生物工程与设备课程设计.doc

1、山东 xxx 学院生物工程与设备课程设计说明书学院：食品与生物工程学院班级：xxx学号：xxx姓名：xxx指导老师：xxx xxx设计日期 :2011 年 12 月 21 日至 2011 年 12 月 28 日一、前言1、课程设计的性质通过本次设计使同学对 生物工程与设备的理论知识有更深刻的理解，生 物工程与设备课程设计为必修课。同时也为将来走上设计岗位的同学打下良好的 基础。2、课程设计目的与任务任务：年产6万吨味精厂谷氨酸机械搅拌通风发酵罐设计。目的：通过课程设计，使同学对工艺参数确定，物料包算、发酵罐体积及 尺寸确定、罐体机械强度、搅拌功率、搅拌轴及搅拌浆叶强度等计算能力得到锻 炼。掌握

2、工程设计基本程序及内容，熟练掌握电脑绘图及绘图质量。二、设计参数1、糖酸转化率60%2、发酵产酸水平11%3、发酵周期32小时4、发酵罐充满系数为0.75、味精分子式 187.13 (C5H8NO4Na.H2O6、谷氨酸分子式147.13(C5H9NO4)7、谷氨酸密度取1.553g/cm38、残还原糖0.8%,干菌体1.7%9、谷氨酸提取率97.5%10、谷氨酸生产味精精制率为125%11、取且 1 (kw)Vl12、空罐灭菌压力0.25MPa13、年工作日安330天计算三、物料衡算1、发酵罐总容积计算发酵罐总容积，决定于年工作日、每天生产谷氨酸量、发酵产酸水平、 谷氨酸发酵周期、谷氨酸提取

3、率、谷氨酸精制味精得率等。(1)年谷氨酸的产量二年味精产量+ 125%=60000/1.25=48000T(2)每天的谷氨酸产量二年谷氨酸的产量+ 330=48000/330=145.45T(3)发酵液密度856 251101.553865 16.7 70.8 952.5噜1.050T/m3 1050Kg /m3(4)每天生产发酵液体积、每天生产谷氨酸量V 发酵产酸水平谷氨酸提取率=145.45/1.050 X (11% X 97.5%)=1291.60m 3(5)发酵罐的总容积V总=每天生产发酵液体积X发酵周期(小时)/24= ( 1291.60 X 32) /24=1722.13m 32、

4、求发酵罐个数，取单罐公称容积200m3查表6-2 (发酵工厂工艺设计概论P102)得公称容积是200 m3的 发酵罐全容积为230 m3。取充满系数为0.7.单罐的有效容积计算3V有效=单罐公称容积X罐 的利用率=200 X 0.7=140m发酵罐个数n计算n=V总/ V有效=1722.13/140=12.31故取13个发酵罐。四、发酵罐工艺设计1、发酵罐直径及罐体高度计算根据发酵罐的公称容积，确定发酵罐的尺寸。已知发酵罐直径D,筒体部分高H。，发酵罐总高A常见的发酵罐的几何尺寸比例如下：H/D=1.7 3.5Di/D=1/21/3B/D=1/8 1/12C/Di=0.81.0S/Di=2 5

5、H0/D=2取H/D=2.0,采用标准椭圆形封头。已知罐公称容积 V0为200m3通常，对一个发酵罐的大小用“公称体积”表示。所谓“公称体积” ， 是指罐的通身(圆柱)体积和底封头体积之和。其中底封头体积可根据封头形状、直 径及壁厚从有关化工设计手册中查得。标准椭圆形封头体积为：_ 2_ 2_ 2V1-D hb -D ha-Dhb464-D 6ha 一椭圆短半轴长度,标准椭圆ha式中：hb一椭圆封头的直边高度,发酵罐公称体积:zD2 H其中故发酵罐全体积为:V0ZD2 H02hb近似计算式为:_ 2_ 3V0D H 0.15D(m3421V D2(H D) 2004631D3(2 -) 200

6、462004.9(m)0.785 2.16667取发酵罐直径D=5 m 故发酵罐高Ho=2D=10m取封头直角边hb, 一般取值范围为5055mm此处取封头直边为50mm.发酵罐公称容积V = D2(H+hb+1D) 46=-X5X 5(10+0.05+ 1 X 5)=213.6 m 346发酵罐总高度 H = H0 +2( hb + ha)=10+2(0.05+5+ 4)=12.6m封头体积：V1 D2(h D) 0.785 52(0.05 5) 17.34(m3) 466发酵罐全容积 丫40+5=213.6+17.34=230.94 m 3与查表得公称体积一致。2、发酵罐壁厚计算使用不锈钢

