【正文】 = 107 kJ ⑦ 隨結(jié)晶色氨酸帶走熱量 Q出晶 =3 1000 70 = 105 kJ 需外界供給熱量： Q =（ Q母 +Q二蒸 +Q出晶 ） （ Q來(lái)料 +Q來(lái)水 +Q來(lái)晶 +Q晶熱 ） = （ 105+ 107+ 105） （ 106+ 105+ 104+ 104） = 107 kJ 計(jì)算蒸汽用量 南通大學(xué)課程設(shè)計(jì) 18 每 罐次用蒸汽量：熱損失按 5%計(jì)算 D = 107 /（ ） = 10577 kg/罐次 每罐濃縮結(jié)晶時(shí)間 16 h，每小時(shí)耗蒸汽高峰值： 10577/16 = 3臺(tái)罐（實(shí)際 ）同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，高峰用蒸汽量： =1679 kg/h 每日用蒸汽量 ： 10577 = kg/d = 平均每小時(shí)用蒸汽量： 冷卻二次蒸汽所消耗冷卻水量 二次蒸汽數(shù)量 ， 即水蒸發(fā)速度（ 5+11+） /16 = m3水 /h 冷卻水用量 ： 使用循環(huán)水，進(jìn)口溫度 30 ℃，出口溫度 45 ℃， 70 ℃水蒸氣焓為 2626 kJ/kg, 需冷卻水量 W = 1000 (262645 )/（ (4530) =27000 kg/h = 27 t/d 3臺(tái)罐高峰用水量 ： 27 3 = 81 t/h 全日用水量 ： 27 16 = 5482 t/d 平均用水量 ： 5482/24 = t/h 干燥過(guò)程熱量衡算 [5] 分離后濕色氨酸含水 2%，干燥后達(dá)到 %[4]，進(jìn)加熱器空氣為 20 ℃，相對(duì)濕度70%，通過(guò)加熱器使空氣升至 70 ℃，從干燥器出來(lái)的空氣為 55 ℃。 提取工序用水量 色氨酸分離及沖洗水日用量 ： t 洗交換柱用水 ： （ 用二次水 ） 配稀酸堿用水 365 t/d， 洗低餾分用水 230 t/d， 再生處理柱用水 1365 t/d，合計(jì) 1960 t/d. 洗廢炭用水（用二次水） ： 45 t/d 接近過(guò)程加水（食用冷凝水） ： 3臺(tái)罐每臺(tái)加水 ， 共 3 = 動(dòng)力工序用水量 ： 南通大學(xué)課程設(shè)計(jì) 21 鍋爐用水（新鮮水） 550 t/d,空壓機(jī)，冷凍機(jī)及其他循環(huán)水 1850 t/d 用水量匯總 新鮮水只供配料和發(fā)酵冷卻用，由發(fā)酵冷卻后之水稱為二次水，供洗柱、配稀酸稀堿和補(bǔ)充于循環(huán)水中。 ，需糖化罐 30/24 = 個(gè) ，取 4 個(gè)罐 (1) 主要尺寸： 則 H/D = ， D = 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 可以求得： S = 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 冷卻面積的確定 ： 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可知 色氨酸 的發(fā)酵熱高峰值大概為 104 KJ/(m3?h)，實(shí)際裝罐液 V液 =V 全ψ =230 70%=161 m3，冷卻面積 A=Q/(K△ tm)： Q= 104 161= 106 KJ/h 發(fā)酵液溫度 t1= ℃ ，冷卻水初始溫度為 t2=10 ℃，最終出口溫度為 t3=20 ℃ △ tm =((t1－ t2) －（ t1－ t3） )/ln((t1－ t2) /(t1－ t3)) =((－ 10) － (－ 20))/ln()= ℃ 發(fā)酵罐采取豎式蛇管換熱器 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取 k= 500 KJ/(m2?h?℃ ) A= 106/( 500 )= m2 攪拌器 6 彎葉渦輪攪拌器：混合均勻，溶解氧較高 葉徑 Di=D/3=5/3= m , 取 Di= m 葉寬 B== = m 弧長(zhǎng) == m 底距 C=D/3= m， 南通大學(xué)課程設(shè)計(jì) 24 取 C= m 盤徑 di== m 葉弦長(zhǎng) L= Di = m 葉距 Y=D=5 m 彎葉板厚 =12 mm 取兩擋板攪拌，已知 50 m3的發(fā)酵罐的轉(zhuǎn)速為 110 r/min，攪拌直徑為 m，根據(jù)單位體積液體所分配的攪拌軸功率相等 可知 N2=N1 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 + + 1 = mm 橢圓形封頭厚度計(jì)算 ： Y = ? ?PPD ??? 