【文章內(nèi)容簡介】 2 SO4，使 (NH4) 2 SO4 的飽和度由 20%上升至 60%，此過程應向濾液中加入 262kg 的 (NH4) 2 SO4[12]。 則提取過程中 (NH4) 2 SO4的用量為： m11 = 114﹢ 90%262 = 72093kg = 年用量 ： M11 = 82 = (NH4) 2 SO4 的總用量為 1641﹢ = （ 2）乙醇 乙醇作為飼料添加用酶的沉淀劑， 一個發(fā) 酵周期中共有 40 個發(fā)酵罐用于該酶的生產(chǎn)?？晒烙嬤^濾后的濾液體積也為 m3。沉淀過程中用的為 70%的乙醇，用量為處理液體積的兩倍。因此乙醇用量為： m12 =270%789 = 年用量 ： M12 = 82 = （ 3）泡敵 發(fā)酵培養(yǎng)基中泡敵的添加量為 %，一個發(fā)酵周期中的使用量為： m13 = 802370%% = m3 年用量 ： M13 = 82 =32m3 14 表 生產(chǎn)物料衡算表 項目 名稱 指標 每次發(fā)酵周期實際量 年用量 原料 玉米秸稈 3t/t(原酶 ) 24850t 麥麩 t/t(原酶 ) 酵母膏 % 木質(zhì)纖維 1% 1153t 蛋白胨 % MgSO47H 2O % KH2 PO4 % 461t CaCl22H 2O % Tween80 %/% m3 輔料 硫酸銨 114/262 kg/ m3 乙醇 m3/ m3 228t 18700t 泡敵 % 32 m3 包裝材料 纖維板圓筒 40Kg/桶 700 個 61270 個 環(huán)氧樹脂涂覆的圓桶 25Kg/桶 1200 個 98400 個 由物料衡算表可知：為提高后處理過程中使用的設備的利用率， 四十 組發(fā)酵罐（每兩臺發(fā)酵罐為一組，生產(chǎn)同一種酶）采用循環(huán)式投料生產(chǎn)。 （ 1）玉米秸稈粉碎機及 20 目振動篩分器 年用量 247。處理時間 = 250001000247。330247。80 = 985kg/h （ 2） 拌料槽 拌料槽的結構由圓柱形槽身和圓錐形底 部組成，設計體積應為： 發(fā)酵培養(yǎng)基體積 /裝料率 = 2247。85% = m3 （取 35 m3） 設圓柱形槽身的高為 h1， 圓錐形底部 的高為 h2，且 h1 = 3h2，直徑 d 為 3m。 則由 V = 1/4d 2h 1+(1/3)(1/4)d 2h 2 = 35m3 得： h1 = ； h2 = 拌料罐的實際體積為： V = 5/183 2 = （ 3）發(fā)酵罐 15 設發(fā)酵罐的體積為 V，則 由 年產(chǎn)酶量 = 發(fā)酵罐體積 發(fā)酵液密度 發(fā)酵罐個數(shù) 發(fā)酵周期數(shù) 發(fā)酵罐裝液量 產(chǎn)酶率 酶提取率可得： 發(fā)酵罐的體積 = 4800000247。1020247。82247。247。247。80247。 = 由此可確定發(fā)酵罐的有效體積為 23 m3。 發(fā)酵罐主體結構計算 [13]： 封頭采用標準橢圓封頭 K = 1 H/Di = Di/hi = 4 橢圓容積 Va = л/6Dih i =24? D i3 V ≈4? D i2h i＋ Va = 4? D i2h i＋ 24? D i3 = 2/3лDi3 Di = m 處理后內(nèi)徑為 m即 2300 mm H = = = m = 57500mm h i = = m H 4m 所以 ha = 50 mm 查《化工設備設計基礎》附表 5 罐體總高 H 總 = ＋ 2hi＋ 2ha= = 7000mm 罐體壁厚 S = PD/(2[б] 248。﹣ P)+C 其中： 248。 = ， P = , C = 3 mm, [б] = 130MPa, Di = 2300 解之得： S = mm 取整 封頭按標準橢圓計算 [7] hi = ha = 封頭壁厚： S = PD/(2[б] 248。﹣ P)+C 其中： 248。 = P = Di = 2300 [б] = 130 MPa C = 解之得： S = mm 取整 mm (4) 種子罐 ① 二級種子罐 二級種子罐體積 = 發(fā)酵罐體積 裝料系數(shù) 接種量 247。