食品發(fā)酵工程課程設(shè)計(jì)

1、 食品發(fā)酵工程課程設(shè)計(jì)班級(jí)：食品班姓名： 學(xué)號(hào)：200指導(dǎo)老師：目錄1 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)：1 2 設(shè)計(jì)概述與設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介：22.1味精生產(chǎn)工藝概述32.2 味精工廠發(fā)酵車間的物料衡算32.21 工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)32.22 谷氨酸發(fā)酵車間的物料衡算42.3 機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐42.31 通用型發(fā)酵的幾何尺寸比例42.32 罐體52.33 攪拌器和擋板52.34 消泡器52.35 聯(lián)軸器及軸承62.36 變速裝置62.37 空氣分布裝置62.38 軸封62.4 氣升式發(fā)酵罐72.5 自吸式發(fā)酵罐72.6 高位塔式生物反應(yīng)器73 工藝及主要設(shè)備、輔助設(shè)備的設(shè)計(jì)計(jì)算73.1發(fā)酵罐73.11發(fā)酵罐的選型

2、73.12生產(chǎn)能力、數(shù)量和容積的確定73.13 主要尺寸的計(jì)算：83.14冷卻面積的計(jì)算83.2攪拌器計(jì)算93.21攪拌軸功率的計(jì)算103.3設(shè)備結(jié)構(gòu)的工藝計(jì)算113.4 設(shè)備材料的選擇10133.5發(fā)酵罐壁厚的計(jì)算133.6接管設(shè)計(jì)143.7支座選擇144設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表145 設(shè)計(jì)評(píng)述156 參考資料15致謝161 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)：食品發(fā)酵工程課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué)生姓名班級(jí)指導(dǎo)教師題目機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)基本參數(shù)發(fā)酵罐體積：100m3 生產(chǎn)能力：年產(chǎn)2萬(wàn)噸味精（99%）原料：淀粉含量86%的工業(yè)淀粉生產(chǎn)日：全年320天操作條件：發(fā)酵時(shí)間：3436h，發(fā)酵溫度：32 發(fā)酵冷卻水：入口溫度：20

3、 ，出口溫度：26設(shè)計(jì)要求及內(nèi)容1、設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介；對(duì)選定的工藝流程、主要設(shè)備的形式進(jìn)行簡(jiǎn)要論述。2、總物料衡算3、發(fā)酵罐的主要尺寸計(jì)算4、攪拌功率及攪拌轉(zhuǎn)速的計(jì)算5、冷卻面積及冷卻水用量計(jì)算6、發(fā)酵罐壁厚計(jì)算7、局部尺寸及輔助設(shè)備的確定8、編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 將設(shè)計(jì)所選定的工藝流程方案、主要步驟及計(jì)算結(jié)果匯集成工藝設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。應(yīng)采用簡(jiǎn)練、準(zhǔn)確的文字圖表，實(shí)事求是的介紹設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程和結(jié)果。設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)要求在6000字以上，A4紙打印。設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)內(nèi)容：（1） 封面（課程設(shè)計(jì)題目、學(xué)生班級(jí)、姓名、指導(dǎo)教師、時(shí)間）（2） 目錄（3） 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)（4） 概述與設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介（5） 工藝及設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算（6） 輔助

4、設(shè)備的計(jì)算及選型（7） 設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表（8） 設(shè)計(jì)評(píng)述（9） 參考資料（10） 主要符號(hào)說(shuō)明（11） 致謝各階段時(shí)間安排（以天為單位計(jì)算） 用一周時(shí)間集中進(jìn)行1. 設(shè)計(jì)方案選定：0.5天2. 主要設(shè)備的設(shè)計(jì)計(jì)算：2天3. 輔助設(shè)備的選型：0.5天4. 編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)：2天2 設(shè)計(jì)概述與設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介： 味精又稱味素，是調(diào)味料的一種，主要成分為谷氨酸鈉。要注意的是如果在100以上的高溫中使用味精，鮮味 劑谷氨酸鈉會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)人體有致癌性的焦谷氨酸鈉。還有如果在堿性環(huán)境中，味精會(huì)起化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生一種叫谷氨酸二鈉的物質(zhì)。所以要適當(dāng)?shù)厥褂煤痛娣拧９劝彼徕c是一種氨基酸谷氨酸的鈉鹽。是一種無(wú)嗅無(wú)色的晶體，在23

