设备的设计与选型

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①罐壁厚S:
式中: P——设计压力(最高工作压力的1.05 倍)取0.4MP D——罐内径cm,400 [σ]——许用压力, A3钢=127MPa φ——焊缝系数0.5~1.0 现取0.7
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C——壁厚附加量(包括钢板负偏差C1 、腐蚀裕 量C2和加工减薄量C3
取 C1=0.8mm,C2=2mm,C3=0 C=2.8mm=0.28cm
• 设计连续操作设备的容量和主要尺寸的依据是:
•(1)物料流量V(m3/s或t/s):根据设计的生产规 模,通过计算确定的。 •(2)物料在设备中的逗留时间τ(s):取决于生产 工艺的要求。 •(3)物料在设备各部位的流速ω(m/s)。
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•1.设备生产能力的确定 • 用单位时间通过设备的物料量表示,由 工厂的规模与物料衡算确定。
选用12mm厚的A3钢板,直径4m,板厚12mm, 筒高8m,每米重量1186kg,
筒总重=1186×8=9488kg
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②封头壁厚计算: 标准椭圆封头厚度:
式中 P=0.4MPa D=400cm [σ]=127MPa φ=0.7 C=0.08+0.2+0.1=0.38cm
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•2.确定设备的材质
•材料
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•3.确定设备的设计参数。
换热器:热负荷、换热面积、热载体的种类、冷 热流体的流量、温度和压力。
泵:流量、扬程、轴功率等。 风机:风量、风压。
蒸馏塔:进入物料、塔顶产品、塔釜产品的流量、 组成和温度,塔的操作压力、塔径、筒体材质、塔 板的材质等。
•V全=0.785D2×2D+(π/24)D3×2 • 118=1.57 D3 +0.26 D3 • D=4.009m 圆整D=4.0m •高H=8m
•查P281表25: • 封头高度=ha+hb = 1040+1040 = 2080 mm
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4.冷却面积的计算:
采用一年中最热的Βιβλιοθήκη 个月气温下,冷却水可能 达到的最高温度的条件下设计冷却面积。
•d = •0.0146 = •0.121 m •0.785
圆整取无缝管133×4 内径125mm>121 适用
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11.支座设计:
常用支座分为: 卧式支座: 支腿、 圈型支座、 鞍型支座 立式支座: 悬挂支座、支撑支座、裙式支座
75m3以上的大型发酵罐,设备总重量较大, 应采用裙式支座
取公称容积100m3发酵罐4个
•实际每天出2罐,填充系数为0.7 • 每天产味精量: • =118×0.7×2÷(15.66×99%) • =10.66t • 富裕量=0.66 t,6.6%
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3.主要尺寸的计算
公称容积为100 m3发酵罐
V全 = V柱 + 2 V封
圆柱部分高H与罐直径D比取2:1
• φ——设备的填充系数
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•4.设备主要尺寸的计算 • 设备多为容器型设备。 • 在确定各部分尺寸时,通常根据已知容量 V和高径比、封头高度,列出数学方程,求出 直径。圆整到接近的公称直径然后校核总容量, 求出其他尺寸。
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•(二)连续操作设备生产能力、数量和容积的设计计算
•根据牛顿传热定律:A= Q总/(K·△tm) (m2)
工程计算采用实际测得发酵最旺盛时每m3发酵 液每h传给冷却器的最大热量。
•谷氨酸发酵最大热量=4.18×6000 kJ/(m3·h)
•采用竖式列管换热器,经验 • K=4.18×500 kJ/(m2·h·℃)
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发酵液 32℃——32℃恒定
本设计采用裙式支座。
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3 000 t/a味精发酵车间发酵罐的选型
(1)类型:机械涡轮搅拌通风发酵罐。
(2)容积、台数:公称容积100m3,4个。
(3)主要尺寸:直径为4.0m,圆柱部分高8m, 封头高度
1.04m,总高度为10.08m。
(4)换热器:竖式列管换热器,八组,换热面积为123.9m2。
③密封方式:采用双端面机械轴封。 ④冷却管布置:一般采用竖式冷却蛇管,可分为二组、
四组、六组和八组等,对称按装在罐内。本罐通过 采用八组。
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8.设备材料的选择:
本设备为降低成本采用A3钢,内涂涂料。
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9.发酵罐壁厚计算:
可采用公式计算和查表法。查表时注意选用材料和工 作条件相应的表格。
6.搅拌轴功率的计算 • 搅拌轴功率可按单位体积搅拌轴功率相 等的计算方法和经验式进行计算确定。 • 通常谷氨酸发酵按1kW/m3发酵醪,对于 118m3发酵罐,装液量为82.6m3,则应选取功 率>82.6kW的电机。
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7.设备结构的工艺设计
包括:空气分布器、挡板、密封方式和冷却管的布 置。
反应器:反应器类型、进出口物料的流量、组成、 温度也压力、反应器内换热装置的型式、热负荷及 热载体的种类、数量、压力和温度。
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•4.确定设备的生产能力。 •5.确定设备的型号或牌号,并确定台数。
•6.确定设备的主要尺寸。
•7.对非标设备
• 应向设备专业设计人员提供设计条件和设备草图, 明确设备的类型、材质、基本设计参数等。
由物料衡算知,生产1t 100%的味精需 15%的糖液15.66 m3 。
1.发酵罐的选型: 采用机械涡轮搅拌通风发酵罐。
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机械搅拌发酵罐 搅拌叶轮直径
▪ d/D=1/2~1/3
▪ 高径比
▪ H/D=2
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2.生产能力、数量和容积的确定
•(1)生产能力计算:
• 年产3 000 t/a ,每天产99%味精10 t,
查钢材手册圆整为S=14mm, 封头重量2005kg
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10.接管设计 ①接管长度h: 一般取100~200mm。
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②接管直径: 排料管直径:装液量82.6m3 要求2h排完。 流量Q=82.6/(3600×2)=0.0146(m3/s) 流速取1m/s 管截面积: A=0.0146/1=0.0146 m2 =0.785d2
①空气分布器:风量小的0.02~0.5mL/s采用环型 多孔管,风量大的采用单管, 谷氨酸发酵通风比为1:0.1~0.18 (0.1MPa,20℃)风量: Q=0.18×82.6=14.87m3/min=0.23m3/s
•因此,采用单管进风。
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②挡板:挡板的作用是加强搅拌强度,增加溶氧。罐 内设有竖式冷却蛇管可不设挡板。

