50m3谷氨酸機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐系統(tǒng)的放大設(shè)計(jì)

PAGE71、50m31．1設(shè)計(jì)方案的確定本設(shè)計(jì)任務(wù)為將100L的生產(chǎn)谷氨酸的試驗(yàn)罐放大到50m31．2發(fā)酵罐的放大設(shè)計(jì)1.2.1計(jì)算實(shí)驗(yàn)罐的值：先求攪拌雷諾數(shù)：故發(fā)酵系統(tǒng)屬充分湍流，功率系數(shù)＝6.0。故兩組葉輪的不通氣時(shí)攪拌功率為： 通氣量：通氣攪拌功率為： 從而可計(jì)算出溶氧系數(shù)：其中，空氣的截面流速：1.2.2按幾何相似原則確定50生產(chǎn)罐的尺寸：根據(jù)設(shè)幾何尺寸的比例，放大罐與小罐相同，則有，，。而有效裝料體積仍取70％，由此可得：可得：3.10，， ，這就是按幾何相似原則計(jì)算求出的50生產(chǎn)罐的尺寸。仍采用兩組圓盤六直葉渦輪攪拌器。1.2.3決定放大罐的通氣流率：按幾何相似原則放大設(shè)備，放大的倍數(shù)越高，其單位體積液體占有的發(fā)酵罐橫截面積越小，若維持通氣強(qiáng)度不變，則放大后空截面氣速則隨容增大而迅速提高。因：發(fā)酵罐裝液流量通氣量在維持通氣強(qiáng)度（）不變時(shí)，就有而空截面氣速為：由上式可知，隨著規(guī)模的增大，空截面氣速的增大與發(fā)酵罐直徑的增大成正比，即與罐體積的立方根成正比。顯然，經(jīng)放大的倍數(shù)較大時(shí)，則其空截面氣速有較大增加，過大的會(huì)造成太多的泡沫產(chǎn)生甚至跑料，而且消耗的通氣功率也將太高。因此在發(fā)酵反應(yīng)器放大時(shí)，必須全部考慮以確定通氣速率。若按通氣強(qiáng)度不變，即取大罐的通氣速率為1.0，可算出通氣量為：相應(yīng)的空截面氣速為：若按通氣強(qiáng)度不變，則大罐的通氣空截面氣速約相當(dāng)于試驗(yàn)罐的6倍，經(jīng)驗(yàn)表明，這種氣速太高。故可折中取，由此可計(jì)算大罐的通氣速率為：可見，通氣強(qiáng)度為1.2.4按相等原則計(jì)算放大罐的攪拌轉(zhuǎn)速和攪拌軸功率因故有由此得（1）又根據(jù)的另一表達(dá)式，即：（2）由（1）式和（2）式聯(lián)立，有：（3）不通氣式大罐的攪拌軸功率為：（4）聯(lián)立（3）式和（4）式，可求得大罐的攪拌轉(zhuǎn)速及攪拌功率為：1.2.5放大罐的修正：經(jīng)查表（《生物工程設(shè)備》34頁(yè)）得發(fā)酵管的罐體總高度，攪拌器直徑，攪拌轉(zhuǎn)速，那么：不通氣式大罐的攪拌軸功率為：得：放大罐與試驗(yàn)罐頭，及校正后的體積、尺寸、及攪拌轉(zhuǎn)速、功率等的對(duì)照見下表：項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)罐放大罐規(guī)整后公稱體積V/m30.15050有效體積VL/m30.073535放大倍數(shù)1500500罐體總高H/m―――7.447.830高徑比H/D2.42.42.4液柱高HL/D1.51.51.5攪拌葉輪直徑Di/m0.1251.031.05攪拌葉輪Di/D1/31/31/3通氣強(qiáng)度/VVm1.00.4310.431P0/VL/（kw/m3）1.0590.7992.75Pg/VL/（kw/m3）0.56280.6831.98攪拌轉(zhuǎn)速n/(r/min)35095110罐體壁厚/mm――――――15溶氧速率kd/(mol·O2/ml·min·atm)7.15910-67.15910-67.15910-61．