【正文】 冷凍、空壓及其它3684000368累計154131708815256.5 發(fā)酵罐及其附屬設(shè)備由發(fā)酵罐及其附屬設(shè)備組成的發(fā)酵工段中，發(fā)酵罐是主要設(shè)備，其他為附屬設(shè)備。罐體是由圓柱形中部及橢圓形或碟形封頭焊接而成的封閉式受壓容器，其材料為碳鋼或不銹鋼，對于大型發(fā)酵罐還可用內(nèi)襯不銹鋼板(2～3mm)或復(fù)合板。 罐體罐體是由圓柱形中部及橢圓形或碟形封頭焊接而成的封閉式受壓容器，其材料為碳鋼或不銹鋼，對于大型發(fā)酵罐還可用內(nèi)襯不銹鋼板(2～3mm)或復(fù)合鋼板。 罐體主要尺寸比例機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐體有關(guān)尺寸符號規(guī)定如下： H：罐體總高 H0：圓柱形高 D1：攪拌器葉徑C：橢圓形高HL：液高 D：罐內(nèi)徑根據(jù)經(jīng)驗，罐體越長，氧利用率越高，但考慮罐穩(wěn)定性及其它因素，罐體不宜過長。根據(jù)工廠及設(shè)計部門一般采用比例尺寸和本人計算總結(jié)規(guī)定本罐各量比例如下： H/D= H0/D= D1/D= C/D= B/D= HL/D= 罐的容積計算V總=V0+2V1 (m3) 式中： V0—圓柱形部分體積(m3) V1—上、下封頭體積(m3)V0=D2H0V1的計算 本人設(shè)計此罐，用橢圓形作為本罐封頭 形封頭(底蓋)V1計算。 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭：a=2b(長軸等于短軸的二倍)， h== 以 V1=D2y+D2h=D2(y+) (m3) 式中：y——直邊高度(m)，參考取值為50mm罐的總?cè)莘e計算式V總=D2H0+D2(y+) =D2[H0+2(y+)) (m)因為V總=200m3，所以上式解為：200=+解得： D=(m)則： H=(m) H0=(m) D1=(m) C=(m) B=(m) HL=(m)罐的有效容積(V有效)罐的有效容積可理解為罐的實際裝料容積，她等于罐的總?cè)莘eV總乘罐的裝滿系數(shù)(η)即：V有效=V總η η——裝滿系數(shù)()罐的公稱容積所謂公稱容積是指罐的圓柱體部分容積，其值為整數(shù)，一般不計入封頭的容積，平常所說的多少容積的發(fā)酵罐是指罐的公稱容積。a. 罐壁厚度的計算選試水壓力P=(表壓)取C=，φ=，當(dāng)材料為A3鋼板時，(查表)取[σ]=120 Mpa。壁厚度公式：S壁=pD/2[σ] φ+C(cm)將上面數(shù)據(jù)代入上式中得：S壁= +=(cm) 蓋厚度公式： S蓋=PDy/2[σ] φ+C(cm) =+=(cm)b. 罐的數(shù)量計算 料衡算的原則，對于一定的生產(chǎn)能力，所需發(fā)酵罐的個數(shù)(N)可用下式算出： N=nV1/ηV2+1(個)式中：n——每個發(fā)酵周期相當(dāng)?shù)奶鞌?shù)[周期(小時數(shù))/24]=38/48 η——發(fā)酵罐的裝滿系數(shù)() V1——每個發(fā)酵罐的總?cè)莘e(m3)=200m3 V2——每天需要生產(chǎn)的發(fā)酵液量(m3/天) V2的計算：V2=G1/ω G2——每天計劃純味精(100%)的重量(kg/天) ω——每天3發(fā)酵罐容(有效)每批(次)產(chǎn)味精量[kg/m3批(次)] ω=1000發(fā)酵產(chǎn)酸%提取收率%精制收率%(1倒罐率%)式中：1000是容積轉(zhuǎn)換系數(shù)1m3=1000L，(假設(shè)1L為1kg，即比重為1)，()。計算得下： G2=163625kg/d ω=10009%89%94%()= V2= N= ()/200+1=29(個) 攪拌器和擋板 攪拌器（1） 類型比例味精生產(chǎn)發(fā)酵罐普遍采用六漿葉渦輪式攪拌器，漿葉形狀有3種。