5、2C時(shí)解體熔化。谷氨酸鈉的水溶性很好，在100毫升水中可以溶解74克谷氨酸鈉。它是L谷氨酸單鈉鹽(Mono sodium glutamate)的一水化合物(HOOC-CH2CH(NH2)-COONaH20)，具有旋光性，有D型和L型兩種光學(xué)異構(gòu)體。味精具有很強(qiáng)的鮮味(閾值為0. 03%)，現(xiàn)已成為人們普遍采用的鮮味劑，其消費(fèi)量在國(guó)內(nèi)外均呈上升趨勢(shì)。1987年3月，聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織和世界衛(wèi)生組織食品添加劑專家聯(lián)合委員會(huì)第十九次會(huì)議，宣布取消對(duì)味精的食用限量，再次確認(rèn)為一種安全可靠的食品添加劑1。早期味精是由酸法水解蛋白質(zhì)進(jìn)行制造的，自從1956年日本協(xié)和發(fā)酵公司用發(fā)酵法生產(chǎn)以后，發(fā)酵法生產(chǎn)迅速發(fā)展

6、，目前世界各國(guó)均以此法進(jìn)行生產(chǎn)。谷氨酸發(fā)酵是通氣發(fā)酵2，該生產(chǎn)工藝和設(shè)備具有很強(qiáng)的典型性，本設(shè)計(jì)對(duì)味精發(fā)酵生產(chǎn)工藝及主要設(shè)備作簡(jiǎn)要介紹，以期有助于了解通氣發(fā)酵工藝和主要設(shè)備的有關(guān)知識(shí)。2.1味精生產(chǎn)工藝概述味精發(fā)酵法生產(chǎn)的總工藝流程味精生產(chǎn)全過(guò)程可劃分為四個(gè)工藝階段:(1)原料的預(yù)處理及淀粉水解糖的制備;(2)種子擴(kuò)大培養(yǎng)及谷氨酸發(fā)酵;(3)谷氨酸的提取;(4)谷氨酸制取味精及味精成品加工。與這四個(gè)工藝階段相對(duì)應(yīng)味精生產(chǎn)廠家一般都設(shè)置了糖化車間、發(fā)酵車間、提取車間和精制車間作為主要生產(chǎn)車間。另外，為保障生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)蒸汽的需求，同時(shí)還設(shè)置了動(dòng)力車間，利用鍋爐燃燒產(chǎn)生蒸汽，并通過(guò)供氣管路輸送到各個(gè)

7、生產(chǎn)需求部位。為保障全廠生產(chǎn)用水，還要設(shè)置供水站。所供的水經(jīng)消毒、過(guò)濾系統(tǒng)處理，通過(guò)供水管路輸送到各個(gè)生產(chǎn)需求部位4。2.2 味精工廠發(fā)酵車間的物料衡算 2.21 工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù) （1）查發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論味精行業(yè)國(guó)家企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)5，選用主要指標(biāo)如表1表1 味精發(fā)酵工藝技術(shù)指標(biāo)指標(biāo)名稱單位指標(biāo)數(shù)生產(chǎn)規(guī)模t/a10000（味精）生產(chǎn)方法中糖發(fā)酵，一次等電點(diǎn)提取年生產(chǎn)天數(shù)d/a320產(chǎn)品日產(chǎn)量t/d31.25產(chǎn)品質(zhì)量純度%99倒灌率%1.0發(fā)酵周期h3436h發(fā)酵初糖Kg/m3150淀粉糖轉(zhuǎn)化率%95糖酸轉(zhuǎn)化率%48麩酸谷氨酸含量%90谷氨酸提取率%80味精對(duì)谷氨酸率%1122.22 谷氨酸