7、0CU9Ni9,其中钢板许用应力130MPaDp2 pP设计压力，取最大工作压力的1.1倍，灭菌压力即最大工作压力;焊缝系数，双面焊缝取=0.85 （局部无损探伤）；C= C1 + C2对不锈钢当介质的腐蚀性极微时，取 C2=0,查表14-7 （生物工程设备）取 Ci =0.6mm。一许用应力（kg/cm2）0.66.83mmS 5000 1.1 0.252 130 0.85 1.1 0.25取不锈钢板厚7mm3、搅拌器类型选择与设计搅拌叶搅拌器的设计应使发酵液有足够的径向流动和适度的轴向运动轮大多采用涡轮式，最常用的是六直叶圆盘涡轮搅拌器、六弯叶圆盘涡轮搅拌器、六箭叶圆盘涡轮搅拌器，圆盘作用

8、是避免底部通入的空气从罐中心上升走 短路。为了强化轴向混合，可采用涡轮式和推进式叶轮共用的搅拌体系。为了拆装方便，大型搅拌叶轮可做成两半型，用螺栓连成整体装配于搅拌 轴上。搅拌叶轮直径与罐径之比 Di/D=1/21/3。搅拌叶轮类型的选择主要考 虑功率准数，混合特性以及叶轮所产生的液流作用力的大小与种类等等。由 Di/D=1/2 1/3 ,此时取 D/D=7/20 ,即：D=7/20D=1.75m。由标准圆 盘涡轮搅拌器尺寸 Di： d: L: B=20:15:5:4得：圆盘涡轮直径 d= Di 15/20=1.75 X15/20=1.3125m,桨叶长 L= Di 5/20=1.75 X5/

9、20 =0.4375 m ,桨叶宽 B= Di 4/20=1.75 X 4/20=0.35 m , 采用标准六弯叶圆盘涡轮搅拌器。设转速为n转/min根据要求P0- 1KW即：P。1 140 140KW 。Vl多只涡轮搅拌器不通风时的搅拌功率计算若是多档搅拌器，两档间距S,非牛顿流体sm2D,牛顿流体Sa2.5-3D ;静液 面至上档间距取0.5-2D,下档搅拌器至罐底距离C0.5-1D。符合以上条件，两 档搅拌器输出的功率就是单只涡轮搅拌器的 2倍：F0 2 4.63NPn3Di5109式中：Po -通风时的搅拌功率，单位 kWn-搅拌转速（r/min ）Di -搅拌器直径（mmN p -功

10、率准数-发酵液密度Kg/3m所以 140=2 X 4.63 X 4.7 X n3 X 1.755 X 1050X 10 9 ,所以 n =57.15 r/min选用功率为125kW的电机。通风时搅拌功率（Pg）计算Pg0.322 3 0.39Po2nD3Q0.08.(kW)(a)式中：Pg.、丹一通风与不通风时的搅拌功率，单位kWn一搅拌转速（r/min ）A搅拌器直径（项Q通风量（m3/min）663设通风比 vm=0.22 则 Q=163 0.22 10 =35.86 10 ml/min=35.86 m /min代入上式得，通风时搅拌轴功率 Pg.=138.2kW A3!一=10.05 3

11、 13.67cm ,取 d=140mm.n. 57.15(2)轴的刚度计算JP 32D4丁P140zTQ = 9550- =955021634.30N.m,n 61.8TQGo J p18021634.30100=548.1 10 一 1432180100 -0.04 根据搅拌设备设计计算，取B=10, d喀10碟12.51cm小于强度计算值，故轴径依强度计算为准。5、冷却面积计算及设计(1)冷却面积按每立方米发酵液1m冷却面积计算，即:空L d1取规格为小65X 3的管子做冷却管所以，L二140719.13m0.065 0.03大型发酵罐一般对称取8组冷却管，美组冷却管累积长度取 7,每一排

12、上下有2 个冷却管。故冷却管子根数N=719.13/(8 X6X2)=7.49,取8根。冷却管体积：V d2 l 0.785 0.065 2 770.5 2.56m3,取 V=3 m34五、设计体会通过此次课程设计，我对生物工程设备课上有关通风发酵设备的理论内容有 了更好的掌握；通过一次次的摸索掌握了如何去设计出满足要求的发酵罐，懂得了如何去选择搅拌器、搅拌轴、联轴节、轴承，根据什么去选；并且在选材上也 有了一定的基础；原来没有接触过 AutoCAD的内容，通过这次操作使我熟悉了 AutoCAD的操作，能较好的运用AutoCADs绘制图形，为我即将结束的大学生活 又添了多彩的一笔。更熟悉了 Word的某些操作和功能；提高了自己的计算机技 能，锻炼了动手能力，提升了专业知识的掌握水平。通过此次实际动手来做课程设计，使我加深了对一个道理的理解“学无止境”我相信这些道理将