【文章內(nèi)容簡介】 t/a冬蟲夏草發(fā)酵車間用水量衡算表名稱規(guī)格每噸產(chǎn)品消耗定額（t/t）每小時用量（kg/h)每天用量(t/d)年耗量（t/a)水自來水或深井水103. 發(fā)酵過程無菌空氣消耗量計算發(fā)酵車間無菌空氣消耗量主要用于菌絲體發(fā)酵過程中通風(fēng)供氧。10 ,。(1) 單罐發(fā)酵過程用氣量（常壓空氣）V=1080%60=120（m3/h）式中 80%——發(fā)酵罐裝料系數(shù)(2) 單罐年用氣量Va=V4875=105（m3）式中 75——每年單罐發(fā)酵批次 48——發(fā)酵周期（h）一般取這些無菌空氣消耗量之和約等于發(fā)酵過程空氣的耗量的25%。故這項無菌空氣耗量為：V’=25%V=25%120=30（m3/h）每年用氣量為： Va’=25%Va10=25%10510=106（m3/a）式中 10——發(fā)酵罐個數(shù)Vmax=10（V+V’）=10（120+30）=1500（m3/h） Vt=1075（V+V’）48=106（m3/a）式中 10——發(fā)酵罐個數(shù) 75——每年單罐發(fā)酵批次 48——發(fā)酵周期（h）根據(jù)設(shè)計，實際冬蟲夏草年產(chǎn)量m（實際）= (t)，故發(fā)酵車間無菌空氣單耗為：Vo=Vt/G=106/=104（m3/t）根據(jù)上述計算結(jié)果，可得出100t/a冬蟲夏草廠無菌空氣用量衡算表，如表所示。 發(fā)酵車間無菌空氣衡算表發(fā)酵罐公稱容積（m3）單罐通氣量（m3/h）種子培養(yǎng)耗氣量（m3/h）高峰空氣消耗量（m3/h）年空氣耗量m3空氣單耗（m3/t蟲草）1012030 15001061048. 主要工藝設(shè)備的設(shè)計和選型. 設(shè)備設(shè)計與選型的原則[6]從設(shè)備的設(shè)計選型情況，可以反映出所設(shè)計工廠的先進(jìn)性和生產(chǎn)的可靠性。因此在設(shè)備的工藝設(shè)計和選型時應(yīng)考慮如下原則：(1) 保證工藝過程實施的安全可靠（包括設(shè)備材質(zhì)對產(chǎn)品質(zhì)量的安全可靠；設(shè)備材質(zhì)強(qiáng)度的耐溫、耐壓、耐腐蝕的安全可靠；生產(chǎn)過程清洗、消毒的可靠性等）。(2) 經(jīng)濟(jì)上合理，技術(shù)上先進(jìn)。(3) 投資省，耗材料少，加工方便，采購容易。(4) 運行費用低，水電汽消耗少。(5) 操作清洗方便，耐用易維修，備品配件供應(yīng)可靠，減輕工人勞動強(qiáng)度，實施機(jī)械化和自動化方便。(6) 結(jié)構(gòu)緊湊，盡量采用經(jīng)過實踐考驗證明確定性能優(yōu)良的設(shè)備。(7) 考慮生產(chǎn)波動與設(shè)備平衡，留有一定裕量。(8) 考慮設(shè)備故障及檢修的備用。(9) 發(fā)酵罐生產(chǎn)能力、數(shù)量和容積的確定。. 主要設(shè)備的選型[6]. 發(fā)酵罐容積的確定由《發(fā)酵工廠工藝設(shè)計概論》表62可知10m3發(fā)酵罐，公稱容積為10m3。. 生產(chǎn)能力計算每天需要發(fā)酵液量V＝ m3設(shè)發(fā)酵罐的填充系數(shù)φ＝，則每天需要發(fā)酵罐的總?cè)莘eV0＝＝ m3 使用單罐公稱容量為10m3的六彎葉機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐，則需要發(fā)酵罐的個數(shù)為N1。公稱容積為10m3的發(fā)酵罐，根據(jù)公式有N1＝V0τ/（V總24）＝48/(24)=10（個）其中： τ＝48h——發(fā)酵生產(chǎn)周期 V0——每天需要發(fā)酵罐的總?cè)莘e24——一天有24h故取公稱容積10m3發(fā)酵罐10個；. 