【正文】 595 + 55 +324 – 20)= kJ/kg水 △ =20 –= – kJ/kg水 設(shè) X2 =， I2 = I1 +△ （ X2X1） =+（ ） （ ） =空氣耗量 ： （ ） = 1500 kg/h 耗用蒸汽量：使用 ，損失按 15%計(jì)算 D =（ ） 1500 （ ） =每日用蒸汽量 ： 16 =平均每小時(shí)用蒸汽量： 生產(chǎn)過(guò)程耗用蒸汽衡算匯總 表 5 生產(chǎn)過(guò)程耗用蒸汽匯總表 生產(chǎn)工序 日用量 t/d 平均量 t/h 液化 糖化 精制 干燥 南通大學(xué)課程設(shè)計(jì) 20 糖化工具用水 配料用水 日投淀粉 t， 加水比為 1： ， 用水量 ： （ ） = t/d 因連續(xù)生產(chǎn)，平均用水量 = 高峰用水量 = (用新鮮水 ) 液化冷卻水用水量 平均量 =高峰用水量 = t/d（ 用二次水 ） 糖液冷卻用水量 ： 每日冷卻用水量 t/d, 平均量 連續(xù)滅菌工序用水量 配料用水 ： 糖液含糖 24%， 加水配成 20%糖液 137t/h,每罐料需加水 （ 新鮮水 ） 137（ 120%/24%）= t。 每日投料按 ， 需水 = t/d， 平均量 ： / 24= t/h。 要求在 20 min內(nèi)加水 ， 所以高峰量 ： 60 / 20= t/h 冷卻水用量 （ 用二次水 ） 高峰量 5621 t/d,日用量 22484 t/d,平均量 t/h 發(fā)酵工序用水量（使用新鮮水） 日用水 1944 t/d， 平均量 81t/h,高峰量 t/h。 提取工序用水量 色氨酸分離及沖洗水日用量 ： t 洗交換柱用水 ： （ 用二次水 ） 配稀酸堿用水 365 t/d， 洗低餾分用水 230 t/d， 再生處理柱用水 1365 t/d，合計(jì) 1960 t/d. 洗廢炭用水（用二次水） ： 45 t/d 接近過(guò)程加水（食用冷凝水） ： 3臺(tái)罐每臺(tái)加水 ， 共 3 = 動(dòng)力工序用水量 ： 南通大學(xué)課程設(shè)計(jì) 21 鍋爐用水（新鮮水） 550 t/d,空壓機(jī)，冷凍機(jī)及其他循環(huán)水 1850 t/d 用水量匯總 新鮮水只供配料和發(fā)酵冷卻用，由發(fā)酵冷卻后之水稱為二次水，供洗柱、配稀酸稀堿和補(bǔ)充于循環(huán)水中。精制及動(dòng)力冷卻水采取循環(huán)使用方法。耗水量計(jì)算匯總： 新鮮水：高峰量： + + ++ 550/24 = t/h 平均量： + + 81 + + 550/24 = t/h 日用量： t/d 循環(huán)水 ： 高峰用水 81 t/h， 日用水 5482 t/d， 平均用水 t/h 凝結(jié)水 ： t/d,平均 t/h 表 6 用水量衡算匯總表 工序設(shè)備 新鮮水（ 10 ℃） 二次水（ 20 ℃） 循環(huán)水（ 30 ℃） 配料 液化冷卻 糖化冷卻 滅 菌配料 冷卻 22484 發(fā)酵冷卻 1944 提取、洗水 洗炭 45 冷卻 5482 動(dòng)力、鍋爐 550 冷凍、空壓站及其他 1850 累計(jì) 5482 設(shè)備計(jì)算與選型 南通大學(xué)課程設(shè)計(jì) 22 糖化罐 由前面物料衡算知，日產(chǎn) 24%糖液 t，相對(duì)密度為 g/l，則糖液體積：V = 糖化操作周期為 30 h,其中糖化時(shí)間 24 h，糖化罐 100 m179。 ，裝料 80 m179。 ，需糖化罐 30/24 = 個(gè) ，取 4 個(gè)罐 (1) 主要尺寸： 則 H/D = ， D = 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 = m， H = m 內(nèi)表面積： V1 = π D H2 = m3 筒容積： V2=錯(cuò)誤 !未找到引用源。 V1 = m3 壁厚： S =錯(cuò)誤 !未找到引用源。 + c 式中 ： P — 罐壓（ 1 atm） D——罐的共稱內(nèi)徑 υ——焊縫系數(shù)（ ） [σ]——許用應(yīng)力， [σ]= σ/n 其中 σ：鋼板抗拉強(qiáng)度： 35 Kg/cm3， n = 4（ t〈 250℃ 時(shí)〉 C——腐蝕粘度， CC〈 10 mm時(shí)， C=3 mm。 可以求得： S = 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 + 3 = mm 取 6 mm （ 2）冷卻形式： 豎式蛇管冷卻，不 設(shè)擋板 （ 3）攪拌裝置： 漿式攪拌 葉徑： d = = 4800 = 2400 mm 葉寬： h = = 480 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(jī)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。（ 230南通大學(xué)課程設(shè)計(jì) 23 ） (45/24)= ，需要 2 個(gè) 主要尺寸： 選 H = 2D V全 = V筒＋ 2V封 = 230 m3 = 2D＋π D3（ 2/24） = 230 ＋ = 230 D= m，取 D = 5 m H = 2D = 2 5 = 10 m，取 H = 10 m 圓筒 V1 = 52 10 = m3， 上下封頭 V2 = V3 = π 53247。 24 = m3 V= V筒＋ 2V封 =+2 = m3 V≈ V全 符合生產(chǎn)要求，可行。 