【年产10000吨赖氨酸发酵工厂设计及计算19000字（论文）】

⑩选取材料并计算其使用情况2.3.2发酵罐的选型与计算（1）发酵罐主要尺寸的计算发酵液体积为2071m3，种子液体积为414.2m3装料系数为2071/70%=2958.6m3所以我们选用6个500m3的发酵罐，另选一个作为备用罐。H/D=1.7~3，取H/D=2.0=500求得D=6.6m，则H=2D=13.2m，取d=0.4D=2.6m,取W=D=0.66m，圆整W=0.7m，取B=0.8d=2.08m,圆整B=2.1m,取S=2d=4.2m（取25mm）发酵液的圆柱体积V柱=2485/7－38.2=316.8m3发酵液的柱体高h=用两层搅拌器，所以SL=HL-B-S=9.23-2.1-4.2=2.93m检验：SL/d=2.93/2.6=1.12在1~2范围内冷却面积的计算本次设计使用竖式列管换热器，经验值取K=4.18×500kJ/（m3·h·℃）平均温差△t1=32-20=12℃；△t2=32-27=5℃△tM=（△t1-△t2）/㏑（△t1/△t2）△tm=8℃每罐公称容量500m³的发酵罐实际浆液量为：V液=V全×ø=500×75%=375（m³）换热面积A=Q/K△tm=4.18×6000×375/（4.18×500×8）=562.5（㎡）（3）搅拌器设计机械搅拌通风发酵罐的搅拌涡轮有有3种混合叶轮，可根据底料、细菌特性和发酵特性进行选择。在赖氨酸混合过程中，存在中间加料作业，故采用六弯叶涡轮搅拌机。该搅拌器的各个部分的尺寸与罐径D有一定比例关系，Di:di:L:B=20:15:5:4，根据换算可得：叶宽B=0.2d=0.2×3.3=0.66（m）搅拌器叶径Di=6.6/3=3.3（m）底距C=D/3=6.6/3=3.3（m）弧长l=0.375d=0.375×3.3=1.24m）叶弧长L=0.25d=0.25×1.67=2.475（m）盘径di=0.75Di=0.75×3.3=1.25（m）弯叶板厚δ=12（mm）叶距Y=D=6.6（m）两档搅拌，搅拌转速N2可根据转速N1=150r/min，搅拌器直径3.3m，以等P0/V为比放大，求得： N2=N1（D1/D2）2/3=150×（3.3/3.3）2/3=100r/min（4）搅拌器轴功率计算已知D=6.6md=2.6mρ=1050kg/m3μ=0.1Pa•sn=150rpm=2.5r/sRe搅拌器使用六弯叶涡轮搅拌器，读图可知K=4.8P=kf==136.6/2.6实际P*=f×P=0.4×3742.6=1497.04kW因为有两层搅拌器，P标准状况下的通气量Q0=VLVM=0.8414.2=331.36m3/min=()=331.36()=183.2m3/minNa=，Pg=1497.04kW（6）电机功率计算端面密封增加的功率为1%：采用三角带传动η1=0.92,；滑动轴承η3=0.98，滚动轴承η2=0.99；P（7）发酵罐壁厚的计算计算法确定发酵罐的壁厚S:S=PD/(2[σ]φ-P)+C(cm)式中D-发酵罐内径，D=660cm[σ]-A3钢的许用应力，[σ]=127MPa壁厚附加量（cm）P-设计压力，本次取最高压力的1.05倍，现取P=0.5MPaφ-焊缝系数，现取φ=0.7C=C1+C2+C3式中C3-加工减薄量，对冷加工C3=0，现取C3=0C2-为腐蚀裕量，双面腐蚀取2mm，现取C2=2mmC1-钢板负偏差，根据钢板厚度确定，其范围为0.13-1.3，取C1=0.8mm代入上式C=0.8+2+0=2.8(mm)=0.28（cm）S=0.5×660/(2×127×0.7-0.5)+0.28=2.14(cm)选用22mm厚的A3钢板来制作，查《发酵工厂工艺设计概论》中附录一，表17知，筒高13.2m，厚22mm，直径6.6m，每米高重356kg，G筒=356×13.2=4699.2（kg）（8）封头厚壁计算：公式如下：S=PD/(2[σ]φ-P)+C(cm)式中[σ]=127MPaP=0.5MPaφ=0.7D=660cmC=0.8+2+0.1=0.29（cm）S=0.5×660/(2×127×0.7-0.5)+0.29=2.15(cm)=21.5mm选用22mm厚A3钢板制作，查《发酵工厂工艺设计概论》附录一表18知，G封=510（kg），壁厚表和椭圆封头壁厚表见《发酵工厂工艺设计概论》附录一表13，表14，表15。