《苏氨酸发酵设计》word版文档格式.docx

1、Vb =（/4）D2（hb+2/3ha）1.5D3式中：V0发酵罐全容量，m3；VC圆柱部分体积，m3；Vb椭圆底体积，m3；H0圆柱部分高度，m.因此： V0 = VC + Vb= （/4） D2H0+2（hb+1/6D）取 H0/D = 2V0 = （7/12）D3 +（2/4）D2hb可知：D=0.69m， 椭圆短半轴长度：ha=0.25D=0.250.69=0.1725D=0.69m则有：H0=2D=1.38 m Di=1/3D=0.23 m S=3Di=30.23=0.69m C=Di=0.23 m B=0.1D=0.10.69=0.069 m ha=0.25D=0.250.69=0

2、.173 m不同设备的厚度不同，hb可取30 mm、40 mm、50 mm。根据我们的发酵设备。取hb=64mm。h=ha + hb =0.173+0.64=0.237 m则 罐体高 H=1.854m1.3.2 发酵罐圆筒壁厚的计算罐壁厚：S1=􀀠式中，P设计压力，取最高工作压力的1.05 倍，P=0.4MPaD发酵罐内径，D=69cmA3 钢的许用应力，=170MPa焊缝系数，双面焊对接接头：100无损检测：=1.00；局部检测：=0.85 单面焊对接接头：=0.9；=0.8 对于受压缩应力的原件：=1.0在此设计中，取=0.8.C=3mm得S1=13.16mm1.3.3

3、封头壁厚计算：标准椭圆封头的厚度计算公式如下: 式中，y 开孔系数，取2.3得S2=26.37mm 圆筒壁厚：S1=27mm 椭圆封头壁厚：S2=14mm 许用压力：P=170MPa。1.4 手孔的设计手孔的设计，参考中华人民共和国机械行业标准锅炉手孔装置，选择实际的尺寸，手孔选择为D 809485 JB/T 2191 。二、计算2.1通风量计算通风管的管径计算：该罐实装液量0.39，设0.1h内排空，则物料体积流量 发酵液流速取V=1m/s 则排料管截面积为 m2 ，则管径 若按通风管计算，压缩空气在0.4MPa下，支气管气速为20m/s 通风比 0.2vvm 20，0.1MPa下，Q=0.

4、390.2=0.078 计算到0.4MPa，37状态下， m3/s 取风速v=20m/s，则风管截面积为： ，则气管直径为： 因通风管也是排料管，故取两者的大值，取排料管径 排料时间复核：物料流量Q=0.00108，流速v=1m/s， 管道截面积F=2=0.001075m2 在相同流速下，流过物料因管径较原来计算结果小， 则相应流速比为倍， 排料时间t=0.11.0047=0.10047h。2.2 传热量的计算 发酵罐的传热装置有夹套、内蛇管、外盘管。一般容积较小的发酵罐采用夹套为传热装置，所以本设计选用夹套为传热装置。通常将发酵过程中产生的净热称为发酵热，其热平衡方程可如下表示： 换热面积

5、发酵热效应：Q发酵发酵热，3104 kJ/h.m（L-苏氨酸）V液发酵液体积，m3。则 Q热= 3104 （0.650.6）=1.17104 kJ/h。2.2.1 冷却水量计算发酵过程, 冷却水系统按季节气温不同, 采用冷却水系统也不同，为了保证发酵生产, 夏季必须使用冰水。 C冷却水的比热容，4.18kJ/（kg.K）冬季：采用循环水进口水温15, 出口水温20； 夏季：采用冰水进口水温10, 出口水温20。 冬季冷却用循环水用量计算：（取裕量系数1.2）=0.67吨/小时取1吨/小时 夏季冷却用循环水用量计算： W2=0.336 吨/小时取0.5吨/小时2.2.2 冷却器面积计算Q总发酵热

6、效应,kJ/h;夹套的传热系数通常为6301050 kJ/（m2h），取传热系数K为850 kJ/（m2）。tm对数平均温差： m2三、设备选型3.1 搅拌器的选择机械搅拌通风发酵管的搅拌涡轮有三种形式，可根据发酵特点、基质以及菌体特性选用。本次试验选用六弯叶涡轮搅拌器。六弯叶涡轮搅拌器：搅拌器叶径D=D/3=0.69/3=0.23m 取转轴直径d=0.04m叶宽 B=0.2 D=0.20.23=0.046m弧长 l=0.375d=0.3750.04=0.015m底距 C=Di=0.23m盘径 d=0.75D=0.750.23=0.1725m叶弦长 L=0.25Di=0.250.23=0.05

