发酵罐的选择与计算.doc
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发酵罐的选择与计算.doc
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4.1.2.1发酵罐个数的确定
年产1000吨琥珀酸,全年的生产天数为330天,则每天产1000/330=3.03吨,需要发酵液的体积为:
28*3.03=84.84(m^3)
发酵罐的填充系数φ=70%;则每天总共有发酵罐的体积为V0
发酵周期为48小时,生产周期为80小时
发酵罐个数的确定:
现选取公称体积为100m3的发酵罐,总体积为118m3
取公称体积100m3发酵罐4个,其中1个留作备用。
实际产量验算:
富裕量
能够满足生产需要。
4.1.2.2主要尺寸的计算
公称容积,是指罐的圆柱部分和底封头容积之和。
并圆整为整数:
上封头因无法装液,一般不计入容积。
罐的全容积,是指罐的圆柱部分和两封头容积之和。
1罐径与罐体高度
现在按公称容积100m3,全罐的体积为:
118m3,取高径比为H:
D=2,封头与圆柱罐体的焊接处的直边高度不纳入体积,则:
根据圆柱体体积与椭圆的体积计算公式有:
解方程得:
直径计算出来后,应将其值圆整到接近的公称直径系数[12],查吴思方的《生物工程工厂设计概论》2007年版,附表25(281)通用式发酵罐系列尺寸表,则D取4.0,
H=2D=2×4.0=8.0(m)
查阅文献,当公称直径D为4.0m时,标准椭圆封头的曲面高度H为D/4,即1.0m,焊接处的直边高度h为0.05
则总深度为:
封头容积:
V封
圆柱部分容积:
两者之和为全容积
则设计的发酵罐其尺寸符合要求,能够满足生产工艺的需要。
2搅拌器的设计
由于琥珀酸发酵过程有中间补料操作,对混合要求较高,因此采用六弯叶涡轮搅拌器。
六弯叶涡轮式搅拌器已标准化,称为标准型搅拌器;搅动液体的循环量大,搅拌功率消耗也大,根据搅拌器型式及主要参数HG/T2123-1991标准,知100m3发酵罐采用6-6-6弯叶式搅拌叶,搅拌器:
六弯叶涡轮搅拌器,Di:
di:
L:
B=20:
15:
5:
4,搅拌器直径:
Di=D/3
搅拌器直径:
Di=
(取1.4m)
叶宽:
B=
弧长:
底距
盘径
叶距Y=D=1.4(m)
叶弦长L=0.25Di=0.25×1.4=0.35(m)
弯叶板厚δ=14(mm)
相邻搅拌叶轮间距S=2Di=2.8(m)
取两档搅拌,转速可以50立方米罐的现有数据比例求得,已有数据:
搅拌直径D11.05m,转速N1110r/min,以P0/V为基准求得
3搅拌功率的计算
琥珀酸的发酵液为低浓度醪液,可视为牛顿液体,依据化工工艺设计手册用修正的迈凯尔公式求得。
设计参数:
醪液密度ρ=1050kg/m3
醪液粘度μ=1.3×10-3N·s/m2
搅拌器直径D=14m
搅拌器转速N=90/60=1.5(r/s)
I计算Re
可见把L-精氨酸发酵液视为牛顿液体是正确的,为湍流,则搅拌功率准数Np=4.7
II由Np可以算出不通气时发酵罐搅拌轴功率P0:
因为搅拌轴有两档搅拌叶,所以搅拌轴总功率P为2P0=179.2(kw)
ш电动机的功率
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
查手册选取电机110kw一台。
4.1.2.3设备材料的选择
考虑压力,温度,腐蚀因素,选择罐体材料和封头材料,封头结构、与罐体连接方式.琥珀酸发酵是在pH7.0中性环境中进行的,对罐体不会有太大腐蚀,所以罐体和封头都使用A3钢为材料,以降低费用,封头设计为标准椭圆封头,因D>500mm,所以采用双面缝焊接的方式与罐体连接。
I发酵罐壁厚
计算法确定发酵罐的壁厚S1
式中,P——设计压力,取最高工作压力的1.05倍,P=0.4Mpa
D内——发酵罐内径,D=4000mm
[σ]——A3钢的许用应力,【σ】=127Mpa
φ焊缝系数,其范围为:
0.5至1,现取φ=0.9
C——壁厚附加量,C=C1+C2+C3
C1——钢板负偏差,取C1=0.8mm
C2——为腐蚀欲量,取C2=2mm
C3——加工减薄量,取C3=0,代入上式得
C=C1+C2+C3=0.8+2+0=2.8mm=0.28cm
S1=(0.4*400/(2*127*0.9-0.4))+0.28=1.18cm=1.18mm
选用12mm厚A3钢板制作,查《生物工程工厂设计概论》附录表17知,直径5000mm,厚度12mm,高10m,每米高重约为:
1186kg,则G筒=1186×8=9488(kg)。
II封头壁厚计算:
标准椭圆封头的厚度计算公式如下:
式中,P=0.4Mpa,D=5000mm,[σ]=127Mpa,C1=0.08cm,C2=0.2cm,C3=0.1cm
C=C1+C2+C3=0.38cm
代入上式,得
S2=(0.4*400/(2*127*0.9-0.4))+0.38=1.28cm=12.8mm
查附表18圆整为S2=14mm,则查《生物工程工厂设计概论》附录表18,
G封=1970(kg)则,两封头总重高:
2×1970=3940(kg)。
III人孔、档板、视镜和支座选择
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:
人孔RFⅡ(R·G)450-0.6HG21522-1995,
公称直径450,开在顶封头上,位于左边轴线离中心轴750mm处。
为增强发酵醪液湍动,通常设4到6块档板,本设计取4块,按全档
板的要求设计,则应该满足
式中:
n——档板的数目
b——档板的宽度,mm
D——发酵罐的直径,mm
则有:
4*(b/4000)=0.5则b=500mm
档板自罐底至设计的液面高度为止,与罐壁的空隙为D/8≈0.500m。
视镜用于观察发酵罐内部的情况。
本次设计只设置了2视镜,直径为DN80,开
在顶封头上,位于前后轴线离中心轴750mm处,标记为视镜ⅡPN1.0DN80
HGJ501-86-17。
支座选择型:
对于100m3以上的发酵罐,应该根据设备的估计总重量,选用合适的支座。
100m3发酵罐总重估算:
1、圆筒重G筒=9488(kg)
2、两封头重G封=3940(kg)
3、最大装液量:
G液=118000(kg)
4、电机及附属设备重G附=2000(kg)
则总量为:
G筒+G封+G液+G附=133(t)
由于设备的总重比较大,所以选用裙式支座
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