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1、目录工艺计算11. 基础数据12. 生产能力1设备设计计算21. 发酵罐容量和个数的确定2 发酵罐容量的确定2 发酵罐个数的确定22.主要尺寸计算2 筒体以及封头的计算2 冷却面积的确定3 搅拌器设计3 搅拌轴功率的确定33.设备结构的工艺设计4 空气分布器4 挡板4 密封方式4 冷却管布置4I 最高热负荷下的耗水量W4II 冷却管组数和管径5 冷却管总长度L计算5 每组管长L05 每组管子圈数n06 校核布置后冷却管的实际传热面积6 设备材料的选择6 接管设计7 接管直径的确定7计算结果汇总8心得体会9参考文献及资料109工艺计算 1. 基础数据 生产规模： 20000t/a味精发酵 生产天
2、数： 300天 发酵周期： 40h 每生产1000kg纯度为100%的味精需要浓度为15%的糖液16.15m3 2. 生产能力 产量 20000t/a = 66.7t/d 为了便于计算，实际取67t/d的产量来计算，则年产量为20100t/a 15%的糖液消耗量V糖为 ： 324615m3/a = 1082.05m3/d设备设计计算 1. 发酵罐容量和个数的确定 发酵罐容量的确定 若取发酵罐的填充系数=80%，则每天需要发酵罐总容量我V0为： V0 =V糖=1082.0580% = 1352.5625m3 现选用公称容量为200m3的机械搅拌通风发酵罐，其全容量为230m3 发酵罐个数的确定
3、每天需要230m3发酵罐的个数N0为：N0=1352.5625230 = 6 （个） 总共需要发酵罐的个数：N1=(1352.562540)(23024) = 10 (个) 每天应有6个发酵罐出料，每年工作300天， 实际产量验算： 23080%6300/16.15 = 20508 (t) 设备富裕量为： （2050820100)20100 = 2% ，能满足生产要求。 2.主要尺寸计算 筒体以及封头的计算 查标准可知：罐内径D：5000mm 圆柱高H0：10000mm 封头高h：1300mm 罐体总高H：12600mm 封头容积V3：16.4m3 圆柱部分容积：197m3 冷却面积的确定 查
4、资料得到谷氨酸发酵罐冷却面积取1.5m2/m3； 由上知填充系数=80%，则每一个230m3的发酵罐换热面积：A=V全 =23080%1.5 = 276m2 搅拌器设计 由于谷氨酸发酵过程中有中间补料操作，对混合要求较高，因此选用六弯叶涡轮搅拌器。 搅拌器叶径：Di =D3 =50003 = 1666.7mm 叶宽：B = 0.2Di = 0.21666.7 = 333.3mm 弧长：l = 0.375Di =0.3751666.7 = 625mm 底距C = D3 = 50003 = 1666.7mm 盘径di =0.75Di = 0.751666.7 = 1250mm 叶弦长L =0.25
5、Di =0.251666.7 = 416.7 mm 叶距Y =D =5000mm 弯叶板厚= 14mm 搅拌轴功率的确定 通常谷氨酸发酵按1kW/m3 发酵醪，对于230m3发酵罐，装液量184m3 则应选取功率184kW的电机。 3.设备结构的工艺设计 空气分布器 本罐采用单管进风。 挡板 本罐因有扶梯和竖式冷却蛇管，故不设挡板。 密封方式 本罐采用双面机械密封方式。 冷却管布置 本罐采用竖直蛇管冷却装置。 I 最高热负荷下的耗水量WW = Q总 cp (t2t1) 式中 Q总 每1m3 醪液在发酵最旺盛时，1h的发热量与醪液体积的乘积 Q总 = 4.186000184 = 4.6106 （
6、kJ/h） cp 冷却水比热容，4.18kJ/(kgK) t2 冷却水终温，27 t1 冷却水初温，20 将各数值代入上式W = 4.6106 4.18（2720）= 1.58105 (kg/h) = 43.9 (kg/s)冷却水体积流量为0.1m3 /s，取冷却水在竖直蛇管中流速1m/s，根据流体力学方程式，冷却管总截面积A总 为：A总 = W 式中 W冷却水体积流量，0.1m3 /s 冷却水流速，1m/s 代入上式：A总 = 0.11 = 0.1 m2 。 II 冷却管组数和管径设冷却管总表面积A总，管径d0，组数为n，则A总 = n0.785d02竖直蛇管的组数n，根据罐的大小一般取3,
