【文章內(nèi)容簡介】 0 m3 。 ③ 發(fā)酵罐個數(shù)的確定：公稱體積為 300m3的發(fā)酵罐，總體積為 330 m3 每天需要 330 m3 發(fā)酵罐 N0個： N0 =247。 330=6 個 共需要的發(fā)酵罐數(shù)： ? ?個φ τ總 01 ??? ???? VN 取公稱體積 300 m3 發(fā)酵罐 12 個，其中一個留作備用。 實際產(chǎn)量驗算： ? ?at / ???? 富裕量 % 000 60 769 ?? 能滿足產(chǎn)量要求 。 （ 3）主要尺寸的計算：取高徑比 H： D=2： 1 ；封筒全 3330m2 ??? VVV 則有： 33 0224278 32 ????? DDDV π全 H=2D； 解方程得： 33 ?? DD ? ?mD 3 03 ?? 取 D= H=2D=； 封頭高： ? ?mmhhH ba 1 3 0 0???封 封頭容積 ： V 封 =（ m3） 圓柱部分容積： V 筒 = m3 驗算全容積 V 全 ： ? ? ?????? 封筒‘全 VVV V 全 =V’ 全 符合設(shè)計要求，可行。 （ 4）冷卻面積的計算 對谷氨酸發(fā)酵，每 1m3發(fā)酵液、每 1h 傳給冷卻器的最大熱量約為 6000kJ/(m3 h) [5]。 采用豎式蛇管換熱器，取經(jīng)驗值 K= 500 kJ/(m3 h℃ ) 。 平均溫差Δ tm： 2121mttlntttΔΔΔΔΔ ?? 32℃ 32℃ 20℃ 27℃ 12 5 代入 ℃Δ 8512ln 512t m ??? 對公稱 容量 330 m3的發(fā)酵罐，每罐實際裝液量為 330 80%=264 m3 換熱面積 ? ? 2646 0 mtK QF m ??? ???? Δ （ 5）攪拌器計算 由于谷氨酸發(fā)酵過程有中間補料操作，對混合要求較高，因此選用六彎葉渦輪攪拌器 。 該攪拌器的各部分尺寸與罐徑 D 有一定比例關(guān)系 攪拌器葉徑 ? ?mDD i ??? 葉寬 ： ? ?mdB 3 7 ???? 弧長： ? ?mdl 7 0 7 7 ???? 底距 ： ? ?mDC ??? 盤踞 ： ? ?mDd ii ???? 葉弦長： ? ?mDL i ???? 葉距 ： ? ?mDY ?? 彎葉板厚： δ =12（ mm） 取兩擋攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速 N2可根據(jù) 50m3罐，攪拌直徑 ，轉(zhuǎn)速 N1=110r/min。以等 P0/V 為基準(zhǔn) [6]放大求得： ? ?m in/ 3/23/22112rDDNN?????????????????? （ 6）攪拌軸功率的確定 攪拌軸功率可按單位體積攪拌軸功率相等的計算方法和 經(jīng)驗式進行計算確定。 通常谷氨酸發(fā)酵按 1kW/ m3發(fā)酵醪；對于 330 m3發(fā)酵罐，裝液量 264 m3則應(yīng)選取功率≥ 264kW的電機。 （ 7）設(shè)備結(jié)構(gòu)的工藝計算 ① 空氣分布器：本罐采用單管進風(fēng)，風(fēng)管直徑φ 133 4mm。 ② 擋板：本罐因有扶梯和豎式冷卻蛇管，故不設(shè)擋板 。 ③ 密封方式：本罐采用雙面機械密封方式，處理軸與罐的動靜問題。 ④ 冷卻管布置：采用豎式蛇管 。 Ⅰ 最高負荷下的耗水量 W ? ?12 ttc QW P ?? 總 式中 Q 總 —— 每 1m3醪液在發(fā)酵最旺盛時， 1h 的發(fā)熱量與醪 液總體積的乘積 ? ?hkJQ / 0 0 6?????總 cp—— 冷卻水的比熱容， （ kg K） t2—— 冷卻水終溫， t2=27℃ t1—— 冷卻水初溫， t1=20℃ 將各值代入上式 ? ?? ? ? ?skghkgW/56??????? 冷卻水體積流量為 ，取冷卻水在豎直蛇管中的流速為 1m/s，根據(jù)流體力學(xué)方程式，冷卻管總截面積 S 總 為： vWS ?總 式中 W—— 冷卻水體積流量， W= V—— 冷卻水流速， v=1m/s 代入上式： ? ? ??