冷卻面積的確定 ： 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可知 色氨酸 的發(fā)酵熱高峰值大概為 104 KJ/(m3?h)，實(shí)際裝罐液 V液 =V 全ψ =230 70%=161 m3，冷卻面積 A=Q/(K△ tm)： Q= 104 161= 106 KJ/h 發(fā)酵液溫度 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)) =((－ 10) － (－ 20))/ln()= ℃ 發(fā)酵罐采取豎式蛇管換熱器 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取 k= 500 KJ/(m2?h?℃ ) A= 106/( 500 )= m2 攪拌器 6 彎葉渦輪攪拌器：混合均勻，溶解氧較高 葉徑 Di=D/3=5/3= m , 取 Di= m 葉寬 B== = m 弧長(zhǎng) == m 底距 C=D/3= m， 南通大學(xué)課程設(shè)計(jì) 24 取 C= m 盤徑 di== m 葉弦長(zhǎng) L= Di = m 葉距 Y=D=5 m 彎葉板厚 =12 mm 取兩擋板攪拌，已知 50 m3的發(fā)酵罐的轉(zhuǎn)速為 110 r/min，攪拌直徑為 m，根據(jù)單位體積液體所分配的攪拌軸功率相等 可知 N2=N1 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 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(jī)械密封 空氣分布器 ： 該發(fā)酵罐使用的單管進(jìn)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(jì) ： （ 1）最高熱負(fù)荷下的耗水量 w=錯(cuò)誤 !未找到引用源。 南通大學(xué)課程設(shè)計(jì) 25 Q 總 = 104 161= 106 KJ/h CP= KJ/(kg?℃ ) t2:冷卻水最終溫度， t2 = 20 ℃ t1:冷卻水初始溫度， t1 = 10 ℃ 則可得 W = 106/( 10) = kg/s 即冷卻水的體積流量為 m3/s，設(shè)冷卻水在管中的流速為 1 m/s 則冷卻管的總截面積為： A=W/V=進(jìn)水管的總直徑為： ? = 查表取 Dg125x4 （ 2）冷卻管組數(shù)和管徑： 冷卻管的總表面積為 A，管徑 d，組數(shù)為 n 則 A=n 取 n=12 帶入上式得： d= 查金屬材料表選 υ=45 無(wú)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(zhǎng)度 l=πD= 600=1884 mm (3) 冷卻管總長(zhǎng)度的計(jì)算： 冷卻管的總面積為 m2，取無(wú)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(zhǎng) 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(fèi)用 南通大學(xué)課程設(shè)計(jì) 26 發(fā)酵罐壁厚的計(jì)算 ： T= ? ?PPD???2+C1+C2 式中 T — 圓筒 的 設(shè)計(jì)厚度， mm P — 設(shè)計(jì)壓力， p= MPa Di — 圓筒的內(nèi)直徑， Di =5000 mm [σ] — 設(shè)計(jì)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(cuò)誤 !未找到引用源。 + + 1 = mm 橢圓形封頭厚度計(jì)算 ： Y = ? ?PPD ??? 式中 Y — 圓筒的設(shè)計(jì)厚度， mm P — 設(shè)計(jì)壓力， Mpa D — 圓筒的內(nèi)直徑， 5000 mm [σ] — 設(shè)計(jì)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 =錯(cuò)誤 !未找到引用源。 = mm 接管設(shè)計(jì) ： （ 1）接管長(zhǎng)度設(shè)計(jì)： 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。 以排料管為例，本罐實(shí)裝 161 m3，設(shè)計(jì) h 內(nèi)排空，則體積流量 q 為： q = 1*3600161 = 5m3/s 南通大學(xué)課程設(shè)計(jì) 27 設(shè)發(fā)酵液流速為 v=1 m/s，則排料管截面積 : A= 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 = m2 A= 則排料管直徑為： d = 查表選取 Φ245x7 無(wú)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(gè)數(shù)的確定 種子罐與發(fā)酵罐對(duì)應(yīng)上料，發(fā)酵罐平平均每天上 2 罐需種子罐 3 個(gè) ，其中 1 個(gè)備用 ，種子培養(yǎng)時(shí)間 12~20 小時(shí)，取 12 小時(shí)，輔助操作時(shí)間 8~10 小時(shí)生產(chǎn)周期約20~30 小時(shí)。 . 主要尺寸的確定 設(shè) H/D=2/1 V 全 =π（ D/2） 2 2D+2（π /24） D3=10 算得 D= 取 D= m 則 H=2D= m 校核種子罐總?cè)莘e ： V 總 =2 V 封 + V 筒 = m3 比需要的種子罐容積大，滿足設(shè)計(jì)要求。 . 冷卻面積計(jì)算（采用夾套冷卻） 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可知 色氨酸 的發(fā)酵熱高峰值大概為 104 KJ/(m3?h)，實(shí)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)