年产1000吨黄原胶发酵工厂的设计

年产1000吨黄原胶发酵工厂的设计

（总69页）-本页仅作为预览文档封面，使用时请删除本页-#logP0=7.074－1657.46/(227.02+78)=1.640B・•・P0=43.65kpaB则：a=P0/P0=101.32/4465=2.32DAB对塔底有：logP0=7.338-1652.05/(231.48+100)=2.354A.•・P0=225.94kpaAlogP0=7.074－1657.46/(227.02+100)=2.006B.P0=101.39kpaB则：a=P0/P0=225.94/101.392=2.23WAB・•・a=(aa)1/2=2.32x2.231/2=2.275DW则最少理论塔板数为：N=log[X(1-X)/X(1-X)]/(loga)-1min DWWD=log[0.88(1-0.00004)/0.00004(1-0.88)]/(log2.275)-1=13.7取N=14min3.88一2」4二0,3533.88+1查吉利兰关联图知:N—N min=0.31N+1.N=20.7确定全塔效率:t=(t+t)/2wD=(100+78)/2查液体黏度共线图R=0.38L・・・a|i=2.275x0.38=0.865L查精馏塔全塔效率图知E=52%0则实际塔板数N=N/E=20.7/52%=39.8P0・••取塔板数40块塔径的计算⑴确定液相密度p:L塔顶馏出液的平均摩尔质量：ML=0.88x46+0.12x18=42.64(kg/kmol)塔顶物料质量为：L=RD=3.88x346x42.64=5.72x104(kg/h)V=(R+1)D=(3.88+1)x346x42.64=7.2x104(kg/h)t=78.5℃ p=740kg/m3 p=972kg/m3Da b由42.64Q=0.88x46/740+0.12x18/972L解出得pL=749.1(kg/m3)⑵确定气相密度p：VM=0.9x46+0.1x18=43.2(kg/kmol)Vp=PM/RT=101.325x43.2/[8.315x(78.5+273)]=1.5(kg/m3)VV⑶物料的体积流量V:sL=5.72x104/749.4=73.9m3/h=0.02053(m3/s)SV=7.2x104/1.5=48000m3/h=13.33(m3/s)S

⑷确定气相负荷因子C：取板间距H=0.6m,清液层高度h=0.08m,则分离空间的高度为TL0.6-0.08=0.52m(L/V)x(p/p)1/2=(73.9/48000x(749.4/1.51/2LV=0.034由Smith关联图得汽相负荷因子C=0.15m/s20修正表面张力后的C值为：C=C9/20)。.220查表面张力共线图得：。=17.5mN/m，则C=0.15x(17.5/20)0.2=0.146(m/s)⑸计算塔径D：T最大允许空塔汽速为：umax:Pl—Py=0.146x,'749'T.5=3.26(m/最大允许空塔汽速为：umax:Pv ' 1.5选取空塔汽速为：u=0.75u=0.75x3.26=2.44(m/s)max塔径D=塔径D=.；4Vs=T\兀u,'4x13.648\’3.14x2.44=2.67(m)・•・取塔径D=3m塔高为:H=NxH=40x0.6=24(m)