8、發(fā)酵車間的物料衡算 首先計(jì)算生產(chǎn)1000kg純度為100%的味精需耗用的原輔材料及其他物料量。（1）發(fā)酵液量V1 式中 150發(fā)酵培養(yǎng)基初糖濃度（kg/m3） 48%糖酸轉(zhuǎn)化率 80%谷氨酸提取率 99%除去倒灌率1%后的發(fā)酵成功率 112%味精對(duì)谷氨酸的精制產(chǎn)率（2）發(fā)酵液配制需水解糖量G1 以純糖算， （3）耗用淀粉原料量 理論上，100kg淀粉轉(zhuǎn)化生成葡萄糖量為111kg，故理論上耗用的淀粉量G為：G=2349/(86%95%111%)=2590.2kg式中 86%淀粉原料含純淀粉量 95%淀粉糖轉(zhuǎn)化率2.3 機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐機(jī)械攪拌發(fā)酵是目前使用最多的一種發(fā)酵罐，使用性好、適應(yīng)性好、

9、放大容易，從小型直至大型的微生物培養(yǎng)過(guò)程都可以應(yīng)用。缺點(diǎn)：罐內(nèi)的機(jī)械攪拌剪切力容易損傷嬌嫩的細(xì)胞，造成某些細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程減產(chǎn)。2.31 通用型發(fā)酵的幾何尺寸比例H/D2.5-4公稱體積：罐的圓柱體積和底封頭體積的和。2.32 罐體要求罐體設(shè)計(jì)的使用壓力達(dá)到0.3MPa以上。小型發(fā)酵罐罐頂和罐身用法蘭連接，上設(shè)手孔用于清洗和配料。2.33 攪拌器和擋板攪拌器可以使被攪拌的液體產(chǎn)生軸向流動(dòng)和徑向流動(dòng)，其作用為混合和傳質(zhì)，它使通入的空氣分散成氣泡并與發(fā)酵液充分混合，使氣泡破碎以增大氣液界面，獲得所需的溶氧速率，并使細(xì)胞懸浮分散于發(fā)酵體系中，以維持適當(dāng)?shù)臍庖汗蹋?xì)胞）三相的混合與質(zhì)量傳遞，同時(shí)強(qiáng)化傳熱過(guò)

10、程。攪拌葉輪大多采用渦輪式，渦輪式攪拌器的葉片有平葉片、彎葉片、箭葉式三種。平葉式功率消耗較大，彎葉式較小，箭葉式又次之。渦輪式攪拌器軸向混合較差，攪拌強(qiáng)度隨攪拌軸距離增大而減弱。此外還有其他新型攪拌器：Scaba攪拌器其葉片的特殊形狀消除了葉片后面的氣穴，從而使通氣功率下降較小，因此可將電機(jī)的設(shè)計(jì)功率幾乎全部用于氣-液分散及傳質(zhì)。Prochem軸向流攪拌器，其通氣功率下降較小。Lightnin公司的A315軸向流槳，比較適合高粘度非牛頓物系。Intermig攪拌器有較低功率準(zhǔn)數(shù)，通氣功率值較小，在黃原膠發(fā)酵中有較好的混合性能，但存在不穩(wěn)定性問(wèn)題。擋板：防止液面中央形成漩渦流動(dòng)，增強(qiáng)其湍流和溶

11、氧傳質(zhì)。擋板的高度自罐底起至設(shè)計(jì)的液面高度止。全擋板條件：在攪拌發(fā)酵罐中增加擋板或其他附件時(shí)，攪拌功率不再增加，而旋渦基本消失。2.34 消泡器（1）罐內(nèi)機(jī)械消泡，耙式消泡槳（2）旋轉(zhuǎn)圓板式消泡裝置：設(shè)在發(fā)酵罐內(nèi)的氣相中，與發(fā)酵液的液面保持平行。圓板旋轉(zhuǎn)的同時(shí)將槽內(nèi)發(fā)酵液注入圓板的中央，通過(guò)離心力將破碎成微小泡沫散向槽壁，達(dá)到消泡的目的。（3）液體吹入式機(jī)械消泡：把空氣及空氣與發(fā)酵液吹入發(fā)酵罐中形成的泡沫層來(lái)進(jìn)行消泡（4）氣體吹入管內(nèi)吸引消泡：將發(fā)酵內(nèi)形成氣泡群吸引到氣體吸入管，利用氣體流速進(jìn)行消泡。該裝置中在靠近吸入口附近的氣體吸入管內(nèi)形成增速用的噴頭，而吸入管用來(lái)連接液面上部與增速噴頭的負(fù)

