米高重約為：1186kg,則G=1186X8=9488(kg)。筒II封頭壁厚計(jì)算：標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的厚度計(jì)算公式如下：式中，P=0.4Mpa，D=5000mm，[o]=127Mpa,C1=0.08cm，C2=0.2cm，C3=0.1cmC=C1+C2+C3=0.38cm代入上式，得S2=(0.4*400/(2*127*0.9-0.4))+0.38=1.28cm=12.8mm查附表18圓整為S2=14mm，則查《生物工程工廠設(shè)計(jì)概論》附錄表18，G=1970(kg)則，兩封頭總重高：2X1970=3940(kg)o封III人孔、檔板、視鏡和支座選擇人孔的設(shè)置是為了安裝、拆卸、清洗和檢修設(shè)備內(nèi)部的裝置。本次設(shè)計(jì)只設(shè)置了1個(gè)人孔，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為：人孔R(shí)FI((R0)450-0.6HG21522-1995,公稱直徑450，開(kāi)在頂封頭上，位于左邊軸線離中心軸750mm處。為增強(qiáng)發(fā)酵醪液湍動(dòng)，通常設(shè)4到6塊檔板，本設(shè)計(jì)取4塊，按全檔板的要求設(shè)計(jì)，則應(yīng)該滿足

(b)n—二0.51D丿式中：n 檔板的數(shù)目b 檔板的寬度，mmD 發(fā)酵罐的直徑，mm則有：4*(b/4000)=0.5則b=500mm檔板自罐底至設(shè)計(jì)的液面高度為止，與罐壁的空隙為D/8~0.500m。視鏡用于觀察發(fā)酵罐內(nèi)部的情況。本次設(shè)計(jì)只設(shè)置了2視鏡，直徑為DN80,開(kāi)在頂封頭上，位于前后軸線離中心軸750mm處，標(biāo)記為視鏡IIPN1.0DN80HGJ501-86-17。支座選擇型：對(duì)于100m