T换热器的计算冷却面积的计算根据冷却面积的计算，得：对公称容积150m3的发酵罐，所需换热面积F=299.34m2。

最高热负荷下的耗水量W二c^p21式中q总――每im3发酵液在发酵最旺盛时,lh的发热量与发酵液总体积的乘积:Q=4.18x6000x114.5=2.87x106（kJ/h）；总Cp——冷却水的比热容,4.18kJ/（kg-K）；t2 冷却水终温,t2=25℃；t 冷却水初温,t=20℃。11代入上式得:皿 2.87x106—4.18x（25-20）=1.37x105(kg/h)=38.17(kg/s)冷却水体积流量为3817—— 二3.817x10-2(m3/s)1000取冷却水在竖直蛇管中的流速为9,根据流体力学方程式，冷却管总截面积S总为:式中W——冷却水体积流量，W=3.817x10-2m3/s；V 冷却水流速，v=1m/s。代入上式：3.817x3.817x10-2=3.817x10-2(m2)进水总管直径为:SS 13.817x10-2=0.221(m)d=———二,1 =0.221(m)总0.785 0.785冷却管组数和管径设冷却管总表面积S总，管径d0，组数为n,则：S=n•0.785d2总0竖直蛇管的组数n,根据罐的大小一般取3,4,6,8,12……组。通常每组管圈数不超过6圈，增加组数可排下更多冷却管；管与搅拌器的最小距离不应小于250mm,每组管子的中心距为外一外，管两端U型或V型弯管，可弯制或焊接。安装时每组竖直蛇管用专用夹板夹紧,悬挂在托架上。夹板和托架则固定在罐壁上。管子与罐壁的最小距离大于100mm，主要考虑便于安装、清洗和良好传热。现根据本罐情况，取n=12,求管径。由上式得：, :Sd, :Sd=. 总—0\，n•0.785,13.817x10-2V12x0.785=0.067(m)查金属材料表选取无缝钢管76x4无缝钢管，d=68mm、g=7.10kg/m，d〉d认为内 内0可满足要求，d =72mm。平均现取竖直蛇管圈端部U型弯管曲径为375mm，则两直管距离为750mm，两端弯管总长为：l=兀D=3.14x750=2355(mm)0冷却管总长度计算由前知冷却管总面积F=299.34nr;现取无缝钢管。76x4，每米长冷却面积为F=3.14x0.072x1=0.23(m2)0则冷却管总长度L为：299.34一二1301.5(m)0.23冷却管占有体即=0.785x0.0762x1301.5=5.9(m3)另接连接管12m:L=L+12=1301.5+12=1313.5(m)实可排竖直蛇管的高度，设为静液面高度，下可深入封头00mm。设发酵罐内部附件占有体积为，则：总占有体积为V=V+V+V=127.22+5.9+0.75=133.87(m3)总液管附件则筒体部分液深为：^总二封=133.87-12.5=7.5(m2)S 0.785x4.42截面竖直蛇管高度H=7.5+0.3=7.8(m)管又两端弯管总长/0=2355mm，两端弯管总高为500mm，则直管部分高度为：h=H-600=7800-600=7200(mm)管则一圈管长/=2h+1=2x7200+2355=16955(mm)0每组管子圈黝：0n=L二些二6(圈)01 17.0现取管间距为2.5D外=2.5x0.076=0.19(m)，竖直蛇管和罐壁的最小距离为，则可计算出搅拌器的距离在允许的范围内(不小于200mm)。作图表明，各组冷却管相互无影响。如发现现有设计无法安排下真么多冷却管，则应考虑增大管径或增加冷却管组数，以便得到合适的安排。校核布置后冷却管的十几传热面积为：F=nd ♦L=3.14x0.072x1313.5=302.11(m2)实平均实而前有F=299.34m2，F〉F,可满足要求。实实设备材料的选择发酵设备的材料选择，优先考虑的是满足工艺的条件，其次是经济性。如激素、抗生素、有机酸发酵时，考虑到对产品质量和产量的影响、安全性、后道工艺的除铁困难或腐蚀性强等，则必须使用加工最好、耐酸腐蚀的不锈钢。如采用1Cr18Ni9Ti等制作发酵设备，使用18-12Mo2Ti制作水解设备。为了降低造价也可在碳钢设备内衬薄的不锈钢板。而像黄原胶发酵则可以用碳钢制作发酵设备，精制时用除铁树脂去除铁离子。随着科学技术的进步，会出现一些复合材料和喷涂金属和耐腐蚀涂料等新材料新技术，将会进一步降低设备投资费用。本设备选用1Cr18Ni9Ti制作发酵罐，以降低设备费用。发酵罐壁厚的计算：采用1Cr18Ni9Ti工作压力＜3kg/cm2,公称直径D=4400mmg⑴计算法确定发酵罐的壁厚S：式中P——设计压力，取最高工作压力的倍，现取P=0.21MPa；D——发酵罐内径，D=4400mm；卜］——1Cr18Ni9Ti的许用压力，口］=137MPa；(P——焊缝系数，根据情况焊缝情况和探伤的程度，查相应表决定。其范围在间，现取p=0.9；C——壁厚附加量6m)。C=C+C+C123式中C——钢板负偏差，视钢板厚度查表确定，其范围在之间，现取1C=0.5mm；1C 为腐蚀裕量，单面腐蚀去1mm,双面腐蚀取2mm，现取C=2mm；22C——加工减薄量，对冷加工2=0，对热加工C=SX10%；现取C=0。3 3 30 3代入上式得：C=0.5+2+0=2.8mm=0.25(cm)S二 81*440 +0.252义137*0.9—0.21=0.6(cm)圆整后取S=0.8cm。筒高10m，每米高选用8mm后的1Cr18Ni9Ti钢板制作，查表知，直径4.4m，筒高10m，每米高重988kg，C=988x10=9880(kg)。筒

(2)封头壁厚计算：标准椭圆封头的厚度计算公式如下：L,PD2Lip—0.51P式中P=0.21MPaD=4400mmIoL137MPap=0.9C=0.08+0.2+0.1=0.38(cm)+0.380.21x+0.382x137x0.9-0.5x0.21=0.77(cm)=7.7(mm)查钢材手册圆整为S=8mm,G=1150kg。封(3)接管设计:①接管的长度h设计：各接管的长度h根据直径大小和有无保温层，一般取100-200mm。②接管直径的确定：接管直径的确定，主要根据流体力学方程式计算。已知物料的体积流量，又知各种物料在不同情况下的流速，即可求出管道截面积，计算出管径。计算出的管径再圆整到相近的钢管尺寸即可。现以排料管(也是通风管)为例计算其管径。该发酵罐实装醪量为，设在2h之内排空，则物料体积流量：127.223600127.223600x2=0.0177(m3/s)发酵醪流速取v=1m/s，则排料管截面积为F物：Q_Q_0.0177