12、壓部位。（5）沖擊反射板機(jī)械消泡：把氣體吹入液面上部，通過(guò)在液面上部設(shè)置的沖擊反射，吹回到液面，而將液面上產(chǎn)生的泡沫擊碎的方法。（6）超聲波消泡：將空氣在1.53.0Mpa下，以12m/s的速度由噴嘴噴入共振室而起消泡的作用。該法目前僅適用于小型發(fā)酵過(guò)程的消泡，而不適合于大規(guī)模工業(yè)發(fā)酵的消泡。（7）碟片式消泡器的機(jī)械消泡：使用時(shí)將消泡器安裝于發(fā)酵的罐頂，使碟片位于罐頂?shù)目臻g內(nèi)，用固定法與排氣口相連接，當(dāng)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)入碟片間的空氣中的氣泡被打碎同時(shí)甩出液滴，返回發(fā)酵罐中，而被分離后的氣體由空心軸徑排氣口排出。（8）罐外機(jī)械消泡（9）噴霧消泡：利用沖擊力、壓縮力及剪斷力來(lái)進(jìn)行消泡的方法，它將水及發(fā)

13、酵液等通過(guò)適當(dāng)?shù)膰婌F器噴出來(lái)達(dá)到消泡的目的。（10）離心力消泡：將泡沫注入用網(wǎng)眼及篩目較大的篩子做成的筐中，通過(guò)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力將泡沫分散，從而達(dá)到消泡的目的。（11）旋風(fēng)分離器消泡：發(fā)酵罐內(nèi)產(chǎn)生的泡沫通過(guò)旋風(fēng)分離器上部進(jìn)入脫泡器下方引入的氣體逆向接觸使其破碎。特點(diǎn)：泡沫通過(guò)旋風(fēng)分離器等破碎后，再將帶微小泡沫的液體導(dǎo)入裝有充填物的脫泡器中，以增大液體表面積，然后從脫泡器下方吹入氣體，使其與流下的液體逆向接觸進(jìn)行徹底的脫泡。（12）轉(zhuǎn)向板消泡：泡沫以3090m/s的速度由噴頭噴向轉(zhuǎn)向板使泡沫破碎，分離液用泵送回發(fā)酵內(nèi)，而氣體則排出消泡器外。2.35 聯(lián)軸器及軸承攪拌軸較長(zhǎng)時(shí)，常分為二至三段，用聯(lián)

14、軸器連接。2.36 變速裝置試驗(yàn)罐采用無(wú)級(jí)變速裝置。發(fā)酵罐常用的變速裝置有三角皮帶傳動(dòng)，圓柱或螺旋圓錐齒輪減速裝置。2.37 空氣分布裝置有單管、環(huán)形管及采用氣、液流射混合攪拌裝置。單管式噴孔的總截面積等于空氣分布管截面積。氣、液流射混合攪拌裝置由環(huán)形布?xì)夤芎投鄠€(gè)切向布置的氣、液射流器組成。該裝置使氣、液兩相混合物產(chǎn)生與機(jī)械攪拌器旋轉(zhuǎn)方向一致的徑向全循環(huán)的噴射旋流運(yùn)動(dòng)，其氣泡直徑隨著通氣量的增大或噴嘴推動(dòng)力的增加而減小，乳化程度加劇，氣、液兩相接觸面積增加，容量傳質(zhì)系數(shù)提高。2.38 軸封作用：防止泄漏和染菌。端面軸封的作用是靠彈性元件（彈簧、波紋管）的壓力使垂直于軸線的動(dòng)環(huán)和靜環(huán)光滑表面緊密

