发酵工厂设计DesignofFermentFactoryPPT课件第五章设备的设计与选型

1、第五章设备的设计与选型第五章设备的设计与选型 第一节第一节 概述概述 第二节第二节 专业设备的设计与选型专业设备的设计与选型 第三节第三节 通用设备的选型通用设备的选型 第四节非标准设备的设计第四节非标准设备的设计 第五节设备一览表第五节设备一览表 第一节第一节 概述概述 一、设备设计与选型的任务一、设备设计与选型的任务 二、设备的设计与选型原则二、设备的设计与选型原则一、设备设计与选型的任务一、设备设计与选型的任务生物工程工厂设备三类生物工程工厂设备三类专业设备专业设备：仅发酵工厂使用，专业性较强：仅发酵工厂使用，专业性较强的的 设备。发酵罐、糖化锅、精馏设备。发酵罐、糖化锅、精馏塔等塔等通

2、用设备通用设备：各行业都可用。泵和风机各行业都可用。泵和风机. .非标准设备非标准设备：是指车间的计量桶、搅拌池是指车间的计量桶、搅拌池等设施。等设施。 一、设备设计与选型的任务一、设备设计与选型的任务任务：任务：在工艺计算的基础上，确定车间所在工艺计算的基础上，确定车间所有工艺设备的台数、型号和主要尺寸有工艺设备的台数、型号和主要尺寸 进行车间布置设计依据进行车间布置设计依据 施工图设计提供条件施工图设计提供条件 非工艺设计（机械设计、土建、仪表控非工艺设计（机械设计、土建、仪表控制）等设计项目打好基础制）等设计项目打好基础 设备的制作和采购提供资料设备的制作和采购提供资料二、设备的设计与选

3、型原则二、设备的设计与选型原则 （1 1）保证生产过程的安全可靠。）保证生产过程的安全可靠。 （2 2）技术上先进技术上先进、经济上合理。、经济上合理。 （3 3）投资省，耗材少，加工方便，采购容易。）投资省，耗材少，加工方便，采购容易。 （4 4）运行费用低，耗水、电、汽等较少。）运行费用低，耗水、电、汽等较少。 （5 5）操作方便，耐用易维修，备品配件供应可靠。）操作方便，耐用易维修，备品配件供应可靠。减轻工人的劳动强度减轻工人的劳动强度, , 尽量实现尽量实现机械化机械化和和自动化自动化。 （6 6）设备结构紧凑）设备结构紧凑 （7 7）考虑生产波动和设备平衡，要留有一定的余量）考虑生产

4、波动和设备平衡，要留有一定的余量（8 8）考虑设备故障及检修的备用。）考虑设备故障及检修的备用。 材质、强材质、强度、清洗、度、清洗、消毒消毒引进先进技术设备引进先进技术设备 酒精工业酒精工业：循环粉碎、双酶法液化糖化、：循环粉碎、双酶法液化糖化、多效蒸馏新技术、分子筛脱水多效蒸馏新技术、分子筛脱水 啤酒工业啤酒工业：湿法粉碎、快速过滤设备、：湿法粉碎、快速过滤设备、硅藻土过滤设备、膜过滤设备、灌装设硅藻土过滤设备、膜过滤设备、灌装设备备 引进优良菌株引进优良菌株 新型生化反应器新型生化反应器第二节专业设备的设计与选型第二节专业设备的设计与选型 一、专业设备设计与选型的依据一、专业设备设计与选

5、型的依据 二、专业设备设计与选型的程序和二、专业设备设计与选型的程序和内容内容 三、计算选型实例三、计算选型实例一一、专业设备设计与选型的依据专业设备设计与选型的依据1 1、工艺计算结果、工艺计算结果 成品量、物料量、汽、水、空气、冷耗量成品量、物料量、汽、水、空气、冷耗量2 2、工艺操作的最适外部条件、工艺操作的最适外部条件 温度、压力、真空度等温度、压力、真空度等3 3、设备的构造类型和性能、设备的构造类型和性能二、设备设计与选型的程序和内容（二、设备设计与选型的程序和内容（1212） （1 1）设备所负担的工艺操作任务和工作性质、）设备所负担的工艺操作任务和工作性质、工作参数等的确定。工

6、作参数等的确定。（2 2）不同型号设备的）不同型号设备的特点和性能评价。特点和性能评价。（3 3）设备生产能力的确定。）设备生产能力的确定。（4 4）设备台数的确定。）设备台数的确定。（5 5）设备主要尺寸的确定。）设备主要尺寸的确定。（6 6）设备化工过程的计算。）设备化工过程的计算。使用维修及裕量使用维修及裕量换热、过换热、过滤、干燥滤、干燥面积面积二、发酵设备设计与选型的内容（二、发酵设备设计与选型的内容（1212）（7 7）设备的传动搅拌和）设备的传动搅拌和动力消耗动力消耗的计算。的计算。（8 8）设备结构的工艺设计。）设备结构的工艺设计。（9 9）支撑方式的计算选型。）支撑方式的计算

7、选型。（1010）壁厚壁厚的计算选择。的计算选择。（1111）材质材质的选择和用量的计算。的选择和用量的计算。（1212）其他）其他特殊特殊情况的考虑。情况的考虑。三、计算选型实例三、计算选型实例 对发酵产品要充分了解。产品之间差异大对发酵产品要充分了解。产品之间差异大 生产特点、原料性质来源、现阶段生产水平生产特点、原料性质来源、现阶段生产水平可能达到的技术经济指标、有效生产天数、可能达到的技术经济指标、有效生产天数、各个环节生产周期各个环节生产周期 一、间歇式发酵设备生产能力、数量和容积一、间歇式发酵设备生产能力、数量和容积的设计计算的设计计算 二、连续操作设备生产能力、数量和容积的二、连