v r~=0.0177(m2),■0.0177V,■0.0177V0.785=0.15(m)由F=0.785d2得管径:物:F

d=,—物-

0.785取无缝钢管①165x4.5,156mm>150mm，认为适用。若按通风管计算，压缩空气在0.21MPa下，支气管流速为10—20m/s。现按通风比0.2vvm，为常温下20℃，下的情况，要折算到，28℃状态。风量Q取大值，1Q=127.22x0.2=25.444(m3/min)=0.424(m3/s)。1利用气态方程式计算工作状态下的通风量Qj0.1273+28Q=0.424xx =0.218(m3/s)f 0.2273+20取风速v=20m/s，则风管截面积F为:fF=Q=0218=1.09x10-2(m3/s)fv20F=0.785d2,则气管直径d为:d ,.L09x10-2二)气0.785因通风管也是排料管，故取两者的大值。取d=0165x4.5无缝管，可满足工艺要求。排料时间复核：物料流量Q=0.0177m3/s，流速v=1m/s；管道截面积F=0.785x0.1502=0.0177m2，在相同流速下，流过物料因管径较原来计算结果大，则相应流速比为P=Q=0.0177=0.93(倍)，排料时间为t=2x0.93=1.86(h)。Fv0.01791x1(4)支座选择发酵工厂设备常用支座分为卧式支座和立式支座。其中卧式支座又分为支腿，圈型支座，鞍型支座三种。立式支座又分为悬挂支座、支撑式支座和群式支座。对于75m3以上的发酵罐，由于设备总重量较大，应选用裙式支座。本设计选用裙式支座，具体结构在机械设计时完成。种子罐(1)种子罐选型:种子罐选型同发酵罐，仍采用机械搅拌通风发酵罐。(2)种子罐容积和数量的确定种子罐容积的确定:按接种量5%计算，则种子罐容积匕中为:V=VX5%=175x5%=8.75(m3)种总式中V——发酵罐总容积(m3)。种种子罐个数的确定:种子罐与发酵罐对应上料。发酵罐平均每天上1罐，需种子罐1个，种子罐培养48h,辅助操作时间为12h,生产周期为60h,因此，种子罐3只就足够。主要尺寸确定:种子罐仍采用几何相似的机械搅拌通风发酵罐。H:D=2:1；则种子罐总容量V'=2V'+V'；简化计算方程如下：总封筒KV'=2X-D3+0.785D2x2D=8.75(m3)总24解方程得：D=2.19m，圆整到推荐的系列尺寸，取D=2.3m。则H=2D=2x2.3=4.6(m)查相应表得封头高H'：封H'=615(mm)封罐体总高H'：罐H'=5380(mm)罐单个封头容量： V'=1.76(m3)封封头的表面积S=3.02(m2)封圆筒容量 V'=19.1(m3)筒不计上封头容积V' =V'+V'=1.76+19.1=20.86(m3)有效封筒校核种子罐总容积V'：总V'=2V'+V'总封筒=2x1.76+19.1=22.62m3比需要的种子罐容积8.75加大，满足设计要求。⑶冷却面积的计算：根据计算和资料介绍，当罐的容积V<5m3时用夹套换热器冷却，可满足生产要求。如容积大于5m3,则随着比表面积的减小，而无法满足生产要求，此，该种子罐仍采用竖直蛇管换热器。种子发酵产生的总热量：同前发酵罐=4.18x6000X114.5x5%=1.44x105(kJ/h)⑷换热面积：对黄原胶发酵，每1m3发酵液，每1h传给冷却器的最大热量为4.18x6000kJ/(m3-h)，采用竖式列管换热器取经验值K=4.18x500kJ/(m3-h•℃)。28℃ 28℃20℃ 25℃8 3平均温差：_At1_At

mIn(At/At)12_8-3―ln(8/3)=5.1℃需冷却面积：F=-QJ

KAtm1.44x1054.18x500x5.1:13.51(m2)⑸求最高热负荷下的耗水量WQW=—^总—c(t-t)p2 1q――每im3发酵液在发酵最旺盛时,lh的发热量与发酵液总体积的乘积，总Q=4.18x6000x114.5x5%=1.44x105(kJ/h)；总C 冷却水的比热容,4.18kJ/(kg-K)；pt 冷却水终温,t=25℃；22t 冷却水初温,t=20℃。11代入得:1.44x1054.18x(25-20)=6.9x103(kg/h)=1.92(kg/s)冷却水体积流量为1.921000=1.92x10-3(m3/s)取冷却水在竖直蛇管中的流速为1m/s,根据流体力学方程式得:冷却管总截面积S总为:式中W 冷却水体积流量，W=3.42x10-2m3/s；V——冷却水流速，v=1m/s。代入上式：1.92x1.92x10-2=1.93x10-2(m2)进水总管直径d二;2Z二、：d二;2Z二、：总0.785\;1.92x10-20.785=0.157(m)=157(mm)(6)冷却管组数和管径设冷却管总表面积S设冷却管总表面积S总管径d0，组数为n，则:S=n•0.785d2竖直蛇管的组数n，根据罐的大小一般取3,4,6,8,12……组。通常每组管圈数不超过6圈，增加组数可排下更多冷却管；管与搅拌器的最小距离不应小于250mm,每组管子的中心距为外—外，管两端U型或V型弯管，可弯制或焊接。安装时每组竖直蛇管用专用夹板夹紧，悬挂在托架上。夹板和托架则固定在罐壁上。管子与罐壁的最小距离大于100mm，主要考虑便于安装、清洗和良好传热。现根据本罐情况，取n=12,求管径。由上式得:7 ：s 1.92x10-2=0.045(m)=45(mm)d=0.045(m)=45(mm)12x0.7850\，n・0.785V12x0.785查金属材料表选取。57x3.5无缝钢管，d=50mm，g=4.62kg/m，d〉d认为可内 内0满足要求，d=54mm。平均现取竖直蛇管圈端部U型弯管曲径为250mm，则两直管距离为500mm，两端弯管总长l=2=3.14x500=157((mm)0⑺冷却管总长度L计算由前知冷却管总面积F=12.1m2;现取无缝钢熟57x3.5,每米长冷却面积为F=3.14x0.054x1=0.17(m2)0则冷却管总长度为：13.51 =79.5(m)0.17冷却管占有体积V=0.785x0.0572x79.5=0.203(m3)另连接管8m:L=L+8=79.5+8=87.5(m)实可排竖直蛇管的高度，设为静液面高度，下可深入封头100mm。设发酵罐内部附件占有体积为，则：总占有体积为V=V+V+V=127.22x5%+0.203+0.2=6.764(m3)总液管附件则筒体部分液深为：V总-V封=6.764-1.76=1.21(m)S 0.785x2.32截面竖直蛇管高度H=1.21+0.2=1.41(m)管又两端弯管总长l=1570mm，两端弯管总高为500mm0则直管部分高度为：h=H-600=1410-400=910(mm)管一圈管长：l=2h+l=2x910+1570=3390(mm)0每组管子圈数n：0n=L0=663=2圈)0l3.39现取管间距为2.5D=2.5x0.057=0.1425m，竖直蛇管和罐壁的最小距离为).15m，则外可计算出搅拌器的距离在允许的范围内(不小于200mm)。作图表明，各组冷却管相互无影响。如发现现有设计无法安排下真么多冷却管，则应考虑增大管径或增加冷却管组数，以便得到合适的安排。校核布置后冷却管的十几传热面积为：F=Kd •L=3.14x0.054x87.5=14.84(m2)实平均实而前有F=13.51m2,F〉F,可满足要求。实实(8)设备结构工艺的计算挡板根据全挡板条件， B.Z=0.5D式中B——挡板宽度，B=(0.1~0.2)D=0.1义2300=230mm；D 罐径，D=2300mm；Z——挡板数：D 2300Z=0.5—=0.5义 二5(块)，取Z=6(块)。B 230搅拌器：种子罐仍采用六弯叶涡轮搅拌器。该搅拌器虽然没有标准化，但有大家公认的比例尺寸：直径D=0.3~0.35D，现取D=0.3D=0.3x2300=690mmii叶片宽度h=0.2D=138mmi弧长r=0.375D=258.75mmi盘径①=0.75D=517.5mmi叶弦长l=0.25D=172.5mmi搅拌器间距Y=D=690mm底距b=—=767mm3搅拌器转速N，根据50L罐，470r/min，使用P/V为基准放大，50L罐20N=470r/min,搅拌器直径D=112mm。1i(D丫3 (112丫3N=N— =470——3=140(r/min)2 11D) \690)2取两档搅拌，搅拌功率术法同发酵罐。(9)搅拌轴功率的计算：淀粉水解糖液为低浓度细菌醪，可视为牛顿流体，计算步骤如下：①计算Re：m