種子罐裝料系數(shù) = 23 247。2 = 3 m3 16 ② 一級種子罐 一級種子罐體積 = 二級種子罐體積 裝料系數(shù) 接種量 247。一級種子罐裝料系數(shù) = 310%247。 = m3 （ 5）空氣壓縮系統(tǒng) 無菌空氣制備流程 [14]如下： 吸風塔 → 粗濾器 → 空氣壓縮機 → 空氣冷卻器 → 除水設備 → 空氣總過濾器 → 發(fā)酵車間空氣總管 → 分過濾器 → 發(fā) 酵罐 發(fā)酵過程中的最大 通氣量為 1:1，因此 發(fā)酵車間需要最大壓縮空氣的用量可按下列公式計算： V = 單個發(fā)酵罐的體積 發(fā)酵罐的個數(shù) 通氣比 +單個種子罐的體積 種子罐的個數(shù) 通氣比 = 23801+341 = 1852 m3/min （按 400 m3/min 進行后續(xù)計算） ① 吸風塔 [14] 吸風塔設計高度應在 10~12m 左右。進管至空氣壓縮機一段的管路，要求直管連接，避免彎管或多彎管。本次設計中將吸風塔的高度定為 11 m，空氣在吸風塔內(nèi)的截面流速設計為 6m/s。則吸 風塔的截面半徑為： R =（ V/??） 1/2 = (20xx247。60247。6247。) 1/2 = 空氣的實際流速 ? = V/?R2 =20xx247。60247。247。 = ② 前置預過濾器 [8] 選擇高效前置過濾器，其外形像一只大型的集裝箱。內(nèi)部設計有兩道過濾介質(zhì)層：前層稱粗過濾層，采用絨布作為過濾介質(zhì)；后道稱亞高效過濾層，采用滌晴 無紡布作為過濾介質(zhì)。設計流速為 m/s。設備外型半徑為： R =（ V/???） 1/2 = (20xx247。60247。247。) 1/2 = （取 ） 實際流速 ： ? = V/??R2 = 20xx247。60247。247。 =③ 空壓機 由計算可得發(fā)酵工藝所需的最大空氣流量為 20xx m3/min。因此選擇日本壽力公司生產(chǎn)的 TRX 系列離心式空壓機。其輸出功率為 900kW 到 1800kW ，容量范圍為 175~360 m3/min，排氣壓力為 2~16Pa。 20℃ 的空氣經(jīng)空氣壓縮機的壓縮，其出口壓強表壓為 ： T2= T1（ P2/ P1） K1/K = (273+20) [(+)/] = 293 = = ℃ 17 其中： P1 = MPa， K = 。 ④ 冷卻器 壓縮空氣由管道經(jīng)沿程冷卻輸送到空氣冷卻器，此時空氣的溫度已大大低于空氣壓縮機出口的溫度。空氣冷卻器的作用是使壓縮空氣除水減濕。冷卻器選用列管式換熱器，冷卻水走管程，壓縮空氣走殼程。要求壓縮空氣由 104℃ 被冷卻至 25℃ ，冷卻介質(zhì) 為 20℃ 的循環(huán)水，冷卻水的出口溫度為 28℃ . 由條件可得： 空氣的定性溫度： (104+25)/2 = ℃ 水的定型溫度：（ 20+28)/2 = 24℃ 計算過程 [15]為： 查得空氣在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)： ? = kg/m3 。 Cp = kJ/(kg℃ ) ； k = ( m2℃ )。 ? = 103 Pas 查得水在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)： ? = kg/m3 。 Cp = (kg℃ ) ； k = ( m2℃ )。 ? = 103 Pas I．熱負荷計算 Q = WhCph(T2﹣ T1) = 200247。60103(104﹣ 25) = 105 W 冷卻水耗量 Wc = Q/Cpc(t2﹣ t1) = 105247。247。103247。(28﹣ 20) = kg/s = 30t/h II．計算平均溫差 暫 按單殼程、雙管程考慮，先求逆流時平均溫度差 空氣： 104 → 25 冷卻水： 28 ← 20 △ t ： 76 5 △ tm′ = (76﹣ 5)247。ln(76/5) = ℃ 計算 R 和 P： R = (T2﹣ T1)247。(t2﹣ t1) = (104﹣ 25)247。(28﹣ 20) = P = (t2﹣ t1)247。(T2﹣ t1) = (28﹣ 20)247。