【文章內(nèi)容簡介】 944007776000以薯干為原料生產(chǎn)檸檬酸是我國特有的檸檬酸粗料發(fā)酵工藝，原料預處理設(shè)備可全部采用國產(chǎn)定型的糧食及飼料處理機械，生產(chǎn)過程簡單、處理成本低、設(shè)備投資省。(1)已知薯干漿的流量為G=,即V=G247。ρ=247。=。設(shè)料液滯留時間為30min。V有效=Vτ(m3)V有效設(shè)備有效容積V流量τ滯留時間V有效=(247。60)30=(2)設(shè)備數(shù)量的計算n=V有效247。(φV單) V單單臺設(shè)備容積(m3)φ填充系數(shù)(%)其中V單=6m3 φ=70% n=247。(670%)=(臺)，取2臺。（3）根據(jù)以上計算，選用2個容積為6m3的調(diào)漿罐（考慮到料液的黏度較大,故選用大葉輪片轉(zhuǎn)速低的攪拌器,罐體采用錨式）。為保證營養(yǎng)不被破壞取停留時間為10s，（1）加熱器的長度L:L=vt=4(m) （2）蒸汽消耗：流量為G=247。24=固形物含量為x=%，比熱容為Cp=(kg℃)溫度由t1=50℃加熱到t2=100℃，加熱蒸汽P=℃，干飽和蒸汽熱焓λ=，100℃飽和蒸汽熱焓量I=100；D=Gc(t2t1)/(λ1)=26900(10050)247。[()]= kg/hV蒸汽==(m3/h)計損耗為10%則V蒸汽==(m3/h)（3）進氣管直徑計算:在此壓力下取氣速為45m/s，則進氣管截面積為F==247。（453600）=102m2 直徑d===取無逢鋼管φ231mm3則φ內(nèi)徑=219mm，可以滿足要求（4）進料管直徑計算: V料=，(m2)d= 取無逢鋼管φ129mm3，則φ內(nèi)徑=117mm可以滿足要求。（5）出料管徑計算: V出=G出247。ρ=247。= F出=(m2)取 d出=(m)無逢鋼管φ144mm3則φ內(nèi)徑=132mm可以滿足要求。(1)生產(chǎn)能力，數(shù)量和容積的確定 G出=(2)數(shù)量取1個(3)容積：根據(jù)工藝，滯留時間τ=，填充系數(shù)取φ=80%，則維持罐總?cè)萘縑維=V出τ247。φ=247。80%= m3每個維持罐的容量為V維＇=247。4= m3，取為12 m3(4)設(shè)備主要尺寸的確定，現(xiàn)取H=3D采用橢圓封頭。 V維=2V封+V筒=2πD3247。24+2D=12 m3解方程D=；取D=；則H=3D=，封頭高度h=h1+h2=475+25=500(mm)。 V封=；總高H總=H+2h=+2=(m)核算總?cè)萘浚篤總=V筒+2V封=2+2= (m3)V總V維=12(m3)，可以滿足要求。(5)根據(jù)以上計算，選用1個容積為12 m3的維持罐。螺旋板式換熱器投資小，效果好，可以回收熱量，經(jīng)濟實用。(1)換熱面積計算① 醪液溫度從100℃降到35℃醪液放熱Q1=G1Cw(t2t1)= (10035)=106kJ/h設(shè)熱損失為4%則實際傳熱為Q1180。=Q196%=106kJ/h② 用冷水冷卻，設(shè)可能被加熱到的溫度t2=50℃，水初溫為t1=18℃； Q2=G2Cw(t2t1)=Q1′ 103=G2(5018) G2= t/h③ 求平均溫差t； 液化醪 35℃100℃ 冷水 18℃50℃ 17℃ 50℃ △t==℃④螺旋板式換熱器面積F:取K=1200(m2℃)則F= Q2/K△t== m2（2）根據(jù)以上計算，選用 F=12 m2的換熱器一套。當前，我國檸檬酸發(fā)酵占統(tǒng)治地位的發(fā)酵罐仍是機械渦輪攪拌通風發(fā)酵罐，即通常所說的通用罐。選用這種發(fā)酵罐的原因主要是：歷史悠久，資料齊全，在比擬放大方面積累了較豐富的成功經(jīng)驗，成功率高。此外在檸檬酸發(fā)酵生產(chǎn)設(shè)備方面，大型氣升式發(fā)酵罐仍處于試用攻關(guān)階段。從試用情況看，由于氣升式罐在生產(chǎn)周期、產(chǎn)酸率、供氧周期波動的影響、通風量增加的綜合能耗、生產(chǎn)的穩(wěn)定性及可重復性等因素，所以多數(shù)廠家目前仍延用機械攪拌通風式發(fā)酵罐。因而，就本項目而言，按技術(shù)成熟，可靠、穩(wěn)妥的原則，結(jié)合檸檬酸工程中的設(shè)計經(jīng)驗，通過對罐內(nèi)空氣分配器進行適當改造，成為新型的通風式機械攪拌型發(fā)酵罐。