7、4,6,8,12组。通常每组管圈数不超过6圈，管子与罐壁的最小距离应大于100mm，主要考虑便于安装、清洗和良好传热。现根据本罐情况，取n = 12，求管径。由上式得：查金属材料表选取1084无缝钢管，d内 = 100mm，d平均 = 104mm。现取竖直蛇管圈端部U型弯曲管径为250mm，则两直管距离为500mm，两端弯管总长为l0：l0 = D = 3.14500 = 1570 (mm) 冷却管总长度L计算 冷却管占有体积V = 0.7850.1082 844 = 7.73 (m3)，取冷却管组n = 12 。 每组管长L0 另需连接管4.2m： L实 = L04.2 = 70.44.2
8、= 66.2 (m) 可排竖直蛇管的高度设为静液面高度，下部可伸入封底500mm；设发酵罐内附件占有体积 1.5m3，则总占有体积为：V管V附件 =7.73 + 1.5 =9.23 （m3） 筒体液面为： 竖直蛇管总高H管 = 9 + 1 = 10 （m）；取管间距为0.5m。 又两端弯管总长l0 = 3.140.5 = 1.57 ；两端弯管总高为1m； 则一圈管长为： L = 2HL0 = 2101.572 = 23.14 （m） 每组管子圈数n0 n0 = L0 L = 70.423.14 = 3.04；取3圈。L实 = 23.14312（4.212）= 883.4 （m）844 （m）
9、现取管间距为2.5D外 = 2.50.108 = 0.27 （m）；竖直蛇管与罐壁的最小距离为0.15m。 最内层竖直管与罐壁的最小距离： 0.2720.150.054 = 0.744 （m） 与搅拌器的距离：51.70.744 = 2.556 (m)，在允许范围内。 校核布置后冷却管的实际传热面积A实 = d平均L实 =3.140.104883.4 = 288.5276 （m2） 设备材料的选择 选择加工性能好、耐腐蚀的不锈钢。 接管设计 接管直径的确定 接管直径的确定，主要根据流体力学方程式计算。 现以排料管为例计算管径。该罐实装180m3，设2h之内排空，则排料时的物料体积流量为：qv
10、= 184(36002) = 0.026 (m3/s) 取发酵醪流速= 1 m/s；则排料管截面积为A物，A物 =qv = 0.0261 = 0.026 （m2）；A物 = 0.785d2，管径d = 0.18 （m），取无缝管2196；管内径d内 = 207180 （mm），适用。计算结果汇总工艺计算名称结果名称结果产量20100t/a = 67t/d糖液消耗量324615t/a = 1082.05t/d发酵罐计算名称结果名称结果发酵罐容量200m3发酵罐个数6个罐内径5000mm总发酵罐个数10个封头高1300mm罐体总高12600mm封头容积16.4m3圆柱部分容积197m3冷却面积27
11、6m2圆柱高10000mm搅拌器设计名称结果名称结果叶径1666.7mm叶宽333.3mm弧长625mm低距1666.7mm盘径1250mm叶弦长416.7mm叶距5000mm弯叶板厚14mm搅拌轴功率184kW设备结构设计名称结果名称结果空气分布器单管进风密封方式双面机械密封挡板无冷却管竖直蛇管耗水量43.9kg/s管径0.103m组数12每组管长66.2m筒体液面9m传热面积288.5m2接管内径0.18m管圈数3心得体会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。需要根据要求设计的年产量及罐的容积填充系数，发酵周期计算所需罐数。我们
12、通过查阅机械搅拌通风发酵罐的有关资料，熟悉基本工作原理和特点，进行工艺计算、主要设备工作部件（如罐体、罐体壁厚、封头壁厚计算、搅拌器、仪表接口、人孔和视镜、管道接口等）尺寸的设计。为了我们的设计能满足工艺要求，我们都经过多次反复计算及资料核查。尽管如此，由于本人知识有限，实践经验尚缺，时间限制，我想本设计中仍会不可避免地出一些问题，限于所学知识及实践能力的缺乏，或许我现在还无法觉察，愿意接受老师的批评与指正。很高兴能尽自己的微薄之力，完成这次设计，不仅学习了一点设备设计方面的知识，还深刻感受到任何一个投入到生产中的设备的设计只靠所学的一点设计知识是远远不够的，我不仅需要扩展自己的视野，填充专业知识，还要好好利用学校组织的实践教学，尽量弥补实践方面的不足。从此也深感“讨论”的重要性。参考文献及资料【1】吴思方主编生物工程工厂设计概论.中国轻工业出版社，2011【2】王志魁，刘丽英，刘伟.化工原理第四版.化学工业出版社.2010【3】姚淑华，周世水.微生物工程工艺原理第二版.华南理工大学出版社.2005【4