總S 進水總管直徑 ： ? ?m3 5 8 8 ??? 總總 Sd ,取 Dg350 9 Ⅱ 冷卻管組數(shù)和管徑：設(shè)冷卻管總表面積為 S 總 ，管徑 d0，組數(shù)為 n，則： 取 n=12，求管徑。由上式得： ? ?mnSd1 7 ?????總 查金屬材料表選取φ 108 4mm 無縫管 [9]， mmd 100?內(nèi) mkgg /? ， 0dd ?內(nèi) ，認為可滿足要求， 4mm01?平均d 。 現(xiàn)取豎蛇管圈端部 U 型彎管曲徑為 250mm，則兩直管距離為 500mm，兩端彎管總長度為 0l ： Ⅲ 冷卻管總長度 L 計算： 由前知冷卻管總面積 F=396 m2 現(xiàn)取無縫鋼管 φ 108 4，每米長冷卻面積為 ? ?20 2 mF ???? 則 : ? ?mFFL 57 72 960 ??? 冷卻管占有體積： ? ?32 mV ???? Ⅳ 每組管長 L0和管組高度： ? ?mnLL 112 770 ??? 另需連接管 ： ? ?mLL ?????實 可排豎式直蛇管的高度設(shè)為靜液面高度，下部可伸入封底 300mm。設(shè)發(fā)酵罐內(nèi)附件占有體積為，則：總占有體積為 ? ?mmDl 1 5 7 05 0 ???? ? ? ? 7 ???? ??? 附件管液總 VVVV 則筒體部分液深為： ? ?mS VV 2 ????? 封總 豎式蛇管總高 ? ? ???管H ； 又兩端彎管總長 mml 15700 ? ，兩端彎管總高為 500mm， 則直管部分高度： ? ?mmHh 0700150002020500 ????? 管 則一圈管長： ? ?mmlhl 2 2 9 7 01 5 7 01 0 7 0 022 0 ?????? Ⅴ 每組管子圈數(shù) n0： ? ? 7 3 100 ??? lLn ；取 6 圈。 L 實 =（ 6 12）＋（ 12） = 現(xiàn)取管間距為 ? ?mD ???外 ，豎蛇管與罐壁的最小距離為 ，則可計算出攪拌器的距離在允許范圍內(nèi)（不小于 200mm）。 Ⅵ .校核布置后冷 卻管的實際傳熱面積： ? ? 5 7 0 mLdF ???? ?? 實平均實 ? 而前有 F=396m2， FF ?實 ，可滿足要求。 （ 8）設(shè)備材料的選擇 [10] 選用 A3鋼制作，以降低設(shè)備費用。 （ 9）發(fā)酵罐壁厚的計算 ① 計算法確定發(fā)酵罐的壁厚 S ? ? CPPDS ??? ??2 （ cm） 式中 P—— 設(shè)計壓力，取最高工作壓力的 倍，現(xiàn)取 P= D—— 發(fā)酵罐內(nèi)經(jīng)， D=565cm 〔σ〕 —— A3 鋼的應(yīng)用 應(yīng)力，〔σ〕 =127MPa φ —— 焊接縫隙， φ = C—— 壁厚附加量（ cm） 321 CCCC ??? 式中 C1—— 鋼板負偏差，現(xiàn)取 C1= C2—— 為腐蝕余量，現(xiàn)取 C2=2mm C3—— 加工減薄量，現(xiàn)取 C3=0 ? ? ? ?cmmmC ????? ? ?cmS ????? ?? 選用 16mm 厚 A3鋼板制作。 ② 封頭壁厚計算：標(biāo)準(zhǔn)橢圓封 頭的厚度計算公式 [5]如下： ? ? CPPDS ??? ??2 （ cm） 式中 P= D=565cm 〔σ〕 =127MPa C=++=（ cm） φ = ? ?cmS 272 5 ????? ?? （ 10）接管設(shè)計 ① 接管的長度 h 設(shè)計：各接管的長度 h 根據(jù)直徑大小和有無保溫層，一般取 100～ 200mm。 ② 接管直徑的確定： 按排料管（也是通風(fēng)管）計算：該罐實裝醪量 264m3，設(shè) 2h 之內(nèi)排空，則物料體積流量 ? ?smQ /03 0026 4 3??? ? ?203 mvQF ???物 dF ?物 管徑： ? ?mFd ??? 物 取無縫管φ 245 12mm， 221mm〉 217mm，認為合適。 