15、地相互貼合，并作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)而達(dá)到密封。端面軸封的優(yōu)點(diǎn)：清潔，密封可靠，使用時(shí)間長(zhǎng)；無(wú)死角；摩擦功率耗損小；軸或套不受磨損；對(duì)軸的震動(dòng)敏感性小。測(cè)量系統(tǒng)：傳感器系統(tǒng)，用以測(cè)量pH、溶氧等，傳感器要求能承受滅菌溫度及保持長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定。附屬系統(tǒng)：包括視鏡、擋板等以觀察發(fā)酵液的情況或強(qiáng)化發(fā)酵液體的混合。2.4 氣升式發(fā)酵罐在環(huán)流管底置有空氣噴嘴，空氣在噴嘴口以250300m/s的高速噴入環(huán)流管，由于噴射作用，氣泡被分散于液體中，借助與環(huán)流管內(nèi)氣液混合物的密度與反應(yīng)主體之間的密度差，使管內(nèi)氣液混合物連續(xù)循環(huán)流動(dòng)。罐內(nèi)培養(yǎng)液中的溶解氧由于菌體的代謝而逐漸減小，當(dāng)其通過(guò)環(huán)流管時(shí)，由于氣液接觸而達(dá)到飽和。類型：氣

16、升環(huán)流式、鼓泡式、空氣噴射式等。氣升內(nèi)環(huán)流發(fā)酵罐、氣液雙噴射氣升環(huán)流發(fā)酵罐、設(shè)有多層分布板的塔式氣升發(fā)酵罐已在工業(yè)上應(yīng)用。2.5 自吸式發(fā)酵罐不需空氣壓縮機(jī)提供壓縮空氣，而是利用特設(shè)的機(jī)械攪拌吸氣裝置或液體噴射吸氣裝置吸入無(wú)菌空氣并同時(shí)實(shí)現(xiàn)混合攪拌與溶氧傳質(zhì)的發(fā)酵罐。2.6 高位塔式生物反應(yīng)器一種高徑比較大的非機(jī)械攪拌式生物反應(yīng)器。它不設(shè)置機(jī)械攪拌裝置，利用通入培養(yǎng)液的空氣泡上升時(shí)帶動(dòng)流體運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生混合效果。適用于培養(yǎng)液粘度低，含固量少，需氧量較低的培養(yǎng)過(guò)程。H/D高達(dá)7，流體深度大，空氣進(jìn)入培養(yǎng)液后有較大的停留時(shí)間，并可將氣體重新分散，篩板上的降液口有助于液體的循環(huán)運(yùn)動(dòng)。3 工藝及主要設(shè)備、

17、輔助設(shè)備的設(shè)計(jì)計(jì)算3.1發(fā)酵罐 3.11發(fā)酵罐的選型 選用機(jī)械渦輪攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐3.12生產(chǎn)能力、數(shù)量和容積的確定 發(fā)酵罐容積的確定：選用100m3 罐 生產(chǎn)能力的計(jì)算：現(xiàn)每天生產(chǎn)99%純度的味精20000t，谷氨酸的發(fā)酵周期為34h (包括發(fā)酵罐清洗、滅菌、進(jìn)出物料等輔助操作時(shí)間)。則每天需糖液體積為V糖 。每年產(chǎn)純度為99%的味精20000t，每年生產(chǎn)320天，每噸100%的味精需糖液15.66(m3)V糖=15.66(2000080%90%)/320+(2000020%80%)/320=931.77 (m3)設(shè)發(fā)酵罐的填充系數(shù)=70%；則每天需要發(fā)酵需要發(fā)酵罐的總體積為V0 （發(fā)酵周期為

18、34h）。V0 = V糖/=485/0.7= 1331.1(m3)發(fā)酵罐個(gè)數(shù)的確定：公稱體積為100m3 的發(fā)酵罐，總體積為118 (m3) N1= V糖 t/（V總24）=931.7736/(1180.724)=16.9（個(gè)）取公稱體積100 m3 發(fā)酵罐17個(gè)，其中一個(gè)留作備用。每天的裝罐量： 17/3624=11.3實(shí)際產(chǎn)量驗(yàn)算：1150.711.3/(15.6680%90%+15.6699%)320=20732t/a富裕量:（20732-20000）/20000=3.7%能滿足產(chǎn)量要求3.13 主要尺寸的計(jì)算：取高徑比 H：D=2：16V總= V1+2V2 =118 m3則有： H=2