主要尺寸的計算已知V全=V筒+2V封= m3；封頭折邊忽略不計，以方便計算。則有V全=2D＋(π/24)D32=,H=2D；解方程得：＋=D=,故H=2D= ；據(jù)《發(fā)酵工廠工藝設(shè)計概論》附錄一表15，知封頭高H封=ha+hb=450＋50=500(mm)驗算全容積V全：V’全=V筒+2V封=2D＋(π/24)D32+ D22 =+π/12+2 = m3 與V全= m3 相近. 冷卻面積的計算為了保證發(fā)酵在最旺盛、微生物消耗基質(zhì)最多及環(huán)境氣溫最高時也能冷卻下來，必須按照發(fā)酵生成熱最高峰、一年中最熱的半個月的氣溫下，冷卻水可能達(dá)到最高溫度的惡劣條件下，設(shè)計冷卻面積。計算冷卻面積使用牛頓傳熱定律公式，即F=Q/（K△tm）對于冬蟲夏草發(fā)酵，每1 m3發(fā)酵液，每1h傳給冷卻器的最大熱量約為：6000 kJ/（m3h）。采用豎式列管換熱器，取經(jīng)驗值K=500 kJ/（m3h℃）平均溫差△tm：△tm=（△t1－△t2）/（ln（△t1/△t2））32℃→32℃20℃→27℃代人，得 △tm=（12－5）/（ln12/5）=8℃對公稱容量10 m3的發(fā)酵罐，每天裝5罐，(m3）換熱面積F=Q/（K△tm）=6000(5008)= (m2) 機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐的攪拌渦輪有三種型式，可根據(jù)發(fā)酵特點、基質(zhì)及菌體特性選用。由于冬蟲夏草發(fā)酵過程有中間補(bǔ)料操作，對混合要求較高，因此選用六彎葉渦輪攪拌器。該攪拌器的主要尺寸如下：攪拌器葉徑 Di=D/3=(m) 取d=（m）弧長l===(m)底距C=D/3=(m)盤徑di===(m)葉弦長L===(m)葉距Y=D=(m)彎葉板厚δ=12（mm）取兩檔攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速N2可根據(jù)10m3罐，轉(zhuǎn)速N1=145r/min，以等P0/V為基準(zhǔn)放大求得：N2=N1(D1/D2) 2/3 =145（）2/3 =150(r/min). 攪拌軸功率的計算 通風(fēng)攪拌發(fā)酵罐，攪拌軸功率的計算有許多種方法，現(xiàn)用修正的邁凱爾式求攪拌軸功率，并由此選擇電機(jī)。發(fā)酵液可視為牛頓流體，計算步驟如下：(1) 計算Rem：Rem=D2Nρ/μ式中 D——攪拌器直徑，D=N——攪拌器轉(zhuǎn)速，N=150/60= (r/s)ρ——醪液密度，ρ=1050 kg/m3μ——醪液粘度，μ=103Ns/m3將數(shù)代入上式：Rem=1050/103 =105 104,視為湍流，則攪拌功率準(zhǔn)數(shù)Np=(2) 計算不通氣時的攪拌軸功率P0：P0’=NpN3D5ρ式中 Np ——N——攪拌轉(zhuǎn)速，N=150r/min=D——攪拌器直徑，D=ρ——醪液密度，ρ=1050 kg/m3代入上式： P0’=1050=103=6 (kW)兩檔攪拌P0=2P0’=12 (kW)(3) 計算通風(fēng)時的軸功率Pg：Pg=103（P02ND3/） (kW)式中 P0——不通風(fēng)時攪拌軸功率(kW)，P02 =122 =144N——攪拌轉(zhuǎn)速，N=150r/min=D——攪拌器直徑（cm），D=，D3=106=105Q——通風(fēng)量（ml/min），設(shè)通風(fēng)比vvm=，取低限，如通風(fēng)量變大，Pg會小，為安全。 