按通風(fēng)管計算，壓縮空氣在 下，支管氣速為 20~25m/s?，F(xiàn)通風(fēng)比 ~，為常溫下 20 ℃， 下 的 情 況 ， 要 折 算 ， 30 ℃ 狀 態(tài) 。 風(fēng) 量 Q1 取 大 值 ，? ? ? ?smmQ / in/ 331 ???? 。 利用氣態(tài)方程式計算工作狀態(tài)下的風(fēng) 量 Qf[8] ? ?smQ f / 3?????? 取風(fēng)速 v=25m/s，則風(fēng)管截面積 Ff為 ? ?20 0 9 mvQF ff ??? 氣dFf ? 則氣管直徑 d 氣 為： ? ?md 1 0 8 0 0 9 ??氣 因通風(fēng)管也是排料管，故取兩者的大值。取φ 245 12mm 無縫管，可滿足工藝要求。 排料時間復(fù)核：物料流量 Q=，流速 v=1m/s； 管道截面積： ? ?22 0 3 8 2 8 mF ??? ， 在相同的流速下，流過物料因管徑 較原來計算結(jié)果大，則相應(yīng)流速比為 ? ? ???? FvQP 排料時間： ? ?ht ??? （ 11）支座選擇選用裙式支座 2 種子罐 發(fā)酵所需的種子從試管斜面出發(fā)，經(jīng)活化培養(yǎng)，搖瓶培養(yǎng)，擴大至一級乃至二級種子罐培養(yǎng)，最終向發(fā)酵罐提供足夠數(shù)量的健壯的生產(chǎn)種子。種子罐冷卻方式采用夾套冷卻。 (1)種子罐的選型 種子罐選型同發(fā)酵罐，采用機械攪拌通風(fēng)罐。 （ 2）二級種子罐容積和數(shù)量的確定 ① 二級種子罐容積的確定：接種量為 8%計算，則 種子罐容積 V 種 2為： ? ?32 %8330%8 ????? 總種 VV 式中 V 總 —— 發(fā)酵罐總?cè)莘e（ m3） ② 二級種子罐個數(shù)的確定：種子罐與發(fā)酵罐對應(yīng)上料。發(fā)酵罐平均每天上 6 罐，需二級種子罐7 個。種子罐培養(yǎng) 8h，輔助操作時間 8~10h，生產(chǎn)周期 16~18h，因此，二級種子罐 6 個已足夠，其中一個備用。 ③ 主要尺寸的確定 種子罐仍采用幾何相似的機械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐。 H： D=2： 1，則種子罐總?cè)莘e量 V39。總 為： ’封‘筒‘總 VVV 2?? 簡化方程如下： ? ?323 mDDDV ????? ?‘總 整理后 33 ?? DD 解方程得 D= 則 H=2D=2 =（ m） 查得封頭高 H39。封 ? ?mmH 50405400 ???‘ 封 罐體總高 H39。罐 ： ? ?mmHHH 0765086450422 ?????? ’筒‘ 封‘ 罐 單個封頭容量： V39。封 = （ m3） 封頭表面積： S 封 = 圓筒容量 ： ? ?32 8 ??? DDV‘筒 不計上封頭容積 ： ? ? mVVV ????? ‘筒’封‘有效 校核種子罐總?cè)莘e V39?？?： ? ? mVVV ?????? ‘筒’封‘總 比需要的種子罐容積 m3大 ，可滿足設(shè)計要求。 （ 2）一級種子罐 ① 一級種子罐的選型 選用機械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐 ② 一級種子罐容積和數(shù)量的確定 種子罐容積的確定：接種量按 8%計算，則種子罐容積 V 種 1為 ? ?321 %%8 mVV ????? 種種 故選用公稱體積為 3 m3的發(fā)酵罐，發(fā)酵罐的主要尺寸為：罐內(nèi)徑 1180mm，圓柱高 2360mm，封頭高 350mm，罐體總高 3060mm，封頭容積 ，圓柱部分容積 2980L，不計上封頭的容積 ，全容積 3000L。冷卻選用夾套冷卻 [10]。 一級種子罐個數(shù)的確定：一級種子罐與二級種子罐對應(yīng)上料。二級種子罐平均每天上 5 罐，需一級種子罐 6 個。種子罐培養(yǎng) 8h，輔助操作時間 8~10h，生產(chǎn)周期 16~18h，因此，一級