产万吨味精厂谷氨酸机械搅拌通风发酵罐设计方案

1、生物工程与设备课程设计说明书年产6万吨味精厂谷氨酸生产机械搅拌通风发醉罐设计专业班级：生物技术及应用作者学号：201006062060作者姓名：王友真指导老师：王君高王兰芝设计日期：2013年3月4日至2013年3月15日山东轻工业学院课程设计任务书食品与生物工程 学院10级生物技术及应用 专业 学生 题目：年产6万吨味精厂谷氨酸生产机械搅拌通风发酵罐设计 一、主要内容：1、物料恒算，计算发酵罐总容积；2、求发酵罐个数，取单罐公称容积 200m3；3、公称容积200m3发酵罐设计（罐体尺寸、壁厚、搅拌器类型选择及尺寸设计、搅拌功率 计算、搅拌轴直径计算、冷却面积计算与设计）二、基本要求1、编写

2、计算设计说明书（有前言、设计参数、物料恒算、发酵罐工艺设计，设计 体会）2、用CAD绘出发酵罐结构图。三、设计参数1、糖酸转化率61%2、发酵产酸水平11%3、发酵周期32小时4、发酵罐充满系数为0.75、日分子式 187.13 (GHNONa) .H2O6、谷氨酸分子式 147.13（C 5H9NO）7、谷氨酸密度取 1.553g/cm 38、残还原糖0.8%, TB体1.7%9、谷氨酸提取率 97.5%。10、谷氨酸生产味精精制率为125%11、空罐灭菌压力 0.25MPa12、年工作日安330天计算四、主要参考资料1郑裕国生物工程设备化学工业出版社20072高孔荣发酵设备 轻工业出版社1

3、991.103梁世中生物工程设备轻工业出版社 2002.24化工设备设计全书编辑委员会编搅拌设备设计上海科学技术出版社19855吴思方发酵工厂工艺设计概论中国轻工业出版社 2007(6)化工工艺设计手册(7)于令信味精工业手册(8)张克旭氨基酸发酵工艺学轻工业出版社完成期限：自2013年 3月4日至2012年3月 15日 指导教师：王君高 王兰芝 教研室主任: 一、前言1、课程设计的性质通过本次设计使同学对生物工程与设备的理论知识有更深刻的理解，生物工程与设备课程设计为必修课。同时也为将来走上设计岗位的同学打下良好的 基础。2、课程设计目的与任务任务：年产6万吨味精厂谷氨酸机械搅拌通风发酵罐设

4、计。目的：通过课程设计，使同学对工艺参数确定，物料包算、发酵罐体积及 尺寸确定、罐体机械强度、搅拌功率、搅拌轴及搅拌浆叶强度等计算能力得到 锻炼。掌握工程设计基本程序及内容，熟练掌握电脑绘图及绘图质量。二、设计参数1、糖酸转化率61%2 发酵产酸水平11%3、发酵周期32小时4、发酵罐充满系数为0.75、味精分子式187.13 (C5H8NO4Na.H2O6谷氨酸 分子式147.13(C5H9NO4)7、谷氨酸密度取1.553g/cm38、残还原糖0.8%,干菌体1.7%9、谷氨酸提取率97.5%1R谷氨酸生产味精精制率为125%11、取显=1 (kw) 12、空罐灭菌压力0.25MPa Vl

5、13、年工作日安330天计算三、物料衡算1、发酵罐总容积计算发酵罐总容积，决定于年工作日、每天生产谷氨酸量、发酵产酸水平、 谷氨酸发酵周期、谷氨酸提取率、谷氨酸精制味精得率等。(1)年谷氨酸的产量=年味精产量+ 125%=60000/1.25=48000T2、每天的谷氨酸产量 二年谷氨酸的产量+ 330=48000/330=145.45T(3)发酵液密度125一 =856 1101.553= 865 +16.7 + 70.8 = 952.5 m3T=1.050T /m3 =1050Kg/m3(4)每天生产发酵液体积每天生产谷氨酸量V 二发酵产酸水平谷氨酸提取率=145.45/1.050 X (