8、续操作设备生产能力、数量和容积的设计计算设计计算一、间歇式发酵设备生产能力、一、间歇式发酵设备生产能力、数量和容积的设计计算数量和容积的设计计算1 1、生产能力的确定、生产能力的确定 间歇式发酵设备生产能力的表示方法，间歇式发酵设备生产能力的表示方法，一般为一般为t/t/（罐（罐批）或批）或m m3 3/ /（罐（罐批），对批），对于味精等通风发酵设备，其生产能力由于味精等通风发酵设备，其生产能力由设备选型来确定。设备选型来确定。 例如：例如：120000t/a120000t/a味精厂选容积为味精厂选容积为550t550t的发酵罐，的发酵罐，其生产能力为：其生产能力为： 55055080802

9、22260609595 122 12299.899.867.18 t67.18 t（罐（罐批）批） 式中：式中：8080填充系数填充系数 2222发酵培养基终糖浓度发酵培养基终糖浓度 6060糖酸转化率糖酸转化率 9595提取率提取率 122122精制收率精制收率 99.899.8发酵成功率（发酵染菌率发酵成功率（发酵染菌率0.2%0.2%） 对于啤酒生产，糖化设备的生产能力可根据生对于啤酒生产，糖化设备的生产能力可根据生产规模的大小、日糖化次数来确定产规模的大小、日糖化次数来确定。 2 2、设备数量的确定、设备数量的确定 间歇式发酵设备数量的确定间歇式发酵设备数量的确定 一般可由下列公式求出

10、：一般可由下列公式求出： n nz/z/（mtmt）或）或n nv v0 0/（24v24v） 式中：式中：n n设备的操作台数（不含备用）设备的操作台数（不含备用） z z每日加工原料和半成品的质量（每日加工原料和半成品的质量（t/dt/d） 设备的一个操作周期（设备的一个操作周期（h h） m m 设备操作的有效量（设备操作的有效量（t t） t t每日设备操作时间（每日设备操作时间（h/dh/d） v v0 0每日每日(24h(24h）加工的原料和半成品的容量（）加工的原料和半成品的容量（m m3 3） v v一台设备的容量（一台设备的容量（m m3 3） 填充系数填充系数 从投资看，相

11、同规模下，容量大、台数从投资看，相同规模下，容量大、台数少优于容量小、台数多。而老厂改造，少优于容量小、台数多。而老厂改造，就要考虑原有设备利用问题。就要考虑原有设备利用问题。 有时出于工艺的要求以及生化反应和化有时出于工艺的要求以及生化反应和化学工程学的需要，还要学工程学的需要，还要优先考虑对生产优先考虑对生产有利的因素，而将设备投资的经济观点有利的因素，而将设备投资的经济观点放到次要地位。放到次要地位。 例如：酒精生产的拌料罐的容积不能过例如：酒精生产的拌料罐的容积不能过大，以防止原料中因酶的作用而转化出大，以防止原料中因酶的作用而转化出过多的糖；好气发酵设备要求有一定的过多的糖；好气发酵

12、设备要求有一定的高径比；啤酒大罐发酵时要求高径比；啤酒大罐发酵时要求15h15h之内满之内满罐等。罐等。 3 3、设备体积的计算、设备体积的计算 v=v v=v0 0/（2424） 式中：式中：v v设备的总体积（设备的总体积（m m3 3） v v0 024h24h内加工的成品或半成品的体积（内加工的成品或半成品的体积（m m3 3） 操作周期，包括预备时间、操作和清洗等操作周期，包括预备时间、操作和清洗等辅助操作时间（辅助操作时间（h h） 填充系数，一般情况下，装有搅拌和冷填充系数，一般情况下，装有搅拌和冷却装置的或产生泡沫多的物料，却装置的或产生泡沫多的物料，0.6-0.80.6-0.

13、8，酒精发酵罐等取酒精发酵罐等取0.8-0.850.8-0.85，气液分离器取，气液分离器取0.70.7等。等。 4 4、设备主要尺寸的计算、设备主要尺寸的计算 发酵工厂的设备多为容器型设备，不同的设备，发酵工厂的设备多为容器型设备，不同的设备，根据其用途和设备特性，根据其用途和设备特性，高径比高径比有很大差别。有很大差别。如锥形底制作容易，排料干净，间歇操作采用如锥形底制作容易，排料干净，间歇操作采用较多。较多。 当确定各部尺寸时，通常根据已知容量当确定各部尺寸时，通常根据已知容量v v以及以及高径比、封头高度（折算成相同直径筒高），高径比、封头高度（折算成相同直径筒高），列出数学方程式求出

14、。列出数学方程式求出。 直径计算直径计算出来后，应将其值出来后，应将其值圆整圆整到接近的公称到接近的公称直径系列（查附录一表直径系列（查附录一表1313）p272p272。然后。然后校核总校核总容量容量是否可满足工艺计算的容量要求。如偏差是否可满足工艺计算的容量要求。如偏差太大，还要作相应太大，还要作相应调整调整，直到符合要求。，直到符合要求。 直径计算确定后，可根据关系直径计算确定后，可根据关系求出其他尺寸求出其他尺寸。 例例1 年产年产120000t/a味精发酵车间主味精发酵车间主要设备设计计算与选型要设备设计计算与选型 1000kg纯度为纯度为100%的味精需浓度为的味精需浓度为22%的

15、糖液的糖液6.55 t 1、发酵罐、发酵罐 2、种子罐、种子罐 评价发酵罐技术性能：体积溶氧系数评价发酵罐技术性能：体积溶氧系数kla 经济性能：溶氧效率经济性能：溶氧效率1 1、发酵罐、发酵罐 （1）发酵罐的选型 （2）生产能力、数量和容积的确定 （3）主要尺寸的计算 （4）冷却面积的计算 （5）搅拌器设计 （6）搅拌轴功率的计算 （7）设备结构的工艺设计 （8）设备材料的选择 （9）发酵罐壁厚的计算 （10）接管的设计 （11）支座设计（1）发酵罐的选型表5-1p109 机械搅拌型 多浆、waldhof、自吸式、卧式搅拌槽 气相连续型 喷淋塔、水平搅拌槽 水泵型 强迫循环型、有导流筒喷射通