式中D——搅拌器直径，D=0.69m；N——搅拌器转速，N=140=2.33r/s；60P——醪液密度，p=1050kg/m3；日——日——醪液粘度，日=1.3x10-3N•s/m2。将数值代入上式：将数值代入上式：RemDRemD2Np0.692x2.33x10501.3X10-3=1.3x106>104发酵液可视为湍流牛顿型流体，则搅拌功率准数N=4.7。P②计算不通气时的搅拌轴功率P:0P'=NN3D5p0P式中N——在湍流搅拌状态时其值为常数；PN——搅拌转速，N=2.33r/s；D——搅拌器直径，D=0.69m；P——醪液密度，p=1050kg/m3；P'=4.7x(140/60)3x0.695x1050=9.8(kW)0取两档搅拌，则P=2P'=2x9.8=19.6(kW)00③计算通风时的轴功率？：gPND3P=2.25x10-3(^——)0.39g Q0.08式中P——不通风式搅拌轴功率(kW),P2=19.62=384.16；00N——轴转速，N=140r/min=2.33r/s；D——搅拌器直径(cm)，D3=6.93x106=3.3x108；Q——通风量(ml/min)，Q0.08=(122.27x5%x0.1x106)0.08=2.913。代入上式计算得：P=2.25x10-3xg=13.6(kW)(384.16x140P=2.25x10-3xg=13.6(kW)、 2.913 ,

④求电机功率P:电电机功率PP=—一x1.01电"耳耳123采用三角带传沏=0.92，滚动轴承叩=0.99,滑动轴承n=0.98,端面密封增加的功率为1%，代入得：13.60.92x13.60.92x0.99x0.98x1.01=15.4(kW)（10）进风管（进出料管）：该管为物料和通风公用，管底距罐底25〜60mm之间，现取30mm向下单管。①按通风管计算管径：设罐压0.2MPa，发酵温度1=28℃，风速v=20m/s，通风量为Q=0.1vvm,常压下t=20℃,送风量V为：V=127.22x5%x0.1=0.64(m3/min)。0将通风换算成工作状态，求通风管直径：将通风换算成工作状态，求通风管直径：10.1273+1।Vx一x 7 ,P0.1273+1।Vx一x 7 ,P273+1 1d=l 0-=1 0.785xvx60.5.3x10-30.785=0.0822(m)=82.2(mm)取d、d两者最大值，作为进料12（气）管，由于d>d，现取管径D=82.2mm，查金21属材料表，取*108x4无缝钢管。③冷却水管：由前知需冷却热费=1.44x105kJ/h，冷却水温变化20℃.25℃，水比热max0.1273+28,0.64x x , 0.2273+20=0.0187(m)=18.7(mm)■ 0.785x20x60②按输送物料算：20min送完6.4m3的物料，则物料流量为:636=5.3x10-3(m3/s)20x60管道截面积为F，取物料流速为v=1m/s，则F=。=5.3x10-3=5.3x10-3(m2)v1设管径为d：2容c=4.18kJ/(kg・℃)。w耗水量W为:bQ 1.44x105一C(t-1)—4.18x(25—20)w2 1—6.9x103(kg/h)—1.92x10-3(m3/s)192x10-3取水流速为v=1m/s;冷却管直径为d=、: =0.05m,查金属材料表，取焊接0.785管D=57mm即可满足生产要求；取冷却管接管长度i=200mm。空气分过滤器为了提高除菌效果，减少倒灌损失，一般对无菌要求较高的好气发酵系统，在总过滤器后面都加装用超细玻璃纤维滤纸的分过滤器。分过滤器的空罐气速一般取0.2—1.5m/s；通过滤层的气速为1.0—1.5m/s。分过滤器花板钻岭孔，开孔率40%左右。有的分过滤器还附装金属丝网除雾装置。种子罐分过滤器(1)分过滤器过滤层直径的计算：DD滤式中V——通过分过滤器的空气(在下)流量(m3/s)；0.1301 1V=6.36x0.1x——x x———5.4x10-3(m3/s)0.2129360通过分过滤器的气速，取二=$，代入上式得:sD=,：4x5.4x103=0.185(m)取D=190mm滤层t3.14x0.2 滤(2)分过滤器直径的计算：一般D =1.1—1.3D ，现取D =1.3D 。过滤器 滤层 过滤器 滤层贝UD =1.3x190=247mm；圆整后取D =250mm。过滤器 过滤器(3)分过滤器的强度计算：

