生物工程与设备课程设计.doc

山东xxx学院

《生物工程与设备》课程设计说明书

学院：食品与生物工程学院

班级：xxx

学号：xxx

姓名：xxx

指导老师：xxx xxx

设计日期:2011年12月21日至2011年12月28日

一、前言

1、课程设计的性质

通过本次设计使同学对《生物工程与设备》的理论知识有更深刻的理解，生物工程与设备课程设计为必修课。同时也为将来走上设计岗位的同学打下良好的基础。

2、课程设计目的与任务

任务：年产6万吨味精厂谷氨酸机械搅拌通风发酵罐设计。

目的：通过课程设计，使同学对工艺参数确定，物料恒算、发酵罐体积及尺寸确定、罐体机械强度、搅拌功率、搅拌轴及搅拌浆叶强度等计算能力得到锻炼。掌握工程设计基本程序及内容，熟练掌握电脑绘图及绘图质量。

二、设计参数

1、 糖酸转化率60%

2、 发酵产酸水平11%

3、 发酵周期32小时

4、 发酵罐充满系数为0.7

5、 味精分子式187.13（C5H8NO4Na ）.H2O

6、 谷氨酸分子式147.13(C5H9NO4)

7、 谷氨酸密度取1.553g/cm3

8、 残还原糖0.8%，干菌体1.7%

9、 谷氨酸提取率97.5%

10、谷氨酸生产味精精制率为125%

11、取01L

P V （kw ） 12、空罐灭菌压力0.25MPa

13、年工作日安330天计算

三、物料衡算

1、发酵罐总容积计算

发酵罐总容积，决定于年工作日、每天生产谷氨酸量、发酵产酸水平、谷氨酸发酵周期、谷氨酸提取率、谷氨酸精制味精得率等。

（1）年谷氨酸的产量=年味精产量÷125%

=60000/1.25=48000T

（2）每天的谷氨酸产量=年谷氨酸的产量÷330

=48000/330=145.45T

（3）发酵液密度

3

33/1050/050.15.9528.707.16865553

.11105.1258561

m Kg m T T m ===++=++=ρρ （4）每天生产发酵液体积

谷氨酸提取率

发酵产酸水平每天生产谷氨酸量⨯=V =145.45/1.050×(11%×97.5%)=1291.60m 3

（5）发酵罐的总容积总V =〔每天生产发酵液体积×发酵周期（小时）〕

/24=（1291.60×32）/24=1722.13m 3

2、求发酵罐个数，取单罐公称容积200m 3

查表6-2（发酵工厂工艺设计概论P102）得公称容积是2003m 的发酵罐全容积为2303m 。取充满系数为0.7.

(1)单罐的有效容积计算

有效V =单罐公称容积×罐的利用率=200×0.7=140m 3

(2)发酵罐个数n 计算

n=总V /有效V =1722.13/140=12.31

故取13个发酵罐。

四、发酵罐工艺设计

1、发酵罐直径及罐体高度计算

根据发酵罐的公称容积，确定发酵罐的尺寸。已知发酵罐直径D ，筒体部分高0H ，发酵罐总高H 。

常见的发酵罐的几何尺寸比例如下：

H/D=1.7～3.5 Di/D=1/2～1/3

B/D=1/8～1/12 C/Di=0.8～1.0

S/Di=2～5 H0/D=2

取H/D=2.0，采用标准椭圆形封头。已知罐公称容积0V 为200m3

通常，对一个发酵罐的大小用“公称体积”表示。所谓“公称体积”， 是指罐的通身（圆柱）体积和底封头体积之和。其中底封头体积可根据封头形状、直径及壁厚从有关化工设计手册中查得。标准椭圆形封头体积为：

⎪⎭⎫ ⎝

⎛+=+=D h D h D h D V b a b 614642221ππ

π

--------(1) 式中：b h —椭圆封头的直边高度，ｍ

a h —椭圆短半轴长度，标准椭圆

D h a 41=。 故发酵罐全体积为：

⎥⎦⎤⎢⎣

⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛++=D h H D V b 6124020π --------(2) 近似计算式为：

3

2015.04D H D V +=π

（m3） --------(3)

发酵罐公称体积： ⎪⎭⎫ ⎝

⎛+=642D H D V π

其中 ⎪⎭⎫ ⎝⎛=2D H

231()20046

1(2)20046

4.9()V D H D D D m π

π=+=+=== 取发酵罐直径D=5 m 故发酵罐高0H =2D=10 m

取封头直角边b h ，一般取值范围为50~55mm ，此处取封头直边为50mm.

发酵罐公称容积0V =

24D π(H+b h +D 6

1) =4

π×5×5(10+0.05+61×5)=213.6 m 3 发酵罐总高度H =0H +2(b h +a h )=10+2(0.05+5÷4)=12.6m 封头体积：

22315()0.7855(0.05)17.34()466

D V D h m π=+=⨯+= 发酵罐全容积V=0V +1V =213.6+17.34=230.94 m 3

与查表得公称体积一致。

2、发酵罐壁厚计算

使用不锈钢0Cr19Ni9，其中钢板许用应力[]MPa 130=δ

[]C p

Dp S +-=ϕσ2 P —设计压力，取最大工作压力的1.1倍，灭菌压力即最大工作压力；

ϕ—焊缝系数，双面焊缝取ϕ=0.85（局部无损探伤）

； C= 1C +2C 对不锈钢当介质的腐蚀性极微时，取2C =0，查表14-7（《生物工程设备》）取1C =0.6mm 。

[]σ—许用应力（kg/cm2）

mm S 83.66.025

.01.185.0130225.01.15000=+⨯-⨯⨯⨯⨯=

取不锈钢板厚7mm 。

3、 搅拌器类型选择与设计

搅拌器的设计应使发酵液有足够的径向流动和适度的轴向运动。搅拌叶轮大多采用涡轮式，最常用的是六直叶圆盘涡轮搅拌器、六弯叶圆盘涡轮搅拌器、六箭叶圆盘涡轮搅拌器，圆盘作用是避免底部通入的空气从罐中心上升走短路。

为了强化轴向混合，可采用涡轮式和推进式叶轮共用的搅拌体系。

为了拆装方便，大型搅拌叶轮可做成两半型，用螺栓连成整体装配于搅拌轴上。

搅拌叶轮直径与罐径之比Di/D=1/2～1/3。搅拌叶轮类型的选择主要考

虑功率准数，混合特性以及叶轮所产生的液流作用力的大小与种类等等。 由Di/D=1/2～1/3，此时取D i /D=7/20，即：D i =7/20D=1.75m 。由标准圆

盘涡轮搅拌器尺寸D i ：d ：L ：B=20:15:5:4得：

圆盘涡轮直径d= D i 15/20=1.75×15/20=1.3125m,

桨叶长L= D i 5/20=1.75×5/20 =0.4375 m ，

桨叶宽B= D i 4/20=1.75×4/20=0.35 m ，

采用标准六弯叶圆盘涡轮搅拌器。

设转速为n 转/min 根据要求01L

P V =KW ，即：KW P o 1401401=⨯=。 多只涡轮搅拌器不通风时的搅拌功率计算

若是多档搅拌器，两档间距S ，非牛顿流体S 取2D ，牛顿流体S 取2.5-3D ；静液面至上档间距取0.5-2D, 下档搅拌器至罐底距离C 取0.5-1D 。符合以上条件，两档搅拌器输出的功率就是单只涡轮搅拌器的2倍：

95

301063.42-⨯⨯=ρi P D n N P