16、风器 气升型 气升型、差压循环型、筛板型谷氨酸发酵：机械涡轮搅拌通风发酵罐（通用罐）瓦尔德霍夫型发酵罐瓦尔德霍夫型发酵罐waldhof fermenter 好气性发酵设备好气性发酵设备 圆柱体容器：装有旋转轴、通风器、导流筒和溢流管圆柱体容器：装有旋转轴、通风器、导流筒和溢流管无菌空气由空心轴进入通风轮的空心管，当旋转轴由无菌空气由空心轴进入通风轮的空心管，当旋转轴由马达驱动旋转时，使空气呈放射状喷出，迫使液体由马达驱动旋转时，使空气呈放射状喷出，迫使液体由导流筒外侧上升，再进入导流筒而下降，形成反复的导流筒外侧上升，再进入导流筒而下降，形成反复的循环翻动。循环翻动。 营养液、糖液等从上部加入

17、罐内，细胞培养液以泡沫营养液、糖液等从上部加入罐内，细胞培养液以泡沫形式从上部溢流管排出。形式从上部溢流管排出。 优点优点：(1)由于空气在培养液中分散均匀，与菌体接触由于空气在培养液中分散均匀，与菌体接触时间较长，氧的传递与吸收良好，因而可提高菌体产时间较长，氧的传递与吸收良好，因而可提高菌体产率；率；(2)由于自动机械消泡，不需加消泡剂。由于自动机械消泡，不需加消泡剂。 缺点：结构较复杂，清洗较困难。：结构较复杂，清洗较困难。 适用于以废糖蜜、木材水解液和亚硫酸废液等为原料适用于以废糖蜜、木材水解液和亚硫酸废液等为原料的的酵母或其他单细胞蛋白酵母或其他单细胞蛋白的生产。的生产。 （2 2）

18、生产能力、数量和容积的确定）生产能力、数量和容积的确定 容积的确定 系列5、10、20、50、60、75、100、120、150、200、250、500、550、600、780m3a、单罐容量越大，经济性能越好，但风险越大，要求技术管理水平也越高。b、扩建：可取与原有发酵罐相同的容积。50m3c、新建：尽量取较大容量。550m3现以550m3罐为例（2 2）生产能力、数量和容积的确定）生产能力、数量和容积的确定 生产能力计算 v糖=6.55120000/300=2620(m3/d) v0= v糖/=2620/0.8=3275 (m3/d)每吨味精每吨味精需糖液需糖液年产量年产量t/at/a生产

19、天数生产天数发酵罐的总发酵罐的总容积容积m m3 3 /d /d糖液体糖液体积积m m3 3 /d /d填充系数填充系数（2）生产能力、数量和容积的确定 发酵罐个数的确定发酵罐个数的确定 装液高度系数装液高度系数：圆筒部分高度系数：圆筒部分高度系数 封底则与冷却管、辅助设备体积相抵消封底则与冷却管、辅助设备体积相抵消 公称容积公称容积：罐的圆柱部分：罐的圆柱部分+ +底封头容积（圆整）底封头容积（圆整）罐的全容积罐的全容积：罐的圆柱部分：罐的圆柱部分+ +两封头容积两封头容积（2 2）生产能力、数量和容积的确定）生产能力、数量和容积的确定 发酵罐个数的确定 公称容积500m3的发酵罐，总容积5

20、50m3. n nv v0 0/（24v24v） =3275=32754040(24(245505500.8)0.8) =10( =10(个个) )n n0 0=3275/550=6(=3275/550=6(个个/d/d）实际产量实际产量=550=5500.80.86 6300/6.55=120916300/6.55=120916（t/at/a）富裕量富裕量= =（120916-120000120916-120000）/120000=0.7% /120000=0.7% 满足产量要求满足产量要求（3）主要尺寸的计算 550m550m3 3发酵罐直径发酵罐直径d,d,高度高度h h v v全全=v

21、=v筒筒+2v+2v封封 v v0 0=0.785d=0.785d2 21.95d+/24d32=550 h=1.95d d=6.8m h=h=1.95d=12.9(m12.9(m） 验算全容积验算全容积v v0 0=0.785d=0.785d2 22d+/24d32 +0.785d0.785d2 20.05 =550曲面高度曲面高度直边高度直边高度（4 4）冷却面积的计算）冷却面积的计算影响冷却面积的因素：影响冷却面积的因素： 不同菌种系统不同菌种系统 基质浓度基质浓度 材质材质 冷却水温、流速、水质冷却水温、流速、水质计算方法：计算方法：经验值计算法经验值计算法传热公式计算法传热公式计算法

22、（4）冷却面积的计算经验值计算法经验值计算法发酵产品发酵产品装料体积装料体积冷却面积冷却面积比值比值酵母酵母50400.8谷氨酸谷氨酸40601.5柠檬酸柠檬酸4016200.40.5酶制剂酶制剂2010200.51抗生素抗生素40406011.5550m550m3 3的发酵罐换热面积的发酵罐换热面积a=va=v全全=550=5500.80.81.5=6601.5=660（4 4）冷却面积的计算）冷却面积的计算传热公式计算法：传热公式计算法： 平均温差平均温差tm： tm=（t1-t2）/ln（t1/t2） t1=32-20=12 ( ) t2=32-27=(5)tm=8 ( ) p118换热

23、面积换热面积(牛顿传热定律公式）牛顿传热定律公式）a=q/(ktm) =4.186000440/(4.185008) =660(m2）每每m3发酵液每小时传给冷却器的最大热量发酵液每小时传给冷却器的最大热量4.186000kj/(m3h)竖式列管式换热器竖式列管式换热器k=4.18500kj/(m3h )发酵热生成高峰、高温发酵热生成高峰、高温天气、冷却水温天气、冷却水温（5 5）搅拌器的设计）搅拌器的设计 机械搅拌通风发酵罐的搅拌涡轮机械搅拌通风发酵罐的搅拌涡轮 平叶、弯叶、箭叶式三种平叶、弯叶、箭叶式三种 叶片有三个、六个、八个叶片有三个、六个、八个 在相同搅拌功率下粉碎气泡的能力，平叶在

