工厂设计3(6,7章)

封头容积 V封= (∏/4)D2(h封＋ D/6)=19.4m3
实际罐体公称体积
>200
V公称=V柱＋V封=205.7m3
罐全容积V全=V柱＋2V封=225.1m3
5.冷却面积
冷却面积取最大Q计算 发酵液在1.5天内从12℃→5℃，放出热量Q1 发酵液在最后1天内从 5 ℃→-1℃，放出热量Q2 Q1=160*1040*3.7*(12-5)/(1.5*24)
校核：排料时间：77.5/0.785/0.1252/3600=1.8h 通风量：0.785×0.1252×25=0.307m3/s
满足工艺要求。
b.挡板 作用：加强搅拌强度，控制流型，防止产生 漩涡而降低混合溶氧效果。 设计：略低于正常液面。 注意：罐内假设有竖式冷却管或扶梯可不再另 设挡板。
c.密封方式 采用双面机械密封。
b.搅拌轴功率的计算 根据迈凯尔(Michel. B.J)公式计算。
〔1〕计算Rem，求搅拌功率准数Np 由Rem=D2Nρ/µ得,Np=4.7
〔2〕不通风时搅拌轴功率P
P0=4.7N3D5ρ=4.7*(95/60)3*1.35*1050=72KW 取两档搅拌，那么P=2P0=144kw
〔3〕通风时搅拌轴功率Pg Pg=2.25*10-
〔二〕依据
工艺计算的物理量和能耗量 外依
工艺操作的客观外界条件〔T/P〕 内依 设备的构型和性能
发酵设备设计选择的内容和步骤
1)设备所承担工艺任务和参数确定 2)设备生产能力确实定 3)设备台数和主要尺寸确实定 4)设备化工过程的计算 5)设备动力消耗的计算 6)设备构造的工艺设计 7)壁厚和材质的计算选择 8)特殊情况的考虑
第六章 设备的设计与选型
主要内容
发酵设备设计与选型的原那么和内容 发酵设备生产能力、数量和容积的设计计算 发酵生产设备与选型实例 通用设备的设计与选型
§1 发酵设备设计与选型的原那么和内 容
发酵设备的分类 发酵设备设计的意义 发酵设备设计选型的原那么和依据 发酵设备设计选择的内容和步骤
发酵设备的分类
1.有效容积Vx Vx=Vζ=200*80%=160m3
2.罐径D 设圆柱高H=4D，圆锥角α=60。 锥高：h=D/2[tg(α/2)]=D/2tg30。 =√3/2 D
又 V=(∏/4)D2H+1/3 (∏/4)D2h
200= (∏/4)D2*4D+1/3 (∏/4)D2* √3 D 200= ∏D3+ √3 /12 ∏D3
由V醪/v醪速
d料
Q风/v风速
d风
取d料和d风中较大者，圆整，复核，确定进 风管直径。
发酵醪要求2h内排空，醪液流速为1m/s；最大通风量 Q为0.068m3/s,风速25m/s.
那么d料=(77.5/7200/1/0.785)0.5=0.118m, 取无缝管φ133×4mm
d风=(0.068/25/0.785)0.5=0.06m, 故取大值无缝管φ133×4mm作为通气管〔排料管〕
冷却管总长度
L=F/[(∏/4)d管2]=116.25/0.19=612m
管组高度和每组管长L0 发酵罐中筒体液体高度
H= V液＋V管＋V附件－V封 (¼)∏*42
V液=77.5m3,V管=(∏/4)*0.0632*612=1.9m3 V附件=0.5m3，V封=9m3,得H=5.7m 又竖直蛇管有0.25m深入下端封头，上端与液面 齐平,那么竖直管高度5.7+0.25≈6m
封头厚=14mm
查表得封头重2005Kg。
8)支座选择
支腿
卧式支座 圈型支座
鞍型支座
立式支座
悬挂支座 支撑式支座 裙式支座
9)材料选择
优选考虑满足工艺要求〔耐腐蚀，不锈钢〕； 经济性〔碳钢〕； 新型复合材料〔耐腐蚀涂料等〕。
导热装置：外夹套或列管换热器
eg2.公称容积为200m3锥底啤酒发酵罐计算
7)壁厚计算 公式计算或查表法
PD S= 2[σ]φ-p +C
P设计压力,取最高工作压力的1.05倍； D发酵罐内径； σ材料的许应压力； φ焊接系数，范围在0.5～1; C壁厚附加量
发酵罐壁厚＝12mm 查表(p318)知直径4m，厚12mm，每米重
1186Kg，筒高8米，得筒体重9488Kg。
由生产规模和物料衡算确定生产能力。
2.设备容积的计算
设备的有效体积 Vx=物料流量q * 逗留时间t
Eg. 30000t/a酒精厂蒸煮时间要求60-90min，取 90min，那么
Vx=45m3/h*(90/60)=67.5m3
3.设备数量的计算 一般由生产规模和设备容量计算 n=Vx/ζV0 Vx有效设备总容积 V0单个设备容积
d.冷却管布置 求得最大耗水量Wmax，确定冷却管直径和长 度，圆整d，校核冷却量.
