生物工程设备习题及其答案

第二章固体物料搬运和输送设备：啤酒厂采用吸入式输送麦芽，用单缸吸嘴吸麦芽。输送能力为10000公斤/小时，麦芽悬浮速度为10米/秒，输送水平距离为70米，垂直距离为40米，有2 90根大弯管(r/d=6)。新的焊接管通过重力分离器卸载，然后通过旋风集尘器和袋式过滤器，然后通过真空泵或抽风机抽出和排空。空气管道总长30m，有5 90个大弯头(r/d=2.0)。设定袋式除尘器压力损失 P4=400 Pa，进料系数C=8，分离器出口气体速度12m/s，重力分离器锥形部分外锥角60。要求：(1)画出工艺流程的草图。(2)计算输送管道的直径。(3)确定重力分离器的主要尺寸。(4)计算风机的风量、风压和功耗。解决方案：(1)工艺流程示意图，(2)输送的物料量G=10000 kg/h (3)输送物料的气流速度和混合比选择见表3-3-9和3-3-10。麦芽的气流输送速度为：V气=22m/s，表3-3-9气流速度和输送距离，表3-3-10各种谷物的气流输送速度，(3)输送物料的气流速度和混合比的选择由于麦芽为松散物料，短距离低压输送，见表3-3-8，混合比的选择=10。表3-3-8混合比(4)运输所需空气量的计算(Q气体)由于20时的空气密度，为：(5)运输管径的计算(D)检查标准管系，选择外径为127毫米、壁厚为5.5毫米、内径为116毫米的无缝钢管。(6)系统压力损失的计算加速压力损失的计算(P2)由于吸嘴的吸入，物料供应不稳定，C=8、(6)系统压力损失的计算进料管压力损失的计算(P3)压力损失的计算( P3=P3v P3H P3E低1)垂直管的计算(P3v)因为垂直进料管是一根新的焊接管，K1=1.3，L=40m，D=0.116 m、1 (6)系统压力损失的计算进料管压力损失的计算(P3)，2水平管压力损失的计算(P3H)，因为水平进料管是新的焊管，K1=1.3，L1=70m，d=0.116 m、(6)系统压力损失的计算进料管压力损失的计算(P3)，3进料管压力损失的计算(P3e)通过R/D=6P3=P3vP3e (6)系统压力损失的计算分离器压力损失的计算(P4) 1重力分离器压力损失的计算(P4w)由于W-阻力系数取1.0 2.0，因此取w=1.0、(6)系统压力损失的计算分离器压力损失的计算(P4) 2)重力分离器几何尺寸的确定由于-系数(0.03 0.05)，取a=0.04，已知vt 锥形部分的外锥角(一般为60)，因此，(6)系统压力损失的计算分离器压力损失的计算(P4) 3尾气出口气速和重力分离器出气管直径(即气管直径)(D2)的确定：当气流通过重力沉降器时，将进入下一步旋风除尘器。如果重力沉降器出口气体速度过高，旋风除尘器的压降会大大增加，同时沉降的颗粒会再次卷起，降低旋风除尘器的效率。因此，出口气速选择在10 25m/s之间，结合工艺特点，出口气速选择为：v=12m/s气体出口管道直径(空气管道直径):，(6)系统压力损失的计算分离器压力损失的计算(P4) 4旋风分离器压力损失的计算(P4c) CCT/A型分离器是根据气体流速-阻力系数选择的，对于给定的旋风分离器，是常数，切向进入旋风分离器时是5.0 5.5。