【正文】 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(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： do= n= *10*8? = 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 17 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 長(zhǎng) Lo 和管組高度： Lo=247。 8= 另需連接管 8m:L 實(shí) =+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 1m3，則總占有體積： V 總 =V 液 +V 容 +V 附件 =++1= 由前可知， V 封頭 =п D3/24+ = 247。 24+ 2 = 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=8410400=8010mm 則一圈管長(zhǎng)： l=2l+lo=2 8721+1256= 每組管子數(shù) no=Lo/l=247。 =(圈 )，取 no=10（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 [15]。 發(fā)酵罐壁厚的計(jì)算 （ 1） 確定發(fā)酵罐的壁厚 S 18 2[ ]PDSCP????? mm 式中： P— 設(shè)計(jì)壓力，取最高工作壓力的 倍，現(xiàn)取 P=。 D— 發(fā)酵罐內(nèi)徑， 6300mm [? ]— 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= 6300247。 （ 2 ） +0. 5= 選取 11mm 厚不銹耐酸鋼。 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= 6300247。 （ 2 ） += 選 取 13mm 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= *10? ==147mm 取無(wú)縫鋼管 Φ 133 4， d 內(nèi) =147mm110mm 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 ～19 ，為常溫 20℃ ， 下的情況，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： D 氣 = F= =，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= 102m/s 流速 V=1m/s 管道截面積 F= = 102m2 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= 102247。 102= 倍 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。 貯罐選型 發(fā)酵成熟醪貯罐 根據(jù)化工原理貯罐類設(shè)計(jì)原則，便于計(jì)量和清洗，不宜多，一般不超過(guò) 3 支本設(shè)計(jì)根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模的需要，選擇 1 支發(fā)酵成熟醪貯罐。（采用蒸汽直接加熱，裝料系數(shù)取 ）。 則有： V=m/ρ =247。 =2445m3/d， V 總 =V/η =2445247。 =3493 m3/d 分三班運(yùn)做，則 V 每天 =1164，取筒徑高比 H=2D，有： V1=V 簡(jiǎn) +V 封 = D2 2D+П D3247。 24=1164， D= 取整 D=9m，則 H=2D=18m， V 實(shí) = 93+ 93=V1，滿足要求。 硫酸銨貯罐 按前計(jì)算，硫酸銨總量按對(duì)接種量質(zhì)量比 %，得硫酸銨用量： G=， 流加硫酸銨溶液為 40%，最終重度為 5kg/m3。 20 （ 1）則每天用硫酸銨溶液體積為 V= 103247。 (40% 5)=175 m3 取 η =70%，則有 V 總 =V/η =175247。 70%=250 m3 （ 2）計(jì)劃硫酸銨溶 液制備滅菌工作安排三班作業(yè)，每班配制硫酸銨溶液，占全天使用量的 1/3，則每支罐體積為 V1=V 總 /3=250247。 3= （ 3）滅菌所需熱量由內(nèi)列管提供。取 H=2D，有： V1=2 +π D3/24= m3 3 / ? ? ? 圓整到推薦的系列值，取 D= m， H= m 則 V 實(shí) = + = m3V1，滿足要求。 （ 4）材料的選擇 根據(jù)硫酸銨的濃度、溫度及腐蝕性，本設(shè)備選用不銹鋼制作。 