【《木聚糖酶发酵车间设备设计与选型计算过程案例》4100字】

木聚糖酶发酵车间设备设计与选型计算过程案例目录TOC\o"1-3"\h\u28103木聚糖酶发酵车间设备设计与选型计算过程案例 192521.1发酵设备的设计计算 1108831.1.1发酵罐生产能力计算 1173951.1.2发酵罐主要尺寸计算 1141171.1.3搅拌器尺寸和功率计算 239641.1.4换热器冷却面积的计算 4244201.1.5冷却管布置计算 4227411.1.6种子罐的设计 654251.2发酵车间主要设备选型 61.1发酵设备的设计计算1.1.1发酵罐生产能力计算由物料衡算的结果可知，生产1t木聚糖酶产品所需要的发酵液量为，故本设计中年产3000t木聚糖酶工厂需，工厂年生产天数为300天，每个发酵周期为10天，则一年需要30个生产周期，则每个周期的发酵体积为,发酵罐的填充系数取60%，则每次发酵罐容积，取公称容量为机械搅拌涡轮通风发酵罐，总体积为，则所需相同的发酵罐个数。实际年产量验算如下：富裕量：故能满足本车间生产需求。1.1.2发酵罐主要尺寸计算发酵罐取高径比则有：将②式代入①可得：取=1.3m,则=2=8.6m，取11m；封头短半轴长度封头直边高度封头高：封头容积：圆柱部分容积：验算全容积V全：符合设计要求，可行,查阅相关关于罐体材料的资料，选取022Cr22Ni5Mo3N钢板材料。1.1.3搅拌器尺寸和功率计算在本设计中，发酵罐的发酵周期内需进行若干次补料操作，因为所需配料较多，且混合过程必须保证充分均匀，故采用两档搅拌，相关尺寸设计如下：搅拌桨直径，取=1.5m。尺寸设计：叶宽;弧长底距；盘踞叶弦长；叶距取两挡搅拌，搅拌转速R2可根据50m3罐，搅拌直径1.05m，转速N1=110r/min为基准放大求得：

因采用低浓度补料发酵工艺，故醪液可视为理想状态的牛顿流体，下进行搅拌轴功率的计算。先计算雷诺数Re:式中——所选搅拌器的直径，为1.5m；——为搅拌器转速，单位r/s，取87r/min换算后的值；——为醪液密度，取1050kg/m2 ——为醪液液体粘度，取1.3×10-3N·s/m结果比对工程计算雷诺数，视作湍流，则在湍流搅拌状态时，准数功率Np=1.7.下计算不通风时的轴功率P1：因采用两挡搅拌，故P0=2P1=176.2kW.下计算通风时的轴功率Ps：式中Q——为通风量，在前面计算已给出，为（ml/min）；1.1.4换热器冷却面积的计算根据上述计算和查阅相关资料，发酵高峰期发热总量可取1.2×6000KJ/（m3·h），发酵底液浓度为1075.64kg/m3，换热器采用立式蛇管换热器，换热器系数取经验值K＝1.186×400Kg/(m3·h·℃)，发酵罐温度保持30℃，，。平均温度差：故换热器的冷却面积计算如下：式中Q——发酵旺盛时，每小时醪液总体积与发热量的乘积；1.1.5冷却管布置计算①冷却水主管径首先计算发酵罐发酵最旺盛时的极限耗水量F式中cp——冷却水的比热容，为1.18kJ/（kg·K）；——冷却水出温，=19℃；——冷却水入温，=8℃；由上可得冷却水体积流量为1.27×10-2m3/s，因为竖直蛇管兼具冷却效果好且易于清洗的优点，故采用竖直蛇管冷却装置。取冷却水在竖直蛇管中的流速为=0.8m/s，由流体力学公式可知，该冷却管总截面积为：故冷却水主管径为：②冷却管组数N和管径ds：设冷却管总表面积为，管径ds，组数为N，则：取N=4，求管径。由上式得：查化工材料手册选取冷无缝管，，，，故可满足本车间设计需求。