年產(chǎn)6萬噸味精廠谷氨酸機械攪拌通風發(fā)酵罐設計

1、 生物工程與設備課程設計說明書年產(chǎn)6萬噸味精廠谷氨酸生產(chǎn)機械攪拌通風發(fā)酵罐設計專業(yè)班級：生物技術及應用 作者學號：201006062060 作者姓名：王友真指導老師：王君高 王蘭芝設計日期:2013年3月4日至2013年3月15日山 東 輕 工 業(yè) 學 院課 程 設 計 任 務 書食品與生物工程 學院 10 級 生物技術及應用 專業(yè) 學生 題目：年產(chǎn)6萬噸味精廠谷氨酸生產(chǎn)機械攪拌通風發(fā)酵罐設計一、主要內(nèi)容：1、物料恒算，計算發(fā)酵罐總?cè)莘e；2、求發(fā)酵罐個數(shù)，取單罐公稱容積200m3；3、公稱容積200m3發(fā)酵罐設計（罐體尺寸、壁厚、攪拌器類型選擇及尺寸設計、攪拌功率計算、攪拌軸直徑計算、冷卻面積

2、計算與設計）二、基本要求1、編寫計算設計說明書（有前言、設計參數(shù)、物料恒算、發(fā)酵罐工藝設計，設計體會）2、用CAD繪出發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)圖。三、設計參數(shù)1、 糖酸轉(zhuǎn)化率61% 2、發(fā)酵產(chǎn)酸水平11%3、 發(fā)酵周期32小時 4、發(fā)酵罐充滿系數(shù)為0.75、 味精分子式187.13（C5H8NO4Na）.H2O 6、谷氨酸分子式147.13(C5H9NO4)7、谷氨酸密度取1.553g/cm3 8、殘還原糖0.8%，干菌體1.7% 9、谷氨酸提取率97.5%。 10、谷氨酸生產(chǎn)味精精制率為125% 11、空罐滅菌壓力0.25MPa 12、年工作日安330天計算 四、主要參考資料1鄭裕國生物工程設備化學工業(yè)出

3、版社20072高孔榮發(fā)酵設備 輕工業(yè)出版社1991.103梁世中生物工程設備輕工業(yè)出版社2002.24化工設備設計全書編輯委員會編攪拌設備設計上?？茖W技術出版社19855吳思方發(fā)酵工廠工藝設計概論中國輕工業(yè)出版社2007（6）化工工藝設計手冊（7）于令信味精工業(yè)手冊（8）張克旭氨基酸發(fā)酵工藝學輕工業(yè)出版社完成期限：自2013年 3 月 4 日至 2012 年 3 月 15 日指導教師：王君高 王蘭芝 教研室主任：一、前言1、課程設計的性質(zhì) 通過本次設計使同學對生物工程與設備的理論知識有更深刻的理解，生物工程與設備課程設計為必修課。同時也為將來走上設計崗位的同學打下良好的基礎。2、課程設計目的與

4、任務任務：年產(chǎn)6萬噸味精廠谷氨酸機械攪拌通風發(fā)酵罐設計。目的：通過課程設計，使同學對工藝參數(shù)確定，物料恒算、發(fā)酵罐體積及尺寸確定、罐體機械強度、攪拌功率、攪拌軸及攪拌漿葉強度等計算能力得到鍛煉。掌握工程設計基本程序及內(nèi)容，熟練掌握電腦繪圖及繪圖質(zhì)量。二、設計參數(shù)1、糖酸轉(zhuǎn)化率61% 2、發(fā)酵產(chǎn)酸水平11%3、發(fā)酵周期32小時 4、發(fā)酵罐充滿系數(shù)為0.75、味精分子式187.13（C5H8NO4Na）.H2O 6、谷氨酸分子式147.13(C5H9NO4)7、谷氨酸密度取1.553g/cm3 8、殘還原糖0.8%，干菌體1.7% 9、谷氨酸提取率97.5% 10、谷氨酸生產(chǎn)味精精制率為125%