取=5.5、(6)系统压力损失的计算分离器压力损失的计算(P4)，5袋式除尘器压力损失的确定(P4 )根据问题的含义，可知 P4 =400 (PA)， 6分离器压力损失的计算(P4)， P4= P4W P4C P4 =(PA)， (6)系统压力损失的计算空气管道压力损失的计算(P1) P1=P1直线P1弯低1)空气管道压力损失的计算(P1直线)因为空气管道是新的焊接管道，K1=1.3，L=30m，D2=0.157m，v=12m/s、6)系统压力损失的计算空气管道压力损失的计算(P1) 2空气弯曲压力损失的计算( 3空气管道压力损失计算(P1) P1=P1直P1弯=(帕)，表3-3-11空气弯管阻力系数表，(6)系统压力损失计算进排气压力损失计算(P5)，其中：I-阻力系数，取1.0。(6)系统压力损失的计算气流输送系统总压损失的计算P=P1(风管)P2(加速段)P3(输送管)P4(分离器)P5(进、出口)=(Pa)，(7)风机风量、风压、功耗的计算风机风压(P)是气流输送系统总压损失(P)的1.1 1.2倍，主要考虑(2)风机(Q风机)的风量在满足送风量的基础上增加10% 20%，取1.1，即，(7)风机风量、风压和消耗功率的计算(3)风机功率(N)的计算一般取0.5 0.7，因-效率取0.7。第三章培养基制备设备1。有一套管式连续消除塔，要求每小时进料10m3，用6kg/cm2蒸汽加热。灭菌温度为135，预热温度为70，入口管内蒸汽流量为20m/s，管缝内醪液流量为0.09m/s，料液加热时间为25s，入口管孔径为6mm，6kg/cm2蒸汽比容为0.3825m3/kg，焓为675千卡。找出引入管和外套管的直径，以及塔的高度和小孔的数量。解决方案：(1)加热蒸汽消耗量的计算。 (2)进口管径计算(D以内)检查标准管系，选择外径为、壁厚为mm的无缝钢管；(3)计算外套管直径(D以外)检查标准管系，选择外径为、壁厚为mm的无缝钢管。计算塔高(h)计算总面积(f)和孔数(n) 检查内管注汽孔，6Kg/cm2蒸汽密度为：蒸汽=3.104Kg/m3，s-注汽孔注汽速度，m/s，通常为25 40m/s，30m/s，其中：d0-内管直径，m； 有一个喷射消除器(消除器)，其中等进料速度为12m3/h，用5kg/cm2(表压)蒸汽加热。如果灭菌温度为135，培养基预热温度为60，料管为574毫米。试着计算喷嘴部分的直径。解决方法：(1)计算加热蒸汽消耗量(g蒸汽)用饱和蒸汽表测得蒸汽焓为5千克/平方厘米(表压):=657.3千卡/千克，蒸汽比容为v蒸汽=0.3825立方米/千克。计算喷嘴横截面积(f)，其中：对于饱和蒸汽，C-系数，C=199。喷嘴直径的计算(d以内)连续灭菌器的使用流速为18m3/h，发酵罐装料量为36m3，初始污染水平为106 /mL，所需灭菌水平Ns=10-3/罐，灭菌温度为398K，细菌死亡率常数k=11min-1。试着找出维修箱的容积和维修时间。解决方案：(1)维护时间的计算是由于N0=36106103103=(单位/罐)，NS=10-3(单位/罐)，K=11分钟-1。根据对数残数定律公式，储罐容积(v)的计算如下：v=18m3/h，=min，=0.9，因此，50000L发酵罐的管座，40的培养基，产量为10000 kg/h。培养基的物理性质如下：比热c=1 kcal/kg .在130左右，重=1000kg/m3，粘度=0.100如果管道维护器的内径d=100mm毫米，尝试设计一个管道维护器。解决方案：(1)管道横截面积的计算(A) (2)管道中培养基平均流速的计算(3)雷诺数的计算(Re) (4)管道长度的计算(L)管道中培养基的流量应接近活塞流，PeB=1000，这也可从Re=(图3-5)得知，因为：L=0.036PeB=0.0361000=(m)，图3当PeB=1000时，从该反应常数k，检查教科书P197(图2-1-48)，灭菌温度为401.3K.