取0.6~0.8,酒精发酵罐等取0.8~0.85,汽液

分离器取0.7等
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•3.间歇操作所需设备数量的确定 •N = •V•0t •24•V•af
• 式中 N——设备的操作台数
• τ——设备操作周期(h)

Vo——24 h内加工的原料、半成品的总容量(m3)
• Va——单台设备的全容积(m3)
操作周期48h,每天需糖液体积V0:

V0=15.66×10×99%=155
m3
•(2)发酵罐的容积:现选用公称容积100 m3。
•查P281 表25
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•⑶发酵罐个数的确定:
•设:发酵罐的充
满系数为φ=0.7
查P281 表25公称容积为100 m3发酵罐总容积为Va=118 m3。
•则罐数:
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•第一节 概述
• 指成批系列生产的设备,可
•一、生物工程工厂设以备从的设备分生类产厂家买到,并可
以从产品目录中查阅其规格及 牌号。
•①专业设备:发酵罐、糖化锅等。
•②通用设备:泵、风机、压缩机、电动机 等。
•③非标设备:如贮藏•需、根池指据需子工要艺等专要。门求设,计通的过特工殊艺设计备,
则需设备数量n为?
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•4.设备主要尺寸的计算 • 对容器类设备的主要尺寸计算方法同间 歇操作设备的计算方法。
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•三、专业设备的设计与选型实例
3 000 t/a味精发酵车间 发酵罐的设计与选型 采用的发酵设备为间歇操作。
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(一)间歇操作发酵罐设计选 型
100×70%×15%×48%×80%×112% ×(1-1%) =4.47 t/(罐·批)
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•2.设备容积的计算
•Va
=
•V•0t •24Nj
•式中 V——N台设备的全容积(m3)

