第十六章 设备的设计与选型-1

第三部分发酵工厂工艺设计第十六章设备的设计与选型16.1概述16.2专业设备的设计与选型16.3通用设备的设计与选型16.4非标准设备的设计与选型16.5设备一览表16.1概述一、设备设计与选型的任务■任务在工艺计算的基础上，确定车间内所有工艺设备的台数、型式和主要尺寸；■设备分类专业设备通用设备非标准设备二、设备设计与选型的原则■保证工艺过程实施的安全可靠：产品质量、生产安全■经济合理、技术先进■投资省、加工方便、采购容易■运行费用低、水电气消耗少■操作清洗方便、易实施自动化，备件供应可靠■结构紧凑，采用性能优良的设备■留有一定余量■考虑设备故障与检修的备用16.2专业设备的设计与选型一、专业设备设计与选型的依据■有工艺计算确定的成品量、物料量、耗气/汽量、耗水量、耗风量、耗冷量；■工艺操作的最适外部条件；■设备的构造类型、性能；二、专业设备设计与选型的程序和内容■设备所担负的工艺操作任务、工作性质，工作参数的确定；■设备选型及该型号设备的性能、特点；■设备生产能力的确定；■设备数量的计算、确定；■设备主要尺寸的确定；■设备化工过程（换热、过滤、干燥面积，塔板数）的计算；■传动搅拌和动力消耗计算；■设备结构的工艺计算；■支撑方式的计算选型；■壁厚的计算选择；■材质的选择和用量的计算；■其他需考虑的特殊问题；三、专业设备设计与选型的特点

间隙操作连续操作（一）、间隙操作设备生产能力、数量与容积的计算1、生产能力的确定■表示方法t/（罐·批），m3/（罐·批）；■生产能力Q▲3000t/a味精厂，100t发酵罐：Q=100×70%×15%×48%×80%×112%×（1－1%）=4.47[t/（罐·批）]100：发酵罐容积，t；70%：装料系数；15%：发酵初糖浓度（还原糖）；48%：发酵转化率；80%：提取率；112%：精制收率；1%：染菌率；▲20t糖化酶发酵罐：Q=20×80%×68%×8400/10000=9.14[t/（罐·批）]20：发酵罐容积，t；80%：装料系数；68%：平均总收率；8400：发酵液中酶含量（u/mL）；10000：糖化酶标准计算单位（u/g）；2、间隙操作所需设备数量N的确定N=Zτ/(Gr)N=V0τ/(24Vaφ)N：设备操作台数，不含备用；Z：工段生产能力，以每昼夜加工原料和半成品的吨数表示；τ：设备的每个操作周期，h；G：设备操作有效量，t；r：一昼夜内设备操作的时间，h；V0：一昼夜内被加工的原料、半成品的容量，m3;Va：一台设备的容量，m3;Φ：设备的填充系数，为经验值；3、设备容积的计算V=Vaτ/(24φ)V：设备总容积，m3;Va：24h内加工的成品或半成品的容积，m3;τ：操作周期，包括准备时间、操作和清洗等，h；φ：设备的填充系数，装有搅拌和冷却装置或产生泡沫的物料取0.6-0.8，酒精罐取0.8-0.85，气液分离器取0.7；4、设备主要尺寸的计算多为容器型设备；根据已知容量V以及高径比、封头高度，求出各部分尺寸；确定容器直径后，圆整为公称直径，求其他尺寸；（二）、连续操作设备生产能力、数量与容积的计算■设计的依据物料流量V，m3/s，t/h；物料在设备的停留时间τ，h；物料在设备部位的流速ω，m/s；1、生产能力的确定■定义在保证生产工艺条件的基础上，单位时间通过设备的物料量；■生产能力Q10000t/a酒精厂，连续蒸煮设备的生产能力：蒸煮醪的流量为14.8

m3/s；2、设备容积的计算设备的总有效容量V有效：V有效=VτV：物料流量，m3/s，t/h；τ：停留时间，h；酒精厂中，V=14.8

m3/s，τ=80min，对蒸煮设备；V有效=14.8×80/60=19.73(m3)3、设备数量的计算n=V有效/(ΦV’)Φ：设备的填充系数；V’：单台设备容积，m3；酒精厂中，V有效=19.73m3，V’=7m3，Φ=100%；n=19.73/(100%×7)=2.82个≈3个4、设备主要尺寸计算容器型设备计算同间隙操作设备计算方法；高径比大些四、专业设备设计与选型的实例

