【導(dǎo)讀】武漢東西湖興建年產(chǎn)10萬(wàn)噸檸檬酸廠的工藝設(shè)計(jì)

　　

【正文】 / m3 ? －醪液粘度， ? ＝ 3?? N s/ m2 將數(shù)代入上式，得： Rem ＝ 1050/ 103= 106104 視為 湍流 ，則攪拌功率準(zhǔn)數(shù) NP＝ ②計(jì)算不通氣時(shí)的攪拌軸功率 PO： PO180。＝ NPN3D5ρ 式中： NP－在湍流狀態(tài)時(shí)其值為常數(shù) N－攪拌器轉(zhuǎn)速，為 (r/s) D－攪拌器直徑，為 ρ－醪液密度，ρ＝ 1050kg/m3 代入上式得： PO180。＝ 1050＝ 四檔功率則為： PO＝ 4 PO180。＝ kW ③計(jì)算通風(fēng)時(shí)的軸功率 Pg： Pg＝ 2 33 0 .3 900 .0 82 .2 5 * 1 0 * ( )NDQP? kW 武漢東西湖興建年產(chǎn) 10 萬(wàn)噸檸檬酸廠的工藝設(shè)計(jì) 16 式中： PO－不通氣時(shí)的攪拌軸功率， P02 == 105 N－攪拌器轉(zhuǎn)速，為 80r/min D－攪拌器直徑 (cm)， D3 = 106= 106 Q－通風(fēng)量 (ml/min)，通風(fēng)比為 vvm=，取低限，如通風(fēng)量變大， Pg會(huì)小，為安全，現(xiàn)取 ，則： Q=200 106= 107 ＝ ( 710 ) ＝ Pg= 103 ( 105 80 106/)= ④求電機(jī)功率 P電 ： P 電 ＝ Pg247。 (η 1η 2η 3) 采用三角帶傳動(dòng) 1? ＝ ，滾動(dòng)軸承 2? ＝ ，滑動(dòng)軸承 3? ＝ ，端面密封增加的功率為 1％，代入公式數(shù)值得： P電 ＝ 247。 ( )＝ kW 查取合適電機(jī) 。 發(fā)酵罐設(shè)備結(jié)構(gòu)的工藝設(shè)計(jì) （ 1）空氣分布器 本罐使用單管進(jìn)風(fēng)，風(fēng)管直徑計(jì)算見(jiàn)后面的接管設(shè)計(jì)。 （ 2）檔板 檔板的作用是加強(qiáng)攪拌強(qiáng)度，促使液體上下翻動(dòng)和控制流型，防止產(chǎn)生旋渦而降低混合與溶氧效果。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(jī)械密封方式，處理軸與罐的動(dòng)靜問(wèn)題。 （ 4）冷卻管布置 豎式蛇管冷卻裝置。 ①求最高熱負(fù)荷下的耗水量 W：21()QW Cp t t? ?總 式中： Q 總 每 1 m3醪 液在發(fā)酵最旺盛時(shí)， 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 0總 ， 管 徑 d, 組 數(shù) 為 n, 則S 總 =n 冷卻水體積流量為 103 m3/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： ?總S = /v 式中： ? 冷卻水體積流量， 103m3/s v 冷卻水流速， 1 m/s 則有： S 總 = 103/1= 103m2 武漢東西湖興建年產(chǎn) 10 萬(wàn)噸檸檬酸廠的工藝設(shè)計(jì) 17 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(guò) 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；每圈管子的中心距為 ~ 外 ，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(zhuān)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(shí)際情況，取管徑。由上式得： Sd 30 ????? 查金屬材料表選取 476?? 無(wú)縫管， d內(nèi) ＝ 68 mm d0 ， d平均 ＝ 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(zhǎng)度： l0 ＝ D? ＝ 400＝ 1256 mm ③ 長(zhǎng)度 L 的計(jì)算： 冷卻管總面積 F＝ m2，無(wú)縫鋼管為 476?? ，每米的冷卻面積為 Fo= 1=(m2)，則 L=F/Fo=247。 = 冷卻管占有體積： V= = m3 ④ 長(zhǎng) Lo和管組高度： Lo=247。 