分別是：平葉，彎葉，箭葉。本人選用平葉式。六平葉式渦輪漿式攪拌器被稱為標(biāo)準(zhǔn)型攪拌器，其攪拌液體循環(huán)量較大，攪拌消耗功率也較大。尺寸比例： 葉徑(D1)==(m) 葉長(L)= D1=(m) 盤徑(d1)= D1=(m) 葉高(B)==(m) D1:d1:B:L=20:15:4:5（2） 攪拌功率計算發(fā)酵罐的攪拌功率不僅是選擇電動機(jī)的依據(jù)，也是確定溶氧量的主要指標(biāo)，同時又是比擬放大設(shè)計時的基礎(chǔ)依據(jù)，在通風(fēng)情況下比不通風(fēng)情況下的攪拌率有所降低。通常，首先確定不通風(fēng)情況下的攪拌功率，然后再按照通風(fēng)的條件予以減少。a. 不通風(fēng)情況下攪拌功率的計算 不通風(fēng)情況下攪拌功率的大小隨液體的性質(zhì)，攪拌器的形式和罐的結(jié)構(gòu)尺寸而不同。經(jīng)過大量的科學(xué)實驗和生產(chǎn)實踐，不通風(fēng)情況下的攪拌功率可用下面的經(jīng)驗公式進(jìn)行計算： N=φn3D5ΡN1 式中： N——不通風(fēng)情況下的攪拌功率(W) φ——攪拌器的組數(shù)(取2組) n——攪拌器的轉(zhuǎn)速(r/s) D1——攪拌器的直徑(m) ρ——攪拌液的密度(kg/m3) N1—— 攪拌功率準(zhǔn)數(shù)(簡稱功率準(zhǔn)數(shù))，它是攪拌雷諾準(zhǔn)數(shù)Re的函數(shù)當(dāng)Re=nD12ρ/μ﹥10000時，N1是一個只與攪拌器形式有關(guān)的常數(shù)：六平葉形式渦輪漿的N1值= D1=(m) 取轉(zhuǎn)速n=140r/min 液體黏度μ= ρ=1060kg/m3解得：Re=nD2ρ/μ=[(140/60)1060] 103/=107﹥10000(湍流)根據(jù)通風(fēng)公式：Nr=解得：Nr=2(140/60)31060=2156462(W)b. 啟動功率攪拌器在啟動時要克服轉(zhuǎn)動機(jī)件和液體的慣性，所以啟動功率比正常轉(zhuǎn)時所需功率要大得多，以往在設(shè)計時往往選用較大的電動機(jī)，根據(jù)有關(guān)的實驗表明：啟動功率僅與攪拌器型式，轉(zhuǎn)數(shù)和啟動時間有關(guān)。啟動時間的長短是由電動機(jī)的大小和轉(zhuǎn)動需要功率的大小來決定的，只要電動機(jī)能滿足轉(zhuǎn)動時的負(fù)荷，在啟動時不會過載，所以只須按照攪拌功率選用所需電動機(jī)就了，對于較大的電動機(jī)要采用啟動器以延長時間。（3） 攪拌器的間距a. 最低一組攪拌器距離底的距離(s) S===(m) 式中：D1——攪拌器直徑b. 二組攪拌器之間的間距 S1=()/2=(m) 式中：HL——液體深度。 檔板檔板的作用是改變液體的方向，由徑向流改為軸向流，促使液體激烈翻動，增加溶解氧。豎立的蛇管，列管，排管，也可以起擋板作用，本人選用列管，所以在此不用設(shè)擋板。 空氣分布裝置現(xiàn)在普遍采用的空氣分布裝置是單管式空氣分布裝置，向下的管口與罐底的距離約30～60mm，為了防止分布管吹入的空氣直接噴擊底部，加速罐底腐蝕，在分布裝置的下部裝置不銹鋼的分散器，可延長罐底的壽命。單管管徑由下式計算確定 d= (m)式中：Q——通風(fēng)量(，20 oC) p——出口壓力=罐壓+ Z——液柱高度(m) t——發(fā)酵液溫度(oC) ω——空氣流速，取20m/s解得：d= (m) 罐的換熱裝置 罐的換熱裝置的形式罐的換熱裝置有三種形式，分別是：（1） 夾套式換熱裝置：其優(yōu)點為結(jié)構(gòu)簡單，加工容易，罐內(nèi)無冷卻設(shè)備，死角小，有利于發(fā)酵等。缺點為傳熱壁厚，冷卻水流速低，發(fā)酵時降溫效果差，要是發(fā)酵時不好控制溫度。