【導(dǎo)讀】本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)是年產(chǎn)4500噸堿性蛋白酶發(fā)酵工段工藝設(shè)計(jì)。在現(xiàn)代食品工業(yè)中,酶的應(yīng)用幾乎涉及到食品加工的各個(gè)領(lǐng)域。日益廣泛的應(yīng)用,經(jīng)濟(jì)效益顯著。蛋白酶是水解蛋白質(zhì)肽鏈的一類酶的總稱,而。動(dòng)植物及微生物中[1]。設(shè)計(jì)中首先根據(jù)參考資料選定了堿性蛋白酶發(fā)酵生產(chǎn)的具。無菌空氣和蒸汽等的消耗量。然后對主要設(shè)備進(jìn)行計(jì)算和選型，得出發(fā)酵罐、種。求確定罐的附屬設(shè)備和輔助設(shè)備以及發(fā)酵過程中的優(yōu)化控制。廠的車間布局，提出了相應(yīng)的公用工程、安全衛(wèi)生與環(huán)境保護(hù)等輔助工藝。徑，使之生產(chǎn)出符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的生物產(chǎn)品。對發(fā)酵產(chǎn)量的影響，以及發(fā)酵生產(chǎn)中節(jié)能減排高產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)。堿性蛋白酶是目前市場上流行的洗滌添加劑，能大幅度提高洗滌去污能力，配伍性，延長了保質(zhì)期。堿性蛋白酶在配置洗滌劑中，50℃時(shí)，除去蛋白。酶作為生物催化劑，在許多化學(xué)反應(yīng)中具有不可低估的作用。

　　

【正文】 ? ? ? 用電量的計(jì)算 發(fā)酵罐用電量 發(fā)酵罐電機(jī)的額定功率為 55KW，故發(fā)酵罐的 單 批次用電量為 55 56 6=18480(Kwh ) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 31 年用電量 18480 117=10 6(Kwh ) 種子罐用電量 種子罐電機(jī)的額定功率為 37KW，故種子罐的 單 批次用電量為 3712 2=888(Kwh ) 年用電量 888 396= 10 ( )KW h?? 補(bǔ)料罐用電量 補(bǔ)料 罐電機(jī)的額定功率為 110KW，故種子罐的 單 批次用電量為 110 561= 6160(Kwh ) 年用電量 6160 117= 10 ( )KW h?? 泵的用電量 根據(jù)補(bǔ)料泵、氨水泵、油泵、泡敵泵、鹽酸泵選型中電機(jī)功率及軸功率計(jì)算用電量的 照明、監(jiān)控室及其他 取 20Kwh 則 年 用電量為 ? ?2 0 2 4 3 3 0 1 5 8 4 0 0 Kw h? ? ? ? 年總用電量（取裕量系數(shù)為 ） ? ? ? ?61 .1 2 .1 6 1 0 3 5 1 4 6 8 7 2 0 7 2 0 1 5 8 4 0 0 Kw h? ? ? ? ? ? ? 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 32 第五章 典型設(shè)備 發(fā)酵罐 通用式發(fā)酵罐幾何尺寸比例關(guān)系如下： HD =， dD =12 13 ， WD =18 112 ,CD =, Sd = 式中： H— 筒身高度， m D— 罐徑， m W— 擋板寬度， m C— 下攪拌器距底間距， m S— 兩攪拌器間距， m h— 封頭高度， m HL— 液位高度， m 尺寸計(jì)算 發(fā)酵罐的 “ 公稱體積 ” 是指罐的筒身體積 Vc與 下 封頭體積 Vb之和。其中封頭體積可根據(jù)封頭形狀、直徑及壁厚從有關(guān)化工設(shè)計(jì)手冊中查得。 20 c b 4 bV V V D H V?? ? ? ? (51) 2246b b aV D h D h???? (52) 式中： ha— 封頭曲邊高度， m hb— 封頭直邊高度， m 對標(biāo)準(zhǔn)橢圓 ha =4D ,則發(fā)酵罐的公稱體積為 220 ()4 4 6b DV D H D h??? ? ? (53) hb相對于 D與 H很小，可忽略不計(jì)，故 230 4 2 4V D H D???? (54) 已知 V0=100m179。，取 H=2D,代入上式得 100=4? D22D +24? D3 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 33 得， D= 參考資料 （發(fā)酵工廠 吳思方） ，將直徑圓整到國內(nèi)常用發(fā)酵罐系列，取D=4000mm。 將直徑 D=4000mm代入下式，可計(jì)算筒身高度： 024bVVHD??? （ 55） 查表知公稱直徑 D=4000mm， ha =1000mm， hb =50mm， Vb= m179。