取P=0.2x1.25=0.25MPa,[o]=137MPa,C=0.2mm,o=0.7，则分过滤器厚设计度：0.25x0.25x252x137x0.9—0.25+0.2=0.23(cm)取S=4mm。⑷进出气管：与种子罐进出气管相配合，取*108x4。(5)数量：分过滤器一般是与种子罐相配合，现有3个种子罐，配3台分过滤器。(6)滤层深度：一般使用经树脂处理过的滤纸5—6层，夹持在两花板中。花板孔*8，孔间距14mm,周围不钻孔，开孔率40%左右。为了加强滤纸耐用性，可在纸层两侧加金属丝网。(7)分过滤器的高度：一般取筒体部分高度为直径尺寸的1.1—1.5倍，现取倍，则：h=D x1.5=250x1.5=375(mm)筒过滤器取锥体部分高度为直径尺寸的1.5—2.0倍，现取倍，则：h=1.5xD =1.5x250=375(mm)锥 过滤器发酵罐分过滤器(1)分过滤器过滤层直径的计算：D滤层式中V——通过分过滤器的空气(在0.2MPa下)流量；0.1301 1V=127.22x0.2x-x x——=0.218(m3/s)0.229360通过分过滤器的气速，取V=0.2m/s，则

sn 4x0.218D=' =1.18(m)滤层\3.14x0.2(2)分过滤器直径的计算：一般D =一般D =1.1—1.3D过滤器 滤层现取D=1.3D过滤器 滤层贝UD =1.3x1.18=1.534m；圆整后取D =1600mm。过滤器 过滤器(3)分过滤器的强度计算：

取P=0.21x1.25=0.26MPa,□1=137MPa,C=0.2mm,①=0.7，则分过滤器厚设计度：0.25x0.25x1602x137x0.9—0.25+0.2=0.36(cm)取S=6mm。⑷进出气管：与种子罐进出气相配合，取0108x4。(5)数量：分过滤器与种子罐相配合，现4个发酵罐，配4台分过滤器。(6)取S=6mm。⑷进出气管：与种子罐进出气相配合，取0108x4。(5)数量：分过滤器与种子罐相配合，现4个发酵罐，配4台分过滤器。(6)滤层深度：同种子罐，分过滤器5—6层超细玻璃纤维滤纸，经树脂处理过使用。(7)分过滤器的高度：比例参数同种子罐分过滤器。则：h=D x1.5=1600x1.5=2400(mm)筒过滤器h=D x1.5=1600x1.5=2400(mm)锥过滤器板框过滤设备计算选用IPF自动压滤机对发酵液进行恒压差过滤。操作压差AP=2x105Pa，过滤条件r=0.151x1012xAP0.67滤饼比阻r=6.3x1011(1/m2)。0在常温20℃条件下过滤，滤液粘度四=1.3x10-3Pa•s，每天处理发酵料液体积为：。每天得到的黄原胶量为：114.5x20%=22.9(m3)因要用4倍体积的酒精沉淀分离，故每天获得滤液量：4x114.5+114.5-22.9=549.6(m3)操作时间24小时，滤渣含量：22.9/(1145.-22.9)=0.25过滤条件：r=0.151x1012x(2x105)0.67=5.38x10140过滤面积：A=[四国+V(四2r2+2APrxM)/2]/24Pt00=994.7(m2)滤饼厚度：22.9 =0.25(m)=250(mm)(114.5-22.9)250取板框填框系数为，则滤饼实际厚度为：250=312.5(mm)0.8选取1250X1500型IPF压滤机，滤框厚度30mm,每侧有效面积m2,则：57块过滤总面积为：57x2x1.74=198.4(m2)滤框总体积：57x0.03x1.74=2.98(m3)湿滤渣体积：114.5x0.25=28.621m3)滤渣体积分数：E=28.625/114.5=0.25压滤机台数：n=114.5x0.25/(0.8x2.98)=12.01(台)(取13台)板框过滤设备工艺计算参数汇总见表3-2：表3-2板框过滤设备尺寸参数参数过滤机台数13滤框厚度30mm过滤压差2X105滤框体积(m3)滤饼比阻X10ii(1/m2)滤饼厚度mm过滤机型号1250X1500操作时间24小时流化床干燥器的计算临界流化速度临界流化速度是指床层开始膨胀，达到初始流化态时的气体速度。可由下式计算：Re旦V='m

mdps式中 日——气体粘度，从=0.0000229P”-s；d——颗粒直径，d=0.00075m；ssp——气体密度，p=0.898kg/m3；Re——临界流化速度下的雷诺数，是阿基米得准数的函数；mfRe二 一_mf1400+5.22%ArAr——阿基米得准数；

d3PPgAr=s s—日2颗粒密度，P颗粒密度，P=1050kg/m3；s重力加速度，g重力加速度，g=9.8m/s2。d3Pd3PPgAr--s s——从20.00075*1050义0.898义9.8 二8278,10.00002292RemfAr7883.91400RemfAr7883.91400+5.22i—1400+5.22x・.82781=4.2vmfRe四—i~m—

