500吨年产香菇多糖提取综合车间设计(2)

DI+FCt0=Wi+(FC-WC)t1+DC?+q′

D(I-C?)=W(i- Ct1)+ FC(t1- t0)+q′

由上式可以计算计算热蒸汽的消耗量：

D=[ W(i- Ct1)+ FC(t1- t0)+q’]/ (I-C?)

假设加热蒸汽和二次蒸汽都在冷凝温度时排出，则(I-C?)与(i- Ct1)分别为加热蒸汽和二次蒸汽的蒸发潜热。所以上式可简化为： D=[Wr+FC(t1- t0)+q′]/R

式中：C—溶液的比热容，kJ/mol·k D—加热蒸汽的消耗量，kJ/h I—加热蒸汽的热含量，kJ/mol i—二次蒸汽的热含量，kJ/mol R—加热蒸汽的蒸发潜热，kJ/mol r—二次蒸发的蒸发潜热，kJ/mol ?—冷凝水的温度，K

t0，t—溶液最初温度与最终温度（沸点），K q′—损失于外界的热

由于多糖含量为0.35%<20%，则溶液比热容C近似为：C=C2(1-B) 则，C=4.2×(1-0.35%)=4.18kJ/kg·K。

料液温度为30℃，出口为100℃，蒸发器蒸发的压力：101.3KPa，极热蒸汽是143.3 KPa下的饱和温度，在此温度下，可知r=2257kJ/kg，R=2230kJ/kg

故，D=1.57t蒸汽/h 因为Q=DR=15700×2230=9775.8KW 所以传热面积：A=Q/KT 已知K=1704W/m2·K

则传热面积A=97758/1704×70=1.6m2 ③蒸发器的主要尺寸

加热室主要尺寸：选用Ф15mm×3mm，长为1m的不锈钢管作为加热管，则管数为：

n?A1.6??34根; ?d0l3.14?0.015 为了安全，取n=34×1.1=38根。

加热管按正三角形排列，则管束中心线上的管子数约为：

nC=1.1n1/2=1.1×381/2=7根

取管心距S为50mm，取管束中心线上最外层的中心至壳体内部的距离b′为1.5d0，则极热室直径为：

di=S(nc-1)+2b′=50×(7-1)+2×(1.5×15)=345mm

圆整后去di=400mm

循环管尺寸计算：根据经验，循环管的截面积取80%的加热管总面积，即

?循环管总面积为：f?0.8nd02?0.8?38?0.785?(15?3)2?0.0035m2

4 所以循环管直径为：

d?

4f??4?0.0035?0.0668m

3.14

圆整后取d=70mm

分离室尺寸计算：取分离室高度为1m。假设蒸发时的真空度为-0.08MPa，相当于绝对压强的20KPa，二次蒸汽的密度ρ为0.131kg/m3，则二次蒸汽的体积流量为：

VS?W130??0.4m3/s 3600?3600?0.131取允许蒸发体积强度为VS,y=1m3/m3·s，则：

DZ?4VS4?0.4??0.731m，取DZ=800mm ?VS,y3.14所设计的外循环蒸发器主要尺寸如下表4.2：

表4.2外循环蒸发器主要尺寸表

加热管 加热室 分离室 循环管

规格 长度/m 根数 直径长度/m 直径高度/m 直径

/mm /mm /mm

Ф15mm×3m1 38 400 约1 800 1 70

m 3.1.3 醇析罐设计计算 醇析过程主要是将水提后的多糖溶液进一步进行醇析提取，已得到纯度较高的多糖。醇析过程主要在常温下进行操作，因为乙醇容易挥发，温度过高会使乙醇大量挥发而产生浪费，并且高温操作也会带来危险。 （1）醇析罐体积计算 物料衡算：

由于整个过程为间歇操作，按照任务量可知每次进料为2000kg，含糖量为0.35%，经过蒸发器蒸发浓缩后浓度达0.1%，可计算出每次投入醇析罐的量为：

2000×0.35%=1%m

则，m=7/0.01 kg =700kg

由于加入的糖溶液中99%为水，则溶液密度近似可按水密度计算，则：

V水=700/1000 m3=0.7m3

按照物料衡算可计算得到加入95%乙醇的体积，计算如下：

（V水+V）70%=95%V

V≈2m3

所以，每次加入95%乙醇的量为2 m3。

因为可按体积加和性来计算，所以可近似认醇析时的体积为2 .7m3。 取装填系数为：0.85 则，V实=2.7/0.85=3.1 m3，查文献[16]可取醇析罐H/D=1.1(按反应器类型选择)。

11所以，V??D2H???1.1D3

44 D?34V4?3.11.5=1.65m ?3=1.5m，H=1.1D=1.1×

3.14?1.13.14?1.1（2）醇析罐材料选择

设计选用三个提取罐，取其壁厚为20mm，材料为20R（GB6654）；

许用温度为>-20℃； 厚度20mm<34mm； 压力位1.01MPa。 3.1.4 脱蛋白罐设计计算

脱蛋白过程主要是为了使多糖里含有的蛋白类物质脱除掉，因为蛋白存在将对多糖的保健及医疗效果有较大影响。在脱蛋白过程中按照1:1的物料与氯仿-正丁醇的比例混合脱除，脱除温度在常温下进行。

