微生物工程设计50机械搅拌通风发酵罐的设计民(5)

6Q1.026?10?30637.8kg/h 得：W?=

Cp?t2?t1?4.186?25?17?注：Q－单位时间传热量

Cp－冷却水的平均比热，取4.186 kJ/ (kg · ℃)

t2?t1－冷却水进出口温度差 已知tF=32℃,t1对数平均温差

?17℃,t2?25℃

?tm??tF?t1???tF?t2??32?17???32?25??10.497℃ =tF?t132?17lnln32?25tF?t2注：t1－冷却水进口温度

t2－冷却水出口温度 t发－发酵温度

5.5 冷却面积（A）

已知：Q= 1.026?106kJ/m3 ,?tm?10.497℃, 本罐采用竖式蛇管换热器，取经验值K=4.18×500kJ/(hm2℃）

Q1.026?106A??46.8m2 =

K?tm4.18?500?10.497注： △tm——对数平均温度差

K——传热总系数，取4.18×500kJ/(m2 ·h·℃) 根据生产情况取整则A=47m2 又冷却面积(m2)

A??dL

A=47?299.4m ?d??0.05根据生产实际情况取整L=300m，如果分为6组，则每组为50m。

则冷却蛇管总长度(m) L?d－蛇管内径，d＝外径－壁厚 ?57×3.5mm 外径取57mm，壁厚取3.5mm

蛇管一般分为6组，则每组长度：L/6 =50m

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每圈蛇管长度

l?(?Dp)2?hp2?(3.14?3)2?0.102?9.42m

Dp－蛇管圈直径，3m

hp －蛇管圈之间的距离，取0.10m 蛇管总圈数

L300Np???31.847 取整32圈，每组32/6=6圈

l9.42蛇管总高度

H蛇管??NP?1?hp?(32?1)?0.10?3.1m

表5.1 50m3发酵罐冷却装置设计计算结果 参数 项目及代号 参数及结果 1 发酵罐装料系数 70% 2 装料量 31.2m3 1.026?106kJ/m33 单位时间传热量 备注 由工艺条件确定 v1=全体积×装料系数 Q=Q发*V1 4 5 6 7 8 冷却水耗量（W） 230637.8kg/h 冷却面积（m） 冷却蛇管规格（mm） 冷却蛇管总长度(m) 冷却蛇管高度（m) 46.8m 2QW? Cp?t2?t1?QA? K?tm查阅文献[6] ?57?3.5 299.4m 3.1m AL? ?dH??NP?1?hp

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第六章 搅拌器轴功率的计算

6.1不通气条件下的轴功率P0计算

由鲁士顿(Rushton J. H.)公式：

?110?5P0?NpwDi??4.7????1080?1.000?31.278kw

?60?353P0－无通气搅拌输入的功率（KW）；

Np－功率准数，是搅拌雷诺数ReM的函数；

ω－涡轮转速（r/min）；根据文献，50m3机械搅拌通风发酵罐搅拌转速为110r/min

?L－液体密度（kg/m3）因发酵液不同而不同，由工艺条件知密度1080kg/m3；

Di －涡轮直径（m）； 圆盘六弯叶涡轮 NP≈4.7 由于一般发酵罐中 D/d≠3 , HL?3

*P?fP 因此搅拌功率可用下式校正：

D??HL?f为校正系数，它由下式来确定： f?1????? 3?Di??Di?**注：发酵罐直径（D）、搅拌器直径(d)、液柱高度(HL) 已知：D=3m, d=1000mm=1m,HL?4.42m

1?3??4.42?所以：f??????1.2

3?1??1?所以：P????fP?1.2?31.278?103?37.534kw

对于多层搅拌器的轴功率可按下估算：

*P?P?0.4?0.6m?=37.534?103*(0.4+0.6*2)=60.054kw m注：m-------搅拌器层数，查阅得m=2。

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6.2通气搅拌功率Pg的计算

?P02wDi3?Pg?C?0.56??Q?式中，当Di/D=1/3时，C=0.157，

当Di/D=2/3时，C=0.113， 当Di/D=123时，C=0.101。 注：P0－无通气搅拌输入的功率（W）

w－涡轮转速（r/min） Di －涡轮直径（m）

0.45

Q－通气量（m3/min），设通风比VVm=0.2~0.4，取低限，如通风量变大，Pg会小，为安全。现取0.2.则 Q=50?0.7?106?0.2?7?106(ml/min)

已知：P0=31.278?103w, n=110r/min, Di=1000mm, 取Q=7?106ml/min

又Di/D=1/3，得C=0.157

??31.278?103?2?110?13??求得：Pg?0.157?0.56???7?106???0.45=272.4kw

6.3电机及变速装置选用

根据搅拌功率选用电动机时，应考虑传动装置的机械效率。

P?注：Pg－搅拌轴功率

Pg?PT?

PT－轴封摩擦损失功率，一般为1% Pg η－传动机构效率

根据生产需要选择三角皮带电机。三角皮带的效率是 0.92，滚动轴承的效率是 0.99，滑动轴承的效率是0.98，端面轴封摩擦损失功率为搅拌轴功率的 1%，则电机的功率:

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P电?Pg??12?3?1.01?272.4?1.01?308.2kw

0.98?0.92?0.99

表6.1 步骤 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 发酵罐搅拌功率的设计计算结果 项目及代号 参数及结果 不通气条件下的轴功率P0,kW 31.278kw 通气条件下的轴功率Pg,kW 272.4kw 轴转数n,r/min 110 多层搅拌器的轴功率 60.054kw 电动机功率 308.2kw 电动机选择 功率:45kw 轴径 传动装置 三角皮带型号和根数 小皮带轮直径/mm 大皮带轮直径/mm 转速：750r/min 125mm 三角皮带 D×8根 ?335 ?1860 备注 计算 计算 根据参考文献[2]选取 计算 计算 根据参考文献【2】选取 根据参考文献【2】选取 根据参考文献【2】选取 根据参考文献【2】选取 根据参考文献【2】选取

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