【文章內(nèi)容簡介】 為： C=C 淀粉 X+C 水 Y= %+ %=? 式中： X—— 淀粉濃度， % Y—— 水濃度， % （ 3）生產(chǎn)過程中蒸汽耗量的計算 ①培養(yǎng)基滅菌及管道滅菌： 培養(yǎng)基采取連消塔連續(xù)滅菌，進塔溫 90℃，滅菌 130℃ 北京理工大學(xué)珠 海學(xué)院 20xx 屆 本科生畢業(yè)設(shè)計 9 則滅菌用蒸汽量： ? ?? ?21DC t tDI ???? ? 每罐的初始體積為 180 m3，初糖濃 度是 13g/100ml，滅菌前培養(yǎng)基含糖量 19%。 其數(shù)量為： 180 13%247。 19%= 滅菌加熱過程中用 ，蒸汽（表壓） I=，由維持罐（ 90℃），進入連消塔加熱至 130℃，糖液比熱容 ? 。 每罐滅菌時間 3h，輸料流量 247。 3= t/h， 消毒滅菌用蒸汽量： D=41050 (13090)247。 [( ) 95%]=2923kg/h=； 每 天培養(yǎng)基滅菌用蒸汽量： 3 4= t/d； 所有用罐空罐滅菌及相關(guān)管道滅菌用蒸汽量 ， 據(jù)經(jīng)驗取培養(yǎng)基滅菌用蒸汽量的 10%，則： D1= 10%=。 ② 加熱發(fā)酵醪所用的蒸汽量 D6： 檸檬酸水溶液的比熱容可按下式近似計算： C=( +) 式中： —— 比熱容 kJ/kg?℃ ω —— 檸檬酸質(zhì)量分數(shù)， ω =（ 247。 ） 100%=% t —— 溫度，℃ 代入上式，得： C=（ %+ 35） =? 那么由此可得 D6 為： D6= GC(t1t2)/(Iλ )η = （ 8535） 247。 （ ） 95% =（ 4）將發(fā)酵段蒸汽衡算列于表 32。 表 32 發(fā)酵車間蒸汽衡算 生產(chǎn) 工序 日用蒸汽量 (t/d) 平均蒸汽用量 (t/h) 年用蒸汽量 （ t/a） 培養(yǎng)基滅菌 10512 加熱發(fā)酵醪 123567 空罐滅菌 1050 合計 135129 北京理工大學(xué)珠 海學(xué)院 20xx 屆 本科生畢業(yè)設(shè)計 10 發(fā)酵過程中的冷卻水耗量計算 已知發(fā)酵過程中的發(fā)酵熱為 6000 kJ/m3?h， 200 m3 的發(fā)酵罐一般裝料量為 180 m3（填充系數(shù)為 ），則 21QC)W tt? ?酵水（ = 8 60 00 18 0 8 (28 15 )???? =83077kg/h=已知 25 m3 的種子罐（填充系數(shù) ），裝料量為 m3 W 種子 = 6000 247。 [ (2815)]=8077kg/h=將發(fā)酵段水衡算列入表 33。 表 33 發(fā)酵車間冷卻水衡算表 生產(chǎn) 工序 平均耗水量 (t/h) 日耗水量 (t/d) 年耗水量 (t/a) 發(fā)酵罐用水 83077 種子罐用水 8077 58155 合計 91154 發(fā)酵過程中的無菌空氣耗用量的計算 （ 1）單罐發(fā)酵罐用無菌空氣量： 根據(jù)無菌空氣用量的計算公式： V=發(fā)酵罐體積 通氣速率 填充系數(shù) 已知：發(fā)酵罐體積為 200 m3 通氣速率為 填充系數(shù)為 60% 則： V=200 60%= m3/h （ 2）單個種子罐用無菌空氣量： 取種子罐的空氣消耗量為發(fā)酵過程空氣耗量的 25%, 則 : V=25%V=25% = m3/h （ 3）將發(fā)酵車間蒸汽衡算列入表 。 北京理工大學(xué)珠 海學(xué)院 20xx 屆 本科生畢業(yè)設(shè)計 11 表 34 發(fā)酵車間無菌空氣用量衡算表 設(shè)備 名稱 單罐每小時用氣量 (m3/h) 單罐每日用 氣量 (m3/d) 每罐每年用 氣量 (m3/a) 年總用 氣量 m3/a 發(fā)酵罐 155520 6220800 種子罐 38880 1555200 總用量 27 648 194400 7776000 北京理工大學(xué)珠 海學(xué)院 20xx 屆 本科生畢業(yè)設(shè)計 12 與 選型 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(yù)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。 調(diào)漿桶的選型 (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 =Vσ (m3) V 有效 設(shè)備有效容積 V流量 σ 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。 (φ V 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。 (6 70%)=(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）。 噴射加熱器的選型 為保證營養(yǎng)不被破壞取停留時間為 10s， 物料流速取 （ 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= 飽和蒸汽溫度 145℃，干飽和蒸汽熱焓 λ = 39。v =， 100℃飽和蒸汽熱焓量 I=100； D=Gc(t2t1)/(λ 1) =26900 (10050)247。 [ ()] = kg/h V 蒸汽 = 39。vD =(m3/h) 計損耗為 10%則 V 蒸汽 = =(m3/h) 北京理工大學(xué)珠 海學(xué)院 20xx 屆 本科生畢業(yè)設(shè)計 13 （ 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=vV 39。蒸汽=247。 （ 45 3600） = 102m2 直徑 d== = 取無逢鋼管 φ 231mm 3 則 φ 內(nèi)徑 =219mm， 可以滿足要求 （ 4）進料管直徑計算 : V 料 =， 物料流速取 (m2) d= 取無逢鋼管 φ 129mm 3，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 φ 144mm 3 則 φ 內(nèi)徑 =132mm可以滿足要求。 液化維持罐的選型 (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 σ =， 填充系數(shù)取 φ =80%，則維持罐總?cè)萘? V 維 =V 出 σ 247。 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 =2 π D3247。 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?： V 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。 板式換熱器的選型 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℃ 北京理工大學(xué)珠 海學(xué)院 20xx 屆 本科生畢業(yè)設(shè)計 14 醪液放熱 Q1=G1Cw(t2t1)= (10035)= 106kJ/h 設(shè)熱損失為 4%則實際傳熱為 Q1180。=Q1 96%= 106kJ/h ② 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/h ③ 求平均溫差 ? t； 液化醪 35℃ ? 100℃ 冷水 18℃ ? 50℃ 17℃ 50℃ △ t=1750ln 1750?=℃ ④螺旋板式換熱器面積 F: 取 K=1200 (m2 ℃ ) 則 F= Q2/K△ t= 6?? ? = m2 （ 2）根據(jù)以上計算，選用 F=12 m2 的換熱器一套。 北京理工大學(xué)珠 海學(xué)院 20xx 屆 本科生畢業(yè)設(shè)計 15 發(fā)酵罐的選型 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(fù)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。 發(fā)酵罐容積和臺數(shù)的確定 （ 1）發(fā)酵初糖濃度： 由前面的計算可知，發(fā)酵液中檸檬酸的含量為 t/d，則根據(jù)： 6 12 6 6 8 7C H O C H O? 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： 現(xiàn)每天產(chǎn) %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 。 每天產(chǎn)純度為 %的檸檬酸 306t，每噸 100%的檸檬酸需糖液 m3； V 糖 = 306= 設(shè)發(fā)酵罐的填充系數(shù) ? 90%? ，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： 北京理工大學(xué)珠 海學(xué)院 20xx 屆 本科生畢業(yè)設(shè)計 16 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1N 。 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： 200 13% 95% 98%= 發(fā)酵罐所需個數(shù) = *24日 產(chǎn) 量 操 作 周 期每 臺 設(shè) 備 產(chǎn) 量= 306 24? = 取公稱容積 200 m3 發(fā)酵罐 40 個； 每日投（放）罐次： 306247。 = 圓整到 13 次，日運轉(zhuǎn) 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： 13 300247。 =； 富裕量： () 247。 =%，能滿足產(chǎn)量要求。 主要尺寸的計算 （ 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+π 247。 24 D3 2＝ 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 全V ： V’全 =V 簡 +2V 封 = 2D+(π 247。 24)D3 2+ = 52 10+π 53 2247。 24+ 52 = m3=230 m3 V’全 =V 全 發(fā)酵罐冷卻面積的計算 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：