24、相同搅拌功率下粉碎气泡的能力，平叶弯叶弯叶箭叶；但径向搅动量即翻动液体的能箭叶；但径向搅动量即翻动液体的能力则与以上相反。力则与以上相反。 可根据发酵特点、基质及菌体特性选用。可根据发酵特点、基质及菌体特性选用。谷氨酸发酵谷氨酸发酵过程有中间补料，混合要求高，选过程有中间补料，混合要求高，选用六弯叶。用六弯叶。 平叶 弯叶、箭叶式弯叶、箭叶式（5 5）搅拌器的设计）搅拌器的设计搅拌器的各部尺寸与罐径搅拌器的各部尺寸与罐径d d有一定比例关系有一定比例关系搅拌器叶径搅拌器叶径di=d/3=6.8/3=2.27(mdi=d/3=6.8/3=2.27(m）叶宽叶宽b=0.2dib=0.2di =0.

25、2=0.22.27=0.454 2.27=0.454 （m m）弧长弧长l=0.375di=0.85 l=0.375di=0.85 （m m）底距底距c=d/3=2.27 c=d/3=2.27 （m m）盘径盘径di=0.75di=0.75di=0.75di=0.752.27=1.7 2.27=1.7 （m m）叶弦长叶弦长l=0.25di=0.25l=0.25di=0.252.27=0.57 2.27=0.57 （m m）叶距叶距y=d=6.8 y=d=6.8 （m m）弯叶板厚弯叶板厚=14mm=14mm取取2 2挡搅拌，搅拌转速挡搅拌，搅拌转速110r/min110r/min（6）搅拌轴

26、功率的计算 修正的迈凯尔（michel.b.j)公式求搅拌功率，并由此选择电机。 淀粉水解糖低浓度细菌醪，可视为牛顿流体。1、计算rem2、计算不通气时搅拌功率p03、计算通气时的搅拌功率pg4、求电机功率谷氨酸发酵按1kw/m3发酵醪，550m3装440m3取功率大于440kw的电机（6）搅拌轴功率的计算1 1、计算、计算rerem mrerem m=d=d2 2n/n/d-d-搅拌器直径搅拌器直径 , ,d d= =1.3m1.3mn n-搅拌器转速，搅拌器转速，n n= =95/6095/60=1.58(r/s)=1.58(r/s)-醪液密度醪液密度，=1050kg/m1050kg/m2

27、 2-醪液粘度，醪液粘度，=1.3=1.31010-3-3ns/mns/m2 2rerem m= =2.22.210106 6 视为湍流，则搅拌功率准数视为湍流，则搅拌功率准数n np p=4.7=4.7（6 6）搅拌轴功率的计算）搅拌轴功率的计算2 2、计算不通气时搅拌功率、计算不通气时搅拌功率p p0 0p p0 0=n=np pn n3 3d d5 5d-d-搅拌器直径搅拌器直径 , ,d d=1.3m=1.3mn n-搅拌器转速，搅拌器转速，n n=95/60=1.58(r/s)=95/60=1.58(r/s)-醪液密度醪液密度，=1050kg/m1050kg/m2 2-醪液粘度，醪液

28、粘度，=1.3=1.31010-3-3ns/mns/m2 2n np p-搅拌功率准数，搅拌功率准数，n np p=4.7=4.7p p0 0=71.9=71.910103 3w72kww72kw两档搅拌两档搅拌p p0 0=2p=2p0 0=144kw=144kw（6 6）搅拌轴功率的计算）搅拌轴功率的计算3 3、计算通风时搅拌功率、计算通风时搅拌功率p pg gpg=2.2510-3（p0nd3/q0.08)0.39 (kw)d-搅拌器直径搅拌器直径 ,d=1.3mn-搅拌器转速，搅拌器转速，n=95 (r/min)p0-不通风时搅拌功率不通风时搅拌功率144kwq-通风量（通风量（ml/

29、min),设通风比设通风比vvm=0.110.18取低限通风量变大，为安全。取低限通风量变大，为安全。q=79.10.11106=8.7106 （ml/min)pg=116.1 (kw)（6）搅拌轴功率的计算4、计算电机功率、计算电机功率p电电p电电=pg1.01/（123) (kw)pg=116.1 (kw)三角传动三角传动1=0.92滚动轴承滚动轴承2=0.99滑动轴承滑动轴承3=0.98端面密封增加的功率为端面密封增加的功率为1%p电电=131.2(kw)，查手册选合适的电机。，查手册选合适的电机。（7 7）设备结构的工艺设计）设备结构的工艺设计1、空气分布器空气分布器2 2、挡板、挡板

30、3 3、密封方式、密封方式4 4、冷却管布置、冷却管布置（7 7）设备结构的工艺设计）设备结构的工艺设计1 1、空气分布器、空气分布器 多孔（管式）：通风量小多孔（管式）：通风量小（q=0.02q=0.020.5ml/s)0.5ml/s) 单管式单管式: :通风量大。通风量大。( (选用）选用）2 2、挡板、挡板 加强搅拌强度，防止产生涡旋。加强搅拌强度，防止产生涡旋。 竖式冷却蛇管，扶梯可当挡板。竖式冷却蛇管，扶梯可当挡板。 挡板上沿略低于液面，减少泡沫挡板上沿略低于液面，减少泡沫3 3、密封方式：双面机械密封、密封方式：双面机械密封（7 7）设备结构的工艺设计）设备结构的工艺设计4 4、冷