（2） 豎式蛇管換熱裝置：其優(yōu)點為冷卻水在管內(nèi)流速大，傳熱系數(shù)高，用水量小等。缺點為在高溫地區(qū)，冷卻用水溫度較高，則發(fā)酵時降溫困難，影響發(fā)酵生產(chǎn)率，因此用冷凍水或冷凍鹽水，這樣就增加了設(shè)備的成本。（3） 豎式列管(排管)換熱裝置：其優(yōu)點為加工方便，適用于高溫，水源地區(qū)等。缺點為傳熱系數(shù)較蛇管低，用水量較大。 換熱面積的計算 F=Q總/K tm(m)式中： Q總——主發(fā)酵期發(fā)酵液每小時放出最大的熱量(kJ/h) K ——換熱裝置的傳熱系數(shù)[kj/(m2hk)] tm——平均溫度差(oC) 設(shè)夏天主發(fā)酵每小時升溫t=12 oC，發(fā)酵液比熱C=[kj/(kgK)] Q總=GCt =140106012 =7069776(kj/h) 設(shè)采用深井水進(jìn)行冷卻，水溫從10 oC進(jìn)20 oC出，發(fā)酵液溫度控制不超過36 oC則 ：tm=[(t－t1)－(t－t2)]/ln = = 總傳熱系數(shù)取K =450[kj/(m2hk)] 傳熱面積： F=Q總/K tm=7069776/(450)=(m2)這個面積較大，為了減少列管冷卻面積，夏天在主發(fā)酵時可考慮外淋冷卻，其冷卻效果相當(dāng)列管的50%，現(xiàn)圓筒表面積為： F圓筒=πDH0 = =143(m2)相當(dāng)列管面積：14350%=(m2)發(fā)酵罐內(nèi)列管實際面積：=(m2)選冷卻管徑的外徑φ=65mm，則管長：L=== (m)如果把列管分為4組，則每組長：==147(m) 軸封裝置，聯(lián)軸器和軸承 軸封裝置軸封的作用是使罐頂或罐底與攪拌軸之間的縫隙加以密封，防止泄露和污染雜菌?，F(xiàn)在普遍使用端面軸封結(jié)構(gòu)。實踐證明：端面軸封具有清潔、密封性能好、無死角，摩擦損失小以及軸無磨損現(xiàn)象等優(yōu)點，是一種適用于密封要求畫稿的發(fā)酵罐攪拌軸的密封方法。常用的端面軸封結(jié)構(gòu)見339，這是一種單端面外置式不平衡型端面軸封裝置，轉(zhuǎn)動部件的密封是由一對摩擦副接觸處的緊密性來保證，摩擦副一般采用硬質(zhì)合金(也有用青銅和不銹鋼，但較易磨損)與不銹性石墨組成硬質(zhì)合金堆難焊于隨軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動環(huán)上，接觸面需磨光至△8以上，不透性石墨一般作為靜環(huán)。兩接觸面的蜜蜂需要有一定的壓力。完全由彈簧來保證這種壓力的叫做不平衡型，利用罐內(nèi)壓力來抵消本身的壓力而僅由彈簧產(chǎn)生密封壓力的叫平衡型。平衡型端面軸封的使用壓力要比不平衡型大，因為發(fā)酵罐的操作壓力一般≤，所以一般采用不平衡型就可以了。彈簧的作用很重要，安裝是彈簧的壓力必須調(diào)整均勻，不然受力不均勻引起泄漏。壓力過大則石墨密封環(huán)磨損太快，并會發(fā)生都過熱等不正?，F(xiàn)象。端面密封目前還沒有完整的計算方法，一般是選用經(jīng)驗值或者是近似值計算，下面分別討論其基本構(gòu)件。（1） 環(huán)和靜環(huán) 有動環(huán)和靜環(huán)所組成的摩擦副是機(jī)械密封最重要的元件。動環(huán)和靜環(huán)是在介質(zhì)中做相對旋轉(zhuǎn)摩擦滑動，由于摩擦生熱，磨損和泄漏等現(xiàn)象，因此摩擦副設(shè)計應(yīng)使密封在約定的條件下，工作負(fù)荷最輕，密封效果最好，使用壽命最長。動環(huán)的材料可用鑄鐵、硬質(zhì)合金、高合金鋼管等，靜環(huán)最常用浸漬石墨或填充聚四氟乙烯。動靜環(huán)要保持一定的浮動性，使之摩擦損耗后仍能保持摩擦面的緊密配合。