（9）发酵罐分过滤器①分过滤器过滤层直径的计算：D滤层=（4V/πVS）1/2（m）式中V—通过分过滤器的空气流量V=172.5×0.18×（0.1/0.4）×（305/293）×（1/60）=0.135（m3/s）Vs—通过分过滤器的气速，此处取Vs=0.2m/s代入得：D滤层=[4×0.135/（3.14×0.2）]1/2=0.93（m）②分过滤器直径计算：D过滤器=1.1-1.3D滤层D过滤器=1.3D滤层=1.3×0.88=1.15（m）查表，选用无缝钢管。圆整得到D过滤器=1200mm。③分过滤器的壁厚：设计压力P=0.5MPaS=0.5×120.0/（2×127×0.7-0.5）+0.28=0.62（cm），取S=8mm。④进出气管：与设备通风管一致，即133×4无逢管。⑤数量：一般与发酵罐相配合，每罐一个，共需10台。⑥滤层厚度：同种子罐，⑦分过滤器的高度：同种子罐分过滤器。h筒=1.5×D过滤器=1.5×1200=1800（mm）h锥=1.5×D过滤器=1.5×1200=1800（mm）（8）支座选择：发酵工厂常用支座有两种，分为立式支座和卧式支座，对于500m3的发酵罐，由于设备总质量较大，应选用裙式支座，本设计选用裙式支座。2.3.3种子罐选型与计算（1）主要尺寸计算每个周期的种子液为124.26m3,装料系数为70%124.26/70%=177.5m3选择公称体积为100m3的种子罐两个HVV求得D=3.8m，圆整D=4m，则H=2D=8mdDWD=1Bd=0.8~1.0SdVb=πV发酵液的圆柱体积V发酵液的柱体高度h=V假设用2层搅拌器，所以S1=10-5=6m检验：S1（2）种子罐搅拌器搅拌器：种子罐使用六弯叶涡轮搅拌器。通常使用比例Di:di:L:B=20:15:5:4，尺寸如下：叶宽B=0.2Di=140mm直径Di=0.3-0.35D现取Di=0.35D=0.35×2000=700mm底距C=Di/3=233mm弧长l=0.375Di=262.5mm叶弦长L=0.25Di=175mm叶距Y=D=700mm盘径di=0.75Di=525mm搅拌转速N2=470r/min，使用P0/V为标准放大，50L罐N1=470r/min，搅拌器直径D1=112mm，则N2=N1（D1/D2）2/3=470（112/315）2/3=235（r/min）功率算法同发酵罐，其结果P电=1.5kW。计算雷诺系数：Rem=D2Nρ/μ=0.1122×7.83×1091/（1.3×10-3）=8.243×104>104，湍流，则搅拌功率准数Np=4.7。通风时的轴功率Pg：Pg=2.25×10-3×（P02ND3/Q0.08）0.32（kW）=2.25×10-3×（3.67×106×470×1405/3.59）0.32=13.7（kW）不通气时搅拌轴功率P0：P0=NpN3D5ρ=4.7×3.923×0.3155×1091=958（kW）两挡搅拌P1=2P0=1916（kW）求电机功率P电：P电=Pg/η1η2η3=13.7×1.01/（0.92×0.99×0.98）=15.5（kW）冷却面积的计算①总热量：Q总=4.18×6000×375×6%=5.6×105（kJ/h）②量式列管换热器，现取K=4.18×500kJ/（m2·h·℃）③平均温差：初温取23℃，终温27℃；发酵温度为32℃，则平均温差△tm=（9+5）/2=7℃④冷却面积A：A=Q总/K△tm=5.6×105/（4.18×500×7）=38.2（m2）综上可知，该设计满足工艺要求。