31、却管布置冷却管布置 夹套：（夹套：（5mf=660,满足要求满足要求（8 8）设备材料的选择）设备材料的选择 优先满足工艺，其次是经济性。优先满足工艺，其次是经济性。 不锈钢：不锈钢：1gr18ni9ti1gr18ni9ti 碳钢内衬不锈钢碳钢内衬不锈钢 碳钢碳钢 复合材料复合材料 喷涂金属和耐腐蚀涂料喷涂金属和耐腐蚀涂料 本设备选用本设备选用1gr18ni9ti1gr18ni9ti钢制作钢制作（9 9）发酵罐壁厚的计算）发酵罐壁厚的计算 公式计算和查表法。公式计算和查表法。p273-275p273-275 查表法是前人用公式计算的结果，要注意查表法是前人用公式计算的结果，要注意选用材质和工作

32、条件相应的表格。选用材质和工作条件相应的表格。计算法确定发酵罐的壁厚计算法确定发酵罐的壁厚封头壁厚计算封头壁厚计算计算法确定发酵罐的壁厚计算法确定发酵罐的壁厚p273 s=pd/(2)+cp-设计压力，取最高工作压力的设计压力，取最高工作压力的1.05倍，不限取倍，不限取0.4mpad-发酵罐内径发酵罐内径6800mm- 1gr18ni9ti1gr18ni9ti钢的许用应力钢的许用应力1400kg/cm2-焊缝系数，焊接及探伤查表。焊缝系数，焊接及探伤查表。0.9c-壁厚附加量，壁厚附加量，c=c1+c2+c3c1-钢板负偏差，厚度查表，钢板负偏差，厚度查表，0.131.3，取，取0.5mmc

33、2-腐蚀裕量腐蚀裕量0，a3钢：单面钢：单面1mm，双面，双面2mm（取）（取）c3加工减薄量，冷加工加工减薄量，冷加工0（取），热加工（取），热加工0.1s0s=1.6(cm）计算法确定发酵罐的壁厚计算法确定发酵罐的壁厚 选用选用12mm12mm厚厚a3a3钢板制作，查表，每米高重钢板制作，查表，每米高重1189kg1189kg，c c筒筒=1189=11898=9488kg8=9488kgs s封封=pd/(2-p)+c=12.8=pd/(2-p)+c=12.8 查钢材手册圆整为查钢材手册圆整为s=14 gs=14 g封封=2005kg=2005kg 壁厚表和椭圆封头壁厚表壁厚表和椭圆封头

34、壁厚表1818（1010）接管设计）接管设计p115p1151 1、接管长度：直径和保温层、接管长度：直径和保温层 表表5-25-2公称直径公称直径dg不保温接管不保温接管长长保温设备接保温设备接管长管长适用公称压适用公称压力（力（mpa）15801304020501001501670350150200167050015020010（1010）接管设计）接管设计2、接管直径的确定：流体力学。、接管直径的确定：流体力学。流量、流速流量、流速管道截面积管道截面积管径管径园整。园整。排料管（也是通风管）：醪量排料管（也是通风管）：醪量440m3，2h排空排空q=440/(36002)=0.06(m3

35、/s)物料流速物料流速=1m/sf截面截面=q/v=0.06(m2）f截面截面=0.785d2d=0.28（m）查表查表p271表表12取无缝管取无缝管3258，325-8*2=309280mm适用。适用。（1010）接管设计）接管设计2、接管直径的确定：流体力学、接管直径的确定：流体力学流量、流速流量、流速管道截面积管道截面积管径管径园整。园整。排料管（也是通风管）：压缩空气排料管（也是通风管）：压缩空气0.4mpa，支管气速，支管气速2025m/s 通风比通风比0.180.35（20，0.1mpa）风量风量q1取大值取大值=4400.35=154（m3/min)=2.57(m3/s)工作状

36、态风量工作状态风量qf=2.570.10.35(273+30)(273+20)=0.76(m3/s)风速风速=25m/s ff=qf/=0.76/25=0.03(m2）ff=0.785d2气气 d气气=0.10（m）排料管（也是通风管），取两者大值。排料管（也是通风管），取两者大值。（1111）支座选择）支座选择卧式支座卧式支座：支腿、圈形支座、鞍型支座：支腿、圈形支座、鞍型支座立式支座立式支座：悬挂支座、支撑式支座和裙式支座：悬挂支座、支撑式支座和裙式支座对于对于100m100m3 3以上发酵罐，宜选用裙式支座以上发酵罐，宜选用裙式支座2 2 种子罐种子罐（1 1）选型：同发酵罐）选型：同发

37、酵罐（2 2）容积和数量）容积和数量 容积：接种量容积：接种量 数量：生产周期、发酵罐相对应。数量：生产周期、发酵罐相对应。2 2只只（3 3）主要尺寸：发酵罐几何相似）主要尺寸：发酵罐几何相似（4 4）冷却面积：夹套）冷却面积：夹套（5 5）设备材料：多用不锈钢，光洁。）设备材料：多用不锈钢，光洁。（6 6）壁厚、搅拌、支座）壁厚、搅拌、支座3 3 空气分过滤器空气分过滤器分过滤器空罐气速分过滤器空罐气速0.20.5m/s，通过滤层的气速，通过滤层的气速1.01.5m/s分过滤器花板钻分过滤器花板钻8孔，开孔率孔，开孔率40%。种子罐和发酵罐分过滤器种子罐和发酵罐分过滤器（1）分过滤器直径的

38、计算）分过滤器直径的计算v=0.785d2滤层滤层/v-通过分过滤器的空气（通过分过滤器的空气（0.4mpa）流量）流量v=0.7750.180.10.430529360-通过分过滤器气速取通过分过滤器气速取0.2m/sd滤层滤层=0.062（m），园整取），园整取70mmd过滤器过滤器=1.11.3d滤层。滤层。取取1.3,d过滤器过滤器=91，园整取，园整取100mm3 3 空气分过滤器空气分过滤器（2）过滤器强度）过滤器强度p设计设计=0.41.25=0.5mpa，=0.7=127mpa，c=0.2s=0.23(cm）进出气管：与气管配合进出气管：与气管配合数量：每罐一个数量：每罐一个滤