則Q=106 =107（ml/min）=(107) = 代入上式：Pg=103（144150106/）= (kW)(4) 求電機(jī)功率P電：P電=Pg/η1η2η3采用三角帶傳動η1=；滾動軸承η2=；滑動軸承η3=；端面密封增加的功率為1%；代入公式數(shù)值得：P電=（）=22(kW)查手冊選擇合適的電機(jī)。 設(shè)備結(jié)構(gòu)的工藝設(shè)計，是將設(shè)備的主要輔助裝置的工藝要求交代清楚，供制造加工和采購時取得資料依據(jù)。其內(nèi)容包括：空氣分布器、擋板、密封方式、攪拌器及冷卻管布置等?，F(xiàn)分別簡述如下：(1) 空氣分布器：對于好氣發(fā)酵罐，分布器主要有兩種形式，即：多孔（管）式和單管式。對通風(fēng)量較?。ㄈ鏠=）的設(shè)備，應(yīng)加環(huán)型或直管型空氣分布器；而對通氣量大的發(fā)酵罐，則使用單管通風(fēng)，由于進(jìn)風(fēng)速度高，又有渦輪板阻擋，葉輪打碎、溶氧是沒有問題的，本罐使用單管進(jìn)風(fēng)。(2) 擋板：擋板的作用是加強(qiáng)攪拌強(qiáng)度，促進(jìn)液體上下翻動呵控制流型，防止產(chǎn)生渦輪而降低混合和溶氧效果。如罐內(nèi)有相當(dāng)于擋板作用的豎式冷卻蛇管，扶梯等也可不設(shè)擋板。為減少泡沫，可將擋板上沿略低于正常液面，利用攪拌在液面上形成的渦旋消泡。本罐應(yīng)有扶梯和豎式冷卻蛇管，故不設(shè)擋板。(3) 密封方式：隨著技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)械密封已在發(fā)酵行業(yè)普遍采用，本罐擬采用雙面機(jī)械密封方式，處理軸與罐的動靜問題。(4) 冷卻管布置：對于容積小于5m3的發(fā)酵罐，為了便于清洗，多使用夾套冷卻裝置。隨著發(fā)酵罐容量的增加，比表面積變小，夾套形成的冷卻面積已無法滿足生產(chǎn)要求，于是使用管式冷卻裝置。蛇管因易沉積污垢且不易清洗而不采用。列管式冷卻裝置雖然冷卻效果好，但耗水量過多；因此廣泛使用的是豎直蛇管冷卻裝置。在環(huán)境溫度較高的地區(qū)，為了進(jìn)一步增加冷卻效果 ，也有利用罐皮冷卻的。為了保證發(fā)酵罐的冷卻，單是計算出冷卻面積是不夠的，還要有足夠的管道截面積，以供足夠的冷卻水通過。管道截面太大，管徑太粗不易彎制，冷卻水沒有充分利用；太細(xì)則冷卻水流經(jīng)管路不到一半，水溫已與料溫相等。a) 求最高熱負(fù)荷下的耗水量W:W=Q總/cp（t2t1）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：Q總=6000=105（kJ/h）cp——冷卻水的比熱容， kJ/(kgK)t2——冷卻水終溫，t2=27℃t1——冷卻水初溫，t1=20℃將各值代入上式W=105/(7)=103 （kg/h）=(kg/s)103m3/s,取冷卻水在豎直蛇管中流速為1m/s,根據(jù)流體力學(xué)方程式，冷卻管總截面積S總為： S總=W/v=103/1=103 (m2)進(jìn)水總管直徑d總=(S總/) =(103/) = (m)b) 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：S總=n豎直蛇管組數(shù)n，根據(jù)罐的大小一般取3，4，6，8，12……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。安裝時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。管子和罐壁的最小距離應(yīng)大于100mm，主要考慮便于安裝、清洗和良好傳熱。現(xiàn)根據(jù)本罐情況，取n=8，求管徑。由上式得：d0=(S總/n) =(10