8000吨晶体味精发酵车间设计(5)

取高径比 H：D=2：1[6]

V全?V筒?2V封?118m3；则有：

V全?0.785D2?2D?π3D?2?118 24H=2D；

解方程得：

1.57D3?0.26D3?118

D?3118?4.010?m? 1.83 取D=4m H=2D=8m；

封头高：

?mm? H封?ha?hb?1000?50?1050封头高：

?mm? H封?ha?hb?1000?50?1050封头容积 ：

V封=8.35（m3）

圆柱部分容积：

V筒=100.48m3

验算全容积V全：

‘VV封?197?2?8.35?1.26?118.44m3 全?V筒?2??V全=V’全

符合设计要求，可行。

3.1.4冷却面积的计算

对谷氨酸发酵，每1m3发酵液、每1h传给冷却器的最大热量约为4.18×6000kJ/(m3·h) [5]。

采用竖式蛇管换热器，取经验值K=4.18×500 kJ/(m3·h·℃) [8]。 平均温差Δtm：

Δtm?Δt1?Δt2Δtln1Δt2

32℃ 32℃ 20℃ 27℃ 12 5

代入

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Δtm?12?5?8℃ln125

对公称容量100 m3的发酵罐，每天装5罐，每罐实际装液量为

387.59?77.5?m35? 换热面积

F?Q4.KΔt?18?6000?77.5?116.25m3 m4.18?500?8??3.1.5搅拌器计算

选用六弯叶涡轮搅拌器

该搅拌器的各部分尺寸与罐径D有一定比例关系

搅拌器叶径

D?D4i3?3?1.33?m?

取d=1.3（m）

叶宽 ：

B?0.2d?0.2?1.3?0.26?m?

弧长：

l?0.375d?0.375?1.3?0.49?m?

底距：

C?D3?43?1.3?m? 盘踞 ：

di?0.75Di?0.75?1.3?0.98?m?

叶弦长：

L?0.25Di?0.25?1.3?0.3?m?

叶距 ：

Y?D?4?m?

弯叶板厚：

δ=12（mm）

取两挡搅拌，搅拌转速N2可根据50m3罐，搅拌直径1.05m，转速N1=110r/min。以等P0/V为基准[6]放大求得：

22

?D1?N2?N1??D???2??1.05??110???1.3??2/32/3

?95?r/min?3.1.6搅拌轴功率的计算

淀粉水解糖液低浓度细菌醪，可视为牛顿流体。 ①计算Rem[8]

D2NρRem?μ

式中 D——搅拌器直径，D=1.3m

95?1.58?r/s? N——搅拌器转速，N?60 ρ——醪液密度，ρ=1050 kg/m3

μ——醪液粘度， μ=1.3×10-3N·s/m2 将数代入上式：

1.32?1.58?105064Rem??2.2?10＞10 ?31.3?10视为湍流，则搅拌功率准数Np=4.7 ②计算不通气时的搅拌轴功率P0：

P0?NPN3D5ρ

式中 Np——在湍流搅拌状态时其值为常数4.7 N——搅拌转速，N=95r/min=1.58r/s D——搅拌器直径，D=1.3m

ρ——醪液密度，ρ=1050kg/m3 代入上式：

P0'?4.7?1.583?1.35?1050?71.9?10W?72kW两挡搅拌：

3

P0?2P0'?144kW

③计算通风时的轴功率Pg

?P02ND3??3?Pg?2.25?10???Q0.08???0.39?kW?

式中 P0——不通风时搅拌轴功率（kW），P02?1442?2.07?104 N——轴转速，N=95r/min

D——搅拌器直径（cm），D3=1.33×106=2.2×106 Q——通风量（ml/min），设通风比VVm=0.11~0.18，取低限，如

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通风量变大，Pg会小，为安全。现取0.11；

则Q=79.1×0.11×106=8.7×106（ml/min）

Q0.08?8.7?106代入上式：

??0.08?3.57

????0.39?2.07?104?95?2.2?106?3Pg?2.25?10???3.57??116.1?kW?

④求电机功率P电：

P电?Pg

采用三角带传动η1=0.92；滚动轴承η2=0.99，滑动轴承η3=0.98；端面密封增加功率为1%[7]；代入公式数值得：

116.1P电??1.01?131.2?kW?

0.92?0.99?0.983.1.7设备结构的工艺计算 ①空气分布器：本罐采用单管进风，风管直径υ133×4mm。 ②挡板：本罐因有扶梯和竖式冷却蛇管，故不设挡板 ③密封方式：本罐采用双面机械密封方式，处理轴与罐的动静问题。 ④冷却管布置：采用竖式蛇管[7] Ⅰ 最高负荷下的耗水量W

?1?2?3?1.01W?Q总cP?t2?t1?

式中 Q总——每1m3醪液在发酵最旺盛时，1h的发热量与醪液总体积的乘积

Q总?4.18?6000?77.5?1.94?106?kJ/h?

cp——冷却水的比热容，4.18kJ/（kg·K） t2——冷却水终温，t2=27℃ t1——冷却水初温，t1=20℃ 将各值代入上式

1.94?106W?4.18??27?20??6.63?104?kg/h??18.4?kg/s?

冷却水体积流量为1.84×10-2m3/s，取冷却水在竖直蛇管中的流速为1m/s，根据流体力学方程式，冷却管总截面积S总为：

WS总?v

式中 W——冷却水体积流量，W=1.84×10-2m3/s V——冷却水流速，v=1m/s

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代入上式：

1.84?10?2S总??1.84?10?2m2

1??进水总管直径 ：

S总1.84?10?2d总???0.153?m?

0.7850.785Ⅱ 冷却管组数和管径：设冷却管总表面积为S总，管径d0，组数为n，则：

取n=8，求管径。由上式得：

d0??S总n?0.785?21.84?10?0.054?m?8?0.785

查金属材料表选取υ63×3.5mm无缝管[9]，d内?56mm g?5.12kg/m，

d内?d0，认为可满足要求，d平均?60mm。

现取竖蛇管圈端部U型弯管曲径为250mm，则两直管距离为500mm，两端弯管总长度为l0：

?mm? l0??D?3.14?500?1570Ⅲ 冷却管总长度L计算：由前知冷却管总面积

F?116.25m2

现取无缝钢管υ63×3.5mm，每米长冷却面积为

F0?3.14?0.06?1?0.19m2

则:

L?F116.25??612?m? F00.19??冷却管占有体积：

2V?0.785?0.063?612?1.9m3

??Ⅳ 每组管长L0和管组高度：

L0?L612??76.5?m? n8另需连接管8m：

L实?L?8?612?8?620?m?

可排竖式直蛇管的高度，设为静液面高度，下部可伸入封头250mm。设发

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