式中 Y — 圓筒的設(shè)計(jì)厚度， mm P — 設(shè)計(jì)壓力， Mpa D — 圓筒的內(nèi)直徑， 5000 mm [σ] — 設(shè)計(jì)溫度下的許應(yīng)用力， 128 Mpa ? — 焊縫系數(shù)， 將各數(shù)據(jù)帶入上式可得： Y =錯(cuò)誤 !未找到引用源。 . 主要尺寸的確定 設(shè) H/D=2/1 V 全 =π（ D/2） 2 2D+2（π /24） D3=10 算得 D= 取 D= m 則 H=2D= m 校核種子罐總?cè)莘e ： V 總 =2 V 封 + V 筒 = m3 比需要的種子罐容積大，滿足設(shè)計(jì)要求。： 表 41 空氣出口狀態(tài) T(℃ ) P(atm) X Ps φ 空壓機(jī) T2=133 P2=4 X2 Ps2 φ 2 一級(jí)冷卻器 T3=40 P3=4 X3 Ps3 φ 3=100% 二級(jí)冷卻器 T4=25 P4=4 X4 Ps4 φ 4=100% 空氣加熱器 T5=35 P5=4 X5 Ps5 φ 5 總過(guò)濾器 T6=31 P6=3 X6 Ps6 φ 6 發(fā)酵罐進(jìn)口 T7=31 P7= X7 Ps7 φ 7 發(fā)酵罐出口 T8=31 P8= X8 Ps8 φ 8=100% ,1 總通風(fēng)量確定： 空壓機(jī) 取最大通風(fēng)比 1： 1， 2 只 200m3發(fā)酵罐， 裝液量 70%， 2 只 10m3種子罐 南通大學(xué)課程設(shè)計(jì) 31 故最大通風(fēng)量為 200 70% 2 +2 10 1=300m3/min。 2)預(yù)熱殺菌：由多段式板式換熱器組成，利用本設(shè)備二次蒸汽冷凝水的余熱回收，以及生蒸汽加熱使物料達(dá)到殺菌溫度，它的功能是將物料的進(jìn)料溫度提升到蒸發(fā)溫度，并加以保溫后進(jìn)入蒸發(fā)設(shè)備。這樣多次利用二次蒸汽的加熱可以大量節(jié)約能源。 6 )CIP自動(dòng)清洗系統(tǒng)：在每次生產(chǎn)結(jié)束后立即進(jìn)入 CIP自動(dòng)清洗程序，由熱水、濃度為 2％的堿溶液和濃度為 15％的硝酸溶液按程序自動(dòng)循環(huán)清洗，確保設(shè)備經(jīng)常在潔凈狀態(tài)。 40% = L，蒸發(fā)水量 － = 4289 kg 離子交換除去離子數(shù)量（達(dá) 96%） 96% = kg 母液數(shù)量（母液含 色氨酸 4 g/l） （ － ） 247。 發(fā)酵車間主要設(shè)備有 發(fā)酵罐、 種子罐 、 空氣分過(guò)濾器 、 拌漿罐等 。 (4).設(shè)備的所有自動(dòng)測(cè)量?jī)x都集中在操作室內(nèi)，便于工人操作 。 (2).發(fā)酵罐，種子罐及分過(guò)濾器離墻面的距離都大于 500 毫米，便于操作及維修 .充分考慮到設(shè)備的安全性及操作方便性 。 表 4 色氨酸 提取工序物料衡算匯總表 進(jìn)入系統(tǒng) 離開(kāi)系統(tǒng) 項(xiàng)目 物料比例（ Kg） t/d 項(xiàng)目 物料比例（ Kg） t/d 發(fā)酵液 99%色氨酸 南通大學(xué)課程設(shè)計(jì) 34 活性炭 24 母液 20955 分離洗水量 濕炭 96 回收加水量 離子 蒸發(fā)水 4289 累計(jì) 色氨酸 的 濃縮結(jié)晶 年產(chǎn) 2020 t 色氨酸，日產(chǎn) 100%的色氨酸 ，選用 8噸機(jī)械攪拌內(nèi)熱式真空結(jié)晶罐，濃縮操作周期為 20 h ,其中輔助時(shí)間為 4 h， 每罐產(chǎn) 100%色氨酸 3噸，需結(jié)晶罐臺(tái)數(shù)： （ ） = ，取 3臺(tái) 注： —每罐投入晶種數(shù)（ t）（ 40目晶種量為結(jié)晶罐全容積 5%） 發(fā)酵車間平面的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)發(fā)酵車間 長(zhǎng) ，寬 15m。 