19、D；解方程得：V總=0.758D22D +/24D32=118D=4.009m 取D=4m H=2D=8m；查表得封頭高：H封 =h1+h2 =1050mm驗(yàn)算全容積V總：d總=V筒+2V封=(/24)D22D+2(/24)D3+(/24)D20.052=118.44V總 符合設(shè)計(jì)要求，可行。3.14冷卻面積的計(jì)算為了保證發(fā)酵在最旺盛、微生物消耗機(jī)制最多以及環(huán)境氣溫最高時(shí)也能冷卻下來(lái)，必須按發(fā)酵生成熱量高峰、一年中最熱的半個(gè)月的氣溫下，冷卻水可能達(dá)到最高溫度的惡劣條件下設(shè)計(jì)冷卻面積。計(jì)算冷卻面積使用牛頓傳熱定律公式，即：發(fā)酵過(guò)程的熱量計(jì)算有許多種方法，但在工程計(jì)算時(shí)更可靠的方法仍然是實(shí)際側(cè)得的

20、每發(fā)酵液在每傳給冷卻器的最大熱量。多谷氨酸發(fā)酵，每發(fā)酵液、每1h傳給冷卻器的最大熱量約為。本罐采用豎式列管換熱器，取經(jīng)驗(yàn)值K=4.18500kj/()平均溫差： 32 3220 2612 6代入 對(duì)公稱容量100 m3的發(fā)酵罐，每天裝12罐，每罐實(shí)際裝液量為931.77/12=77.6 m3換熱面積 =（4.18600077.6）/（4.185008.7）=107.1 m33.2攪拌器計(jì)算 選用六彎葉渦輪攪拌器6。 該攪拌器的各部分尺寸與罐徑D有一定比例關(guān)系攪拌器葉徑Di=D0/3=4/3=1.33m取d=1.3 m葉寬 ：B=0.2d=0.21.3=0.26m弧長(zhǎng)：l=0.375d=0.37

21、51.3=0.49m底距：C=D/3=1.3m盤踞 ：di=0.75 Di=0.751.3=0.98m 葉弦長(zhǎng)：L=0.25 Di =0.251.3=0.33m葉距 ：Y=D=4m彎葉板厚：=12（mm）取兩擋攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速N2可根據(jù)100m3罐，攪拌直徑1.05m，轉(zhuǎn)速N1=95r/min。3.21攪拌軸功率的計(jì)算 淀粉水解糖液低濃度細(xì)菌醪，可視為牛頓流體。計(jì)算Rem8 式中 D攪拌器直徑，D=1.3m N攪拌器轉(zhuǎn)速， 醪液密度，=1050 kg/m3 醪液粘度， =1.310-3Ns/m2將數(shù)代入上式：Rem=121.581050/（1.310-3）=2.2106 10 4視為湍流，則攪拌

22、功率準(zhǔn)數(shù)Np=4.7計(jì)算不通氣時(shí)的攪拌軸功率P0：式中 Np在湍流攪拌狀態(tài)時(shí)其值為常數(shù)4.7 N攪拌轉(zhuǎn)速，N=95r/min=1.58r/s D攪拌器直徑，D=1.3m 醪液密度，=1050kg/m3 代入上式：P01=72KW兩擋攪拌：P0=2 P01=144KW 計(jì)算通風(fēng)時(shí)的軸功率Pg 式中 P0不通風(fēng)時(shí)攪拌軸功率（kW）， N軸轉(zhuǎn)速，N=95r/min D攪拌器直徑（cm），D3=1.33106=2.2106 Q通風(fēng)量（ml/min），設(shè)通風(fēng)比V/Vm=0.110.18，取低限，如通風(fēng)量變大，Pg會(huì)小，為安全?，F(xiàn)取0.11；則Q = 79.10.11106=8.7106（ml/min）Q