其他設(shè)備都作為輔助設(shè)備要根據(jù)生產(chǎn)能力，按物料衡算結(jié)果進(jìn)行選型?，F(xiàn)將發(fā)酵車(chē)間所選設(shè)備結(jié)果見(jiàn)表 5： 21 結(jié)論 ： 本設(shè)計(jì)在了解國(guó)內(nèi)外檸檬酸發(fā)酵業(yè)生產(chǎn)、發(fā)展概況之后，通過(guò)分析、比較，初步確定了設(shè)計(jì)方案。我國(guó)檸檬酸原料來(lái)源豐富，又有世界上獨(dú)特的發(fā)酵技術(shù)，工藝簡(jiǎn)單，故選擇以薯干粉為原料，采用黑曲霉，通過(guò)深層液體發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸。 產(chǎn) 萬(wàn)噸檸檬酸發(fā)酵車(chē)間需發(fā)酵罐 12 個(gè)，每個(gè)發(fā)酵罐 400m3；配對(duì) 50 m3 的種子罐6 個(gè)。 產(chǎn) 162t 無(wú)水 檸檬酸，年產(chǎn) 48600t；年產(chǎn)副產(chǎn)品 993t，年耗薯干粉 。年 耗淀粉 ，每年消耗α 淀粉酶 ，每年發(fā)酵醪量為 ，每年接種量為。噴射加熱器耗熱為 1350322kj。 于熱量計(jì)算，得到淀粉漿中含水量為 %，淀粉濃度為 %，淀粉漿的比熱容為 kJ/kg K? 。每天培養(yǎng)基滅菌用蒸汽量為 ，檸檬酸水溶液的比熱容為 kJ/kg K? 。每年培養(yǎng)基滅菌消耗蒸汽量為 ；每年加熱發(fā)酵醪需要 蒸汽量為，空罐滅菌用蒸汽量為 。每年發(fā)酵罐用水 ，每年種子罐用水 。每年每個(gè)發(fā)酵罐用無(wú)菌空氣 311040(m3/a)， 12 個(gè)總共每年需要41057280(m3/a)，每年每個(gè)種子罐用無(wú)菌空氣 77760(m3/a)， 6 個(gè)每年用無(wú)菌空氣5132160(m3/a)。 于發(fā)酵罐，計(jì)算知發(fā)酵初唐濃度為 %，每天需要發(fā)酵罐總?cè)莘e 453m3。其中發(fā)酵時(shí)間 66h，發(fā)酵操作時(shí)間 75h。實(shí)際產(chǎn)量驗(yàn)算知富裕量為 %。 22 參考文獻(xiàn) [1] 吳思方：《 發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論》 [M]，中國(guó)輕工業(yè)出版社 1995，第 35176 頁(yè) . [2] 吳思方：《 生物工程工廠設(shè)計(jì)概論》 [M]，中國(guó)輕工業(yè)出版社 2021，第 41166 頁(yè) . [3] 王福源：《現(xiàn)代食品發(fā)酵技術(shù)》 [M]，中國(guó)輕工業(yè)出版社 1998，第 1205 頁(yè) . [4] 梁世中：《生物工程設(shè)備》 [M]，中國(guó)輕工業(yè)出版社 2021，第 130148 頁(yè) . [5] 胡紅波：《生物工程產(chǎn)品工藝學(xué)》 [M]，高等教育出版社 2021，第 3745 頁(yè) . [6] 金其榮等：《 有機(jī)酸發(fā)酵工藝學(xué)》 [M]，中國(guó)輕 工業(yè)出版社 1987，第 65156 頁(yè) . [7] 王博彥等：《發(fā)酵有機(jī)酸生產(chǎn)與應(yīng)用手冊(cè)》 [M]，中國(guó)輕工業(yè)出版社 2021，第 78136 頁(yè) . [8] 趙軍等：《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》 [M]，化工工業(yè)出版社 2021，第 64189 頁(yè) . [9] 蔡繼寧等：《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》 [M]，化工工業(yè)出版社 2021，第 45125 頁(yè) . [10]Papagianni, . Mattey, and B. Kristiansen. 1994. Morphology and citric acid production of Aspergillus niger PM1. Biotechnol. Lett. 16:929– 934. [11] Yigitoglu, B. McNeil. 1992. Ammonium and citric acid supplementation in batch cultures of Aspergillusniger B60. Biotechnol. Lett. 14:831– 836. 23 附錄 1 工藝流程圖 24 附錄 2 發(fā)酵罐25 課 程 設(shè) 計(jì) 教 師 評(píng) 語(yǔ) 教師（簽名）： 年 月 日