99% = kg （ 5%） ： 5% = kg 廢濕活性炭的量（含水 75%）： 247。 5)濃縮液出料溫度約在 50℃ 55℃，為達(dá)到工藝要求，采用板式冷卻器，使物料冷卻到 25℃以下。 3)三效蒸發(fā)設(shè)備由三物料加熱蒸發(fā)器和三臺(tái)旋風(fēng)式汽水分離器組成，一效蒸發(fā)器的加熱由生蒸汽直接加熱，且其加熱溫度由溫度自控系統(tǒng)自動(dòng)控制。 取 Q 總 =400m3/min。 以排料管為例，本罐實(shí)裝 m3，設(shè)計(jì) h 內(nèi)排空，則體積流量 q 為： q ==(3600*1)= 103m3/s 設(shè) 種子 液流速為 v=1 m/s，則排料管截面積 : A= = 103 m2 A= 則排料管直徑為： d = 查表選取 Φ38x3 無(wú)縫管 支座選擇 由于種子罐的容積僅為 10 m3，選擇支承式支座。 以排料管為例，本罐實(shí)裝 161 m3，設(shè)計(jì) h 內(nèi)排空，則體積流量 q 為： q = 1*3600161 = 5m3/s 南通大學(xué)課程設(shè)計(jì) 27 設(shè)發(fā)酵液流速為 v=1 m/s，則排料管截面積 : A= 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 南通大學(xué)課程設(shè)計(jì) 25 Q 總 = 104 161= 106 KJ/h CP= KJ/(kg?℃ ) t2:冷卻水最終溫度， t2 = 20 ℃ t1:冷卻水初始溫度， t1 = 10 ℃ 則可得 W = 106/( 10) = kg/s 即冷卻水的體積流量為 m3/s，設(shè)冷卻水在管中的流速為 1 m/s 則冷卻管的總截面積為： A=W/V=進(jìn)水管的總直徑為： ? = 查表取 Dg125x4 （ 2）冷卻管組數(shù)和管徑： 冷卻管的總表面積為 A，管徑 d，組數(shù)為 n 則 A=n（ 230南通大學(xué)課程設(shè)計(jì) 23 ） (45/24)= ，需要 2 個(gè) 主要尺寸： 選 H = 2D V全 = V筒＋ 2V封 = 230 m3 = 2D＋π D3（ 2/24） = 230 ＋ = 230 D= m，取 D = 5 m H = 2D = 2 5 = 10 m，取 H = 10 m 圓筒 V1 = 52 10 = m3， 上下封頭 V2 = V3 = π 53247。 V1 = m3 壁厚： S =錯(cuò)誤 !未找到引用源。耗水量計(jì)算匯總： 新鮮水：高峰量： + + ++ 550/24 = t/h 平均量： + + 81 + + 550/24 = t/h 日用量： t/d 循環(huán)水 ： 高峰用水 81 t/h， 日用水 5482 t/d， 平均用水 t/h 凝結(jié)水 ： t/d,平均 t/h 表 6 用水量衡算匯總表 工序設(shè)備 新鮮水（ 10 ℃） 二次水（ 20 ℃） 循環(huán)水（ 30 ℃） 配料 液化冷卻 糖化冷卻 滅 菌配料 冷卻 22484 發(fā)酵冷卻 1944 提取、洗水 洗炭 45 冷卻 5482 動(dòng)力、鍋爐 550 冷凍、空壓站及其他 1850 累計(jì) 5482 設(shè)備計(jì)算與選型 南通大學(xué)課程設(shè)計(jì) 22 糖化罐 由前面物料衡算知，日產(chǎn) 24%糖液 t，相對(duì)密度為 g/l，則糖液體積：V = 糖化操作周期為 30 h,其中糖化時(shí)間 24 h，糖化罐 100 m179。 每日投料按 ， 需水 = t/d， 平均量 ： / 24= t/h。 在 最熱的季節(jié)，發(fā)酵放熱高峰期，測(cè)定冷卻水量及進(jìn)出口溫度，然后即可算出最大發(fā)酵熱 Q最大 = 冷卻水用量（ kg/h）（ t出 t進(jìn)） /發(fā)酵液總體積 以 200 m3發(fā)酵罐，裝液量 161m3,使用新鮮水，冷卻水進(jìn)口溫度 15 ℃，出口溫度20 ℃，冷卻水用量（ W），色氨酸的發(fā)酵熱高峰值約 104 kJ/(m3?h) W = Q最大 161/（ （ 2015） ） =104 161/（ 5 ） = 105 kg/h =135 t/h 日運(yùn)轉(zhuǎn) ，高峰用 水量 135 = t/h 日用水量： 24 =1944 t/d 南通大學(xué)課程設(shè)計(jì) 17 注： —各罐發(fā)熱狀況均衡系數(shù) 色氨酸濃縮結(jié)晶的熱量衡算 年產(chǎn)