23、0.08 = (8.7106)0.08=3.57 ml/min代入上式：Pg=116.1KW求電機(jī)功率P電：采用三角帶傳動(dòng)1=0.92；滾動(dòng)軸承2=0.99，滑動(dòng)軸承3=0.98；端面密封增加功率為1%7；代入公式數(shù)值得：P電= Pg/123 =116.1/（0.920.990.98）1.01=131.2KW 3.3設(shè)備結(jié)構(gòu)的工藝計(jì)算 空氣分布器：本罐采用單管進(jìn)風(fēng)，風(fēng)管直徑1084mm。 擋板：本罐因有扶梯和豎式冷卻蛇管，故不設(shè)擋板 密封方式：本罐采用雙面機(jī)械密封方式，處理軸與罐的動(dòng)靜問(wèn)題。冷卻管布置：采用豎式蛇管7 最高負(fù)荷下的耗水量W式中 Q總每1m3醪液在發(fā)酵最旺盛1h的發(fā)熱量與醪液總體

24、積的乘積 Q總=4.18600042.96=1.08106kJ/h cp冷卻水的比熱容，4.18kJ/（kgK） t2冷卻水終溫，t2=26 t1冷卻水初溫，t1=20將各值代入上式W=1.95106/4.18(26-20)=21.6kg/s冷卻水體積流量為21.610-2m3/s，取冷卻水在豎直蛇管中的流速為1m/s，根據(jù)流體力學(xué)方程式，冷卻管總截面積S總為：式中 W冷卻水體積流量，W=21.610-2m3/s V冷卻水流速，v=1m/s代入上式：S總=0.0216/1=0.0216m2進(jìn)水總管直徑 ：d 總2=S總/0.785d 總=0.166m 冷卻管組數(shù)和管徑：設(shè)冷卻管總表面積為S總，

25、管徑d0，組數(shù)為n，則：取n=12，求管徑。由上式得： d02 = S總/0.785nd0=0.045m查金屬材料表選取573.5mm無(wú)縫管9，d內(nèi)=50mm g=4.62kg/m，d內(nèi)d0 ，認(rèn)為可滿足要求，d平均=54mm?，F(xiàn)取豎蛇管圈端部U型彎管曲徑為250mm，則兩直管距離為500mm，兩端彎管總長(zhǎng)度為： 冷卻管總長(zhǎng)度L計(jì)算：由前知冷卻管總面積現(xiàn)取無(wú)縫鋼管573.5mm，每米長(zhǎng)冷卻面積為則:冷卻管占有體積： 每組管長(zhǎng)L0和管組高度：另需連接管8m：可排豎式直蛇管的高度，設(shè)為靜液面高度，下部可伸入封頭250mm。設(shè)發(fā)酵罐內(nèi)附件占有體積為0.5m3，則：總占有體積為V總 =V液+V管+V附

26、件=77.6+1.6+0.5=80 m3則筒體部分液深為：(V總V封)/S=(44.36-4)/(0.78533)=5.7m豎式蛇管總高 H管=5.7+0.25=6.0m又兩端彎管總長(zhǎng)，兩端彎管總高為500 mm，則直管部分高度：h= H管-500=6000-500=5500 mm則一圈管長(zhǎng)：l=2h+l0=25500+1570=12570 mm 每組管子圈數(shù)n0：n0= L0/l =42.8/12.6=4圈現(xiàn)取管間距為，豎蛇管與罐壁的最小距離為0.15m，則可計(jì)算出攪拌器的距離在允許范圍內(nèi)（不小于200mm）。.校核布置后冷卻管的實(shí)際傳熱面積：而前有F=107.1m2，可滿足要求。3.4 設(shè)

