【正文】 mm 發(fā)酵罐 年 產(chǎn) 2020 噸色氨酸，日產(chǎn) ，采用公稱容積為 200 m3 機械攪拌發(fā)酵罐，其全 容積為 230 m3，裝料系數(shù) 70%，日發(fā)酵液量 97m3，每天應(yīng)出料罐數(shù) N=97247。 24 = m3 V= V筒＋ 2V封 =+2 = m3 V≈ V全 符合生產(chǎn)要求，可行。 2/3 式中 N2 —— 放大的攪拌器的轉(zhuǎn)速， r/min N1 —— 模型攪拌器的轉(zhuǎn)速 ， N1 = 110 r/min d1 —— 模型攪拌器的直徑 ， d1= m d2 —— 放大攪拌器的直徑， d = m 則該發(fā)酵罐的攪拌速度 N2 = 110（ ） 2/3 = r/min 密封方式 ： 雙面機械密封 空氣分布器 ： 該發(fā)酵罐使用的單管進風(fēng) 擋板 ： 因使用的是豎式蛇管冷卻，所以不設(shè)擋板 消泡漿 ： 圓盤放射式消泡漿 冷卻管布置 ： 使用豎式蛇管 冷卻裝置 豎式蛇管冷卻裝置設(shè)計 ： （ 1）最高熱負荷下的耗水量 w=錯誤 !未找到引用源。 取 n=12 帶入上式得： d= 查金屬材料表選 υ=45 無縫鋼管， d 內(nèi) =38 mm， d 平均 = mm 設(shè)蛇管 U型管曲徑為 300 mm，則兩直管距離為 600 mm，則兩彎管總長度 l=πD= 600=1884 mm (3) 冷卻管總長度的計算： 冷卻管的總面積為 m2，取無縫鋼管 υ= L=S/S0=冷卻管占有面積 V= = m3 取冷卻管組 n=12 （ 4）每組管長 l0： l0=L/n= 設(shè)備材料的選擇 ： 選用 A3碳鋼材料，可以降低設(shè)備費用 南通大學(xué)課程設(shè)計 26 發(fā)酵罐壁厚的計算 ： T= ? ?PPD???2+C1+C2 式中 T — 圓筒 的 設(shè)計厚度， mm P — 設(shè)計壓力， p= MPa Di — 圓筒的內(nèi)直徑， Di =5000 mm [σ] — 設(shè)計溫度下的圓筒材料的許應(yīng)用力， 128 MPa ? — 焊縫系數(shù)， C1 — 鋼板的厚度偏差， mm C2 — 腐蝕量， 1 mm 帶入上式的 T= 錯誤 !未找到引用源。 = mm 接管設(shè)計 ： （ 1）接管長度設(shè)計： 該發(fā)酵罐輸料管可以選擇不帶保溫層，根據(jù)管徑可取 h=150 mm （ 2） 接管直徑的確定： 根據(jù)流體力學(xué)方程。 = m2 A= 則排料管直徑為： d = 查表選取 Φ245x7 無縫管， d 內(nèi) =231 mm， d 平均 =238 mm 種子罐 . 種子罐容積和數(shù)量的確定 ： V 種 =V 液 4% =200 4% = 式中 V 液 —— 為發(fā)酵罐中發(fā)酵液的量 4%—— 接種量 取公稱容積為 10 m3的通用式發(fā)酵 . 種子罐個數(shù)的確定 種子罐與發(fā)酵罐對應(yīng)上料，發(fā)酵罐平平均每天上 2 罐需種子罐 3 個 ，其中 1 個備用 ，種子培養(yǎng)時間 12~20 小時，取 12 小時，輔助操作時間 8~10 小時生產(chǎn)周期約20~30 小時。 . 冷卻面積計算（采用夾套冷卻） 根據(jù)經(jīng)驗可知 色氨酸 的發(fā)酵熱高峰值大概為 104 KJ/(m3?h)，實際裝罐液 V液 =V 全ψ =10 70%=7m3，冷卻面積 A=Q/(K△ tm)： Q= 104 7= 104KJ/h 種子 液溫度 t1= ℃ ，冷卻水初始溫度為 t2=10 ℃，最終出口溫度為 t3=20 ℃ △ tm =((t1－ t2) －（ t1－ t3） )/ln((t1－ t2) /(t1－ t3)) 南通大學(xué)課程設(shè)計 28 =((－ 10) － (－ 20))/ln()= ℃ 發(fā)酵罐采取豎式蛇管換熱器 取 K= 500 kJ/(.