dpvmfRe四—i~m—

dps式中Ret带出速度下的临界雷诺数Re-tAr8278.118+0.6%AT—18+0.6%82781-114.044.2义0.0000229……‘ 二0.144m/s0.00075*0.898操作流化速度操作流化速度v应大于临界流化速度V而小于带出速度V，可由下式求得:mfv=(0.2〜0.8)VtV可由下式求取:Re目V-dt

tdPs故：ReN 114.04*0.0000229 0。。,,、V—jt——— -3.88(m/s)tdp0.00075*0.898s现取V-0.8Vt则：v=0.8义3.88=3.104m/s)流化床几何尺寸流化床层高度h与操作时的床层空隙率e有关，与原始床层高度h及空隙率有f关，用下式计算：1-8H=-p-

f 1—8式中Hf——流化床层高度，mH——原始床层高度，m。H=0.05~0.30mf现取H=0.2ms8s——原始床层空隙率8f——流化床层空隙率已知流化速度v，8f由下式计算:(18Re+0.36Re2WArdvpRe=—^―NRe=0.00075*3」04*0.898二91.30.0000229’18*91.3+0.36*91.3210.21= =0.886fI82781 )原始床层空隙率8s=1-pm式中p——颗粒物料的堆密度p=470kg/m3；bb颗粒物料的真密度 p=1000kg/m3。mp4708=1—b=1- =0.53s丁1000m