（5）种子罐分过滤器①分过滤器过滤层直径的计算：D滤层=（4V/πVS）1/2（m）式中V—通过分过滤器的空气流量（m3/s）V=9.216×0.18×（0.1/0.4）×=（305/293）×（1/60）=0.0072（m3/s）Vs—通过分过滤器的气速，取Vs=0.2m/s代入式中：D滤层=（4×0.0072/3.14×0.2）1/2=0.214（m）圆整D滤层=220mm。②分过滤器直径计算：一般来说D过滤器=1.1-1.3D滤层。此次设计取D过滤器=1.3D滤层=1.3×220=286mm，圆整，D过滤器=290mm。③进出气管：配合种子罐进出气管，取150×4.5。④分过滤器的强度计算：取φ=0.7，δ=127MPa，C=0.2cm，P设计=0.4×1.25=0.5MPa，则分过滤器厚度S为：S=0.8×2.9/（2×127×0.7-0.5）+0.2=0.24（cm）圆整取S=4mm。⑤数量：分过滤器通常是与种子罐一致，现10个种子罐，配10个分过滤器。⑥厚度：通常使用经树脂处理过的玻璃滤纸5-6层，置于两花版中。⑦高度：通常取筒体高度为直径的1.1~1.5倍。现取h筒=D过滤器×1.5=290×1.5=435（mm）取锥体高度为直径的1.5~2.0倍，现取1.5倍，则h椎=1.5×D过滤器=1.5×290=435mm。2.3.4贮罐计算V=2485.2m3取=0.75=2485.2/0.75=3313.6m3查化工手册取7个500m3的贮罐公称直径DN=8000mm，L1=10000mm2.3.5发酵罐配料罐V=2485.2/6=414.2m3取η0V0查手册取6个型号为JB1423-74的600m3配料罐,公称直径DW=8000mm,H=12000mm,2.4辅助单元操作装置（1）种子罐配料罐V种=124.26m3取η0V0=V/0.8=124.26/0.8=155.3m3查化工手册取2个100m3的配料罐,型号为JB1425-74公称直径DW=10000mm,H=10000mm,（2）离心机计算生产能力=2485.2/72=34.5m3/h选择卧式螺旋卸料沉降离心机LW200×600N（3）各种尿素罐的选型与计算⑴设备容量的确定：①尿素消耗量 按加尿素的总量按照对发酵质量比4.0%计算，每天使用尿素的量为m，则m=（1654.67+82.67）×1.05×4.0%=72.97（t/d）②尿素溶液体积尿素溶液重度1100kg/m3，浓度为40%，那么每天用尿素溶液体积为V：V=72.97/（40%×1.1）=164.84（m3/d）③需尿素溶液贮罐总容积V总 该尿素溶液贮罐填充系数为70%，则有： V总=V/Φ=165.84/70%=236.9（m3）现将容积圆整到237m3。④各罐容积和数量确定 计划尿素溶液制备灭菌工作一班灭菌两罐，安排两班作业，为保证生产正常运转，则：Ⅰ尿素溶解和贮存罐容量V1每班配制尿素溶液，两班作业，占全天使用量的1/2，则：V1=V总/2=237/2=118.5（m3） 数量取4个。Ⅱ消尿素罐（尿素溶液灭菌罐）容积V2，每班灭菌两次，则：V2=V1/2=29.6/2=14.8（m3） 数量取3个。Ⅲ尿素溶液罐容量V3，为保证灭菌正常运行，保证连续生产，还应设尿素溶液罐一个，则V3=V2=14.8m3。⑵尿素溶液贮罐的设计①材质选择：碳钢②几何尺寸确定：尿素溶液贮罐兼有搅拌溶解作用，取椭圆封底，平盖，带搅拌。取筒高H=D，则V1=0.785D3+3.14/24D3=29.6，解方程得： D=（29.6/0.916）1/3=3.185（m），圆整到推荐的系列值，取D=3.2m，H=3.2m。 