以3000t/a味精厂发酵车间为例（99%味精）；（一）、间隙操作设备设计与选型1000Kg100%味精：需15%的糖液15.66m3；1、发酵罐（1）发酵罐选型通气搅拌罐：四大类型

多桨搅拌罐；Waldhof型；自吸式搅拌罐；卧式搅拌罐；味精发酵：机械蜗轮搅拌通风发酵罐；（2）生产能力、数量与容积的确定①发酵罐容积的确定尽量减少设备的数量，取较大容积的罐：100m3；②生产能力的确定每天生产99%味精10t；发酵周期：48h；每吨100%味精：需的糖液15.66m3（15%）；每天需糖液的体积V糖：V糖=15.66×10×99%=155(m3)取Φ=70%，每天需罐的总体积V0：V0=V糖/Φ=155/0.7=221.4(m3）③发酵罐个数的确定装液高度系数：指圆筒部分高度；公称体积；罐的全体积；以公称体积100m3为例，总容积为118m3；N=V0τ/(24Vaφ)=155×48/(24×118×0.7)=3.75个

≈4个实际产量验算：118×0.7×2×300/15.5=3197（t/a）富裕量：（3197－3000）/3000=6.6%（3）主要尺寸计算（Vg=100m3）V全=V筒+2V封=118m3=0.785D2×2D+π×D3×2/24封头折边忽略不计H=2DD=4.009≈4mH=8m，h1=1000mm，h2=50mm；验算：V全=V筒+2V封=0.785D2×2D+π×D3×2/24+0.785D2×0.05=118.44m3（4）冷却面积的计算牛顿传热定律，传热面积(m2)：F=Q总/（K△tm）谷氨酸发酵，最大热量：4.18×6000kJ/(m3·h)采用竖式冷却蛇管换热器，K=4.18×500kJ/(m2·h·℃)平均温差：△tm=（△t1－△t2）/ln（△t1/△t2）发酵液：32℃→32℃冷却水：20℃→27℃△tm=8℃每天装2罐，每罐实际装量：155/2=77.5m3F=Q总/（K△tm）=4.18×6000×77.5/（4.18×500×8）=116.25m2（5）搅拌器设计选用六弯叶蜗轮搅拌器（罐直径D=4m），主要尺寸：桨叶直径：Di=D/3=1.33m，取d=1.3m；叶宽：B=0.2d=0.26m；弧长：l=0.375d=0.49m；底距：C=D/3=1.3m；盘径：di=0.75Di=0.98m；叶弦长：L=0.25d=0.33m；叶距：Y=D=4m；（6）搅拌轴功率的计算牛顿型流体发酵液①计算RemRem=D2Nρ/μD：搅拌器直径，1.3m；N：搅拌转速，95r/min=1.58r/s；ρ：发酵液密度，1050kg/m3；μ：发酵液黏度，1.3×10－3Ns/m2；Rem=2.2×106＞104湍流，功率准数Np=4.7;②不通气时的搅拌轴功率P0一挡搅拌：P0’

=NpN3D5ρ=4.7×1.583×1.35×1050=72kW两挡搅拌：P0=

2P0’=2×72=144kW③通气时的搅拌轴功率PgPg=2.25×10－3×(P02ND3/Q0.08)0.39D：搅拌器直径cm，D3=2.2×106cm3；Q：通风量（ml/min），vvm=0.11~0.18,取0.11;Q=79.1×0.11×106=8.7×106（ml/min）Q3=3.57Pg=2.2