1-1-0.531—0.886义0.2=0.82(m)考虑到空气可能夹带一些颗粒，因此，实际干燥室高度H应大于流化床层高度片”设计时取:H=2H=2x0.82=1.64(m)f为了进一步减少粉尘的带出，还可在干燥室顶部加一段扩大段，扩大段的高度可约等于扩大段的直径。扩大段的直径直径根据最小粉尘不被带出的速度来计算。干燥室直径D由下式计算：4VD=\，3600iv式中V——空气流量，v=5000cm4VD=\，3600iv式中V——空气流量，v=5000cm3/s故c: 4x50000—' 3600x3.14x3.104—2.39(m)圆整后取D—2.4(m)物料在干燥器内停留时间物料在干燥器内停留时间用下式计算：3600HI-8kd2Ps ss4T G 0900HI-£ID2Ps 0s'式中T——物料在干燥器内的停留时间，hG——加料量，kg/h0讪 900x0.2xG-0.53)x3.14x2.42x1050则：t— —0.45(h)1000查阅相关资料，选择ZLG系列振动流化床干燥器，机型ZLG7.5x1.2，流化床面积，进风温度70~140℃，出风温度40〜70℃，蒸发水分能力200〜280kg/h，振动电机型号为YZS50-6，功率3.7x2kW。流化床设备工艺计算主要参数汇总见表3-3：表3-3流化床干燥设备尺寸和主要参数参数参数流化床机型ZLG7.5x1.2振动电机型号YZS50-6流化床面积功率3.7x2kW进风温度70~140℃临界流化速度s出风温度40~70℃加料量1000kg/h流化床高度物料停留时间干燥室直径操作流化速度s第四章厂址选择及车间布置设计厂址选择厂址选择的一般性原则（1）要符合所在地区工业布局以及产品供需安排的要求，符合城市规划或工业区域规划，按照国家有关法律、法规及建设前期工作的规定进行。（2）尽可能节约占地面积，少占或不占良田、耕地，充分利用所在地区的有利条件，避开或克服不利条件，充分利用当地人力、财力和自然资源，保护环境。（3）交通运输条件比较方便、经济，使企业接近原料、能源产地和产品消费区，消除不合理运输，总体经济效益好，有利于加快国民经济发展和人民生活的提高。从投资和经济效益方面考虑厂址选择（1）厂址应有较方便的运输条件，若需建公路或专用铁路时，距离最短为好，以节省投资。（2）有一定供电条件，满足生产需要。（3）所选厂址附近不仅有充足的水源，而且水质应较好。（4）厂址最好选在居民区附近，这样可以减少宿舍，商店，学校等职工的生活福利设施。厂址的选择依据（1）首先厂址应设在规划区或者开发区内，以适应当地远近期规划的统一布局，尽量不占用或少占良田，做到节约用地。（2）必须考虑厂址的地理位置、原料和水的来源等条件。宜设在原料产地附近的大中城市的郊区，可便于原料、成品、辅料和包装材料的运输。（3）厂区的标高应高于当地历史最高洪水位，特别是主车间及仓库的标高更应高于当地历史最高洪水位，厂区自然排水坡度最好在〜之间。（4）所选厂址，要有可靠的地质条件，应避免将工厂设在流沙、淤泥、土崩断裂层上。(5)所选厂址附近应有良好的卫生环境，没有有害气体，放射性源，粉尘和其他扩散性的污染源。厂址不应选在受污染河流的下游。(6)所选厂址面积的大小，应在满足生产要求的基础上，留有适当的空余场地，以考虑工厂进一步发展之用。(7)所选厂址应有可满足生产需求的供电条件，附近有充足的水源，而且水质应较好。(8)厂址最好选择在居民区附近，这样不仅有充足的劳动力来源，还可以减少职工生活福利设施建设。根据设计的要求，本设计工厂厂址选在武汉东湖新技术开发区。武汉是我国经济承东启西、接南转北的战略要地。从铁路来说，它是我国四大枢纽之一，国家投资兴建的北京至广州、上海至成都两条快速铁路线在武汉交汇，与现有的京广线、京九线、武大线、汉丹线联成一体，使武汉铁路枢纽地位和功能不可替代。2010年，武汉东湖新技术开发区加快武汉国家生物产业基地建设，项目建设快速推进，配套设施更加完善。自来水一期管网建成并正式通水，光谷三路2号临时污水处理泵站和豹澥临时污水处理站建成，具备接纳园区污水排放能力。电力设施建设方面。佛祖岭变电站和马家山变电站基本完工，生物产业基地高压线缆迁移工程基本完成，为签约企业按期开工建设提供了电力保证。武汉高等院校众多，在校大学生居全国首位，人力资源有较大优势，人力资源成本较低。开发区生产资料、劳动力、资金等生产要素市场及商贸市场正逐步完善，教育、医疗、卫生、金融、保险等社会化服务体系健全。开发区享受内陆开放城市和国家级开发区各项优惠政策，对投资者实行优惠政策鼓励。总平面布置设计工厂总平面布置设计原则总平面设计是工厂设计的重要组成部分,它是将全厂不同使用功能的建筑物,构筑物按整个生产工艺流程,结合用地形条件进行合理的布置,使建筑群组成一个有机整体,这样既便于组织生产,又便于企业管理，本工厂平面布置设计原则有：(1)总平面设计应设计计划任务书和城市规划要求，对建筑布局、方位、道路、绿化、环保等进行综合设计。布置必须紧凑合理，做到节约用地，分期建设的工程，应一次布置，分期建设，还应考虑工厂扩建的可能，合理预留发展空地。(2)对建筑物、构筑物的布置必须符合生产工艺要求。保证生产过程的连续性，互相联系比较紧密的车间，仓库可进行合理组合，建成联合厂房，要求物流线路短捷，运输总量最少，尽量避免往返交叉，合理组织人流和货流，相互间影响的车间不要放在同一建筑物里。(3)动力设施应接近负荷中心。(4)厂区建筑物间距应按有关规划设计。从防火、卫生、防震、防尘、噪音、日照、通风等方面考虑，在符合有关规范的前提下，使建筑物间的距离最小。(5)卫生方面的要求①生产车间要注意朝向，保证通风良好。②生产车间与城市公路有一定的防护区，一般30〜50米。③厕所应与主车间、仓库保持一定的距离，并采用水冲式厕所，以保持厕所的清洁卫生。④对卫生有不良影响的车间应远离其它车间。⑤生产区和生活区尽量分开。车间布置车间布置是工艺设计中的重要组成部分，它关系着整个车间的命运。即使有了先进的生产工艺流程及正确的设备选型和设计，而没有合理的车间布置相配合，生产也难以正常、顺利地进行，从而影响整个生产管理。车间布置的基本原则和要求总平面布置必须贯彻国家的各项方针，政策，在符合放火，卫生规范的前提下，尽可能节约用地，不占，少占农田；减少劳动强度，节约建筑材料，使所建工厂形成布局合理，协调一致，生产井然有序，并与四周建筑群相互协调的有机整体。具体的原则和要求包括以下几点：(1)车间布置必须符合国家及行业的有关规范和规定，满足卫生、安全、GMP要求。如《工业企业设计卫生标准》、《工业“三废”排放试行标准规定》、《工业与民用通用设备电力装备设计规范》等，以及厂址所在地区的发展规划。(2)车间布置必须按设计任务书和选择厂址报告进行设计，按不同的规模和类别结合周围环境，布置上力求紧凑，节约用地。（3）车间布置必须符合生产流程的要求，原料、半成品、成品的生产作业线应顺直、短捷，避免作业线的交叉和返回。