现取竖蛇管圈端部U型弯管曲径为，则两直管距离为，蛇管两端弯管总长度为：③冷却管实际全长L由前面计算可知冷却管总面积故冷无缝刚管，每米长冷却面积为则冷却管实际全长L计算如下:冷却管体积：④每组管长L0和管组高度：需设置连接管，取13m，故假设发酵罐内其他一些辅助部件占用，则所占用总体积为则筒体深度为：竖直蛇管总高度由上述计算可知，两端弯管总长度，两端弯管总高为，则直管部分高度：故可得一圈管长：⑤.校核布置后冷却管的实际传热面积：而上述计算中有，，故可满足本车间设计要求。1.1.6种子罐的设计根据杨付伟等人的研究，发酵罐中的比重取1.045，则单罐批料量为：又接种量为10%，故投料量取为：一级种子罐，二级种子罐，设计2个种子罐即可满足需求。补料罐与二级种子罐大小差不多即可，故补料罐取15m3,分消罐取10m3即可,具体设计计算过程与发酵罐类似，这里不再计算。1.2发酵车间主要设备选型发酵车间设备选型的一般原则如下：设备需满足产品的技术要求和工艺性，根据工艺流程中所需具体的生产规格，工作效率，额定功率等工艺参数确定，设备操作应控制灵活、操作方便。设备要保证生产和服务的平衡性，即生产力和效率相匹配，不能盲目选择生产率高、能耗高、技术先进的设备，要与车间运输能力、技术高度、劳工数量等实际条件相适应。设备尽量选择可靠性较强、安全系数较高、设备运行稳定、维修性和保养性较好的设备，来尽量预防可能发生的安全隐患和车间故障。应充分考虑发酵车间的各类投资占比以及能耗和水耗等生产成本，选择经济性较强，符合车间规划的性价比较高的设备。应充分考虑环境保护性，选择有害物质排放较少，噪声较弱和清理排污能力较强的设备，防止对其他车间和工厂附近居民造成叨扰。根据上述原则。车间主要设备选型如下：（1）发酵罐根据上述发酵罐设计计算可知，需容积为140m32台，因发酵过程中醪液表现为向酸性靠近，所以罐体材料需选择耐酸材料，考虑到所设计发酵罐的换热面积和搅拌轴转速及功率，选择向上海保兴生物设备工程有限公司购买，其主要参数如下：表4-1发酵罐的主要技术参数型号内胆尺寸（mm）电机功率（kW）搅拌转速（r/min）140m32400×4800220150（2）发酵罐电机采用三角带传动，型号为A500-1041,其，，的值分别为0.93、0.99、0.97，由端面密封所带来增加功率的比例为5%，故发酵罐电机功率计算如下：79.69kw根据上述计算所得功率79.69kw即可满足要求，实际生产中选择具有更大电机功率电机较为安全，选择YSL-450-2-4中型异步电动机，购于上海枫信传动机械有限公司，2台，其主要技术参数如下：表4-2发酵罐电机的主要技术参数型号电源电压（V）电机额定功率（kW）转速（r/min）YSL-450-2-4380130550（3）大型皮带减速机（适用于发酵罐）皮带减速机同发酵罐电机额定功率相当即可，故选用购买常州市云凌节能科技有限公司制造生产的ZL201920052956.4型大型皮带减速机2台，其主要技术参数如下：表4-3皮带减速机的主要技术参数型号传动比输出转速（rpm）功率（kw）ZL201920052956.44200-320200kw（4）一级种子罐由上述计算可得，一级种子罐容积1.4m3，需要2台，购于上海保兴生物设备工程有限公司，其主要技术参数如下：表4-4一级种子罐的主要技术参数型号内胆尺寸（mm）电机功率（kW）搅拌转速（r/min）1.4m370×1202.2400（5）一级种子罐电机功率较小，选择小型电机设备即可，故选择Y355系列笼型三相异步电机，需要2台，选择购买于威海劲霸厂，其主要技术参数如下：表4-5一级种子罐电机的主要技术参数型号电源电压（V）电机额定功率（kW）转速（r/min）Y355-338030300（6）一级种子罐减速机与发酵罐所用大型减速机不同，选用小型减速机即可，大部分减速机都满足工厂需求，故选择ZWBPD006006型小型减速机，需要2台，购