V0——24h内加工的成品或半成品的总容积(m3)
• τ——操作周期 (h)
• φ——设备的填充系数, 搅拌和产生泡沫多
• 例如:以淀粉质为原料,年产10 000 t 燃料酒精厂,根据物料衡算蒸煮醪的体积流 量为14.8 m3/h。 • 因此要求连续蒸煮设备的生产能力为 14.8 m3/h。
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•2.设备容积的计算
• 已知物料的流量V和逗留时间τ,可以计 算出设备的有效容量V有效:
• V有效 = Vτ (m3)
• 提出对设备的维修、安装要求,支撑要求及其他 要求(如防爆口、人孔、手孔、卸料口、液面计接口 等)。
•8.编制工艺设备一览表。
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•第二节 专业设备的设计与选型
•一、专业设备设计与选型的依据 •(1)由工艺计算确定的成品量、物料量、 耗汽量、 耗水量、耗风量、耗冷量等。 •(2)工艺操作的最适外部条件。 •(3)设备的构造类型和性能。
冷却水 20℃——27℃
12
5
对100m3发酵罐,每罐装液量
118×0.7=82.6m3
传热面积:
•A•=
•4.18×6000×82.6 •4.18×500×8
•= 123.9 (m2)
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5.搅拌器的设计
• 谷氨酸发酵过程有中间补料操作,对混合要求较 高,因此选用六弯叶涡轮搅拌器。
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• 例如10 000 t/a酒精厂蒸煮时间,根据生产经验 60-90 min,取80 min,则蒸煮设备的总容积V有效为:
• V有效=14.8×(80/60)=19.73(m3)
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•3.设备数量的确定
• 连续操作一般取设备数量为3-6个。
• 也可设定单个设备容量由总容量求算设备
数量 n :
•n = V有效 Vaφ
• 上例10• 0V0有0效t/—a酒—设精备厂有蒸效煮总V容有积效=(1m93.)73 m3,

Va=••7Vφa—m—3——,填单φ充=台8系设0%数备(,的%则全) 容设积备数(m量3) n 为:
• • 选单n =台1设9.7备3/全(7 容×积80为%7) =m33,.52φ为80%取,4个。
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•二、专业设备设计与选型
•(一)间歇操作设备生产能力、数量和容积的设计计算
•1.设备生产能力的确定 •表示方法:t/(罐·批) 或 m3/(罐·批)。
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•例如:3 000t/a味精厂选总容积为100 t的发酵罐,其 生产能力为:
•式中 100——发酵罐容积(t) • 70%——填充系数 • 15%——发酵初糖浓度(还原糖) • 48%——发酵转化率 • 80%——提取率 • 112%——精制收率 • 1%——染菌率
设备的设计与选型
2020/12/8
设备的设计与选型
目的与要求:
➢了解设备的分类,专业设备、通用设备和 非标设备的选择; ➢掌握专业设备和通用设备的计算与选型。
重点与难点:
➢专业设备和通用设备的计算与选型。
设备的设计与选型
•思考题
•1.专业设备设计选型的依据及特点? •2.某发酵车间,每天处理发酵醪量320m3选用100m3 发酵罐,发酵周期为72h,发酵罐充满系数为80%, 求所需发酵罐的个数。 •3.发酵工业常用的泵?泵选择的原则? •4.发酵工业常用的气体输送设备? •5.离心式送风机可分为哪几种? •6.发酵工业常用的压缩机? •7.常用的固体输送设备分类?
算及机械计算而设计,然后提 供给有关工厂制造。
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•二、设备设计与选型的任务
• 在工艺计算的基础上,确定车间内所有 工艺设备的台数、型式和主要尺寸。 • 包括专业设备、通用设备、非标设备。
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•三、设备设计与选型的具体内容
•1.确定单元操作所用设备的类型。 • 发酵罐: • 液固分离: • 气固分离: • 液液分离:
(5)搅拌器:六弯叶涡轮搅拌器,搅拌轴功率>82.6kW。
(6)设备结构:单管进风,双端面机械轴封。
(7)设备材料:A3钢,内涂涂料。
(8)发酵罐壁厚:圆柱部分壁厚12mm,封头壁厚14mm。
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