发酵罐设计.doc
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发酵罐设计.doc
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生物与化学工程学院
课程设计报告
题目50m3谷氨酸生产发酵罐设计
学生姓名:
郜兴利
专业班级:
生物工程2010010502班
学号:
105010540092
指导教师:
罗建成、程爽
设计时间:
2013.5.20~2013.5.26
课程设计任务书
学院
生化学院
专业班级
2010100502
姓名
郜兴利
所在组别
第6组
设计题目
50m3谷氨酸生产发酵罐设计
完成时间
2013年5月20日至2013年5月26日
设计
内容
及要求
课程设计的规模不同,其具体的设计项目也有所差别,但其基本内容是大体相同,主要基本内容及要求如下:
1、工艺设计和计算
根据选定的方案和规定的任务进行物料衡算,热量衡算,主体设备工艺尺寸计算和简单的机械设计计算,汇总工艺计算结果。
主要包括:
(1)工艺设计
(2)设备设计
2、设计说明书的编制
设计说明书应包括设计任务书,目录、前言、设计方案论述,工艺设计和计算,设计结果汇总、符号说明,设计结果的自我总结评价和参考资料等。
3、绘制设备图一张
设备图绘制,应标明设备的主要结构与尺寸。
工作
进度
及安排
十三周周末布置及讲解设计任务;
十四周周一查阅资料及有关文献;
周二有关工艺设计计算;
周三装配图绘制;
周四、周五撰写课程设计说明书。
指导教师罗建成、程爽
2013年5月26日
i
教师评语
教师签名:
年月日
报告成绩:
50m³谷氨酸生产发酵罐设计
50m³谷氨酸生产发酵罐设计
生物工程专业郜兴利
[摘要]:
本次设计的设备是公称体积为50立方米的机械通风搅拌生物反应器,用来发酵生产谷氨酸。
此反应器包括进气装置,搅拌装置,冷却装置。
设计本着结构简单,制造方便、拆卸方便、经济效益高的特点,确定各部分结构形式和尺寸;根据压力、温度、介质情况进行合理选材。
[关键词]:
谷氨酸;发酵罐;设计;
50m3ProductionFermenterDesignofGlutamateacid
Bio-engineeringMajor GaoXing-li
[Abstract]Theaimofthisreportwastodesigna50cubicmetersofvolumemechanicalventilationstirredbioreactorwhichwasusedforglutamatefermentationproduction.Thereactorincludesairinletdevice,stirringdevice,coolingequipmentandsoon.It’sbasedonthesimplestructure,easyfabrication,convenientdisassemblyandeconomicefficiencyhighcharacteristictodeterminethestructuralformandsize.Itwasdesignedaccordingtothepressure,thetemperatureandmediumconditions.
[Keywords]glutamateacid;fermenter;design;
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目录
1.课程设计题目简介 1
1.1发酵罐设备简介 1
1.2机械搅拌通风发酵罐 1
1.3谷氨酸生产简介 1
2.设计内容 1
2.1罐体几何尺寸的确定 1
2.2反应器用途 2
2.3冷却水及冷却装置 2
2.4设计压力 2
3.50m³机械搅拌发酵罐的设计 3
3.1发酵罐整体结构 3
3.2发酵罐主要尺寸 4
3.3主要部件的设计计算 6
3.3.1发酵罐整体分析材料选择 6
3.3.2壁厚 6
3.3.3搅拌器 7
3.3.4人孔和视镜 7
3.3.5接口管 7
4.冷却装置 9
4.1冷却方式 9
4.2换热器选择 9
5.搅拌轴及其功率 11
5.1不通气条件下轴功率 11
5.2通气条件下的轴功率 12
5.3电机及变速装置的选择 13
5.4轴径的确定 13
6.参考文献 14
7.附录 14
8.附图 15
9.设计结果汇总 17
10.课程设计体会 21
1.课程设计题目简介
1.1发酵罐设备简介
发酵设备是发酵工厂中最基本最主要的设备,发酵的目的是使微生物大量分泌抗菌素。
发酵罐就是为菌种在适宜的温度,适当的通气搅拌条件下,使菌种在液体培养基中大量繁殖及分泌所需产品的设备。
发酵罐的型式有标准式、无机械搅拌式和自吸式3种,由于发酵的产品不同、菌种不同,所以发酵的工艺要求也不同。
因此,发酵罐工艺设计条件随发酵过程的特点和要求不同而不同,但发酵罐的工艺设计基本方法一样。
1.2机械搅拌通风发酵罐
当前,我国味精发酵生产的发酵罐仍是机械搅拌通风发酵罐,即大家常说的通用罐。