則 022100 2 4( )bVVHmD??? ?? ? ?? 圓整后取 H=7300mm. 校核： 7300 ?? (符合： HD =) 即：發(fā)酵罐公稱體積為 101m179。，全容積為 110m179。，直徑為 4m。 罐體總高度： 0 2( ) 2 ( 1 ) ( )abH H h h m? ? ? ? ? ? ? ? 圓筒部分裝液量： 364 2 54 .98 ( )cbV V V m? ? ? ? ? ? 則圓筒部分液面高：22 ( )444cL VHmD???? ? ? ?? 發(fā)酵液體總高度： 4 .3 8 1 0 .0 5 5 .4 3 ( )L L a bH H h h m?? ? ? ? ? ? ? 發(fā)酵罐攪拌裝置及軸功率計(jì)算 攪拌裝置 發(fā)酵罐上常用的攪拌器是推進(jìn)式攪拌器和渦輪式攪拌器，這兩種攪拌器各有特色：推進(jìn)式攪拌器由于葉片的結(jié)構(gòu)，物料流向主要為軸向，出物料量大，整體混合程度好，所需功率小，但剪切力較小，對氣泡的細(xì)化和分散作用弱，在發(fā)酵中不利于氧的傳遞，因此渦輪 式攪拌器被大量地應(yīng)用于發(fā)酵罐中；但渦輪式攪拌器的功率消耗大，在相同條件下，渦輪式攪拌器的功率消耗是推進(jìn)式攪拌器的56 倍。根據(jù) 堿性蛋白酶 發(fā)酵工藝的需要，本設(shè)計(jì)采用六彎葉圓盤渦輪式攪拌器，可以有利于粉碎氣泡，強(qiáng)化氧的傳遞，以達(dá)到最佳混合效果。 攪拌器尺寸設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用六彎葉渦輪攪拌器，該攪拌器的各種尺寸與罐徑 D存在一定的比內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 34 例關(guān)系。將主要尺寸列舉如下： 攪拌器直徑 11 4 0 0 0 1 3 3 3 .3 3 ( )33d D m m? ? ? ? 葉寬 b== =(mm) 葉弦長 L== =(mm) 弧長 r== =500(mm) 底距 C== 4000=3200(mm) 盤徑 Φ== =1000 (mm) 葉距 S== =(mm) 彎葉板厚度 δ=12mm 攪拌軸功率計(jì)算 a) 不通氣條件下的攪拌功率 經(jīng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐總結(jié)功率準(zhǔn)數(shù)和攪拌雷諾準(zhǔn)數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系： ? ? 35N p f Re Pnd??? （ 56） 35pP N n d?? （ 57） 式中： Np— 攪拌功率特征數(shù) P— 攪拌功率， W n— 攪拌器轉(zhuǎn)速， r/s d— 攪拌器直徑， m ρ — 液體密度， Kg/m179。 查資料 [13]得，六平葉渦輪槳 Np= 六彎葉渦輪槳 Np= 六箭葉渦輪槳 Np= 攪拌轉(zhuǎn)速 n可根據(jù) 100m179。罐，攪拌器直徑 ，轉(zhuǎn)速 N=90r/min，以等 P0/V為基準(zhǔn)放大求得： 221 3321 .2 5( ) 9 0 ( ) 8 6 .3 5 ( / m in )1 .3 3dn N rd? ? ? ? 已知 ： n=， d=， ρ =1000Kg/m179。， Np= ∴ 3 5 3 54. 8 10 00 1. 44 1. 33 59 .6 5 ( )pP N n d Kw?? ? ? ? ? ? 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 35 此式根據(jù) 3Dd?， 3LHd ?， d?， 1hd?的條件求的， 由于發(fā)酵反應(yīng)器的3LHd ? ， 故實(shí)際反應(yīng) 器的攪拌功率可用式 (58)計(jì)算： ( ) ( )( ) ( )LLHDddPPHDdd?????實(shí) （ 58） 式中： Dd、 LHd為實(shí)際值， ()Dd?、 ()LHd ?為理論值均為 3。 ∴ 1 ( ) ( )3 LHDPPdd??實(shí) （ 59） 已知 D=4m， d=， HL=，代入式中得 1 4 5 . 4 3= 5 9 . 6 5 6 9 . 6 7 ( )3 1 . 3 3 1 . 3 3P K w? ? ?實(shí) 攪拌器層數(shù)的計(jì)算： 5 . 4 3 3 . 2 1 . 4 91 . 5LHcm S? ?? ? ? 