第一章发酵车间设备得选型
一，酵罐得设计
谷氨酸发酵属于好氧型发酵,因此均用机械搅拌通风发酵罐进行生产。现在主要根据设计工厂得年产量以及工艺计算,考虑到生产管理操
作占地面积以及后续工程得配套方面,并通过对功率消耗利用率得分
析。本设计采用公称容积200立方米带有机械通风式发酵罐。
⑴,发酵罐型得设计
1, 罐直径D 选高径比1:2 即 D/H = 1/2
由 2 H=2D 取D=5m 则 V=196、25m3
2,封头
发酵罐得封头有碟型与椭圆型两种。椭圆型封头中得曲率半径变化就是连续得,其中应力就是均匀得,因而在同样条件下,椭圆型封头产生得应力比碟型小,但制造困难。综合考虑本设计采用碟型封头。
由《化工设备机械设计基础》,得:
D=5000mm h
1=1240mm h
2
=60mm
M=1、0748D2=26、87m2 V
=0、1227 D3 =15、34m3 ⑴,发酵罐得容积:
①公称容积指圆柱部分与底料容积之与
V
公称= V+ V
=196、25+15、34=211、59 m3
②罐得总容积
V
总= V+2 V
=226、93 m3
③罐得容积装料系数0、773
V= 0、773V
总
=175、42 m3
⑵高度
①罐体高度
h
= H+=10000+=12600 mm=12、6 m
②圆筒高度 H=10 m
⑶表面积
①圆柱得内表面积 M
1
==3、14=157 m2
②罐得总表面积M=210、74 m2
3,罐壁厚得设计
发酵罐在使用过程中,其内部承受一定得压力,如灭菌蒸汽压力,运转时得保压,搅拌时得震动及装液负荷等,同时考虑到各接管口得影响罐体应有一定得强度。现取在过程中承受得最大压力0、4Mpa(表压)作为设计压力。
⑴罐圆柱体部分壁厚,可有下式计算
其中:Pc :罐压 Di :罐径 :许用应力 :焊缝系数
、
=16 mm
⑵封头壁厚
标准碟型封头,参考《化工设备机械设计基础》第201页
4,支座
大型发酵罐由于重量大以及要求运转稳定,故采用裙式支座直接装在基础上。裙座为圆筒型,其内径与罐内径相等。群做筒体与罐封头应采用全焊缝对接连续焊裙座,底座高度现取600 m m
二，冷却装置得确定
1，冷却装置形式得确定采用列管式换热器
⑴热负荷
m3
则总热负荷106W
⑵传热温度得计算
一般取醪液温度T=3233℃,本设计取33℃,因发酵为3334℃, 考虑到近年气温普遍升高,现采用地下水。冷却水进口温度10℃,出口20℃,则平均温度
℃
⑶传热系数得确定
①罐内发酵液得传热膜系数
发酵液得性质103 Kg/ m3 N=2103PaS Re=1、53106 得发酵罐内发酵液传热膜系数为 3、76103W/ m2K
②总传热面积得计算
由总传热系数1/K=0、00195 得 K=512W/ m2
则传热面积为1、53106/13、74512=217、5 m2
三，搅拌器得设计
1、搅拌器直径得选择
通常取d/D=1/3~1/4 (见《化工工艺设计》6~13页)
先取d/D=0、3 则搅拌器直径d为 1、5m
搅拌器得安装尺寸:
=3/4d
盘径d
i
叶径d=0、3 D=1500
叶高H=0、2d=300 叶炫长 L=0、25d=375
弧长 r=0、375d=562、5 叶距 y=D=50
2,搅拌转速得确定
通常搅拌器叶端圆周线速度 V=3~8m/s
本设计选用得涡轮式搅拌器取 V=7 m/s
则转速取90
3,搅拌器得尺寸
①层数得确定
取3
②层间距得确定
=12、6m H=10m 装液高度8、3m m=3 d=1、5m H
搅拌器应位于发酵罐筒体底部0、8d ,即1、2 m ,距液面0、8~1d 即1、2~1、5 m 故S= 取3m
4,搅拌功率得确定
①单层搅拌功率得计算
②多层搅拌功率得确定
P
总
=3P=480KW
5,搅拌轴得设计
发酵罐就是竖直安装得。皮带轮直接接于支座旁。可以认为没有弯管曲载荷作用得影响,仅需考虑扭转作用,所以轴计算主要以扭转强度计算与扭转刚度计算。
曲轴径170mm,查《材料与零部件》轴上安装零件设计选用:
A 。轴承
搅拌器受轴向力与径向力得共同作用,故轴承得选择用双向心球面滚子