V封=3.14D3/24=4.29（m3） V筒=0.785D3=25.72（m3）校核其容积V实：V实=V筒+V封=25.72+4.29=30.01>29.6（m3），满足要求。③壁厚确定尿素溶液贮寸罐为常压容器，查附录，碳钢与普底钢制内压圆筒壁厚表，确定筒体壁厚为S=8mm，筒体重m1=672×3.2=2150.4（kg）封底选S封=8mm，m2=62.8×11=690.8（kg）④搅拌功率计算搅拌轴功率P=3.5d5n3θα/102（kW）式中d—搅拌器直径，d=D/3=3.2/3=1.07（m）3.5—常数，双浆式45°角搅拌器P=3.5×1.075×1.53×112.1×2/102=36.4（kW）n—搅拌器轴转速，n=1.5r/minα—搅拌器档数，α=2θ—溶液重度，θ=1100kgf/m3，合112.1N/m3102—转换系数，由kgf·m/s转换kW电机功率Pg=KP/η式中P—轴功率（kW）η—转动效率，取η=0.9K—附加消耗功率系数，取1.4~1.6，现取1.5Pg=1.5×36.4/0.9=60.7（kW）依此查有关手册，结合转速，选择合用的电机。⑤支坐选择：选用支撑式支坐，Q=4.0t。⑥主要管径确定：Ⅰ人孔取Dg=500mm，Ⅱ进水管取Dg=80mm。Ⅲ出水管根据选择的尿素溶液输送泵，取Dg=80mm。⑶尿素溶液灭菌罐（消尿素罐）的设计①材质选择：消尿素罐考虑到防腐，内筒采用不锈钢版，夹套加热，外套用碳钢制作。②几何尺寸确定:消尿素罐容量为6m3；实际装液量4m3。为保证有足够的换热面积，取H/D=2。主要尺寸计算结果如下：Ⅰ罐径D=2800mm；Ⅱ罐筒体高H=5600mm；Ⅲ封头高h=250mm；Ⅳ罐总高H总=3500mm；Ⅴ封头容量V封=0.49m3；Ⅵ有效容积V有=5.29+0.49=5.79（m3）Ⅶ圆筒部分容量V筒=5.29m3；Ⅷ全容积V全=5.29+2×0.49=6.28（m3）Ⅸ搅拌器直径d=D/3=1500/3=500（mm）Ⅹ搅拌转速选2r/min。③夹套尺寸确定：壁厚内筒12mm，外筒5mm，夹套50mm。具体计算方法参考前述。④搅拌轴功率计算：方法同前，求得P=1.9kW，P电=3.2kW。⑷尿素罐的设计①材质选择：此罐仅作为已灭菌尿素溶液暂贮罐，可用普通碳钢②几何尺寸确定：由上知，该罐容量6m3，实际装液量4.0m3，无搅拌及换热装置。现取H=D，V=V筒+2V封=6.0m3，则0.785×D3+2×3.14D3/24=6.0，解方程得：D=（6.0/1.05）1/3=1.79（m），圆整到D=1.8m，H=1.8m。校核：0.785×1.83+2×3.14/24×1.83=6.11（m3），大于6.0m3。可满足要求。⑸尿素计量罐的设计①材质：普通碳钢。②容量与几何尺寸确定：每次加尿素的量为发酵液的0.65%，填充系数取Φ=0.4~0.7，糖液密度1.05t/m3，尿素溶液密度1.1t/m3。尿素溶液重m=（1654.67+82.67）×1.05×0.65%=11.857（t），合体积11.857/1.1=10.779（m3）则尿素溶液计量罐的容量V为：V=10.779/0.7=15.398（m3），圆整到15.4m3。设H/D=3.4，现取H/D=3.5，则有：V=V筒+2V封=0.785D2×3.5D+2×3.14D3/24=3.0D3=15.4m3，解方程求得：D=（15.4/3）1/3=1.72（m），取D=2.0m，则有：H=3.5×2.0=7.0（m）。校核：V=0.785×2.02×3.5×2.0+3.14/12×2.03=24.08>15.4m3，可满足要求。2.5设备选择⑴粉碎机：选用河南红星矿山机器有限公司生产的型号为：FXS-700的粉碎机，产量为300-2000kg/h，电机功率为37+7.5kW，出料粒度为20-325目。⑵糖化锅（3个）：选用山东中德设备有限公司生产的型号为：糖化锅，容积为100m3。