℃ ) A= 104/( 500 )= m2 選用 A3碳鋼材料，可以降低設(shè)備費用 ： T= ? ?PPD???2+C1+C2 式中 T — 圓筒 的 設(shè)計厚度， mm P — 設(shè)計壓力， p= MPa D — 圓筒的內(nèi)直徑， D=1800mm [σ] — 設(shè)計溫度下的圓筒材料的許應(yīng)用力， 128 MPa ? — 焊縫系數(shù)， C1 — 鋼板的厚度偏 差， mm C2 — 腐蝕量， 1 mm 帶入上式的 T= 1800/(2 128 )++1= 橢圓形封頭厚度計算 ： Y = ? ?PPD ??? 式中 Y — 圓筒的設(shè)計厚度， mm P — 設(shè)計壓力， Mpa D — 圓筒的內(nèi)直徑， 1800 mm [σ] — 設(shè)計溫度下的許應(yīng)用力， 128 Mpa ? — 焊縫系 數(shù)， 將各數(shù)據(jù)帶入上式可得： Y = 1800/(2 128 )= 南通大學(xué)課程設(shè)計 29 ： 密封方式 ： 雙面機械密封 空氣分布器 ： 該發(fā)酵罐使用的單管進風(fēng) ： 因使用的是豎式蛇管冷卻，所以不設(shè)擋板 ： 圓盤放射式消泡漿 ： 使用豎式蛇管 冷卻裝置 . 攪拌器： 種子罐采用六彎葉渦輪攪拌器，它有公認的尺寸標準： 直徑 Di=~. 取 Di== = m 葉片寬度 h= Di= = 盤徑 φ = Di= = 弧長 r= Di= = m 葉弧長 l= Di= = m 攪拌器間距 ξ = Di= 底距 b=D/3=攪拌器的轉(zhuǎn)速：根據(jù) 50L 罐， 470r/min ,使用 p/v 為基準放大， 50L 罐 N1=470 r/min 攪拌直徑 Di=112 mm N2= N1（ D1/D2） 2/3 式中 N2 —— 放大的攪拌器的轉(zhuǎn)速， r/min N1 —— 模型攪拌器的轉(zhuǎn)速 ， N1 = 470 r/min D1—— 模型攪拌器的直徑， D1= m D2—— 放大攪拌器的直徑， D2= m N2 =470 （ ） 2/3 =165r/min 接管設(shè)計 ： 接管長度設(shè)計： 該種子罐輸料管可以選擇不帶保溫層，根據(jù)管徑可取 h=80 mm 南通大學(xué)課程設(shè)計 30 接管直徑的確定： 根據(jù)流體力學(xué)方程。 無菌空氣制備 空氣狀態(tài)確定： 廠區(qū)建在江浙一帶，年平均氣溫 20℃左右，設(shè)計空氣溫度 25℃，空氣濕度取 67%，壓強為 1kgf/cm2(絕壓 ) [17]。 設(shè)損失率為 10%，空壓機效率為 90%， 則總通風(fēng)量 Q 總 =300*。 系統(tǒng)的設(shè)備選型 . 采風(fēng)塔： H=30m， D=3m . 粗過濾器 ：介質(zhì)：棉花 活性炭，采用雙層油漆鐵網(wǎng)，外加一層泡沫塑料 . 空壓機 ： 4 臺 (1 臺備用 )，低噪音，無油螺桿壓縮機， EmeraudeALEv 型，排氣量 100m3/min，排氣壓力 4Mpa，電機功率 350kw . 空氣貯罐 ： 100m3，外有保溫層， H： D=， D=， H= . 冷卻器 ：一級冷卻選用 SL305 列管式換熱器，二次水走管路，空氣走殼程，二級冷卻選用 GLL560L 立式列管換熱器，以新鮮水為冷卻介質(zhì) . 旋風(fēng)分離器 ：選用螺旋頂蓋式旋風(fēng)分離器 . 加熱器 ：立式列管換熱器， 3kgf/cm2，走管路，空氣走殼程 . 總過濾器 ： 3 臺 YUDZ4 型 200~300 m3/min（ 1 臺備用） . 