【正文】 結(jié)果，可以得出 80000t/a 味精廠無菌空氣用量衡算表，如表 4所 示。 發(fā)酵罐公稱容積（ m3） 單罐通氣量 （ m3） 種子培養(yǎng)耗氣量（ m3/h） 高峰耗氣量 （ m3/h） 年空氣耗量 （ m3） 空氣單耗 （ m3/t 味精 ) 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 19 表 4 發(fā)酵車間無菌空氣衡 算表 注發(fā)酵罐裝料系數(shù)為 70%，發(fā)酵周期 48h，年生產(chǎn)天數(shù) 320d，實際生產(chǎn)能力 83079t/a 公稱容積 200m3 全容積 230m3。 發(fā)酵車間的熱量衡算 通過冷卻水帶走的熱量 進行計算 。 在最熱季節(jié)，發(fā)酵放熱高峰期，測定冷卻水量及進、出口溫度，然后就 可算出最大發(fā)熱值 Q 最 大 培養(yǎng)液冷卻水用量 1．輸料流量 發(fā)酵罐 200m3裝料系數(shù) ，每罐初始體積 140 m3，糖濃度 ，滅菌前培養(yǎng)基含糖 19%，其數(shù)量： 140 %247。 19%= 滅菌加熱過程中用 蒸汽（ 表壓） I=2743KJ/kg，使用板式換熱器將物料由 20℃預(yù)熱至 75℃ ,在加熱至 120℃ .冷卻水由 20 升至 45℃。如圖 8所示 圖 8 應(yīng)用板式換熱器滅菌流程 1— 板式換熱器（冷卻段） 2— 板式換熱器（預(yù)熱段） 3— 連消塔 4— 維持管 每罐滅菌 3h，輸料流量： 247。 3=（ t/h） =40300(kg/h) 200 924 231 57900 108 6873 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 20 2．培養(yǎng)液冷卻水用量 參照圖 8， 120℃熱料通過與生料熱交換，降至 80℃，用水冷卻至 35℃。冷卻水由 20℃升至 45℃，計算冷卻水量（ W） W=40300 （ 8035）247。（ 4520）247。 =68896（ kg/h） Q 最大 =冷卻水流量（ kg/h） (t 出 t 進 )247。發(fā)酵液總體積（ m3） = 68869（ 4520）247。 140=51406[kJ/（ m3 h） ] 所以全天熱量衡算為 Q 總 = Q 最大 24 50 140= 109[kJ/（ m3 h） ] 5 設(shè)備設(shè)計與選型 發(fā)酵罐 （ 1）發(fā)酵罐的選型 選用機械渦輪攪拌通風發(fā)酵罐 （ 2）生產(chǎn)能力、數(shù)量和容積的確定 ① 發(fā)酵罐容積的確定：選用 200m3罐 ② 生產(chǎn)能力的計算 ：現(xiàn)每天生產(chǎn) 99%純度的味精 250t，谷氨酸的發(fā)酵周期為48h(包括發(fā)酵罐清洗、滅菌、進出物料等輔助操作時間 )。則每天需糖液體積為 V 糖 。每天產(chǎn)純度為 99%的味精 50t，每噸 100%的味精需糖液 V 糖 = 250 99%=（ m3） 設(shè)發(fā)酵罐的填充系數(shù)φ =70%；則每天需要發(fā)酵需要發(fā)酵罐的總體積為 V0（發(fā)酵周期為 48h）。 V0=V 糖 /φ =（ m3） ③ 發(fā)酵罐個數(shù)的確定：公稱體積為 200m3的發(fā)酵罐，總體積為 230 m3 N1= V0τ /（ V 總 φ 24） =5537 48/(230 24)=(個 ) 取公稱體積 200 m3 發(fā)酵罐 55 個，其中 5個留作備用。 實際產(chǎn)量驗算： 230 50/（ 99% 2） 320=（ t/a） 富裕量 （ － 80000） /80000=% 能滿足產(chǎn)量要求 （ 3）主要尺寸的計算：取高徑比 H： D=2： 1[6] ；封筒全 3230m2 ??? VVV 則有： 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 21 23 0224278 32 ????? DDDV π全 H=2D； 解方程得： 33 ?? DD ? ?mD 0 0 3 03 ?? 