為此動環(huán)與軸間應(yīng)留有一定的空隙，便于動環(huán)的軸向移動?！?mm，靜環(huán) 內(nèi)徑較軸徑大1～2mm，動環(huán)的端面寬度應(yīng)比靜環(huán)大13mm。端面表面光潔度，對硬質(zhì)材料取△10～△11，對軟質(zhì)材料取△8～△9比較適合。（2） 簧加荷裝置 彈簧加荷裝置的作用是產(chǎn)生壓緊力，使動靜環(huán)面壓緊接觸，保證密封。一般軸徑￠28mm的情況下采用多彈簧結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點是壓力勻稱；軸徑￠22mm的采用單彈簧，其結(jié)構(gòu)簡單。彈簧座靠旋緊定螺釘固定在軸上，用來支撐彈簧。傳送扭具。彈簧壓板用來承受壓緊力，壓緊靜密封元件，傳動扭具帶動動環(huán)。（3） 輔助密封元件輔助密封元件有動環(huán)及靜環(huán)密封圈，用來密封動環(huán)和軸及靜環(huán)與靜環(huán)座之間的縫隙。動環(huán)密封圈隨軸一齊旋轉(zhuǎn)，故與軸和動環(huán)是相對靜止的。靜環(huán)密封圈是完全靜止的。輔助密封元件有“O”形，“V”形，矩形等多種形式。常用的動環(huán)密封圈為“O”形環(huán)，常用的靜環(huán)密封圈為平橡膠墊片。 聯(lián)軸器和軸承發(fā)酵罐攪拌軸較長，而且軸徑是隨著扭矩大小有所變化的，為了加工，安裝，檢修方便，攪拌軸一般作成二節(jié)或三節(jié)，節(jié)與節(jié)之間用聯(lián)軸器連接起來。常用的聯(lián)軸器有鼓形及夾殼型兩種，小型發(fā)酵罐可采取法蘭將攪拌軸連接。為了使攪拌軸轉(zhuǎn)動靈活和減少震動，需要在軸上裝上軸承，一般上軸承采用滾動軸承(有的廠采用圓錐滾子軸承)，中型發(fā)酵罐一般在罐內(nèi)裝有底軸承，而大型發(fā)酵罐還裝有中間軸承，底軸承和中間軸承的水平位置都要求能適當(dāng)調(diào)節(jié)。中間軸承是安裝在罐內(nèi)的，可用結(jié)構(gòu)簡單不需家潤滑又能防腐的滑動軸承，一般可用硬木軸瓦或塑料軸瓦(如石棉酚醛塑料，聚四氯乙烯等。)軸瓦與軸之間的間隙要取的稍大一些，以適應(yīng)溫度差的變化，～%。底軸承可采用止推軸承，裝在軸的最下端，用支撐件加以固定。與罐內(nèi)軸承接觸處的軸頸極易磨損，尤其是低軸承處磨損更加嚴(yán)重，可以在與軸承接觸處的軸上添加一個軸套，用緊定螺釘與軸固定，這樣僅磨損軸套而軸不會磨損，檢修時只要更換軸套就可以了。 消 泡 裝 置谷氨酸發(fā)酵時會生成許多的泡沫浮在液面上，為了消除泡沫，除加消泡劑進(jìn)行消泡外，還要在發(fā)酵罐的攪拌軸上端裝有打泡器，位于液面略高之地方，其作用也是為了消泡(打碎泡沫)，常用的打泡器有梳齒式和耙式，～。 傳 動 裝 置小型發(fā)酵罐由于攪拌轉(zhuǎn)速較高，可采用電動機(jī)與攪拌軸直聯(lián)的方式，而大多數(shù)中型發(fā)酵罐均須減速。減速裝置可采用三角皮帶傳動、圓柱或螺旋圓錐齒輪減速傳動機(jī)等。齒輪減速機(jī)的傳動效率較高，但加工、安裝精度要求高。三角皮帶傳動最為簡易?？筛鶕?jù)具體情況選用合適的減速裝置。 溶氧速率和溶氧系數(shù) 溶氧系數(shù)的計算溶氧系數(shù)通常都是由實驗來測定的。測定的方法很多，最早的是亞硫酸鹽氧化法，用亞硫酸鹽氧化法測定的溶氧系數(shù)叫做亞硫酸鹽氧化值，以Ki表示，我國某科研單位經(jīng)多次實驗，將操作條件與Ki值整理成函數(shù)關(guān)系式，得出機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐的Ki可用下面經(jīng)驗公式計算： 六平葉渦輪攪拌器： Ki=107()(W) 式中：Ki——溶氧系數(shù)(亞硫酸鹽氧化值)[mol/(mLmin大氣壓) N——通風(fēng)時的攪拌功率(kgm/s) V——發(fā)酵罐的液體體積(m3