39、层厚度：滤纸滤层厚度：滤纸56层层分过滤器高度：筒体部分高度的分过滤器高度：筒体部分高度的1.11.5倍倍s=pd/(2-p)+c例2、总容积200m3啤酒罐底发酵罐计算 1 1、有效容积：、有效容积： v v有效有效v v总总2002000.80.8160160（m m3 3） 2 2、罐径：设圆柱高、罐径：设圆柱高h h4d4d，圆锥角，圆锥角6060，则：则： 锥高：锥高：h hd/2tgd/2tg（/2/2） 所以，所以，v v总（总（/4/4）d d2 2h h1/31/3（/4/4）d d2 2h h 故：故：d d mtgv总9 . 32530243/1 3 3、圆柱高：、圆柱高

40、：h h4d4d4 43.93.915.615.6（m m） 圆锥高：圆锥高：h hd/2tg30d/2tg303.383.38（m m） 封头高：封头高：hohod d4 43.93.94 40.9750.975（m m） 发酵罐总高：发酵罐总高：h h总总h hhohoh h15.615.63.383.380.9750.97519.9619.96（m m） 4 4、冷却面积、冷却面积 a aq/q/（k.k.tmtm）（）（m m2 2）（）（q q取最大值）取最大值） （1 1）设啤酒在）设啤酒在1.51.5天内从天内从1212冷却至冷却至55，则，则放出的热量为：放出的热量为： q q

41、1 1mcmc（t t2 2-t-t1 1） 160160104010403.73.7(12-5)/36(12-5)/36 119715.5119715.5（kj/hkj/h） （2 2）设啤酒最后在）设啤酒最后在1 1天内由天内由55冷却至冷却至11，则放出的热量为：则放出的热量为： q2q2mcmc（t t1 1-t-t2 2） 160160104010403.73.76/246/24153920153920（kj/hkj/h） 式中：式中：160160发酵罐有效体积（发酵罐有效体积（m m3 3） 10401040发酵液密度（发酵液密度（kg/mkg/m3 3） 3.73.7液体焓（液体

42、焓（kjkjkgkg） 因因q2q1q2q1，故取，故取q2q2计算。计算。 设冷酒精由设冷酒精由44至至11，后发酵液由，后发酵液由55冷冷至至00，则，则 tmtm4.44.4， 冷却面积：冷却面积： a aq/q/（k.k.tmtm）97.297.2（m m2 2） 式中：式中：k k100w/100w/（m m2 2k k） 则冷却面积则冷却面积/ /有效容积有效容积97.2/16097.2/1600.60.6 5 5、发酵罐厚度及材料、发酵罐厚度及材料 材料采用不锈钢焊制，其厚度计算如下：材料采用不锈钢焊制，其厚度计算如下： s s(p(pd)/(2)d)/(2)c c （0.20.

43、2390390）/ /（2 21271270.80.8）+0.1+0.1 0.480.48（cmcm）（取）（取0.5cm0.5cm） 式中：式中：pp试水压力，试水压力，0.2mpa0.2mpa（表压）（表压） 许用应力，许用应力，127mpa127mpa 焊缝系数，取焊缝系数，取0.80.8 cc附加裕度，取附加裕度，取0.1cm0.1cm 为加强罐体刚度和强度，在罐身每隔为加强罐体刚度和强度，在罐身每隔2m2m距离处距离处焊加强圈焊加强圈2 2一个，宽度为一个，宽度为50mm50mm，厚度为，厚度为3mm3mm。二、连续操作设备生产能力、数二、连续操作设备生产能力、数量和容积的设计计算量

44、和容积的设计计算 连续操作设备在设计中，既在考虑生产能力又连续操作设备在设计中，既在考虑生产能力又要考虑混合、反应等处理效果。通常为提高反要考虑混合、反应等处理效果。通常为提高反应效果的具体做法是：在满足生产能力的前提应效果的具体做法是：在满足生产能力的前提下，选择设备时要考虑其高径比和设备数量，下，选择设备时要考虑其高径比和设备数量，如连续蒸煮、连续发酵设备通常取如连续蒸煮、连续发酵设备通常取3 35 5个罐串个罐串联。联。 设计连续操作设备的容量和主要尺寸的依据设计连续操作设备的容量和主要尺寸的依据 物料流量物料流量（m m3 3/s/s或或t/st/s）；）； 物料流量物料流量是根据设计

45、的生产规模，通过是根据设计的生产规模，通过计算确定的。计算确定的。 物料在设备中的逗留时间（物料在设备中的逗留时间（t/st/s）；）； 物料在连续操作设备中的逗留时间则取决物料在连续操作设备中的逗留时间则取决于生产工艺的要求和目的。于生产工艺的要求和目的。以连消和连续蒸煮为例，同时用蒸汽加热以连消和连续蒸煮为例，同时用蒸汽加热物料，连消在加热区的逗留时间比蒸煮物料，连消在加热区的逗留时间比蒸煮要短得多，前者以杀菌和保存营养为主，要短得多，前者以杀菌和保存营养为主，后者则要考虑充分糊化物料。后者则要考虑充分糊化物料。 物料在设备各部位的流速物料在设备各部位的流速v v（m/sm/s）。）。1

46、1、生产能力的确定、生产能力的确定 对于连续生产操作设备，其生产能力对于连续生产操作设备，其生产能力是在保证生产工艺条件的基础上，单位是在保证生产工艺条件的基础上，单位时间通过设备的物体量，由工厂的规模时间通过设备的物体量，由工厂的规模与物料衡算确定。与物料衡算确定。 以淀粉质原料，年产以淀粉质原料，年产30000t30000t酒精厂为酒精厂为例，根据物料衡算，蒸煮醪的体积流量例，根据物料衡算，蒸煮醪的体积流量为为45m45m3 3/h/h。因此要求连续蒸煮设备的生。因此要求连续蒸煮设备的生产能力即为产能力即为45m45m3 3/h/h。 2 2、设备容积的计算、设备容积的计算 已知物料流量已