维护时间的计算如下：如果10m3/h的135介质冷却到40。已知冷却水浸出温度为20，浸出温度为30，传热系数为300千卡/米2小时，=1000千克/米3，CP=1千卡/千克，管内培养基流速为0.5米/秒。找出传热面积、冷却管直径和喷淋冷却器的管长。解决方案：(1)计算 TM，因为t1=t杀菌-t出水=135-30=105t2=t槽入口-t入口=40-20=20,传热面积(f)的计算是已知的，传热系数为K=300千卡/平方米.小时, CP=1千卡/公斤. c，=1000公斤/立方米，g=10m3立方米/小时，然后，(3)计算冷却管直径检查标准管系，选择外径、壁厚mm、管长m的无缝钢管。蛇形管总长度的计算(1)第四章空气过滤和灭菌设备，设计了通风量为7.5m3/min的棉花深层过滤器。 已知空气压力为0.4兆帕(绝对压力)，进入过滤器的空气中细菌含量为4500个/m3，发酵周期为120小时，灌罐率为10-3，工作温度为32，选择直径df=16m的棉纤维，空气流速vs=0.1m/s，填充系数=8%，进气温度为20。解决方案：(1)过滤介质厚度的计算(L)对于df=16m的棉纤维过滤介质，填充系数=8%，如表3-1-2所示，当空气流量vs=0.1m/s时，K/值为13.5m-1。由于N1=45007.512060=(a)根据对数渗透定律，可知，在表3-1-2df=k/16 m棉纤维的值、(2)过滤器直径(d)的计算是由于空气压力P1=98070Pa，温度T1=27320=293K，空气体积流量V1=7.5m3/min=0.125m3/s才进入空气过滤器。空气进入过滤器后的压力P2为0.4兆帕，温度T2为273.30=303 K。从理想气体状态方程可知，空气流速(V2)为：由于空气过滤器的体积流速(V2)与其流速(vs)之间的关系为：(3)过滤器压降(P)的计算已知为=8%， 根据气体粘度共线图，检查空气在32工作温度下的粘度为=1.910-6kgs/m2=18.63310-6 pas，然后、(3)由于棉纤维的c(阻力系数)为：实验指标m=1.45，故再次计算过滤压降(P)，然后：第5章厌氧发酵设备，1。 酒精厂每个发酵罐的进料流量为36t/h，每5小时装一罐，酒精发酵周期为3天，冷却水初始温度为如罐内采用蛇形冷却，可知醪液密度为1080 1319/m3，发酵罐装料系数为85%，发酵罐几何尺寸之比为：H=1.3D，h1=h2=0.1D，罐壁温度为36，罐体周围空气温度为30，主发酵温度为31，蛇形管尺寸为53/60毫米。 罐内安装有两排蛇形管，蛇形管环的直径为3米，蛇形管环之间的间距为0.15米，发酵液到蛇形管壁的传热系数k1为2600 kj/m2h .试着设计和计算发酵罐。解决方案：(1)发酵罐的数量(n)四舍五入为1，因为t=324=72h。(2)发酵罐几何形状的确定因为=85%，发酵罐几何形状的比率为：H=1.3D，h1=h2=0.1D，所以，D=m，H=1.3D=(m)，h1=h2=0.1D=(m)。(3)发酵罐总表面积(F)的计算F缸=DH=(m2)F发酵罐总表面积=F缸2F头-(5-12)=(m2)，(4)冷却装置的冷却面积和主要结构尺寸的确定总发酵热(Q) Q1(生物合成热)的计算是：Q1=GSQ(J/H)-5-7)=3651001 a8.6=(kJ/H)Q2(汽化热)=(5-6%) Q1(生物合成Q3(散热)=F发酵罐总表面积C(Tw-结核)-5-14)=F发酵罐总表面积c(36-30)=(千焦/小时)Q=Q1(生物