（1）脱蛋白罐体积计算

加入的过滤后的多糖经过与水1:10溶解后加入到脱蛋白罐，则加入体

积可得：

m=7×10kg=70kg

V1=m/ρ=70/1000=0.07m3

所以V=2 V1=2×0.07=0.14 m3 取装填系数为：0.82

则，V实=0.14/0.82=0.17 m3，查文献[18],可取醇析罐H/D=1.1(按反应器类型选择)。

11所以，V??D2H???1.1D3

44 D?34V4?0.17?3m=444mm，圆整后取D=450mm，

3.14?1.13.14?1.1H=1.1D=1.1×450mm=495mm

（2）脱蛋白罐材料选择

设计选用三个提取罐，取其壁厚为10mm，材料为20R（GB6654）； 许用温度为>-20℃； 厚度10mm<34mm； 压力位1.01MPa。 3.1.5 干燥器的计算及选择

设计处理的多糖液体含水量为85.7%（湿基），环境温度t0=20℃，相对湿度为80%，加热蒸汽的压力为0.8MPa，进风温度t1=160℃，排风温度t2=80℃，产品的含水量为2%。

（1）水分蒸发量

W?G1W1?W285.7?2?8.75??7.5kg/h

100?W2100?2（2)多糖产量

G2?G1100?W1100?85.7?8.75??1.28kg/h

100?W2100?2（3）进风量

根据t0=20℃，相对湿度为80%，在I—H图上查得 x0=0.0118kg水蒸气/kg干空气 I0=49.24kJ/kg干空气

当t1=160℃，t2=80℃时，在I—H图上查得

I1=I2=192.59 kJ/kg干空气 x=0.0425kg水蒸气/kg干空气 所以，L?W7.5??244.3kg干空气/h x2?x00.0425?0.0118 根据计算求得空气在20℃时比容γ0=0.87m3/kg干空气 所以进风量为：V0=Lν0=244.3×0.87=212.54m3/h （4）排风量

根据计算，80℃时，尾气排出时的含湿空气比容γ2=1.09m3/kg干空气 所以排风量为：V2=Lν2=244.3×1.09=266.3m3/h （5）总热耗

理论热耗： Qt=I(I2-I0)=212.54×(192.59-49.24)=30467.6kJ/h 因为在运行中有设备的热量损耗，这里设定热量损耗为8%，则

QP?Qt?n?30467.6?33117kJ/h 0.92（6）空气加热管面积

查饱和水蒸汽性质表得，当表压为0.8Mpa时，饱和蒸汽温度为T=174.5℃，饱和蒸汽的比热焓为：I=2778kJ/kg，冷凝水比热焓i=734.1 kJ/kg。

?tm?(T?t0)?(T?t1)(174.5?20)?(174.5?160)??59.20CT?t0174.5?20lnln 174.5?160T?t1对数平均温度为：

则，极热面积A?QP33117??6.7m2 K?tm84?59.2（7）蒸汽消耗量

QP33117??16.1kg蒸汽/h I?i2778?734.1所以，可选择喷雾干燥器型号为：PD-2型，其主要技术参数如下表4.3：

表4.3 喷雾干燥器主要参数表 型号 水分蒸发量/kg 所需功率/kw PD-2 14 35

3.1.6 储罐的选择

① 储罐（Ⅰ）的用途是用来暂存原料，主要起到缓冲作用然后送入下一步处理。 设计按一天提取的任务量来计算，则所需要的体积为：

V=3×3=9m3；

填充系数：0.85

罐实际容积：V实=10m3

查文献[16],可选储罐型号为：HG5-1574-85

计算容积为10m3，储罐内径为2000 mm，罐壁高度为：3185mm，拱顶高度为：260mm，总高：3445mm，拱顶厚度：5.5 mm。 所用材料为：20R（GB66547）

V?

储罐的液位计选择：

钢与玻璃烧结液位计（HG21606—1993）

其适用范围：钢与玻璃烧结液位计用于观察化工、石化、医药等。 使用温度：0~180℃ 设计压力：-0.1~2.5MPa

其储罐主要参数见下表4.4（a）

表4.4（a）提取后原料储罐主要参数表

公称容积公称直径拱顶高度拱顶厚度总高度管壁高度/m3 /mm /mm /mm /mm /mm 10 2000 8 5.5 3445 3185 ②储罐（Ⅱ）的用途是存储乙醇

本储罐标准系列的设计压力为常压，设计温度为0℃≤t≤200℃，公称容积Vg为0.1~8m3。

所以根据乙醇储罐的大小可选择储罐型号为：HG5-1573-85-19，其主要参数如下表4.4：

表4.4（b） 乙醇储罐主要参表

公称容积全容积公称直径厚度高度允许腐蚀裕储罐质量/m3 /m3 /mm /mm /mm 度/mm /kg 6 6.28 2000 8 2000 2.5 1160 4.2 主要设备工艺计算及选型 4.2.1 精馏过程原理和条件

精馏是多级分离过程，即多次而且同时运用部分气化和部分冷凝的方法，使混合液得到较完全分离，以分别获得接近纯组分的操作。 利用t-x-y相图，可以对精馏原理作具体的分析说明。

如图4.1将组成为xF，温度为tF的混合液加热到t1，使其部分气化，并将气相与液相分开，可得到气相组成为y1，液相组成为x1产品。

图4.1 多次部分汽化和冷凝的t-x-y

理论上多次部分气化在液相中可获得高纯度的难挥发组分，多次部分冷凝在气相中可获得高纯度的易挥发组分，但因产生大量中间组分而使产品量极少，且设备庞大。工业生产中的精馏过程是在精馏塔中将部分气化过程和部分冷凝过程有机结合而实现操作的。

如下图4.2所示为一精馏塔。下面由加热釜(再沸器)供热，使釜中残液部分汽化后蒸汽逐板上升，塔中各板上液体处于沸腾状态。顶部冷凝得到的馏出液部分作回流入塔，从塔顶引人后逐板下流，使各板上保持一定液层。上升蒸汽和下

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