(104﹣ 20) = 由 R、 P 值，查表可得： ?△t = ，因 ?△t＞ ，選用三殼程。 △ tm = ?△t△ tm′= = ℃ 18 III．選 k 值，估計傳熱面積 由資料，可取 k = 100 w/( m2℃ ) S =（ Q/ k?△ tm） = （ 105 247。100247。） = m2 IV．初選換熱器型號 由于兩流體溫差大于 50℃ ，可選用浮頭式換熱器 FB500。由計算結果確定換熱器為三殼程，因此選用 3 臺相同的換熱器串聯(lián)使用。換熱器的主要數(shù)據(jù)如下： 外殼直徑： 500mm 公稱壓力： MPa 公稱面積： 65 m2 管長： 6m 管子尺寸： ?25 管子總數(shù)： 124 管程數(shù)： 2 管子排列方法：正方形斜轉 45176。排列 S。 = n ???d?(L－ ) ?N = 124（ 6﹣ ） 3 = m2 采用此換熱面積的換熱器，則要求過程的總傳熱系數(shù)為： k。 =Q 247。（ S。 △ tm） = 105 247。（ ） = W/( m2℃ ) ⑤ 除水設備 空氣經(jīng)冷卻后即有水分析出，為此，冷卻的空氣需要除水并安裝必要的除水設備。絲網(wǎng)除濾器是一種立式圓筒型設備，它具有壓降阻力小，除水除沫效率高，使用方便的優(yōu)點。一般絲網(wǎng)除濾器的設計流速取 1~3m/s。 設計時取流速為 2m/s，則除濾器的直徑為 D =（ 4V/??） 1/2 = （ 420xx247。60247。247。2） 1/2 = （ 取 ） 除濾器的填料為不銹鋼絲網(wǎng)，不 銹鋼絲的直徑為 ，多層重疊，絲網(wǎng)層厚度為100mm，絲網(wǎng)型號： 140400 型 [14]。 ⑥ 總空氣過濾器 總空氣過濾器是圓筒狀設備，空氣在過濾器內(nèi)底篩板一下切線方向進入，在器身下方設置人孔。 YUD 型空氣總過濾器，過濾介質(zhì)采用涂層式過濾材料組裝的濾芯，常采用的濾芯是 DMF（聚四氟乙烯聚合膜）。根據(jù)發(fā)酵車間的空氣用量，可選用 YUDZ4 型號的總過濾器 ?12003035mm，配濾芯 DMF，總過濾器內(nèi)有 DMF 濾芯 ?3501000， 4 個 [8]。 ⑦ 分過濾器 分過濾器是單臺發(fā)酵罐的單獨空氣過濾器。 23 m3 發(fā)酵罐的空氣過濾系統(tǒng)設備的計算及設計如下： 根據(jù)發(fā)酵工藝，每個 23 m3 發(fā)酵罐最大空氣用量為 Vf = 231 = 23m3/min 由于 23 m3 發(fā)酵罐的工作容積在 70%左右，因此空氣的用量已經(jīng)含有安全系數(shù)。查資料后選擇 JPF20 型空氣膜過濾器， ?2301196mm，配濾芯 JPFC(聚四氟乙烯微孔膜 )，濾芯長 20 英尺 ，共 5 個 [8]。 ⑧ 蒸汽過濾器 19 根據(jù)已選 JPF20 型空氣膜過濾器，查閱 JLSF 蒸汽過濾器的規(guī)格型號，可選 JLSF080蒸汽過濾器， ?114530mm一臺，配置濾芯 JLSF， ?22260，共 7 個 [8]。 （ 6）發(fā)酵液儲罐 發(fā)酵液儲罐體積 = 兩個發(fā)酵罐中的發(fā)酵液體積 247。裝液系數(shù) = 232247。 = 38m3 發(fā)酵液儲罐主體結構為圓柱體，高度與直徑的比例為 。則由 V = (D/2) 2H = 38m3 可得： D = ； H = m （ 7）板框過濾機 發(fā)酵結束后需過濾的發(fā)酵液的體積 VF 為 m3，含固量 i約為 25%。若選用BMY70/800300 型號的板框過濾機，則其過濾面積 A = 70m3,濾框容量 VP = 1056L = m3，板框裝填系數(shù) k 為 ，過濾速度為 v = m3/ m2 h[8]。 則需要的板框過濾機的臺數(shù)為： N = VFi/(kVP) = 247。247。 = 10 臺 過濾時間為： T = VF(1﹣ i)/vNA = (1﹣ ) 247。247。10247。70 = 2h 考慮到設備的循環(huán)利 用，一個生產(chǎn)車間中選用 5 臺板框過濾機進行發(fā)酵液的過濾。共用 4h將發(fā)酵液過濾完畢。 （ 8）濾液儲罐 過濾完