它是利用机械搅拌器的作用,使空气和醪液充分混合,促使氧在醪液中溶解,以保证供给微生物生长繁殖、发酵和代谢所需要的氧气。
它主要由罐体、搅拌器、挡板、轴封、空气分布器、传动装置、冷却管、消泡器、人孔、视镜等组成。
1.3谷氨酸生产简介
谷氨酸是一种氨基酸,其用途非常广泛,可用于食品、医学、化妆品等。
谷氨酸生产始于1910年日本的味之素公司用水解法生产谷氨酸。
1956年日本协和发酵公司分离得到谷氨酸棒状杆菌,使发酵法生产谷氨酸成为可能,由于发酵法生产氨基酸具有生产能力大、成本低、设备利用率高等特点,使氨基酸工业得到突飞猛进的发展【1】。
我国1958年开始研究,1965年在上海天厨味精厂投产。
目前我国谷氨酸的年产量已达170万吨,产销量占世界第一位【2】。
经过几十年的发展,在该行业诸多工程人员的努力研究下,使我国谷氨酸生产四大收率指标(糖化率、发酵糖酸转化率和产酸率、提取收率、精制收率)均达到历史最好水平。
其质量已达国际领先水平。
但是,在谷氨酸生产中仍然存在原料利用率低,生产成本高,自动化控制水平低,环境污染日趋严重等问题。
因此,目前对谷氨酸行业的研究方向主要集中在提高自动化生产水平,改进生产工艺,处理三废,解决环境污染等方面。
2.设计内容
我设计的是一台50m³机械搅拌通风发酵罐,发酵生产谷氨酸。
设计基本依据
2.1罐体几何尺寸的确定
通用式机械搅拌生物反应器,其主要结构标准如下:
①高径比:
H/D=1.7-4.0
②搅拌器:
六弯叶涡轮搅拌器,Di:
di:
L:
B=20:
15:
5:
4
③搅拌器直径:
Di=D/3
④搅拌器间距:
S=(0.95-1.05)D
⑤最下一组搅拌器与罐底的距离:
C=(0.8-1.0)D
⑥挡板宽度:
B=0.1D,当采用列管式冷却时,可用列管冷却代替挡板
2.2反应器用途
用于味精生产的各级种子罐或发酵罐,有关设计参数如下:
①装料系数:
种子罐0.50-0.65
发酵罐0.65-0.8
②发酵液物性参数:
密度1080kg/m3
粘度2.0×10-3N.s/m2
导热系数0.621W/m.℃
比热4.174kJ/kg.℃
③高峰期发酵热3-3.5×104kJ/h.m3
④溶氧系数:
种子罐5-7×10-6molO2/ml.min.atm
发酵罐6-9×10-6molO2/ml.min.atm
⑤标准空气通风量:
种子罐0.4-0.6vvm
发酵罐0.2-0.4vvm
2.3冷却水及冷却装置
冷却水:
地下水18-20℃
冷却水出口温度:
23-26℃
发酵温度:
32-33℃
冷却装置:
种子罐用夹套式冷却,发酵罐用列管冷却。
2.4设计压力
罐内0.4MPa;夹套0.25MPa
发酵罐主要由罐体和冷却列管,以及搅拌装置,传动装置,轴封装置,人孔和其它的一些附件组成。
这次设计就是要对75M3通风发酵罐的几何尺寸进行计算;考虑压力,温度,腐蚀因素,选择罐体材料,确定罐体外形、罐体和封头的壁厚;根据发酵微生物产生的发酵热、发酵罐的装液量、冷却方式等进行冷却装置的设计、计算;根据上面的一系列计算选择适合的搅拌装置,传动装置,和人孔等一些附件的确定,完成整个装备图,完成这次设计。
这次设计包括一套图样,主要是装配图,还有一份说明书。
而绘制装配图是生物工程设备的机械设计核心内容,绘制装配图要有合理的选择基本視图,和各种表达方式,有合理的选择比例,大小,和合理的安排幅面。
说明书就是要写清楚设计的思路和步骤。
表1发酵罐主要设计条件
项目及代号
参数及结果
备注
发酵产品
谷氨酸
由任务书确定
工作压力
0.4MPa
设计压力
0.4MPa
由任务书确定
发酵温度
33℃
根据任务书选取
设计温度
150℃
由工艺条件确定
冷却方式
列管冷却
由工艺条件确定
发酵液密度
由工艺条件确定
发酵液比热
4.174kJ/kg.℃
由工艺条件确定
发酵液黏度
由工艺条件确定
3.50m³机械搅拌发酵罐的设计
3.1发酵罐整体结构
图1机械搅拌通气发酵罐的几何尺寸
H——罐总高h——液位高
H0——罐身高D——罐径
Di——搅拌叶轮直径B——挡板宽
C——下搅拌叶轮与罐底距
S——相邻搅拌叶轮间距
夹套反应釜主要由搅拌容器,搅拌装置,传动装置,轴封装置,支座,人孔,工艺接管和一些附件组成。
搅拌容器分罐体和夹套两部分,主要由封头和筒体组成,多为中、低压压力容器;搅拌装置由搅拌器和搅拌轴组成,其形式通常由工艺设计而定;传动装置是为为带动搅拌装置设置的,主要由电机,减速器,联轴器和传动轴等组成;轴封装置为动密封,一般采用机械密封或填料密封;它们与支座,人孔,工艺接管等附件一起,构成完整的夹套反应釜。
3.2发酵罐主要尺寸
设计参数如下表:
解得D=3086mm≈3000mm=3.0m
H=2.5Dmm≈7716mm=7.7m
根据D=3100mm通过查椭圆形封头行
业标准得到标准封头参数如下[1]:
公称直径
DN/mm
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- 关 键 词:
- 发酵 设计