47、知物料流量和逗留时间和逗留时间t t，可以计，可以计算出设备的有效体积：算出设备的有效体积：v v有效有效 t t（m m3 3） 例如：根据生产经验，例如：根据生产经验，30000t/a30000t/a酒精厂蒸酒精厂蒸煮时间（即逗留于高温区的时间）要求煮时间（即逗留于高温区的时间）要求为为909060min60min。现取。现取80min80min，则蒸煮设备，则蒸煮设备的总有效容积为：的总有效容积为： v v有效有效= =（45456060）80806060（m m3 3） 3 3、设备数量的计算、设备数量的计算 连续操作设备为保证反应的充分均匀，防止滞连续操作设备为保证反应的充分均匀，防

48、止滞留和滑漏现象，根据生产性质的不同，一般取留和滑漏现象，根据生产性质的不同，一般取设备数量为设备数量为3 35 5个，也可设定单个设备容量，个，也可设定单个设备容量，由总容量计算设备的数量由总容量计算设备的数量n n：n nv v有效有效/ /（vv1 1）式中：式中：v v有效有效设备有效总体积（设备有效总体积（m m3 3）v v1 1单个设备容积（单个设备容积（m m3 3）填充系数填充系数根据上例根据上例30000t/a30000t/a酒精厂酒精厂v v有效有效60m60m3 3，v v1 116m16m3 3。 100100，则蒸煮设备数量，则蒸煮设备数量n n为：为： n=60/

49、16n=60/163.754 3.754 4 4、设备主要尺寸计算、设备主要尺寸计算 容器类设备的主要尺寸计算方法同间歇容器类设备的主要尺寸计算方法同间歇操作设备的计算方法。但连续操作设备操作设备的计算方法。但连续操作设备为保证其顺序性和连续性，通常高径比为保证其顺序性和连续性，通常高径比要比间歇操作设备大一些。具体情况，要比间歇操作设备大一些。具体情况，可根据生产特点加以确定。可根据生产特点加以确定。 连续灭菌设备连续灭菌设备 小规模实罐灭菌、大规模连续灭菌小规模实罐灭菌、大规模连续灭菌 连续灭菌流程连续灭菌流程 连消塔连消塔喷淋冷却流程喷淋冷却流程 喷射加热喷射加热真空冷却流程真空冷却流程

50、 板式换热灭菌流程板式换热灭菌流程连消塔喷淋冷却设备 1、连消塔选型：喷孔型、螺旋型、汽液混合型2、生产能力：12h，2620m3/d，15%糖液 数量：2套，大规模2套或3套3、主要尺寸及接管的计算a、灭菌时间：10min，连消塔1030s，维持罐812min连消培养基流速0.30.6m/s b、连消塔长度、连消塔长度l=t=0.310=3(m) c、连消蒸汽耗量、连消蒸汽耗量 v=1.1gc(t2-t1)/(-） d、进汽管直径、进汽管直径d: f=0.785d2 f=v/汽速汽速 汽速汽速=2050m/s，取，取42e、进料管、出料管（加蒸汽冷凝量）直、进料管、出料管（加蒸汽冷凝量）直径

51、径f、连消塔外圆尺寸、连消塔外圆尺寸g、外筒有效长度校核：内径圆整重新确、外筒有效长度校核：内径圆整重新确定有效长度定有效长度 （4）设备结构的工艺设计 开孔数、孔径 （5）设备材料选择 不锈钢、低碳钢、普通钢a3 （6）壁厚确定:1.6mpa，6mm （7）支座选择：悬挂式b、支撑式 2 2、维持罐、维持罐 选型、生产能力、数量和容积确定、主选型、生产能力、数量和容积确定、主要尺士、材料选择、壁厚、接管、支座要尺士、材料选择、壁厚、接管、支座 3 3、喷淋冷却器、喷淋冷却器第三节通用设备的选型第三节通用设备的选型 属于通用设备的内容很多，本节仅介绍属于通用设备的内容很多，本节仅介绍与发酵生产

52、密切相关的液体输送设备、与发酵生产密切相关的液体输送设备、气体输送设备的选型。气体输送设备的选型。 一、液体输送设备选型一、液体输送设备选型 液体输送设备，主要是各种类型的泵，液体输送设备，主要是各种类型的泵，还有压力输送等设备。但在此仅讨论泵还有压力输送等设备。但在此仅讨论泵类的选型。类的选型。 （一）泵的分类和特点（一）泵的分类和特点 发酵工业中，使用最广泛的是离心泵。发酵工业中，使用最广泛的是离心泵。 离心泵：离心泵：体积小、效率高、控制方便。可选体积小、效率高、控制方便。可选择在出口管上安装控制阀的办法调节流量。往复择在出口管上安装控制阀的办法调节流量。往复泵不可这样做，否则会出现重大

53、事故。泵不可这样做，否则会出现重大事故。 往复泵往复泵：容积式泵。它的流量与压力无关，：容积式泵。它的流量与压力无关，调节往复泵的流量可采用改变往复泵转速，改变调节往复泵的流量可采用改变往复泵转速，改变冲程大小或采用支路调节的方法来实现。冲程大小或采用支路调节的方法来实现。 隔膜泵隔膜泵：腐蚀性腐蚀性液体或含有固形颗粒的悬浮液体或含有固形颗粒的悬浮液液 旋涡泵旋涡泵：流量小而压力高，泵体构造简单而：流量小而压力高，泵体构造简单而紧凑，但效率较低，一般低于紧凑，但效率较低，一般低于4040。 齿轮泵：齿轮泵：流量小，压力高，在发流量小，压力高，在发酵工业中常用来输送粘稠液体和作酵工业中常用来输送