①最大耗水量Wmax
Wmax=Qmax/c△t
=4.18*6000*77.5/[4.18*(27-20)] =18.4Kg/s
②确定冷却管直径和长度 冷却管总截面面积 S总=Wmax/V=〔18.4÷1000) m3/s÷1m/s=0.0184m2 进水管直径d进水= (4/∏* S总)0.5=0.153m 取竖直列管组数n=8,由S总=n*〔∏/4〕*d管2，得 列管直径d管=54mm 查表选ф63×3.5mm无缝管
发酵 设备
专业设备(发酵罐、糖化锅、精馏塔〕 通用设备〔泵和风机〕 非标准设备(计量通和搅拌池〕
蒸汽分配器
离心泵及防震装置
冷 排
发酵设备设计的意义
工艺计算
设备设计与选型
车间布置设计 设备定购提供资料；
下一步设计的依据
施工图设计
发酵设备设计选型的原那么和依据
〔一〕原那么 1)保证工艺生产过程可正常顺利平安运行。 2)技术先进性，性能好、能耗低、自动化水平高。 3)经济合理性，耗水电汽少，操作费用低。 4)操作方便性，便于维修和清洗。 5)噪音小，符合环保要求。 6)留有一定余量或备用设备。
那么冷却面积 F=1943700÷(4.18×500)÷8=116.25m2
5)设备动力消耗的计算 a.搅拌器设计 选用六弯叶涡轮搅拌器，其尺寸与D有关.
〔1〕圆盘平直叶涡轮 〔2〕圆盘弯叶涡轮 〔3〕圆盘箭叶涡轮
•通用式发酵罐的 比例尺寸
•Di＝1/3D •H0＝2D •B＝0.1Di •ha＝0.25Di •S＝3Di •C＝Di
§2 发酵设备生产能力、数量和容积的设计计算
一、间歇式发酵设备生产能力、数量和容积的 设计计算
二、连续式发酵设备生产能力、数量和容积的 设计计算
一、间歇式发酵设备生产能力、数量和容积的设计计算
1.生产能力确实定 单位：t/罐.批； m3/罐.批
Eg. 3000t/a味精厂中500t发酵罐的生产能力
c.电机的选择
P电＝
பைடு நூலகம்
Pg η1η2η3
×1.01=131.2kw
η1三角带传动效率0.92； η2滚动轴承效率0.99； η3滚动轴承效率098； 密封增加功率1%。 查手册选取适宜电机。
6)设备构造的工艺设计
a.空气分布器
对通风量小的设备，一般用环型或直管型空 气分布器；对通风量大的发酵罐使用单管进 风〔排料管〕。
Eg. 30000t/a酒精厂Vx为67.5m3，V0为16m3，填 充系数80%,那么 n=5.3≈6个
4.设备主要尺寸计算
步骤同间歇式操作设备，只是高径比通常比间 歇式操作设备略大。
§3 发酵生产设备与选型实例
一、间歇式发酵设备的设计计算 eg1. 3000t/a味精发酵车间发酵罐的设计
：每生产1吨纯度为100％的味精需浓度 为15％的糖液15.66m3。
搅拌器叶径d=D/3=4/3≈1.3m 盘径di=0.75d=0.98m 叶宽B=0.2d=0.26m 弯叶板厚δ=12mm 叶弦长L=0.25d=0.33m 弧长l=0.375d=0.49m 底距C=D/3=1.3m 转速n2由50m3罐比较放大求得
n2=n1(D1/D2)2/3=110*(1.05/1.3)2 /3
3.设备体积计算 V=V1t/24ζ
V设备的总体积(m3) V1 24h内加工的成品或半成品的体积(m3) t操作周期，包括预备时间、操作和清洗等辅助
操作规程时间(h) ζ填充系数，装搅拌、冷却装置或产泡沫多物
料ζ=0.6~0.8;气液别离器ζ=0.7;酒精发酵 罐ζ=0.8~0.85
4.设备主要尺寸计算 1)根据容量V、高径比、封头高度列出方程式 2)求得直径D 3)根据手册，调整到公称直径 4)校核V，确定其他尺寸
备体积相抵。
以发酵罐的设计为例
1〕发酵罐的选型 机械涡轮搅拌通风发酵罐
折流 挡板
搅拌轴 搅拌桨
换热管