因此，建、构筑物厂房布置要做到功能分区明确，合理用地，结合厂址的地形合理选择标高，顺应等高线布置。如果地形坡度较大时，应采用阶梯式布置，以减少平整场地土石方量和缩短车间之间距离。（4）车间布置应当将占地面积较大的生产主厂房布置在厂区中心地带，以使其他部门为其提供配合服务。在地形地质受限制的条件下，应采取施工措施加以解决，既不能勉强追求方正，又不能迁就施工简便，以免留有后患，长期影响生产经营。（5）车间布置应充分考虑地区主风向的影响，以此合理布置各建、构筑厂房及厂区位置，主风向由各地风玫瑰图决定。生物工程工厂菌种各异，应防止环境染菌。厂内生产区总有废气、废水排出。为确保生活区、行政区的环境卫生，卫生区应处在生活区的下风向，而生产要求高的车间应处于上风向。（6）车间布置应遵从城市规划的要求。面向城市交通干道方向做工厂的正面布置。正面的工厂建筑物应直线性布置，与城市建筑保持协调，以利于市容美观整齐。年产1000吨黄原胶工厂的车间布置车间布置设计的目的是对厂房的配置和设备的排列作出合理的安排，并决定车间，工段的长度，高度和建筑结构形式，以及各车间之间与工段之间的相互关系。车间布置必须在充分调查的基础上，掌握必要的资料作为设计的依据或参考。这些资料包括：生产工艺流程图，物料衡算数据及物料性质，设备资料，公用系统耗用量，土建资料和劳动安全，防火，防爆资料，车间组织及定员资料，有关厂区总平面布置的规范资料。第五章发酵工厂配套工程黄原胶发酵有机废水的处理在技术上已经不存在问题，在装置上已经大部国产化。新型的厌氧反应器以其大容量、高负荷、耐冲击、运行稳定而被广泛采用。而且，环保产业已从单纯提供技术或承接工程，逐渐转向全方位的服务。从水样分析、做可行性研究报告开始，到工程设计和总承包、调试、编写文件、人员培训和运行期间的服务，给用户带来很大的便利。黄原胶发酵废水处理技术按其作用原理和去除对象可分为物理法、化学法和生物法。物理法就是利用物理作用，分离废水中呈悬浮状态的污染物质，在处理过程中不改变水的化学性质，如重力分离、气浮、反渗透、离心分离、蒸发等。化学法是利用化学反应作用来分离、转化、破坏或回收废水中的污染物，并使其转化为无害物质，如混凝、中和、氧化还原、吸附、点渗透、汽提、萃取等处理工艺。生物法是利用水中微生物的新陈代谢功能，使废水中呈溶解和胶状的有机物被降解，并转化成为无害的物质，废水得以净化。属于生物法处理工艺的有活性污泥法、生物膜法、自然生物处理法和厌氧生物处理法等。活性污泥法：好氧生物处理是在氧气充足的条件下，利用好氧微生物的生命活动氧化废水中的有机物，其产物是二氧化碳、水及能量（释放于水中）。这类方法没有考虑到废水中有机物的利用问题，因此处理成本较高。活性污泥法是较有代表性的好氧生物处理方法。活性污泥法是中、低浓度有机废水处理中使用最多、运行最可靠的方法，具有投资少、处理效果好等优点。该处理工艺的主要部分是曝气池和沉淀池。废水进入曝气池后，与活性污泥（含大量的好氧微生物）混合，在人工充氧的条件下，活性污泥吸附并氧化分解废水中的有机物，而污泥和水的分离则由沉淀池来完成。黄原胶发酵废气的处理黄原胶发酵工厂产生的废气主要是二氧化碳，虽然二氧化碳不具有毒性，但是由于它的存在影响了人或动物体对氧的摄取，使机体内氧合血红蛋白减少，造成窒息，严重时可引起死亡。因此需要合理利用、排放二氧化碳，防止人身事故发生。而且二氧化碳是温室气体，对全球气候具有只能关于影响，因此需要严格控制二氧化碳的排放。发酵过程可以产生大量二氧化碳，而且二氧化碳的纯度也很高，由于二氧化碳的利用价值很高，因此可找专门的二氧化碳处理站来处理，同时也可以自己回收利用生产新产品，这样即解决了废气的处理问题，又带来了额外收入。黄原胶发酵废渣的处理黄原胶发酵废渣是黄原胶发酵工业中主要的有机固体废弃物，如果不对其进行有效的处理，任意弃置，则发酵废渣在自然界降解过程中就会对周围水体和大气造成严重的污染。发酵生产过程中产生的固体滤渣，根据滤渣的成分运用不同工艺的处理，将有用部分回收再利用。废渣完全是可以利用的，通过各种加工处理可以把废渣转化为有用的物质或能量，所以人们把废渣看成一种资源。面对废渣资源与日剧增同自然资源日渐枯竭的严峻现实，人类已开始自觉和不自觉地投入垃圾处理技术的研究。许多国家根据本国的垃圾有机成分含量高的特点，用垃圾生产高能燃料、复合肥料，制造沼气和发电，并将沼气最终用于城市管道燃气、汽车燃料、工业燃料。黄原胶发酵工厂供电系统根据供电系统设计的相关要求，对于本工厂主要考虑以下几个方面来进行设计。(1)根据厂址所在地区的供电性情况和条件，采用两个电源供电，以避免停电造成重大的经济损失。(2)由于本设计工厂生产季节性强，负荷变化大，所以采用两台变压器供电，以保证生产顺利进行。(3)本设计工厂主生产车间的用电负荷达全厂的1/3，所以设计变电、配电设施应尽量靠近主生产车间。(4)做好建筑防雷和电器安全措施。防雷包括变电中心、建筑、厂区架空线路。电器设备应做好保护接地。黄原胶发酵工厂给排水工程给排水工程在工业生产和生活的各个方面是十分重要和不可缺少的。发酵工厂除了日常生产需要大量用水外，还对水质的温度、质量、数量有严格的要求。发酵工厂的主要水源来自地下水。配水工程一般包括清水泵、调节水箱、水塔及室外给水管网。室外给水管网主要为输水干管、支管及配水管网，根据工厂的设计要求合理安排给水设施及控制装置。第六章设计结果及总结该毕业设计的题目是年产1000t黄原胶发酵工厂设计，在查阅相关文献资料和了解国内外黄原胶发酵业生产发展概况之后，通过分析、比较，初步确定了设计方案。我国黄原胶发酵原料来源丰富，故选择以淀粉、玉米浆等为原料，采用甘蓝黑腐黄单胞菌，通过有氧发酵生产黄原胶。通过此次毕业设计，我们所学的专业知识得到了全面的巩固，使理论和实践达到了更好的结合，进一步锻炼了独立思考、分析问题和解决问题的能力，基本上掌握了黄原胶发酵生产工艺流程设计、工艺计算、设备选型等技能，并对黄原胶发酵生产过程的设计有一个整体的把握，具备了基本的设计技能。年产1000t黄原胶发酵工厂设计主要设备和辅助设备一览如表6所示：

表6-1主要设备和辅助设备一览表名称参数数量备注发酵罐公称容积150m34个其中一个备用种子罐公称容积10m33个发酵罐搅拌轴电机六弯叶涡轮搅拌器功率,种子罐搅拌轴7台用于发酵液溶氧、调浆电机功率单管式空气分布器想65义4.5无缝钢管1台单管进风机械密封方式支座裙式支座4个竖直蛇管冷却装置精馏塔塔板数40块1座发酵罐竖直蛇管12组，每组管圈数6换热器圈；种子罐则为12组，每组管圈数2圈。进风（进出料管）想08义4无缝钢管花板钻岭孔，开孔空气分过滤器率40%发酵罐分过滤器直径1600mm4个种子罐分过滤器直径250mm3个尸尸自动压滤机13台恒压差过滤ZLG系列振动流化床ZLG7.5x1,21台干燥器参考文献[1]黄成栋，白雪芳,杜昱立.黄原胶(XanthanGum)的特性、生产及应用J].微生物学通报，2005,32(2)：91-98.[