6、11% X 97.5%)=1291.59m(5)发酵罐的总容积 .总=每天生产发酵液体积X发酵周期(小时)/24= ( 1291.59 X 32) /24=1722.12m2、求发酵罐个数，取单罐公称容积200m3查表6-2 (发酵工厂工艺设计概论P102)得公称容积是 200 m3的发酵罐全容积为230 m3。取充满系数为 0.7.(1)单罐的有效容积计算3V有效=单罐公称容积X罐的利用率=200 X 0.7=140m(2)发酵罐个数n计算n=V总/ V有效=1722.12/140=12.3故取13个发酵罐。四、发酵罐工艺设计1、发酵罐直径及罐体高度计算根据发酵罐的公称容积，确定发酵罐的尺寸

7、。已知发酵罐直径D,筒体部分高H。，发酵罐总高A常见的发酵罐的几何尺寸比例如下：H/D=1.7 3.5Di/D=1/21/3B/D=1/8 1/12C/Di=0.81.0S/Di=2 5H0/D=2取H/D=2.0,采用标准椭圆形封头。已知罐公称容积 V0为200m3通常，对一个发酵罐的大小用“公称体积”表示。所谓“公称体积”，是指罐的通身（圆柱）体积和底封头体积之和。其中底封头体积可根据封头形状、直径及壁厚从有关化工设计手册中查得。标准椭圆形封头体积为：hb-6D7.27.2 月 2V1= D hb D ha = D464式中：hb一椭圆封头的直边高度，mha 一椭圆短半轴长度,标准椭圆ha

8、 =-D4。6D(2)故发酵罐全体积为:n 2Vo =-D2.|Ho +2 h4 ' <近似计算式为:：,23Vo = D H 0.15D4(m3 V =-D2 H H = 2发酵罐公称体积：4 I 6 J其中ID二 _ 21 _V = - D2(H -D) =20046二 _ 31D3(2 -) =200462002.16667=4.9(m)取发酵罐直径D=5 m 故发酵罐高H0=2D=10 m取封头直角边hb, 一般取值范围为5055mm此处取封头直边为5mm.发酵罐公称容积 V产一D2(H+hb + - D) 46=-X5X 5(10+0.05+ 1 X 5)=213.62

9、 m 346发酵罐总高度 H =H0+2( hb+ha)=10+2(0.05+5+ 4)=12.60m封头体积：.!2 D253V1 = D2(h ) =0.785 52(0.05) =17.34(m3)466发酵罐全容积 V=V0 +Vi =213.62+17.34=230.96 m 3与查表得公称体积一致。3、发酵罐壁厚计算Dp2- p式中：p一耐受压强,2Kg/cm ,表压;D 罐径，cm;中一焊缝系数，双面焊缝 中=0.8,无焊缝中=1.0;C 一腐蚀裕度，当 8 -C v 1cm时，C=3mm； hJ许用应力（kg/cm2）, C=Ci + C2对不锈钢当介质的腐蚀性极微时,B C2

10、=0,查表14-7 （生物工程设备）取 C1=0.6mm。使用不锈钢0CC9Ni9 ,其中钢板许用应力 b】=130MPa5000 0.25： 0 0.6 = 6.62mm 一 ， ， ， _2M130M0.8-0.25取不锈钢板厚 7mm4、 搅拌器类型选择与设计搅拌器的设计应使发酵液有足够的径向流动和适度的轴向运动。搅拌叶轮大多采用涡轮式，最常用的是六直叶圆盘涡轮搅拌器、六弯叶圆盘涡轮 搅拌器、六箭叶圆盘涡轮搅拌器，圆盘作用是避免底部通入的空气从罐中心 上升走短路。为了强化轴向混合，可采用涡轮式和推进式叶轮共用的搅拌体系。为了拆装方便，大型搅拌叶轮可做成两半型，用螺栓连成整体装配于搅 拌轴

11、上。搅拌叶轮直径与罐径之比Di/D=1/21/3。搅拌叶轮类型的选择主要考虑功率准数，混合特性以及叶轮所产生的液流作用力的大小与种类等等。1、单只涡轮搅拌器不通风时的搅拌功率计算PO =NPn3D；：式中Po-不通风时搅拌器车入的功率（W）n-涡轮转数（r/s）D-搅拌器直径（m）p -醪液密度（kg/m3）Np-功率准数若Po单位为kW , n单位为r/min。贝U：Po =4.63NPn3D5： 10.已知六弯叶涡叶搅拌器叶轮直径D ，盘彳di,叶弦长L,叶宽B,D: di : L: B=20:15:5:4搅拌器叶轮直径D=（1）D32由Di/D=1/21/3,此时取 D/D=2/5 ,即