7、75m搅拌器叶距 S=D=0.69m弯叶板厚 =12mm搅拌转速N可根据50m罐，搅拌器直径1.05m，转速N=110r/min，以等P/V为基准放大求得：N=303（r/min）搅拌轴功率的计算 通风搅拌发酵罐，搅拌轴功率的计算有许多种方法，现用修正的迈凯尔式求搅拌轴功率，并由此选择电机。3.1.1 计算R R= 式中 D搅拌器直径，D=0.23m N-搅拌器转速，N=303r/min 醪液密度，=1080kg/m 醪液粘度，=2.010-3N.S/ 将数代入上式：R=8.661010 视为湍流3.1.2 计算不通气时的搅拌轴功率P：式中 N在湍流搅拌状态时其值为常数4.7 N 搅拌转速，N

8、=303r/min D=0.23m，=1080kg/m 代入上式，得： =0.42kW3.1.3 计算通风时的轴功率 （kW）式中， P不通风时轴功率（kW），P=0.42kW Q通风量（mL/min），取通风比为0.2，则Q=0.239010=7.810mL/min Q=4.28 代入上式，得 = =0.24kW3.3.4 求电机功率P： P= 采用三角带传动=0.92，滚动轴承=0.99，滚动轴承=0.98，端面密封增加的功率为1%，代入公式得 =0.27kW查阅相关文献型号 HYGR/380-JBQ搅拌器符合要求。3.2 换热器的选择 对于容积小于5m的发酵罐，为了便于清洗，多使用夹套为

9、传热装置。根据实际装料液体积高度1280mm，我们设计的夹套高度略高之50-100mm，取高度为1330mm。夹套厚度计算：查找相关文献可知，直径在500-600mm之间的，在直径基础上加50mm.此发酵罐直径230mm，小于500mm，所以取30，筒体直径为230mm时候夹套的直径Dj为260mm选取硬质聚氨酯保温材料，它具有优异的物化性能，其中包括低的热导热、材质分布均匀、高的抗压性能、防水性能好、绝热保冷性好等优点。同时聚氨酯硬质材料能够承受因温度、湿度变化而产生的巨大应力变化，起到好的保温效果。其实际应用温度承受最高温为120，使用其为泡沫塑料或者喷涂料进行保温施工，罐外温度较低时可以

10、阻止罐内热能外失，罐外温度偏高时可以防止罐内温度升高，从而有利于反应罐内温度的相对恒定。4、附录及图纸附录 1 发酵罐罐体基本尺寸项目结果单位罐体高H1854mm罐体直径D690搅拌器叶径Di230椭圆短半轴ha173椭圆封头的直边hb64封头高度237封头壁厚27挡板宽度69气管直径d气37发酵罐壁厚14夹套高度H11330夹套壁厚附录 2 发酵罐体系数发酵罐容积V0650L装料容积V1390装料系数00.6A3钢的许应力170MPa焊缝系数0.8附录 3 传热系统全发酵热1.17104kJ/h发酵热3kJ/hm3夏季循环用水量W20.336t/h冬季循环用水量W10.67冷却器的面积F0.

11、71m2附录 4 搅拌器尺寸风管截面积F0.171910-4排料管径0.037m0.00468物料流量Q0.00108m3/h排料时间t0.10047h不通气时的搅拌功率Po0.42kW通风时的搅拌功率Pg电机功率P电0.27五、总结搅拌通风发酵罐的设计需要综合各种参数，是有计划、有目的，由所需设计的发酵罐的体积，一步一步计算而来。有冷却介质的进出口温度及发酵过程中传热量得出传热面积。关于传热面积，最难确定的是传热系数，它的确定需要需要取决于发酵液的物性、蛇管的传热性能及管壁厚度。我们查了很多关于传热系数的计算的资料，很遗憾，由于各种物性参数的不足，我们只能取经验数值。由所得的传热面积便可根据公式根据已知的各种参数，求出夹套厚度，高度。并且同样要将搅拌器的各种参数计算好，比如搅拌器的功率、叶径、转速、同挡板的距离等。这些参数相互之间都有联系，根据设计所规定的比例标准可以计算出。最后根据发酵罐的容积及压力，对壁厚进行设计，并圆整，然后根据罐的直径计算封