取 m=2 當(dāng)發(fā)酵罐中裝入多層攪拌器時(shí)，軸功率可按下式估算： Pm=P實(shí) (+) （ 510） 式中： m— 攪拌器層數(shù) 則 Pm=(+ 2)=(Kw) b) 通風(fēng)條件下的攪拌功率 通風(fēng)條件下的攪拌功率可用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： ()g gP ndPKQ? （ 511） 式中 gP —— 通風(fēng)時(shí)的攪拌功率 Kw P —— 不通風(fēng)時(shí)的攪拌功率 Kw n —— 攪拌軸轉(zhuǎn)速 m/s d —— 攪拌器直徑 m gQ —— 通風(fēng)量 3/minm 已知 32 6 8 .8 0 4 4 .8 ( / m in )6gQm?? ， n= r/min， k 隨攪拌器形式不同而內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 36 不同 ， 對通用渦輪 攪拌器 k=。 則 23 1 1 . 4 7 8 6 . 3 5 1 . 3 30 . 1 5 7 ( ) 4 1 . 3 2 ( )4 4 . 8gP K w??? ? ? c) 電動(dòng)機(jī)功率的確定 TN PPP ???? （ 512） 式中： PN— 電動(dòng)機(jī)功率 Kw P′ — 攪拌器功率 Kw PT— 軸封裝置的摩擦損失功率 Kw η — 傳動(dòng)裝置的機(jī)械效率 一般端面軸封摩擦損失的功率?。?1%~2%） Pm，本設(shè)計(jì)取 2% Pm， 圓柱齒輪 減速傳動(dòng)時(shí) η 可 取 %，本設(shè)計(jì)取 98%。 則 4 1 . 3 2 2 % 1 1 1 . 4 7 4 4 . 4 4 ( )0 . 9 8NP K w???? 查資料 （化工工藝手冊 5220） ，選取電動(dòng)機(jī)功率為 45Kw，其型號(hào)為Y280S6 。減速機(jī)選用 LPJ 系列， 根據(jù)要求選用 LPJ600 系列。 發(fā)酵罐的換熱設(shè)備 發(fā)酵罐的傳熱裝置有夾套、內(nèi)蛇管和外盤管，一般容積為 5m179。以下的罐可用夾套為傳熱裝置，大于 10m179。的用蛇管、外盤管。 夾套的傳熱系數(shù)通常為 6301050KJ/(m2h℃) ，蛇管，外盤管的傳熱系數(shù)通常為 12601680 KJ/(m2h℃) [14]。 對于生產(chǎn)菌種發(fā)酵熱較大的發(fā)酵罐，當(dāng)安置外盤管傳熱面積仍不夠時(shí)，罐內(nèi)還要安置豎式蛇管來加大傳熱面積。 本設(shè)計(jì)采用豎式蛇管的冷卻裝置。 冷卻面積計(jì)算 用牛頓傳熱定律公式計(jì)算： mQF Kt? ?? (513) 式中： Q— 發(fā)酵罐待冷卻熱量， KJ/h K— 傳熱系數(shù)， KJ/(m2h℃) mt? — 兩流體傳熱時(shí)平均溫度差， ℃ 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 37 由前面計(jì) 算可知： Q= KJ/h， K 值取 1400KJ/(m2h℃) ，發(fā)酵溫度為 35℃ ，冷卻水進(jìn)出口溫度分別為 18℃ 、 28℃ 。 則 1212( 35 18 ) ( 35 28 ) 11 .3 6( )35 18l n( )ln 35 28mtttCtt? ? ? ? ? ?? ? ? ????? 則 25 7 3 4 9 0 . 9 5 3 6 . 0 6 ( )1 4 0 0 1 1 . 3 6mQFmKt? ? ?? ? ? 考慮到消毒后培養(yǎng)基冷卻等因素，乘以系數(shù) [18]，得 ： F 實(shí) == =(m2) 圓整為 40 m2 此時(shí) 40m179。發(fā)酵罐的可用傳熱外表面積 F′ 為： 24. 0 4. 38 55 .0 1 ( )LF D H m????? ? ? ? ? FF??實(shí) ，則可選擇內(nèi)部蛇管， 能滿足本設(shè)計(jì)要求。 進(jìn)水管總管直徑 按用水量大的 夏 季通水量計(jì)算。 冷卻水用量： W=冷卻水體積流量： 334 .5 5 4 .5 5 1 0 ( / )1000 ms? ?? ? ? 取冷卻水在管中流速為 v=冷卻管總截面積： 3 324 . 5 5 1 0= 5 . 6 9 1 0 ( )0 . 8Smv? ? ??? ? ?總 進(jìn)水總管直徑： 35. 69 10 0. 08 5 ( )44Sdm????? ? ?總總 查表 （ 吳思方 ） ，選取 Ф 108 4的 無縫鋼管 ，符合要求。 豎式蛇管設(shè)計(jì) （ 1） 冷卻管組數(shù)和管徑 204S nd??總 （ 514） 式中： S 總 — 冷卻管總截面積， m2 n— 豎式蛇管組數(shù) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)