微生物工程设计50机械搅拌通风发酵罐的设计民(4)

第四章 主要部件尺寸的设计计算

4.1罐体

发酵罐材料可以选用碳钢、不锈钢、合金钢等。相对其他工业来说，发酵液对钢材的腐蚀不大，但必须能耐受一定的压力和温度，通常要求耐受130－150 ℃的温度和0.3MPa的压力。

因谷氨酸是为偏酸性，故选用使用A3钢为材料，内涂环氧树脂防腐。封头设计为标准椭圆封头因为D>500mm，所以采用双面缝焊接的方式与罐体连接。

4.2 罐体壁厚：取决于罐径及罐压的大小

?1?pD?C(mm)

2?????p取D=3m, p=0.4MPa, 双面焊缝?=0.8， ???=137MPa, C=3mm

0.4?106?3000?3?5.5mm，取6mm 则?1?2?137?106?0.8?0.4?106D－罐体直径（mm）

p－耐受压强 (设计压力)

φ － 焊缝系数，双面焊取0.8，无缝焊取1.0

[σ ] －罐体金属材料在设计温度下的许用应力(不锈钢焊接压力容器许用应力为150℃，137MPa)

C －腐蚀裕度，当δ －C<10mm时，C＝3mm

4.3 封头壁厚计算：常大于罐体壁厚

td?KPD2?????0.5Pt?Cmm

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已知：取双面焊φ=0.8、D=3000mm、P=0.4MPa、K=2.3、????137MPa、t=1 求得：td?2.3?0.4?3000?3?15.60mm，取整16mm

2?137?0.8?0.5?0.4D－罐体直径（mm）

p－耐受压强 (取0.3MPa) K－开孔系数，取2.3

φ － 焊缝系数，双面焊取0.8，无缝焊取1.0

[σ ] －设计温度下的许用应力（不锈钢焊接压力容器许用应力为150℃，137MPa）

C －腐蚀裕度，当δ －C<10mm时，C＝3mm

4.4挡板

由上可知，挡板宽度B=0.1D，根据下式计算挡板数n：

?0.1~0.12?Dn?0.5 ?B?n???D?D?取B=0.1D, 得出挡板数n=5块

式中 B——挡板宽度，mm； D——罐内径，mm； n——挡板数，mm。

4.5搅拌器

由于谷氨酸发酵过程中有中间补料操作，对混合要求较高，因此选用六弯叶涡轮搅拌器。该搅拌器的各部尺寸与罐径D有一定比例关系，六弯叶涡轮搅拌器,Di:di:L:B=20:15:5:4。

搅拌器的计算：直径：由 Di=D/3 得 Di=3000/3 =1000mm

叶片宽度：由 h?0.3Di得 h?0.3?1000?300mm

弧长： 由 Di:L=20:5得 L?0.25Di?0.25?1000?250mm 盘径： 由 r?0.375Di 得 r?0.375?1000?375

叶弦长： 由 Di:di=20:15得 di?0.75Di?0.75?1000?750mm 搅拌器间距： 由 S?1D得 S?3000mm

最下一组搅拌器与罐底的距离：C=1.0Di=1000mm

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4.6人孔和视镜

人孔的设置是为了安装、拆卸、清洗和检修设备内部的装置。本次设计只设置了1个人孔，标准号为： HG21520－1995 人孔（R·A－2707） 500-1.0，直径为?600mm，高度为260mm，开在顶封头上，左边轴线位于离中心轴1000mm处

视镜用于观察发酵罐内部的情况。本次设计只设置了2个视镜，标准号为ⅡPN1.6，DN100A HG21505-1992直径为DN150mm，高度为52mm，开在顶封头上，位于俯视面左下45度和右上45度距离中心轴线1200mm处。

4.7接口管

以进料口为例计算，

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v?1m/sm设发酵醪液流速为，2h 排尽。发酵罐装料液体积：V1 =15.4

物料体积流量Q流?V1/2h?15.4/(3600?2)?0.00213m3/s， 则排料管截面积F?Q/v?0.00213/1?0.00213m，

2又F?0.785d，得d=0.052m，取无缝钢管，查阅资料，平焊钢管法兰

2HG20593-97，取公称直径50，?57?3.5mm。其他管道也是如此计算。

4.7.1 管道接口 （采用法兰接口）

进料口：直径?57?3.5mm，开在封头上， 排料口：?57?3.5mm，开在罐底； 进气口：?57?3.5mm，开在封头上； 排气口：?57?3.5mm，开在封头上； 冷却水进、出口：?57?3.5mm，开在罐身；

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补料口：?57?3.5mm，开在封头上； 取样口：?57?3.5mm，开在封头上；

4.7.2 仪表接口

温度计；装配式热电阻温度传感器Pt100型，D＝100mm，开在罐身上；

压力表；弹簧管压力表（径向型），d1=20mm，精度2.5，型号：Y?250Z，开在封头上；

液位计：采用标准：HG5?1368 型号：R?61 直径：?550(260?14)mm，开在罐身上；

溶氧探头：SE?N?DO?F；pH探头：PHS?2型；

表3 发酵罐主要部件尺寸的设计计算结果 步骤 项目及代号 参数及结果 1 罐体材料 A3钢 2 罐体壁厚 6mm 3 人孔 Φ600 4 封头壁厚 16mm 5 挡板宽度 0.3m 6 挡板数 5个 7 搅拌器种类 6-6弯叶 8 搅拌器层数 2 备注 由工艺条件确定 计算 查阅文献得 计算 计算 计算 查阅文献[6]得 查阅文献[6]得

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第五章 冷却装置的设计

5.1 冷却方式

发酵罐容量大，罐体的比表面积小。夹套不能满足冷却要求，使用列管或蛇管冷却，使用水作冷却介质。

5.2 装料量

发酵罐装料系数：70%

发酵罐装料液体积：v1=全体积×装料系数=50.0455×70%=35.03 不计算下封头时的装液体积：

V柱?V1?下封头体积=V1?m3

?1??1???D2?hb?D?=35.03??32?0.025?3??3?=31.24?6?46??则：装液高度：h液?V柱=4.42m 20.785?D5.3 单位时间传热量

单位时间传热量＝发酵热×装料量,查得谷氨酸高峰期发酵热为2.93×104kJ/h.m3

即：Q?Q?V?2.93?104?35.03?1.026?106kJ/m3

1发5.4 冷却水用量（W）

已知Q= 1.026?106kJ/m3,t1?17℃,t2?25℃

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