8= 另需連接管 8m:L 實(shí) =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 罐內(nèi)附件占有體積為 m3，則總占有體積： V 總 =V 液 +V 容 +V 附件 =++= 由前可知， V 封頭 =п D3/24+ = 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(zhǎng)： lo=1256mm，兩彎管總高 400mm 則直管部分高度： h=H 管 400=8200400=7800mm 則一圈管長(zhǎng)： l=2l+lo=2 7800+1256=16856mm= ⑤每組管子數(shù) no=Lo/l=247。 =(圈 )，取 no=6（圈） 現(xiàn)取管間距為 外 = =，計(jì)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(shí)際傳熱面積： F 實(shí) =π d 平均 L 實(shí) = =F= 可滿足要求。 發(fā)酵罐設(shè)備材料的選擇 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(jì)性。有機(jī)酸發(fā)酵，考慮到對(duì)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(qiáng)等，必須使用加工性能好，耐酸腐蝕的不銹鋼，采用 1 18 9Gr Ni Ti 制作發(fā)酵設(shè)備。 武漢東西湖興建年產(chǎn) 10 萬(wàn)噸檸檬酸廠的工藝設(shè)計(jì) 18 發(fā)酵罐壁厚的計(jì)算 （ 1）確定發(fā)酵罐的壁厚 S 2[ ]PDSCP????? mm 式中： P— 設(shè)計(jì)壓力，取最高工作壓力的 ，現(xiàn)取 P=。 D— 發(fā)酵罐內(nèi)徑， 5000 mm [? ]— 不銹耐酸鋼的許用應(yīng)力； φ — 焊封系數(shù)，由 D=5000mm800mm，雙面對(duì)接焊局部探傷，取φ =； C壁厚附加量； C=C1+C2+C3 其中： C1 鋼板負(fù)偏量，視鋼板厚度查表確定，其范圍為 ，取 C1= C2為腐蝕余量，單面腐蝕取 1mm，雙面對(duì)接焊局部探傷，取 C2=0 C3加工減薄量，對(duì)冷加工 C3=0，熱加工封頭 C3=So 10%，現(xiàn)取 C3=0 C=+0+0= 則： S= 5000247。（ 2 ） +0. 5= 選取 10mm厚不銹耐酸鋼。 ⑵ 封頭壁厚計(jì)算 標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的厚度計(jì)算公式如下：2[ ]PDSCP????? 代入數(shù)得： S= 5000247。（ 2 ） += 選取 10mm厚不銹耐酸鋼。 發(fā)酵罐接管設(shè)計(jì) （ 1）接管的長(zhǎng)度 H設(shè)計(jì) 取接管長(zhǎng)度為 8 m。 （ 2）接管直徑的確定 該管實(shí)裝醪量 m3，設(shè) 5h空，則物料體積流量： Q=247。（ 3600 5） = 310? m3/s 發(fā)酵醪流量取 V=1m/s；則排料管截面積： F 實(shí) =Q/V= 103 m2 由 2物F = 得： 管徑 d=(F 實(shí) /)1/2= mm1 0 77 8 3 ?? 取無(wú)縫鋼管Φ 133 4， d 內(nèi) =125mm107mm 認(rèn)為適用 若接通風(fēng)管計(jì)算，壓縮空氣在 下，支管氣速為 20～ 25m/s，現(xiàn)通風(fēng)比 ～，為常溫 20℃， ，要折算到 ， 36℃狀態(tài)下，風(fēng)量 Q，取最大值， Q1= =利用氣態(tài)方程式計(jì)算工作狀態(tài)的風(fēng)量 Qf Qf= (247。 ) (273+35) 247。 (273+20)= Ff=Q/V=取風(fēng)速 V=25m/s，則風(fēng)管直徑： FD f ??? 武漢東西湖興建年產(chǎn) 10 萬(wàn)噸檸檬酸廠的工藝設(shè)計(jì) 19 因通風(fēng)管也是排料管，故取兩者中 的大值，取無(wú)縫鋼管Φ 133 4工藝要求。 （ 3）排料實(shí)踐復(fù)核：物料流量 Q= 103m3/s 流速 V=1m/s 管道截面積 F= = 103m2 在相同流速下，流國(guó)物料因管徑較原料計(jì)算結(jié)果大，則相應(yīng)流速比為： P=Q/FV= 103247。 