5、11、取（kw） 12、空罐滅菌壓力0.25MPa13、年工作日安330天計算 三、物料衡算1、發(fā)酵罐總?cè)莘e計算發(fā)酵罐總?cè)莘e，決定于年工作日、每天生產(chǎn)谷氨酸量、發(fā)酵產(chǎn)酸水平、谷氨酸發(fā)酵周期、谷氨酸提取率、谷氨酸精制味精得率等。（1）年谷氨酸的產(chǎn)量=年味精產(chǎn)量÷125% =60000/1.25=48000T（2） 每天的谷氨酸產(chǎn)量=年谷氨酸的產(chǎn)量÷330 =48000/330=145.45T（3）發(fā)酵液密度（4）每天生產(chǎn)發(fā)酵液體積=145.45/1.050×(11%×97.5%)=1291.59m3 （5）發(fā)酵罐的總?cè)莘e=每天生產(chǎn)發(fā)酵液體積×發(fā)酵

6、周期（小時）/24=（1291.59×32）/24=1722.12m32、求發(fā)酵罐個數(shù)，取單罐公稱容積200m3查表6-2（發(fā)酵工廠工藝設計概論P102）得公稱容積是200的發(fā)酵罐全容積為230。取充滿系數(shù)為0.7.(1)單罐的有效容積計算=單罐公稱容積×罐的利用率=200×0.7=140m3(2)發(fā)酵罐個數(shù)n計算n=/=1722.12/140=12.3 故取13個發(fā)酵罐。四、發(fā)酵罐工藝設計1、發(fā)酵罐直徑及罐體高度計算根據(jù)發(fā)酵罐的公稱容積，確定發(fā)酵罐的尺寸。已知發(fā)酵罐直徑D，筒體部分高，發(fā)酵罐總高H。常見的發(fā)酵罐的幾何尺寸比例如下：H/D=1.73.5 Di/D=

7、1/21/3B/D=1/81/12 C/Di=0.81.0S/Di=25 H0/D=2 取H/D=2.0，采用標準橢圓形封頭。已知罐公稱容積為200m3 通常，對一個發(fā)酵罐的大小用“公稱體積”表示。所謂“公稱體積”， 是指罐的通身（圓柱）體積和底封頭體積之和。其中底封頭體積可根據(jù)封頭形狀、直徑及壁厚從有關化工設計手冊中查得。標準橢圓形封頭體積為： -(1)式中：橢圓封頭的直邊高度，橢圓短半軸長度，標準橢圓。故發(fā)酵罐全體積為： -(2)近似計算式為： （m3） -(3)發(fā)酵罐公稱體積： 其中 取發(fā)酵罐直徑D=5 m 故發(fā)酵罐高=2D=10 m 取封頭直角邊，一般取值范圍為5055mm，此處取封頭

8、直邊為5mm. 發(fā)酵罐公稱容積=(H+) =×5×5(10+0.05+×5)=213.62 m3發(fā)酵罐總高度=+2(+)=10+2(0.05+5÷4)=12.60m封頭體積：發(fā)酵罐全容積V=+=213.62+17.34=230.96 m3 與查表得公稱體積一致。2、 發(fā)酵罐壁厚計算式中：耐受壓強，Kg/cm2，表壓；罐徑，cm；焊縫系數(shù)，雙面焊縫=0.8，無焊縫=1.0；腐蝕裕度，當-C1cm時，C=3mm；許用應力（kg/cm2），C= +對不銹鋼當介質(zhì)的腐蝕性極微時，取=0，查表14-7（生物工程設備）取 =0.6mm。使用不銹鋼0Cr19Ni9，其

9、中鋼板許用應力=130MPa取不銹鋼板厚7mm。3、 攪拌器類型選擇與設計攪拌器的設計應使發(fā)酵液有足夠的徑向流動和適度的軸向運動。攪拌葉輪大多采用渦輪式，最常用的是六直葉圓盤渦輪攪拌器、六彎葉圓盤渦輪攪拌器、六箭葉圓盤渦輪攪拌器，圓盤作用是避免底部通入的空氣從罐中心上升走短路。為了強化軸向混合，可采用渦輪式和推進式葉輪共用的攪拌體系。為了拆裝方便，大型攪拌葉輪可做成兩半型，用螺栓連成整體裝配于攪拌軸上。攪拌葉輪直徑與罐徑之比Di/D=1/21/3。攪拌葉輪類型的選擇主要考慮功率準數(shù)，混合特性以及葉輪所產(chǎn)生的液流作用力的大小與種類等等。1、單只渦輪攪拌器不通風時的攪拌功率計算式中 Po-不通風時

