通用式发酵罐

第一章发酵车间设备的选型一，酵罐的设计谷氨酸发酵属于好氧型发酵，因此均用机械搅拌通风发酵罐进行生产。现在主要根据设计工厂的年产量以及工艺计算，考虑到生产管理操作占地面积以及后续工程的配套方面，并通过对功率消耗利用率的分析.本设计采用公称容积200立方米带有机械通风式发酵罐.⑴，发酵罐型的设计罐直径D选高径比1：2即D/H=1/2由V=1兀HD2 H=2D取D=5m则V=196.25m34封头发酵罐的封头有碟型和椭圆型两种。椭圆型封头中的曲率半径变化是连续的，其中应力是均匀的,因而在同样条件下，椭圆型封头产生的应力比碟型小，但制造困难。综合考虑本设计采用碟型封头。由《化工设备机械设计基础》，得:D=5000mm h=1240mmh=60mm12M=l。0748D2=26。87m2 V=0.1227D3=15。34m30(1),发酵罐的容积：公称容积指圆柱部分和底料容积之和V=V+V=196。25+15。34=211。59m3公称0罐的总容积V=V+2V=226。93m3总0罐的容积装料系数0.773V=0。773V=175。42m3总⑵高度①罐体高度h=H+2(h1+h2)=10000+2(1240+60)=12600mm=12.6m0②圆筒高度H=10m⑶表面积①圆柱的内表面积MrDH=3。14x5x10=157m21②罐的总表面积M=210。74m23，罐壁厚的设计发酵罐在使用过程中,其内部承受一定的压力,如灭菌蒸汽压力,运转时的保压，搅拌时的震动及装液负荷等，同时考虑到各接管口的影响罐体应有一定的强度。现取在过程中承受的最大压力0。4Mpa（表压）作为设计压力.⑴罐圆柱体部分壁厚，可有下式计算PcDi―2Pc其中：Pc:罐压Di:罐径 L]:许用应力屮：焊缝系数5= 0.4x5000 =13.05mm、2x96x0.8-0.45d=5+C1+C2=16mm⑵封头壁厚标准碟型封头，参考《化工设备机械设计基础》第201页5=MPcRi2bh-0.5Pc乂 1.325x0.4x45005= =15.33mm2x96x0.8-0.5x0.45d=5+C1+C2=18mm4,支座大型发酵罐由于重量大以及要求运转稳定，故采用裙式支座直接装在基础上。裙座为圆筒型,其内径与罐内径相等。群做筒体与罐封头应采用全焊缝对接连续焊裙座，底座高度现取600mm二，冷却装置的确定1，冷却装置形式的确定采用列管式换热器⑴热负荷Q=4.186x7500x1000/3600=8720.83w/m3则总热负荷QV=8720.83x175.42=1.53x106W

⑵传热温度的计算一般取醪液温度T=32—33°C,本设计取33°C,因发酵为33—34°C,考虑到近年气温普遍升高，现采用地下水。冷却水进口温度10C,出口20C，则平均温度ATm=ATm=（T-tl）-（T-12）=17.5C⑶传热系数的确定①罐内发酵液的传热膜系数发酵液的性质P=1.06X103Kg/m3N=2x10-3PaS Re=l。53x106得发酵罐内发酵液传热膜系数为3.76x103W/m2K②总传热面积的计算由总传热系数1/K=O。00195得K=512W/m2则传热面积为1.53x106/13。74x512=217。5m2三，搅拌器的设计搅拌器直径的选择通常取d/D=1/3〜1/4（见《化工工艺设计》6~13页）先取d/D=0.3则搅拌器直径d为1。5m搅拌器的安装尺寸：3盘径d=3/4d=x1500mm=1125mmi4叶径d=0.3D=1500mm叶高H=0。2d=300mm 叶炫长L=0.25d=375mm弧长r=0。375d=562。5mm 叶距y=D=50mm搅拌转速的确定通常搅拌器叶端圆周线速度V=3〜8m/s本设计选用的涡轮式搅拌器取V=7m/sV7则转速n= = =89.2r/min取90r/min兀d3.14x1.5搅拌器的尺寸①层数的确定m=HP H=12.6mp=1.063 D=5m