3發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.3.1罐體設(shè)計(jì)：(1)罐體全體積：(2)發(fā)酵罐的壁厚的計(jì)算：受內(nèi)壓時(shí)，罐體壁厚封頭壁厚按碟形封頭計(jì)算有受外壓時(shí)罐體壁厚但為了安全起見，取。1.3.2進(jìn)風(fēng)管設(shè)計(jì)進(jìn)風(fēng)管內(nèi)徑：其中通風(fēng)量：1.3.3冷卻裝置設(shè)計(jì)：選用蛇管冷卻裝置，那么1.3.3.1發(fā)酵中最大凈產(chǎn)熱速率的計(jì)算：生物合成熱的產(chǎn)熱速率：機(jī)械攪拌放熱速率：發(fā)酵中，通氣帶走的熱量：由于進(jìn)出通風(fēng)氣的壓力、與罐內(nèi)壓力的關(guān)系為：由于（表壓），（表壓）可以求出：（表壓）又有那么有： 又因?yàn)橛校汕螅憾?，可求：進(jìn)氣中干空氣的流量，所以：發(fā)酵中，通氣帶走的熱量：由于壁面散熱不計(jì)，那么，所以發(fā)酵中最大凈產(chǎn)熱速率：1.3.3.2.冷卻裝置面積A的計(jì)算：由于，此時(shí)，那么：其中，1.3.3.3.蛇管冷卻器的設(shè)計(jì)：可取蛇管的組數(shù)，設(shè)蛇管的間距，每組蛇管的總?cè)?shù)那么：蛇管總長(zhǎng)：每圈蛇管的長(zhǎng)度：因?yàn)?，那么：每組蛇管的總厚度：由于攪拌器不能與蛇管相撞，那么蛇管的臨界厚度，符合條件。設(shè)蛇管的長(zhǎng)和寬為和，那么由于蛇管不能在液面以上，可取蛇管冷卻器設(shè)計(jì)表名稱數(shù)值名稱數(shù)值蛇管總面積，35.86每組蛇管圈數(shù)3.5蛇管外徑，mm89每圈蛇管長(zhǎng)，m3.5蛇管總長(zhǎng),m128.32每圈蛇管寬，m1.1蛇管的組數(shù)4每組蛇管總厚度，m0.539蛇管間距,m0.15蛇管臨界厚度,m1.025每組蛇管長(zhǎng)度，m32.1蛇管距攪拌子距離，m0.11.3.3.4.冷卻水耗量計(jì)算：當(dāng)控制發(fā)酵過程中溫度不變時(shí)，1.葉輪到液面的距離=取0.93=0.975m兩葉輪間的距離=取2.5=2.625m葉輪到罐底的距離=取1=1.05md1+d2+d3=符合要求。葉輪的尺寸：a:b:c:d=20:15:5:4a=0.525mb=0.394mc=0.131md=0.105m1．4對(duì)設(shè)計(jì)過程的評(píng)述和有關(guān)問題的討論本次設(shè)計(jì)過程，小組成員合理分工，組織有序。在設(shè)計(jì)過程中我們參考了十多本參考書籍，組織組內(nèi)討論并且向外組同學(xué)學(xué)習(xí)，不懂之處請(qǐng)教老師，可以說整個(gè)設(shè)計(jì)過程比較順利。但是在其中也暴露我們知識(shí)積累太少、經(jīng)驗(yàn)不足等問題。我們會(huì)在以后的工作學(xué)習(xí)中提高自己的知識(shí)水平和認(rèn)識(shí)水平。在設(shè)計(jì)過程中我們也遇到了一些問題，但是在老師的指點(diǎn)和同學(xué)們的幫助下，我們按質(zhì)按量按時(shí)