12、：D =2/5 D=2 m。由标准圆盘涡轮搅拌器尺寸 D: d: L: B=20:15:5:4得：圆盘涡轮直径 d= Di 15/20=2 X15/20=1.5m,桨叶长 L= Di 5/20=2 X5/20 =0.5 m ,桨叶宽 B= Di 4/20=2 X 4/20=0.4 m , 采用标准六弯叶圆盘涡轮搅拌器。2、多只涡轮搅拌器不通风时的搅拌功率计算若是多档搅拌器，两档间距 S,非牛屯流体Sm2D,牛顿流体SB2.5-3D ;静液面至上档间距取0.5-2D,下档搅拌器至罐底距离 CX0.5-1D。符合以上条件，两档搅拌器输出的功率就是单只涡轮搅拌器的2倍：P0 = 2 4.63NPn3

13、Di5? 10-9取员 =1 （ kw/m 3）两档搅拌 P0=280kw Vl所以 280=2X4.63X4.7X n3 x 25 x 1050X 109,所以 n =57.63 r/min。3、通风时搅拌功率（Pg ）计算f _ 2 _ 3 '0.39Po nD”/、Pg = 0.32 父 0.（kW）-IQ J式中：Pg.、Po通风与不通风时的搅拌功率，单位kWn搅拌转速（r/min） D一搅拌器直径（m Q通风量（m/min ）设通风比 vm=0.22 贝 U Q=280M0.22 M106=61.6 M106ml/min=61.6 m3/min 代入式 a 得通风时搅拌轴功率

14、 P . =249.43kW<280kw g故通风时搅拌功率要比不通风时搅拌功率低，由于气泡存在使搅拌的液体密度下降。5、 搅拌轴直径计算搅拌轴直径决定于搅拌轴的材料、转速、搅拌功率等。轴的计算主要 是确定轴的最小截面尺寸，进行强度、刚度计算，以便保证搅拌轴能安全平 稳的运转。（1）轴的强度计算对搅拌轴而言，承受扭转和弯曲联合作用，其中以扭转作用 为主，所以在工程应用中常用近似的方法进行强度计算。它假定轴只承受扭 矩的作用，然后用增加安全系数以降低材料的许用应力来弥补由于忽略受弯 曲作用所引起的误差。轴受扭转时，其截面上产生剪应力。轴扭转的强度条件是：- maxTqwp式中：Tmax一截

15、面上最大剪应力（kgf/cm2）；TQ 一轴所传递的扭矩（kgf/cm ）；Wp 一抗扭截面系数（cm3）；k1一降低后的扭转许用剪应力（kgf/cm3）;轴扭转时材料的许用剪应力值是根据扭转实验所得的屈服极限再除以安全系数来决定的。轴直径为d,则d >71620 16其中A = 3 .采用45号钢，按表1取1 k =360,八 71620 16 , 71620 162A =3=310.05cm二 k 二 360A3 N =10.05 3140 一 一 . 一=13.51cm,取 d=140mm.57.63(2)轴的刚度计算( P 140一TQ = 9550 =955023199.72

16、N.m,二 4JP = D32=三GoJp180100 - ji23199.725 二 一8.1 10 1432180x 100 x = 0.044 <4二n 57.63=12.48cm根据搅拌设备设计计算，取B=10,d之B4- =10413.n ； 57.63小于强度计算值，故轴径依强度计算为准。5、冷却面积计算及设计(1)冷却面积按每立方m发酵液1m冷却面积计算，即:140,.二L 二 d1取规格为(|)65X 3的管子做冷却管所以，L=-=719.13m二 0.065 -0.03大型发酵罐一般对称取8组冷却管，美组冷却管累积长度取 7,每一排上下有2 个冷却管。故冷却管子根数N=719.13/(8 X6X2)=7.49,取8根。冷却管体积：V = y：d2 < =0.785Ms.065 ”770.5 = 2.56m3 ,取 V=3 m34五、设计体会通过此次课程设计，我对生物工程设备课上有关通风发酵设备的理论内容 有了更好的掌握；通过一次次的摸索掌握了如何去设计出满足要求的发酵罐， 懂得了如何去选择搅拌器、搅拌轴、联轴节、轴承，根据什么去选；并且在选 材上也有了一定的基础；原来没有接触过AutoCAD的内容，通过这次操作使我熟悉了 AutoCAD的操作，能较好的运用 AutoCAD来绘制图形，为我即将结束的 大学生活又添了多彩的一笔。更熟悉了 W