⑶浆汁过滤机（1台）：选用温州市精工设备成套有限公司生产的型号为：JG-GKX的硅藻土过滤机。⑷发酵罐（7个）：机械涡轮搅拌通风发酵罐，公称容积为500m3。2.6主要设备一览表第三章三废处理方案3.1赖氨酸厂污染物的特点赖氨酸加工厂以人体淀粉为主要原料，通过人工发酵人体工业微生物，可以产生大量的赖氨酸，从而产生大量的人体工业废水和生活垃圾。赖氨酸废水厂运行废水的主要来源是从主要处理产品中提取的废母液分离处理，以及主要生产处理过程中的各种自动清洗，包括饮用水和冷却水。废水的主要化学性能处理特征及其表现形式为:水中化学杂质中的生物需氧量(COD)浓度高，属于酸性无机废水浓度高，生物杂质处理难度较大。含固体杂质(SS)的化学杂质浓度较高；其中主要因素是因为培养发酵过程残留的各种培养细菌基质与由于培养发酵所需而产生的各种微生物体如菌丝体和酶﹑生物水质体等组成的生化杂质很复杂,难以同时进行生化杂质处理不同｡由于其含水量的浓度周期性波动变化大,且由于杂质间歇性地大量排放,冲击力的负载也会比较高。稀废液的水处理加工设备,主要用途是指稀处理水和赖氨酸在二次生产加工环境下所使用产生的二次加工废水。产区内各个废水分厂的各类废水处理采用的是氨氮吹脱为主要处理原料,废水中那些富有大量高度游离氨氮的各类废水在水中首先进行了氨氮集中处理贮藏,经过氨氮吹脱净化处理把水中所有可以游离的高度氨氮都快速释放了分离出来,从而我们能够同时达到有效地快速去除水中的的氨氮,再将其提供给厌菌臭氧杀菌系统。其它沼气废水则主要是通过沼气预处理技术去除位于自来水管道中的固体酸性物、漂浮物,达到均匀净化水质、调整厌氧ph厌氧值、水温,再通过进行厌氧发酵,厌氢除氧沼气反应器的沼气出水容量cod厌氧去除率平均相应可以大于80,每天沼气可直接产生液化沼气总量约4万立方(大约折40吨标煤),沼气也同样可直接提供给港澳化工厂铿工业制冷、锅炉和家庭餐厅等机关事业单位用水使用,多余的厌氧气体则直接排出进入沼气燃烧器。将厌氧废水中的厌氧废水送入城市耗水处理系统进行厌氧处理，最后污泥废水由城市污泥处理压榨过滤，剩余污泥废水压缩成有机肥，压缩后的污泥废水输送至大型城市污水处理厂。废水处理硫酸灌溉生产装置,以siiseph等废水处理灌溉装置为主要生产原料,运用硫酸浓缩、结晶、离心等一系列的生产工艺技术及先进生产加工设备,生产各种硫酸按客户需求的灌溉产品。部分采用硫酸根据已经成品化的原材料、精滤后方法提取出所供应的赖氨酸进行发酵综合利用,多余的硫酸部分则在国内外市场销售。由玉米种植为主,到工业生产,赖氨酸类产品为市场提供需求,废弃物被加工为农作物后返回到耕地。由产品的制造过程构成一个完整而封闭的小圆圈。包括产品的制造过程也是如此，各种废弃物和废弃物的处理、回收和节约被“融入产业链”，形成小循环，初步确立“循环经济”的发展方向。随着自然资源安全问题的日益凸显,赖氨酸类化工产品的生产者必须把赖氨酸类化工产品的发展与"循环经济"相结合,加大环境保护投入,改善环境管理,努力从根本上削减和有效控制污染,并对赖氨酸类生产中所有化学废物、垃圾及其余热、剩气进行综合利用或循环使用,做到了将赖氨酸类生产的原料"吃干榨尽",在未来不断地发展循环经济中作出了杰出的贡献。第四章技术经济分析及运行管理4.1基本原理（1）费用最小化（2）利润最大化（3）技术经济比较合理4.2工程概算每年生产赖氨酸10000t,每年工作时间300D，每天生产赖氨酸33.3t。⑴原料成本薯干价格约为1800元/吨，每生产1吨赖氨酸需要消耗薯干2738.4kg，折合成原料成本为4928.4万元。⑵添加剂成本每生产1吨赖氨酸需要消耗添加剂0.03t，成本约为1万元/吨，则年费用为300万元。⑶蒸汽费用每小时蒸汽消耗量为20t，则一年蒸汽消耗量14.4万吨，若蒸汽费按150元/吨计，则，一年蒸汽费用为540万元。⑷水费每小时耗水量120m3，年耗水量103万m3，水费按1.2元/立方米计，年水费为129.5万