27、備材料的選擇10選用A3鋼制作，以降低設(shè)備費(fèi)用。3.5發(fā)酵罐壁厚的計(jì)算計(jì)算法確定發(fā)酵罐的壁厚S （cm）式中 P設(shè)計(jì)壓力，取最高工作壓力的1.05倍，現(xiàn)取P=0.4MPa D發(fā)酵罐內(nèi)經(jīng)，D=400 cm A3鋼的應(yīng)用應(yīng)力，=127MPa 焊接縫隙， =0.7 C壁厚附加量（cm）式中 C1鋼板負(fù)偏差，現(xiàn)取C1=0.8mm C2為腐蝕余量，現(xiàn)取C2=2mm C3加工減薄量，現(xiàn)取C3=0S=0.4400/（21270.7-0.4）+0.28=1.2 cm選用10mm厚A3鋼板制作。封頭壁厚計(jì)算：標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的厚度計(jì)算公式5如下： （cm）式中 P=0.4MPa D=300cm =127MPa C=

28、0.08+0.2+0.1=0.38（cm） =0.73.6接管設(shè)計(jì)接管的長(zhǎng)度h設(shè)計(jì)：各接管的長(zhǎng)度h根據(jù)直徑大小和有無(wú)保溫層，一般取100200mm。接管直徑的確定：按排料管計(jì)算：該罐實(shí)裝醪量77.6m3，設(shè)2h之內(nèi)排空，則物料體積流量Q=77.6/(36002)=0.0108m3 /s 發(fā)酵醪流速取v=1m/s;則排料管截面積為F物F物=Q/v=0.0108/1 =0.011m2管徑：d=0.118m取無(wú)縫管1334mm，125mm 118mm，認(rèn)為合適。按通風(fēng)管計(jì)算，壓縮空氣在0.4MPa下，支管氣速為2025m/s。現(xiàn)通風(fēng)比0.10.18vvm，為常溫下20，0.1MPa下的情況，要折算0

29、.4MPa、30 狀態(tài)。風(fēng)量Q1取大值，Q1=77.60.18=14 m3 /min=3m3 /s 利用氣態(tài)方程式計(jì)算工作狀態(tài)下的風(fēng)量Qf8Qf=0.130.1/0.35(273+30)/(273+20)=0.068m3 /s 取風(fēng)速v=25m/s，則風(fēng)管截面積Ff為Ff= Qf /v=0.068/25=0.0027則氣管直徑d氣為：d氣=0.06m因通風(fēng)管也是排料管，故取兩者的大值。取1334mm無(wú)縫管，可滿足工藝要求。排料時(shí)間復(fù)核：物料流量Q=0.00108m3/s，流速v=1m/s；管道截面積：，在相同的流速下，流過(guò)物料因管徑較原來(lái)計(jì)算結(jié)果大，則相應(yīng)流速比為P=Q/Fv=0.0108/(

30、0.1231)=0.88倍排料時(shí)間：t=20.88=1.8h3.7支座選擇選用裙式支座4設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表參數(shù)數(shù)據(jù)參數(shù)數(shù)據(jù)消耗淀粉原料量2590.2kg空氣分布器單管進(jìn)風(fēng)管徑1084mm發(fā)酵罐容積100 m3冷卻管布置豎式蛇管（不設(shè)擋板）發(fā)酵罐個(gè)數(shù)17個(gè)進(jìn)水管管徑0.166m罐高6m冷卻管573.5mm無(wú)縫管（組數(shù)為8）直徑4m冷卻管總長(zhǎng)度630m封頭高1050mm設(shè)備材料A3鋼冷卻面積107.1發(fā)酵罐壁厚1.2mm攪拌器六彎葉渦輪攪拌器封頭壁厚1.28mm攪拌抽功率144kw(不通氣)接管無(wú)縫管1334mm116.1kw(通風(fēng))支座裙式支座電功率131.2kw5 設(shè)計(jì)評(píng)述選擇機(jī)械渦輪攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐，由于產(chǎn)品是味精，所以填充系數(shù)是0.60.8，根據(jù)計(jì)算，選擇0.7富裕量最合適。H=6m，所以選擇ha=750mm,hb=50mm。由于算得Re符合湍流的情況，所以Np選擇4.7。本設(shè)計(jì)選擇573.5mm無(wú)縫管，即可算得d內(nèi)d0。符合設(shè)計(jì)要求。最終算得P=