其攪拌功率，比相同容積的通用發(fā)酵罐降低約10%。從生物發(fā)酵行業(yè)醪液處理供料的均衡性考慮，發(fā)酵放罐間隔時間不宜大于8小時，在技術(shù)可靠的前提下，大罐放料容積不大于400 m3。結(jié)合目前本行業(yè)發(fā)酵技術(shù)的現(xiàn)狀，目前國內(nèi)行業(yè)成熟技術(shù)水平、加工技術(shù)水平，企業(yè)可能達到的發(fā)酵控制管理水平等，從生產(chǎn)的可靠性、可實施性等方面考慮，本設(shè)計擬采用放罐容積約200 m3 的新型通風發(fā)酵罐。 現(xiàn)以此類發(fā)酵罐進行設(shè)計選型。（1）發(fā)酵初糖濃度：由前面的計算可知， t/d，則根據(jù)： 180 192可計算出葡萄糖量為：180247。192= t/d則發(fā)酵初糖濃度為：100%247。=12% （2）生產(chǎn)能力的計算：%純度的檸檬酸306t，檸檬酸發(fā)酵周期為75h（包括發(fā)酵罐清洗、滅菌、進出物料等輔助操作時間）。則每天需糖液體積為V糖。 %的檸檬酸306t，每噸100% m3；V糖=306=設(shè)發(fā)酵罐的填充系數(shù)，則每天需要發(fā)酵罐的總?cè)莘e為Vo(發(fā)酵周期為48h）。 VO=V247。φ=247。90%= m3（3）發(fā)酵罐個數(shù)的確定：現(xiàn)選擇公稱容積為200m3的六彎葉機械攪拌通風發(fā)酵罐為例，則需要發(fā)酵罐的個數(shù)為。查表知公稱容積為200 m3的發(fā)酵罐，總?cè)莘e為230m3，則：每臺罐的產(chǎn)量為：20013%95%98%=發(fā)酵罐所需個數(shù)= = = 取公稱容積200 m3發(fā)酵罐40個；每日投（放）罐次：306247。=，66247。75=。其中發(fā)酵時間為66h，發(fā)酵操作時間為75h（4）實際產(chǎn)量驗算：13300247。=；富裕量：() 247。=%，能滿足產(chǎn)量要求。（1）現(xiàn)按公稱容積200 m3的發(fā)酵罐計算V全＝V筒+2V封＝230（m3），封頭折邊忽略不計，以方便計算：則V全＝2D+π247。24D32＝230解方程得：D＝（m） 取D=5m，H=2D=10m；根據(jù)《發(fā)酵工廠設(shè)計概論》通用發(fā)酵罐系數(shù)表，查得封頭高為H封＝ha+hb==1250+50=1300(mm)。（2）驗算全容積：V’全=V簡+2V封=2D+(π247。24)D32+ =5210+π532247。24+52 =m3=230 m3V’全=V全對檸檬酸發(fā)酵，每1m3發(fā)酵液，每1h傳給冷卻器得最大熱量約為6000kJ/(m3h)。采用豎式列管換熱器。取經(jīng)驗值K＝500kJ/( m3h℃)。平均溫差為： 35℃35℃15℃28℃20 7 代入得： =℃對公稱體積200 m3的發(fā)酵罐，每次放4罐，每罐實際裝液量為：247。4= m2換熱面積= = m2選用六彎葉渦輪攪拌器。（1）主要尺寸：列該攪拌器的各部尺寸與罐徑D有一定的比例關(guān)系，如下：攪拌器葉徑 D/3=5/3=，取d=葉寬 B===弧長 l===底距 C=D/3=5/3=盤徑 di===葉弦長 L===葉距 Y=D=5m彎葉板厚 δ=12mm（2）轉(zhuǎn)速：取四檔攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速N可根據(jù)50 m3罐， m，轉(zhuǎn)速n=110r/min,以等PO/N為標準放大求得[4]：N2=N1(D1/D2)2/3=110() 2/3=80(r/min)（3）攪拌軸功率：通風攪拌發(fā)酵罐，攪拌軸功率的計算有許多方法，現(xiàn)采用修正的脈凱爾式求攪拌軸功率，并由此選擇電機。①計算：＝式中：－攪拌器直徑，－攪拌器轉(zhuǎn)速，為＝80/60＝(r/s)－醪液密度，＝1050kg/ m3 －醪液粘度，＝Ns/ m2將數(shù)代入上式，得：＝1050/103=106104視為湍流，則攪拌功率準數(shù)NP＝②計算不通氣時的攪拌軸功率PO：PO180。＝NPN3D5ρ式中：NP－N－攪拌器轉(zhuǎn)速，(r/s)D－攪拌器直徑， ρ－醪液密度，ρ＝1050kg/m3代入上式得：PO180。＝1050＝四檔功率則為：PO＝4 PO180。