于兆威机电股份有限公司，其主要技术参数如下：表4-6一级种子罐减速机的主要技术参数型号额定功率（kw）传动比转速（r/min）ZWBPD0060062.25400（7）二级种子罐由上述计算可得，二级种子罐容积为8.8m3，需2台，同样购于上海保兴生物设备工程有限公司，其主要技术参数如下：表4-7二级种子罐的主要技术参数型号内胆尺寸（mm）电机功率（kW）搅拌转速（r/min）14m31800×360022350（8）二级种子罐电机适用于二级种子罐的电机功率属于中等，因此选择Y2-160L-4三相异步电机，需2台，购于天津市凯昆泵阀有限公司，其主要技术参数如下：表4-8二级种子罐电机的主要技术参数型号额定功率（kw）传动比转速（r/min）Y2-160L-42.25400（9）二级种子罐电机减速器二级种子罐电机减速器功率中等，需2台，故选择PLF220-125，购于上海爵顺传动机械有限公司，其主要技术参数如下：表4-9二级种子罐电机减速器的主要技术参数型号额定功率（kw）输入转速（r/min输出转速（r/min）PLF220-125112000300（10）配料罐根据物料衡算，每日所消耗配料量16m3，考虑到装料系数取60%，因此理论上配料罐容积为16/0.6=26.7m3，考虑到一些物料损失，配料罐容积选为28m3,需要1台，购于上海保兴生物设备工程有限公司，其主要技术参数如下：表4-10配料罐的主要技术参数型号内胆尺寸（mm）电机功率（kW）搅拌转速（r/min）282400×360035300（11）配料罐电机预处理阶段因要保持物料充分混合，搅拌速率要适当加大，所以应采用功率较高的电机，选择Y2-160L-3三相异步电机，需1台，购于天津市凯昆泵阀有限公司，其主要技术参数如下：表4-11配料罐电机的主要技术参数型号额定功率（kW）传动比转速（r/min）Y2-160L-31.55350（12）配料罐电机减速器配料罐需保证即使进料、给料、停料，故减速器应该相对较为灵敏，选取功率较大的减速器，需1台，故选择NMRV30-130涡轮减速机，购于东莞市新速源机电有限公司，其主要技术参数如下：表4-12配料罐电机减速器的主要技术参数型号额定功率（kw）输入转速（r/min输出转速（r/min）NMRV30-1302-1004650100（13）补料罐根据发酵罐生产能力计算结果，配料罐容积选为15m3,需要1台，购于上海保兴生物设备工程有限公司，其主要技术参数如下：表4-13补料罐的主要技术参数型号内胆尺寸（mm）电机功率（kW）搅拌转速（r/min）151800×360022350（14）输送设备因本设计中发酵工艺采用低密度连续发酵，且发酵罐体积较大，应选用中大型输送设备，故选择LS200螺旋输送机，需要2台，购于泊头市双祥环保机械有限公司，其主要技术参数如下：表4-14螺旋输送机的主要技术参数型号材质外型有效输送长度（m）LS200Q235管式2-25（15）压滤设备发酵得到的发酵醪需快速进行压滤，应选择功率较大的压滤设备，故选择630型板框压滤机，需要2台，购于上海大张过滤设备有限公司，其主要技术参数如下：表4-15板框压滤机的主要技术参数型号过滤压力（MPa）液压工作压力（MPa）滤饼厚度（mm）630≤0.61625（16）干燥设备压滤得到的粗酶液进行喷雾干燥，故选择QFN-BL-3型闭式喷雾干燥器，2台，购于上海乔枫实业有限公司，其主要技术参数如下：表4-16喷雾干燥器的主要技术参数型号机器总功率（kw）乙醇蒸发量（ml/H）密封件材质QFN-BL-32550-3000含硅橡胶（17）空气压缩机由于黑曲霉发酵产酶需要提供有氧环境，因此需要空气压缩机生产高压空气，根据本发酵车间的生产规模，可选择