空氣過濾器 ：采用平板式纖維紙分過濾器，旋風(fēng)分離器 三效濃縮罐 三效濃縮設(shè)備技術(shù)參數(shù)、配置清單 一、工藝要求 名稱 參數(shù) 名稱 參數(shù) 物料處理量 10,000Kg/h 物料進入溫度 大于 50℃ 成品量 1， 400Kg/h 出料溫度 小于 25℃ 二、設(shè)計要求 名稱 參數(shù) 名稱 參數(shù) 名稱 參數(shù) 物料預(yù)熱溫度 95~100℃ 蒸發(fā)量 8， 600Kg/h 出料量 1,400Kg/h 空氣 預(yù)處理 壓縮 儲氣 絲網(wǎng)除霧 旋風(fēng)分離 二級冷卻 一級冷卻 空氣加熱 空氣總過濾 南通大學(xué)課程設(shè)計 32 Ⅰ效溫度 85~95℃ Ⅱ效溫度 74~80℃ Ⅲ效溫度 50~55℃ 三、設(shè)備主要技術(shù)參數(shù) 名稱 參數(shù) 名稱 參數(shù) 設(shè)備型號 SRN09Ⅲ (三效 ) 耗電量 35KW 冷卻塔水耗量 125t/h 冷卻水管徑 ￠ 158 板片材質(zhì) SUS304 物料管道材質(zhì) SUS304 物料進出口徑 ￠ 38/51 介質(zhì)進出口徑 ￠ 38/51 預(yù)熱、蒸發(fā)溫度 自動控制 蒸汽管徑 ￠ 89 4/￠ 58 3 糖度控制 自動控制 壓縮空氣壓力 控制方式 PLC控制，觸摸屏顯示 壓縮空氣耗量 45 L/min 預(yù)熱蒸汽耗量 設(shè)備重量 設(shè)備外形尺寸 12020（長 ) 4000(寬 )3200(高 ) 包括進料系統(tǒng)、預(yù)熱系統(tǒng)、蒸發(fā)系統(tǒng)、冷凝系統(tǒng)、 CIP系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、密封水系統(tǒng) . 3 .三效濃縮設(shè)備技術(shù)說明 ： 1)本設(shè)備主要用于純清果汁的蒸發(fā)濃縮 ,提高其果汁質(zhì)濃度 (或糖度 )之用，設(shè)備包括物料預(yù)熱殺菌、三效蒸發(fā)、濃縮汁冷卻、抽真空系統(tǒng)、 CIP自動清洗等組件組 成。預(yù)熱殺菌溫度由溫度自控系統(tǒng)自動控制。二、三效蒸發(fā)器的加熱由一、二效的汽水分離器的二次蒸汽進行加熱。 4)抽真空系統(tǒng)是由水環(huán)式真空泵和冷凝器相互配合使蒸發(fā) 設(shè)備一直在真空狀態(tài)下運行，使物料在低溫條件下蒸發(fā)，可保持物料的原有品味。冷卻劑采用常溫水和冰水（ 2℃ 18℃）來達到。 南通大學(xué)課程設(shè)計 33 結(jié) 晶罐 ： 6984 L， kg 色 氨酸 產(chǎn)量 ： (1) 分離前 100%的 色氨酸 的量： 69848%= kg (2) 分離后 色氨酸 的量： 100%色氨酸 的量： 85% = kg 99%色氨酸 的量： 247。（ 1－ 75%） = 96 kg 濃縮時蒸發(fā)水量（濃縮后濃度為 40%）： 則 247。 % = 20955 kg 色氨酸 分離水洗量 ： 20% = kg 色氨酸 提取回收加水量 ： 20955＋ ＋ 96＋ ＋ 4289－ － － = kg 物料衡算結(jié)果 ： 根據(jù)以上計算，再乘以 t 日淀粉數(shù)及得出每日之物料量，匯總列如下表。占地面積 。 本次設(shè)計按照車間布置設(shè)計的原則，對發(fā)酵車間進行合理的布置 .具體布置情況見發(fā)酵車間平面圖 .以下為車間布置時考慮到的幾個主要注意事項 ： (1).將種子罐，發(fā)酵罐集中布置，以保持物料順暢 。 (3).發(fā)酵罐和種子罐布 置避開了建筑的柱子及主梁 。 (5).本設(shè)計還增添了一個原料儲備室，用于堆放原料或其它物體之用 文獻 [1]張炳榮 ,氨基酸工業(yè)大全 ,北京 ,中國輕工業(yè)出版社 ,1991 [2]王福聚 ,張濤 ,趙家寧 ,權(quán)東來 ,07L色氨酸市場及其生產(chǎn)技術(shù)研究 ,第四界中國動物營養(yǎng)與保健品市場技術(shù)國際研討會 [3]Oldshue J Y 著 . 流體混合技術(shù) . 王英琛 等譯 . 北京 :化學(xué)工業(yè)出版社 ,1991 [4]賀小賢 .生物工藝原理 [M].北京 :化學(xué)化工出版社 ,2020 [5]黃方一 ,葉斌 ,彭珍榮等 .發(fā)酵工程 [M].武漢 :華中師范大學(xué)出版社 ,2020 [6]祁存謙 ,丁楠 ,呂樹申 .化工原理 [M].北京 :化學(xué)化工出版社 ,2020 南通大學(xué)課程設(shè)計 35