取 D=5m H=2D=10m； 封頭高： ? ?mmhhH ba 1 3 0 0???封 封頭容積 ： V 封 =（ m3） 圓柱部分容積： V 筒 =197m3 驗算全容積 V 全 ： ? ? ?????? 封筒‘全 VVV V 全 =V’全 符合設(shè)計要求，可行。 （ 4）冷卻面積的計算 對谷氨酸發(fā)酵，每 1m3 發(fā)酵液、每 1h 傳給冷卻器的最大熱量約為 6000kJ/(m3 h) [5]。 采用豎式蛇管換熱器，取經(jīng) 驗值 K= 500 kJ/(m3 h℃ ) [8]。 平均溫差Δ tm： 2121mttlntttΔΔΔΔΔ ?? 32℃ 32℃ 20℃ 27℃ 12 5 代入 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 22 ℃Δ 8512ln 512t m ??? 對公稱容量 200 m3的發(fā)酵罐，每天裝 5 罐，每罐實際裝液量為 （ m3） 換熱面積 ? ? 15560 0 mtK QF m ??? ???? （ 5）攪拌器計算 選用六彎葉渦輪攪拌器 [6]。 其示意圖 如 圖 9 所示 圖 9 六彎葉渦輪攪拌器示意圖 該攪拌器的各部分尺寸與罐徑 D 有一定比例關(guān)系 攪拌器葉徑 ? ?mDD i ??? 取 d=（ m） 葉寬 ： ? ?mdB ???? 弧長： ? ?mdl 7 7 ???? 底距： ? ?mDC ??? 盤踞 ： ? ?mDd ii ???? 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 23 葉弦長： ? ?mDL i ???? 葉距 ： ? ?mDY 5?? 彎葉板厚： δ =12（ mm） 取兩擋攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速 N2可根據(jù) 50m3罐，攪拌直徑 ，轉(zhuǎn)速 N1=110r/min。以等 P0/V為基準 [6]放大求得： ? ?m in/ 3/23/22112rDDNN?????????????????? （ 6）攪拌軸功率的計算 淀粉水解糖液低濃度細菌醪，可視為牛頓流體。 ① 計算 Rem[8] μ ρNDm 2Re ? 式中 D—— 攪拌器直徑， D= N—— 攪拌器轉(zhuǎn)速， ? ?srN / ?? ρ —— 醪液密度，ρ =1050 kg/m3 μ —— 醪液粘度， μ = 103N s/m2 將數(shù)代入上式： 4632 1 0 5 ??? ??? ?m 視為湍流，則攪拌功率準數(shù) Np= ② 計算不通氣時的攪拌軸功率 P0： ρ530 DNNP P? 式中 Np—— 在湍流攪拌狀態(tài)時其值為常數(shù) N—— 攪拌轉(zhuǎn)速， N=80r/min= D—— 攪拌器直徑， D= 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 24 ρ —— 醪液密度，ρ =1050kg/m3 代入上式： kWWP 35339。0??? ???? 兩擋攪拌： kWPP 62 39。00 ?? ③ 計算通風時的軸功率 Pg ? ?kWQ NDPP g ??????????? ? 式中 P0—— 不通風時攪拌軸功率（ kW）， 4220 ???P N—— 軸轉(zhuǎn)速， N=80r/min D—— 攪拌器直徑 （ cm）， D3= 106= 106 Q—— 通風量（ ml/min），設(shè)通風比 VVm=～ ，取低限，如通風量變大， Pg會小，為安全?，F(xiàn)取 ； 則 Q=155 106= 107（ ml/min） ? ? ???Q 代入上式： ? ?kWP g ????????? ??????? ? ④ 求電機功率 P電： 321 g ?? ???電P 采用三角帶傳動η 1=；滾動軸承η 2=，滑動軸承η 3=；端面密封增加功率為 1%[7]；代入公式數(shù)值得： ? ?kWP 7 8 . 6 9 .1 ?????電 （ 7）設(shè)備結(jié)構(gòu)的工藝計算 ① 空氣分布器：本罐采用單管進風，風管直徑φ 133 4mm。 ② 擋板：本罐因有扶梯和豎式冷卻蛇管，故不設(shè)擋板 ③ 密封方式：本罐采用雙面機械密封方式，處理軸與罐的動靜問題。 ④ 冷卻管布置：采用豎式蛇管 [7] Ⅰ 最高負荷下的耗水量 W 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 25 ? ?12 ttc QW P ?? 總 式中 Q 總 —— 每 1m3醪液在發(fā)酵最旺盛時， 1h 的發(fā)熱量與醪液總體積的乘積 ? ?hkJQ / 6?????總 cp—— 冷卻水的比熱容， （ kg K） t2—— 冷卻水終溫， t2=27℃ t1—— 冷卻水初溫， t1=20℃ 將各值代入上式 ? ?? ? ? ?skghkgW/56??????? 冷卻水體積流量為 102m3/s，取冷卻水在豎直蛇管中的流速為 1m/s，根據(jù)流體力學方程式，冷卻管總截面積 S 總 為： vWS ?總 式中 W—— 冷卻水體積流量， W= 102m3/s V—— 冷卻水流速， v=1m/s 代入上式： ? ?222 ?? ????總S 進水總管直徑 ： ? ? 2 ???? ?總總 Sd Ⅱ 冷卻管組數(shù)和管徑：設(shè)冷卻管總表面積為 S 總 ，管徑 d0，組數(shù)為 n，則： 取 n=8，求管徑。由上式得： ? ?mnSd 20?? ?????總 查金屬材料表選取φ 89 4mm無縫管 [9]， mmd 81?內(nèi) mkgg /? ， 0dd ?內(nèi) ，認為可滿足要求， 80mm?平均d 。 現(xiàn)取豎蛇管圈端部 U 型彎管曲徑為 300mm，則兩直管距離為 600mm，兩端彎 管總長度為 0l ： 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 26 ? ?mmDl 1 8 8 46 0 ???? ? Ⅲ 冷卻管總長度 L計算：由前知冷卻管總面積 mF ? 現(xiàn)取無縫鋼管φ 89 4mm，每米長冷卻面積為 ? ?20 mF ???? 則 : ? ?mFFL ??? 冷卻管 占有體積： ? ?32 3 00 8 8 mV ???? Ⅳ 每組管長 L0和管組高度： ? ?mnLL ??? 另需連接管 8m： ? ?mLL 93 8893 08 ?????實 可排豎式直蛇管的高度，設(shè)為靜液面高度，下部可伸入封頭 250mm。設(shè)發(fā)酵罐內(nèi)附件占有體積為 ，則：總占有體積為 ? ?3m1 6 1 . ???? ??? 附件管液總 VVVV 則筒體部分液深為： ? ?mS VV 8 6 1 2 ????? 封總 豎式蛇管總高 ? ? ???管H 又兩端彎管 總長 mml 18840 ? ，兩端彎管總高為 600mm， 則直管部分高度： ? ?mmHh 71 0 060077 0 0600 ????? 管 則一圈管長： ? ?mmlhl 1 6 0 8 41 8 8 47 1 0 022 0 ?????? Ⅴ 每組管子圈數(shù) n0： ? ? ??? lLn 現(xiàn)取管間距為 ? ?mD ???外 ，豎蛇管與罐壁的最小距離為唐 山 學 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 27 ，則可計算出攪拌器的距離在允許范圍內(nèi)（不小于 200mm）。 Ⅵ .校核布置后冷卻管的實際傳熱面積： ? ? mLdF ???? ?? 實平均實 ? 而前有 F=， FF ?實 ，可滿足要求。 （ 8）設(shè)備材料的選擇 [10] 選用 A3鋼制作，以降低設(shè)備費用。 （ 9）發(fā)酵罐壁厚的計算 ① 計算法確定發(fā)酵罐的壁厚 S ? ? CPPQS ??? ??2 （ cm） 式中 P—— 設(shè)計壓力，取最高工作壓力的 倍，現(xiàn)取 P= D—— 發(fā)酵罐內(nèi)經(jīng)， D=500cm 〔σ〕 —— A3鋼的應(yīng)用應(yīng)力，〔σ〕 =127MPa φ — — 焊接縫隙， φ = C—— 壁厚附加量（ cm） 321 CCCC ??? 式中 C1—— 鋼板負偏差，現(xiàn)取 C1= C2—— 為腐蝕余量，現(xiàn)取 C2=2mm C3—— 加工減薄量，現(xiàn)取 C3=0 ? ? ? ?cmmmC ????? ? ?cmS