12.6x12.6x1.0635=2.68②层间距的确定m=3d=l。5mH=12。6mH=10m 装液高度8。3m0搅拌器应位于发酵罐筒体底部0.8d，即1.2m,距液面0.8〜Id即1.2~1.5m83—12一12故5= . .-2.95m取3m24，搅拌功率的确定①单层搅拌功率的计算P=Npxnxdxp=5.4x2x1.5x1.063=154.98kw②多层搅拌功率的确定P=3P=480KW总5，搅拌轴的设计发酵罐是竖直安装的。皮带轮直接接于支座旁。可以认为没有弯管曲载荷作用的影响,仅需考虑扭转作用，所以轴计算主要以扭转强度计算和扭转刚度计算。曲轴径170mm，查《材料与零部件》轴上安装零件设计选用：A.轴承搅拌器受轴向力和径向力的共同作用，故轴承的选择用双向心球面滚子轴承，查《材料与零部件》中P，选GB28—6—64轻宽（5）系列3520。416联轴器的选用轴分为三段,选用两个夹套联轴器连接，其优点在于装拆方便，拆卸时不需要做轴项运动,易对中,径向尺寸小，查《材料与零部件》中P，选547用AG5—213-65立式，夹壳联轴器。轴封采用封面轴封（其封面要求不高）。6，传动部分设计1．皮带形式设计搅拌器用电机拖动,三角皮带转动，查《材料与零部件》，知三角皮带传动效率为n=0。94,因立式夹壳联轴器联结效率为0.98,罐内装两只磙子器轴承,传动效率为0.97，罐外装两只滑动轴承，传动效率为0。98,因此传动效率；N=N/[(0。942)*(0。982)*0。97]=11。56(kw)传0查《机械零件设计手册》选三间皮带B型.2．皮带轮直径查《材料与零部件》选JO2—71-8型电机带动。用D=160mm，实心轴带动，则大皮带轮直径：D二m/m*D1212式中：m—电机转速720rpm，经减速器减速至280rpm；1m 轴转速30rpm。2D=m/m*D=280/30＊160=1493(mm)212查直径尺寸系列，D取1500mm。四，消泡器的设计

谷氨酸发酵会产生大量泡沫，如不及时消除就会影响正常操作。同

五，

时大量的泡沫会随气流逸出造成发酵液的损失，也易引起染菌。本设计

采用消泡效果好的梳状式消泡器,消泡器的长度一般为发酵罐内径的0。65。即L=0。65D=0。655000=3250mm六，空气分布装置空气分布装置的作用是吹入无菌空气并使空气均匀分布。分布装置七，的形式有单管和环型管。本设计采用单管式空气分布装置,管口对罐底中央，管口与罐底距离30~60mm。这样空气分布效果好，若距离过大则空气分散效果较差，并可根据溶氧情况适当调整.通常进风管内空气流速为20m/s,为防止吹管吸入的空气直接喷出而加速罐底腐蚀，在分布装置的下部分装有不锈钢分散器，可延长罐底的寿命。八，单孔管径：d=[Q/P+T/273]i/2=0.074m

l“Wx60/4丿八，取内径d=74mm现选用Q83x3。5材料为A钢/s九， 3七,接管设计1，进料管以底部进料计现以60m3/s 流速取1.5m/s则进料管截面积为F=Q/r=60/1.5x3600二0.0111m2管径d=QF/0.785^'0.0111/0.785二0.119m参考《化工工艺设计手册》上，第291页选无缝不锈钢管Q131x3材料lCrl8Ni9Ti2，出料管料液量V=226.93x0.773二175.42m3如每小时排液90m3则两小时内可将料液排完，则出料管截面积为90F=Q/r= =0。0167m21.5x3600管径d=\：:F/0.785二0.146m取无缝不锈钢管Q157x3.5材料1Cr18Ni9Ti3，接种管接种时间1小时，接种量为113.6xl0%二11.4m3流速取1。5m/s11.4F=Q/r= =0.0021m221.5x3600d^/F/0.785二0.52m 选无缝不锈钢管Q65x2.5材料1Cr18Ni9Ti4，蒸汽管选用Q89x3的无缝不锈钢管 材料1Cr18Ni9Ti5，温度计采用热电耦温度计，查《材料与零部件》型号WRK，测量范围0〜600°C八，人孔人梯人孔由《材料与零部件》选用GB583—64,水平吊盘人孔Dg=600mm人梯有施工单位定。九,连消灭菌1，板式换热器选用功能人字型波纹板式BRIO7个最大流量35m3/n，单片面积Oollm?,最大组合面积1-6板片尺寸:658*245传热系数：3500-5800W/m?*c设计温度：150/120°C，设计压力：1.6Mpa角孔直径:50mm板片材质：Gr18N;97/密封材料：食品脂垫2，连消选用两段加热的混合式连消塔。流量：10.24m3/h，流速：0.07m/s塔直径:D=18°8MQ/V=217.7mm取218mm塔高:H=VI取I=18SH=0。07*18=1.26m维持罐30m3,1个，材质Gr18