10、攪拌器輸入的功率（W）n-渦輪轉(zhuǎn)數(shù)（r/s）D-攪拌器直徑（m） -醪液密度（kg/m3）Np-功率準數(shù)若Po單位為kW，n單位為r/min。則： 已知六彎葉渦葉攪拌器葉輪直徑Di，盤徑di,葉弦長L，葉寬B，Di：di：L：B=20:15:5:4 攪拌器葉輪直徑Di=D由Di/D=1/21/3，此時取Di/D=2/5，即：Di=2/5 D=2 m。由標準圓盤渦輪攪拌器尺寸Di：d：L：B=20:15:5:4得： 圓盤渦輪直徑d= Di 15/20=2×15/20=1.5m, 槳葉長L= Di 5/20=2×5/20 =0.5 m， 槳葉寬B= Di 4/20=2×

11、;4/20=0.4 m， 采用標準六彎葉圓盤渦輪攪拌器。2、多只渦輪攪拌器不通風時的攪拌功率計算 若是多檔攪拌器，兩檔間距S，非牛頓流體S取2D，牛頓流體S取2.5-3D；靜液面至上檔間距取0.5-2D, 下檔攪拌器至罐底距離C取0.5-1D。符合以上條件，兩檔攪拌器輸出的功率就是單只渦輪攪拌器的2倍：?。╧w/m3） 兩檔攪拌 P0=280kw所以280=2×4.63×4.7×××1050×，所以n =57.63 r/min。 3 、 通風時攪拌功率（）計算.(kW) -（a）式中：、通風與不通風時的攪拌功率，單位kW。n攪拌轉(zhuǎn)速（

12、r/min）D攪拌器直徑（m）Q通風量（m3/min） 設通風比vm=0.22 則Q=2800.2210=61.610ml/min=61.6 /min 代入式a 得通風時攪拌軸功率=249.43kW<280kw故通風時攪拌功率要比不通風時攪拌功率低，由于氣泡存在使攪拌的液體密度下降。 4、 攪拌軸直徑計算攪拌軸直徑?jīng)Q定于攪拌軸的材料、轉(zhuǎn)速、攪拌功率等。軸的計算主要是確定軸的最小截面尺寸，進行強度、剛度計算，以便保證攪拌軸能安全平穩(wěn)的運轉(zhuǎn)。（1） 軸的強度計算對攪拌軸而言，承受扭轉(zhuǎn)和彎曲聯(lián)合作用，其中以扭轉(zhuǎn)作用為主，所以在工程應用中常用近似的方法進行強度計算。它假定軸只承受扭矩的作用，然后

13、用增加安全系數(shù)以降低材料的許用應力來彌補由于忽略受彎曲作用所引起的誤差。軸受扭轉(zhuǎn)時，其截面上產(chǎn)生剪應力。軸扭轉(zhuǎn)的強度條件是：式中：截面上最大剪應力（kgf/cm2）；軸所傳遞的扭矩（kgf/cm）；抗扭截面系數(shù)（cm3）；降低后的扭轉(zhuǎn)許用剪應力（kgf/cm3）；軸扭轉(zhuǎn)時材料的許用剪應力值是根據(jù)扭轉(zhuǎn)實驗所得的屈服極限或強度極限，再除以安全系數(shù)來決定的。軸直徑為d，則 其中采用45號鋼，按表1取=360，=，取d=140mm.（2）軸的剛度計算=N.m, =根據(jù)攪拌設備設計計算,取B=10, 小于強度計算值，故軸徑依強度計算為準。5、冷卻面積計算及設計（1）冷卻面積按每立方米發(fā)酵液1m2冷卻面積

14、計算，即：d取規(guī)格為65×3的管子做冷卻管所以，L= 大型發(fā)酵罐一般對稱取8組冷卻管，美組冷卻管累積長度取7，每一排上下有2個冷卻管。故冷卻管子根數(shù)N=719.13/(8×6×2)=7.49,取8根。冷卻管體積：，取V=3 m3五、設計體會通過此次課程設計，我對生物工程設備課上有關通風發(fā)酵設備的理論內(nèi)容有了更好的掌握；通過一次次的摸索掌握了如何去設計出滿足要求的發(fā)酵罐，懂得了如何去選擇攪拌器、攪拌軸、聯(lián)軸節(jié)、軸承，根據(jù)什么去選；并且在選材上也有了一定的基礎；原來沒有接觸過AutoCAD的內(nèi)容，通過這次操作使我熟悉了AutoCAD的操作，能較好的運用AutoCAD來繪制圖形，為我即將結(jié)束的大學生活又添了多彩的一筆。更熟悉了Word的某些操作和功能；提高了自己的計算機技能，鍛煉了動手能力，提升了專業(yè)知識的掌握水平。通過