生物工程与设备课程设计

1、精品 料推荐山东 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： xxxxxx设计日期 :2011 年 12 月 21 日至 2011 年 12 月 28 日1精品 料推荐一、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，物料恒算、发酵罐体积及尺寸确定、罐体机械强度、 搅拌功率、搅拌轴及

2、搅拌浆叶强度等计算能力得到锻炼。掌握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 P01 （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

3、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 取率 、谷 氨酸 精制 味精 得率 等。（ 1 ）年 谷氨 酸的 产量 =年味 精产量 125% =60000/1.25=48000T（ 2 ）每 天的 谷氨 酸产 量 =年 谷氨 酸的 产量 330 =48000/330=145.45T2精品 料推荐（ 3 ）发 酵液 密度12511016.770.8952.5 m3856865T1.51.5531.050T / m31050Kg / 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3

4、=145.45/1.050 (11% 97.5%)=1291.60m（ 5 ）发 酵 罐的 总 容积 V总 =每 天 生产 发酵 液体 积 发 酵 周期（ 小 时）3/24= （ 1291.60 32 ） /24=1722.13m2、 求发 酵罐 个 数 ，取 单罐 公称 容 积 200m 3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.(1) 单罐 的有 效容 积计 算V有效 =单罐 公称 容积 罐 的利 用率 =200 0.7=140m(2) 发酵 罐个 数 n 计算n=

5、 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31、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 0 ，发酵罐总高 H。常见的发酵罐的几何尺寸比例如下：H/D=1.73.5Di/D=1/2 1/3B/D=1/8 1/12C/Di=0.8 1.0S/Di=2 5H0/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

6、从有关化工设计手册中查得。标准椭圆形封头体积为：3精品 料推荐V1D 2hbD 2 haD 2 hb1 D4646-(1)式中： hb 椭圆封头的直边高度，ha1 D。ha 椭圆短半轴长度，标准椭圆4故发酵罐全体积为：V04D 2 H 02 hb 1 D6-(2)近似计算式为：V04D 2 H0.15D 3（m3） -(3)VD 2HDH2发酵罐公称体积：46其中DVD 2 ( H1 D)200464D 3 (21)2006D32004.9(m)0.7852.16667取发酵罐直径 D=5 m故发酵罐高 H 0 =2D=10 m取封头直角边 hb ，一般取值范围为5055mm，此处取封头直边为

7、50mm.发酵 罐 公称 容积 V0 =D 2 (H+ hb + 1 D )46=5 5(10+0.05+ 1 5)=213.6 m 346发酵罐 总高 度 H = H 0 +2( hb + ha )=10+2(0.05+5 4)=12.6m封头体 积：VD 2 (hD ) 0.78552 (0.05 5 ) 17.34(m3 )1466发酵罐全容积 V=V0 +V1 =213.6+17.34=230.94 m3与 查 表得公 称体 积一 致。2、 发酵罐壁厚计算使用不锈钢 0Cr19Ni9，其中钢板许用应力130MPa4精品 料推荐DpSC2pP设计压力，取最大工作压力的1.1 倍，灭菌压力

8、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 C1 =0.6mm。许用应力（ kg/cm2）S50001.10.251300.851.10.6 6.83mm20.25取不锈钢板厚 7mm。3、 搅拌器类型选择与设计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。搅拌叶轮大多采用涡轮式， 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。

9、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=1/2 1/3 。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 Di /D=7/20， 即： Di =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= D i 15/20=1.7515/20=1.3125m,桨叶长 L= D i5/20=1.75 5/20 =0.4375 m ，桨叶宽 B= Di4/20=1.75 4/20=0.35 m ，

10、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，即：Po1 140 140KW 。1 KWVL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 S取2D，牛顿流体 S取 2.5-3D ；静液面至上档间距取 0.5-2D,下档搅拌器至罐底距离 C取0.5-1D 。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：P0 2 4.63N P n3 Di510 95精品 料推荐式中： Po -通风时的搅拌功率，单位kW。n-搅拌转速（ r/min）Di -搅拌器直径（ m）N p -功率准数-发酵液密度 Kg3m所以 140=2 4.63 4.

11、7 n3 1.755 9 ，所以 n =57.15 r/min 。105010选用功 率 为 125kW 的电 机 。通风时搅拌功率（ Pg ）计算Po2 nD 30.39Pg0.32Q 0.08.(kW) -（ a）式中： Pg . 、 Po 通风与不通风时的搅拌功率，单位kW。n搅拌转速（ r/min ）D搅拌器直径（ m）Q通风量（ m3/min）设通风比 vm=0.2266m3则 Q=163 0.22 10 =35.8610 ml/min=35.86/min代入上式得，通风时搅拌轴功率Pg . =138.2kW140kw4、 搅拌 轴 直径 计算搅拌轴直径决定于搅拌轴的材料、转速、搅拌

12、功率等。轴的计算主要是确定轴的最小截面尺寸， 进行强度、刚度计算， 以便保证搅拌轴能安全平稳的运转。（ 1 ）轴 的强 度计 算对搅拌轴而言， 承受扭转和弯曲联合作用， 其中以扭转作用为主， 所以在工程应用中常用近似的方法进行强度计算。 它假定轴只承受扭矩的作用， 然后用增加安全系数以降低材料的许用应力来弥补由于忽略受弯曲作用所引起的误差。 轴受扭转时，其截面上产生剪应力。采用 45号钢，按表 1取k =360，6精品 料推荐A37162016= 3716201610.05cm2k360d A3 N =10.05314013.67cm ，取 d=140mm.n57.15（ 2）轴的刚度计算TQ

13、= 9550P =955014021634 .30N.m,J PD 4TQn61.832100180=21634.301800.04 100GO J P8.110541432根据搅拌设备设计计算 , 取 B=10,dB 4 N104 14012.51cmn57.15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140dL121m 冷却面积计算，即：取规格为 65 3 的管子做冷却管140719.13m所以， L=0.0650.03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，每一排上下有 2个冷却管。故冷却管子根数 N=719.13/(

14、8 62)=7.49,取 8 根。冷却管体积： Vd 2 l 0.785 0.065 2770.5 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AutoCAD来绘制图形，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