54、粘稠液体和作为为板框压滤机板框压滤机的加料泵。的加料泵。 螺杆泵螺杆泵：结合了离心泵与往复泵：结合了离心泵与往复泵的优点，流量稳定，适合于在高压的优点，流量稳定，适合于在高压下输送带有固体颗粒的悬浮液。由下输送带有固体颗粒的悬浮液。由于它的排出压力较高，流量均匀，于它的排出压力较高，流量均匀，在发酵工业中常被用于在发酵工业中常被用于进料进料等。连等。连消消 （二）泵的选择原则（二）泵的选择原则 流量、扬程、有效汽蚀量、液面流量、扬程、有效汽蚀量、液面 （1）流量）流量 设计发酵工厂的装置时，要留有一设计发酵工厂的装置时，要留有一定的富裕能力。在选择泵时，应按设计定的富裕能力。在选择泵时，应按设

55、计要求达到的能力确定泵的流量，并使之要求达到的能力确定泵的流量，并使之与其他设备能力协调平衡。另一方面，与其他设备能力协调平衡。另一方面，泵的流量的确定也应考虑适应不同的原泵的流量的确定也应考虑适应不同的原料或不同产品的要求等因素，所以应综料或不同产品的要求等因素，所以应综合考虑两点：合考虑两点： 装置的富裕能力及装置内各设备能力装置的富裕能力及装置内各设备能力的协调平衡；的协调平衡； 工艺过程影响流量变化的范围。工艺过程影响流量变化的范围。 指在泵吸入口处单指在泵吸入口处单位重量液体所具有位重量液体所具有的超过汽化压力的的超过汽化压力的富余能量。富余能量。m m （2）扬程）扬程 考虑到工艺

56、设计中管路系统压力降计算比较考虑到工艺设计中管路系统压力降计算比较复杂，泵的扬程一般为复杂，泵的扬程一般为正常需要扬程的正常需要扬程的1.05-1.1倍倍。实际上，如有经验数据，应尽量采用经验数。实际上，如有经验数据，应尽量采用经验数据，这样可以减少选泵的工作量。据，这样可以减少选泵的工作量。 （3）装置（系统）的有效气蚀余量）装置（系统）的有效气蚀余量 应大于泵所需的允许气蚀余量。对于进口侧应大于泵所需的允许气蚀余量。对于进口侧物料处于减压状态或操作温度接近汽化条件时，物料处于减压状态或操作温度接近汽化条件时，泵的气蚀安全系数适定取较大值，如减压塔的塔泵的气蚀安全系数适定取较大值，如减压塔的

57、塔压泵，压泵，气蚀安全系数取大于气蚀安全系数取大于1.3。（4）液面）液面 介质液面高于泵中心者，应取最低液面，介介质液面高于泵中心者，应取最低液面，介质液面低于泵中心者，也应取最低液面。质液面低于泵中心者，也应取最低液面。 2 2、选泵的一般程序、选泵的一般程序 （1 1）选泵前的准备工作）选泵前的准备工作 收集物性数据资料。收集物性数据资料。 a a、在操作条件下泵的使用参数，如温度、压力、流量等、在操作条件下泵的使用参数，如温度、压力、流量等变化情况。变化情况。 b b、输送物料的性质，如密度、粘度、蒸汽压力、化学腐、输送物料的性质，如密度、粘度、蒸汽压力、化学腐蚀性等。蚀性等。 c c

58、、了解泵的安装位置及所处的环境。、了解泵的安装位置及所处的环境。 确定泵的性能参数。确定泵的性能参数。 a a、扬程：用、扬程：用m m液柱表示，此项指标可在泵样本及说明书中液柱表示，此项指标可在泵样本及说明书中查得。查得。 b b、流量：一般以、流量：一般以m m3 3/h/h或或l/sl/s表示，此项指标可在泵样本及表示，此项指标可在泵样本及说明书中查得。说明书中查得。 c c、允许气蚀余量及泵的允许吸上真空度，可在样本及说、允许气蚀余量及泵的允许吸上真空度，可在样本及说明书中查得。明书中查得。 d d、泵效率：指有效功率与泵轴输入功率的比值。、泵效率：指有效功率与泵轴输入功率的比值。 （

59、2 2）选泵的步骤）选泵的步骤 根据要求确定所需送液体的流量及扬程量。根据要求确定所需送液体的流量及扬程量。 根据工艺要求和输送液体物料性质来初选泵的类根据工艺要求和输送液体物料性质来初选泵的类型。型。 a a、当工艺要求连续化操作，流量要求均匀时，可、当工艺要求连续化操作，流量要求均匀时，可选用选用离心泵离心泵；当要求流量小而扬程大时，可选用；当要求流量小而扬程大时，可选用往往复泵复泵；当流量大而扬程小时，可选用；当流量大而扬程小时，可选用离心泵离心泵；当要；当要求精确进料时，可选用求精确进料时，可选用比例泵比例泵。当工艺要求间歇操。当工艺要求间歇操作，可不考虑流量的均匀性，选用适合工艺流程

60、的作，可不考虑流量的均匀性，选用适合工艺流程的泵均可。泵均可。 b b、从输送物料性质考虑：输送悬浮液时，选用隔、从输送物料性质考虑：输送悬浮液时，选用隔膜式往复泵；输送粘度大的液体、胶体溶液或糊状膜式往复泵；输送粘度大的液体、胶体溶液或糊状物时，可选用齿轮泵，也可用螺杆泵或高粘度泵；物时，可选用齿轮泵，也可用螺杆泵或高粘度泵；输送易燃易爆有机液体可用防爆电机驱动的离心式输送易燃易爆有机液体可用防爆电机驱动的离心式油泵；输送一般溶液可用任何类型的泵。油泵；输送一般溶液可用任何类型的泵。 泵的类型选定后，再根据流量及扬程选出泵的型号，确泵的类型选定后，再根据流量及扬程选出泵的型号，确定材质并确定