2)发酵罐容积和数量确实定 以100m3发酵罐为例 每天生产99%纯度的味精10t，那么每天需糖液 V糖＝15.66*10*99％＝155m3
设填充系数为70%，那么每天需发酵罐的总容积 Vd＝155/0.7＝221.4m3
可以满足生产需要。
4)冷却面积的计算
F=
Qmax K△tm
设1m3谷氨酸发酵液每1h传给冷却器的最大热量 为4.18×6000KJ/(m3.h);
竖式列管换热器K=4.18×500KJ/(m3.h.℃); 发酵液 32℃ 水 20℃ → 27℃ △tm＝8 ℃
Qmax=4.18×6000×(155/2)=1943700KJ
由表知公称容积为100m3的发酵罐，总容积V总为 118m3，发酵T=48h，那么需发酵罐个数为：
n=
V糖·T 24V总ζ
155*48
= 24*118*0.7
＝3.75个
取公称容积100m3的发酵罐4个。 实际产量校核：
4*(118*0.7)/2*300
15.66*0.99
=3197t/a
满足生产要求。
3)主要尺寸的计算
主要是由V总→D，圆整到标准D，再校核体积。
V总=V柱＋2V封=∏(D/2)2*2D+2*[(1/3)∏(D/2)3] =118 D=4.009≈4m
又圆柱局部高度H柱=2D=8m 由表可知封头高度(p316)
h封=h1＋h2=1000+50=1050m
校核发酵罐总体积
V校=V柱＋2V封 =∏(D/2)2*2D+2*∏(D/2)2*0.05+2*[(1/3)∏(D /2)3]=118.4m3
500×70%×15%×48%×80%×112%×99% ＝22.35t /罐.批
70%--填充系数 15%--发酵粗糖浓度 48%--糖酸转化率 80%--提取率 112%--精制收得率 99%--发酵成功率
由设备选型确定生产能力。
2.设备数量确实定
N＝
zt mr
=
V1t 24V2ζ
z每日成品质量(t/d) t设备的一个操作周期(h) m操作的有效量(t) r每日设备操作时间〔h/d) V1每日加工的原料和半成品的容量(m3) v2-每台设备的容量(m3) ζ设备填充系数
设计任务及步骤： 1)发酵罐的选型 2)发酵罐容积和数量确实定 3)主要尺寸的计算 4)冷却面积的计算 5)设备动力消耗的计算〔搅拌器、电机〕 6)设备构造的工艺设计〔冷却管、通风
管〕 7)壁厚计算 8)支座选择 9)材料选择
几个概念:
公称体积：罐的圆柱局部和底封头容积之和， 一般圆整为整数。
总体积：罐的圆柱局部和两封头容积之和。 装液高度：圆筒局部高度，封底与罐内辅助设
二、连续式发酵设备生产能力、数量和容积的 设计计算
设备选择和尺寸确定的依据：
1)物料流量q(m3/s，t/s)
由生产规模计算求得
2)物料在设备中的逗留时间(s)
由工艺要求确定
3)物料在设备各部位的流速v(m/s)
1.生产能力确实定 即单位时间通过联系操作设备的物料量(m3/h或 t/h)。
30000t/a酒精厂，物料衡算知蒸煮醪的体积流 量应为45m3/h，故连续蒸煮设备的生产能力为 45m3/h。
D=3.9m 3.圆柱高
H=4D=3.9*4=15.6m 封头高：h封=D/4=3.9/4=0.975m 圆锥高：h=√3 /2D=3.38m 发酵罐总高:H总=H＋h＋h封= 15.6+3.38+0.978
=19.96m
4.体积校核 圆柱局部体积 V柱=(∏/4)D2H=0.785*3.92*15.6=186.3m3
U型管曲径250mm，两端弯管总高500mm，那么竖直 蛇管直管局部的高度为6-0.5=5.5m
一圈管长l=2*5.5+∏*0.25*2=12.570m
每组管子圈数612/8/12.6=6
传热面积校核：
＞ F实=∏dl＝3.14*0.06*620=116.8m2 (F=116.25m2)
满足工艺需要。