103= 排料時(shí)間： T=5 = 發(fā)酵罐支座的選擇 對(duì)于 75 m3的發(fā)酵罐，由于設(shè)備重量較大，應(yīng)選用裙式支座。 種子罐的選型 種子罐的選型同發(fā)酵罐，采用機(jī)械攪拌通風(fēng)種子 罐。 種子罐容積和數(shù)量的確定 （ 1）種子罐容積的確定：接種量按 10%計(jì)算，則種子罐容積 V 種 為： V 種 =V 總 10%=230 10%=23 m3 式中： V總 —— 發(fā)酵罐總?cè)莘e（ m3）。 （ 2）種子罐個(gè)數(shù)確定：種子罐與發(fā)酵罐對(duì)應(yīng)上料。發(fā)酵罐平均每天上 13 罐，需種子罐 13個(gè)。種子罐培養(yǎng) 20h，輔助操作 8~10h，生產(chǎn)周期約 25h，因此，種子罐 13只就足夠。 種子罐主要尺寸確定 種子罐仍采用幾何相似的機(jī)械攪拌通風(fēng)罐。 H/D=2/1，則 種子罐總體積： 2V V V????總 封 筒 ；簡(jiǎn)化計(jì)算方程如： V’ 總 =2п D3/24+ 2D=23m3 整理后， 23DD?? → D= 圓整到推薦的系列尺寸，取 D==2400mm 則： H=2D=2 = 查相應(yīng)表得封頭高： H180。封 =650mm 罐體總高： H180。罐 =2 H180。封 +H180。簡(jiǎn) =2 650+5300=6600mm 查表選取橢圓封頭直邊高度： hb=40mm， S 封 = m2， V 封 = m3 圓筒容量： V180。簡(jiǎn) = 2D= 2 = m3 不計(jì)上封頭容積： V180。有效 =V180。封 +V180。簡(jiǎn) =2+= m3 校核種子罐總?cè)莘e： V180?？?=2 V180。封 + V180。簡(jiǎn) =2 2+2 = m3 比需要的種子罐容積 23 m3大，可滿足設(shè)計(jì)要求。 種子罐型號(hào)確定 由上述計(jì)算，選用容積為 30m3的機(jī)械攪拌通風(fēng)式發(fā)酵罐作為種子罐。 等電點(diǎn)罐型號(hào)的確定 由上述計(jì)算可知，應(yīng)選用容積為 30m179。的機(jī)械攪拌通風(fēng)式發(fā)酵罐作為種子罐。 （ 1）罐體尺寸 經(jīng)驗(yàn)上一般取等電點(diǎn)罐容積為發(fā)酵罐有效容積的 倍，即 VG=()VF 武漢東西湖興建年產(chǎn) 10 萬(wàn)噸檸檬酸廠的工藝設(shè)計(jì) 20 VG等電點(diǎn)罐的總?cè)莘e（ m3） VF發(fā)酵罐的有效容積 取 VG==*180=234(m3)取 VG=50m3 的五個(gè)，設(shè)罐為圓柱，底部略?xún)A斜，便于出料，并取H:D=:1 VG= 4 ?HD?D3 D= mD 33 ?? D=,H== = （ 2）壁厚 S= )(2 cmCPD ??? ?? 式中 P最大工作壓力或水壓試驗(yàn)壓力（ Pa，表壓） D圓錐殼體得內(nèi)徑（ cm） ??? 材料許用應(yīng)力（ Pa） ? 焊縫強(qiáng)度系數(shù) 取 C附件厚度 取 取水壓力 P=， C=， ? =，材料采用 A3鋼板，許用應(yīng)力 =120MPa S= )( cm???? ? （ 3）冷卻面積 熱量 Q=GC(t2t1)=VG? C(t2t1) 發(fā)酵液密度為 1050kg/m3,比熱 C= （ ）要求發(fā)酵液在 3h內(nèi)由 37℃降至 20℃，則需要的熱量為： Q=50 1050 (3720) = 106(KJ/h) 冷卻面積 F= )(2mtKQm??? 發(fā)酵液溫度內(nèi)由 37℃降至 20℃，冷卻鹽水溫度由 — 5℃升至 2℃ 1842124220 )5(37ln220)5(37ln2121 ?????????????????????nttttt m ℃ 取 K= 350{kJ/()} 冷卻面積 F= )( 26 mtK Q m ??? ??? 考慮罐體的散熱損失，取 F=29m2,冷卻管選用 ?? 不銹鋼管，冷卻管的平均直徑d= mmm 5057 ??? 管長(zhǎng) L= )( 5 3 mdF ??? ?? 取蛇管圈直徑為 ，則管圈數(shù) 武漢東西湖興建年產(chǎn) 10 萬(wàn)噸檸檬酸廠的工藝設(shè)計(jì) 21 h= 22. ??? ?? 圈dL （ 4）攪拌軸功率 35Re ndAN m ????運(yùn)轉(zhuǎn) 式中 ??ND2Re? 攪拌雷諾數(shù) d 攪拌器直徑 m