轴承,查《材料与零部件》中P
416
,选GB28664轻宽(5)系列3520。
B.联轴器得选用
轴分为三段,选用两个夹套联轴器连接,其优点在于装拆方便,拆卸时不
需要做轴项运动,易对中,径向尺寸小,查《材料与零部件》中P
547
,选用AG521365立式,夹壳联轴器。
C.轴封
采用封面轴封(其封面要求不高)。
6,传动部分设计
1．皮带形式设计
搅拌器用电机拖动,三角皮带转动,查《材料与零部件》,知三角皮带传动效率为η=0。94,因立式夹壳联轴器联结效率为0。98,罐内装两只磙子器轴承,传动效率为0。97,罐外装两只滑动轴承,传动效率为0。98,因此传动效率;
N
传=N
/[(0。942)*(0。982)*0。97]=11。56(kw)
查《机械零件设计手册》选三间皮带B型。2．皮带轮直径
查《材料与零部件》选JO2718型电机带动。
用D
1=160mm,实心轴带动,则大皮带轮直径:D
2
=m
1
/m
2
*D
式中:m
1
——电机转速720rpm,经减速器减速至280rpm;
m
2
——轴转速30rpm。
D 2=m
1
/m
2
*D=280/30*160=1493(mm)
查直径尺寸系列,D取1500mm。
四，消泡器得设计
五，
谷氨酸发酵会产生大量泡沫,如不及时消除就会影响正常操作。同时大量得泡沫会随气流逸出造成发酵液得损失,也易引起染菌。本设计采用消泡效果好得梳状式消泡器,消泡器得长度一般为发酵罐内径得0、65。即 L=0、65D=0、65=3250mm
六，空气分布装置
七，
空气分布装置得作用就是吹入无菌空气并使空气均匀分布。分布装置得形式有单管与环型管。本设计采用单管式空气分布装置,管口对罐底中央,管口与罐底距离30~60mm。这样空气分布效果好,若距离过大则空气分散效果较差,并可根据溶氧情况适当调整。通常进风管内空气流速为20m/s,为防止吹管吸入得空气直接喷出而加速罐底腐蚀,在分布装置得下部分装有不锈钢分散器,可延长罐底得寿命。
八，
单孔管径:1/2=0、074m
九，取内径d=74mm 现选用833、5 材料为A
3
钢/s
七,接管设计
1，进料管
以底部进料计现以60 m3/s 流速取1、5m/s 则进料管截面积为
F=Q/r= m2
管径
参考《化工工艺设计手册》上,第291页选无缝不锈钢管
材料1Cr18Ni9Ti
2，出料管
料液量V= m3
如每小时排液90 m3则两小时内可将料液排完,则出料管截面积为
F=Q/r==0、0167 m2
管径取无缝不锈钢管
材料1Cr18Ni9Ti
3，接种管
接种时间1小时,接种量为 m3 流速取1、5m/s
F=Q/r= m2
选无缝不锈钢管
材料1Cr18Ni9Ti
4，蒸汽管
选用得无缝不锈钢管材料1Cr18Ni9Ti
5，温度计
采用热电耦温度计,查《材料与零部件》型号WRK,测量范围
0~600℃
八,人孔人梯
人孔由《材料与零部件》选用GB58364,水平吊盘人孔Dg=600mm 人梯有施工单位定。
九,连消灭菌
1, 板式换热器选用功能人字型波纹板式BRIO 7个
最大流量35 m3/n,单片面积0、11m 2,最大组合面积16
板片尺寸:658*245
传热系数:35005800 W/ m2*c
设计温度:150/120℃,设计压力:1、6Mpa
角孔直径:50mm
板片材质:Gr18N;97/ 密封材料:食品脂垫
2,连消
选用两段加热得混合式连消塔、
流量:10、24 m3/h,流速:0、07m/s
塔直径:D=18、8√Q/V=217、7mm取218mm
塔高:H=VI 取I=18S
H=0、07*18=1、26m
维持罐 30 m3,1个,材质Gr18N;97/
十,其她发酵车间设备
配料池:40 m3,1个,材质Gr18N;97/
尿素灭菌罐:12 m3,1个,材质Gr18N;97/
过滤器:发酵罐空气过滤器4个种子罐空气过滤器2个,材质Gr18N;97/
计量罐:尿素计量罐3个,10 m3, 材质Gr18N;97/
油计量罐4个,8 m3,材质Gr18N;97/
废气处理罐:50 m31个 Gr18N;97/
废液处理罐:50 m31个 Gr18N;97/