＝ kW③計算通風時的軸功率Pg：Pg＝ kW式中：PO－不通氣時的攪拌軸功率，P02 ==105N－攪拌器轉(zhuǎn)速，為80r/minD－攪拌器直徑(cm)，D3 =106=106Q－通風量(ml/min)，通風比為vvm=，取低限，如通風量變大，Pg會小，為安全，則：Q=200106=107＝(＝Pg=103 (10580106/)=④求電機功率：P電＝Pg247。(η1η2η3) 采用三角帶傳動＝，滾動軸承＝，滑動軸承＝，端面密封增加的功率為1％，代入公式數(shù)值得：＝247。()＝ kW查取合適電機。（1）空氣分布器 本罐使用單管進風，風管直徑計算見后面的接管設(shè)計。（2）檔板 檔板的作用是加強攪拌強度，促使液體上下翻動和控制流型，防止產(chǎn)生旋渦而降低混合與溶氧效果[4]。本罐因有扶梯和豎式蛇管，故不設(shè)檔板。（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 豎式蛇管冷卻裝置。①求最高熱負荷下的好水量W：式中：Q總 每1 m3醪液在發(fā)酵最旺盛時，1h的發(fā)酵量與醪液總體積的乘積：Q總=6000=106 CP 冷卻水的比熱容， t2 冷卻水出溫，15℃ 代入上式得： W=106247。 [(2815)]=② 冷卻管組數(shù)和管徑設(shè)冷卻管總表面積為S總=n103 m3/s，取冷卻水在豎直蛇管中流速為1m/s，根據(jù)流體力學方程式，冷卻管總截面積S總為：式中：冷卻水體積流量，103m3/s 冷卻水流速，1 m/s則有： S總=103/1=103m2豎直蛇管得組數(shù)N，根據(jù)管的大小一般取12……組，通常每組管圈數(shù)不超過6圈，增加組數(shù)可排下更多的冷卻管，管與攪拌器的最小距離不應(yīng)小于250mm；，管兩端U型或V型彎管，可彎制或焊接，安裝是每組豎直蛇管用專用夾板夾緊，懸掛在托架上。夾板和托架則固定在罐壁上，管子與管壁的最小距離應(yīng)大于100mm，主要考慮便于安裝、清洗和良好傳熱。根據(jù)發(fā)酵罐的實際情況，取管徑。由上式得：do= ==查金屬材料表選取無縫管，＝68 mm ，＝72 mm，現(xiàn)取豎蛇管圈端部U型彎管曲徑為200 mm，則兩直管間距離為400 mm，總長度：＝＝400＝1256 mm③ 長度L的計算： 冷卻管總面積F＝ m2，無縫鋼管為，每米的冷卻面積為Fo=1=(m2)，則L=F/Fo=247。=冷卻管占有體積： V== m3④ 長Lo和管組高度：Lo=247。8=另需連接管 8m:L實=L+8=+8=可排豎直蛇管的高度，設(shè)為靜液面高度，下部可伸入封頭250 mm。設(shè)發(fā)酵 m3，則總占有體積：V總=V液+V容+V附件=++=由前可知，V封頭=пD3/24+ =53247。24+52 =則管筒體部分液深為：（V總V封）/S截=（）247。52=豎蛇管總高： H管=+=又兩端彎管總長： lo=1256mm，兩彎管總高400mm則直管部分高度： h=H管400=8410400=8010mm則一圈管長： l=2l+lo=28010+1256=17276mm=⑤每組管子數(shù)no=Lo/l=247。=(圈)，取no=6（圈）==，計算出與攪拌器的距離在允許范圍內(nèi)（不小于200 mm）。⑥校核布置后冷卻管的實際傳熱面積：F實=πd平均L實==169m2F=可滿足要求。發(fā)酵設(shè)備的材料選擇，優(yōu)先考慮的是滿足工藝的要求，其次是經(jīng)濟性。有機酸發(fā)酵，考慮到對產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量的影響，安全性，后道工序除鐵困難，腐蝕性強等，必須使用加工性能好，耐酸腐蝕的不銹鋼，采用制作發(fā)酵設(shè)備[15]。（1）確定發(fā)酵罐的壁厚S mm式中：P—設(shè)計壓力，現(xiàn)取P=。 D—發(fā)酵罐內(nèi)徑，5000 mm [σ]—不銹耐酸鋼的許用應(yīng)力； φ—焊封系數(shù)，由D=5000mm800mm，雙面對接焊局部探傷，取φ=； C壁厚附加量； C=C1+C2+C3其中：C1 鋼板負偏量，視鋼板厚度查表確定，取C1= C2為腐蝕余量，單面腐蝕取1mm，雙面對接焊局部探傷，取C2=0 C3加工減薄量，對冷加工C3=0，熱加工封頭C3=So10%，現(xiàn)取C3=0 C=+0+0=則： S=5000247。（