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3万吨味精工厂发酵车间设计

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3万吨味精工厂发酵车间设计

目录前言...................................................................错误未定义书签。绪论...................................................................错误未定义书签。一.味精生产工艺........................................................41.1味精生产工艺概述...............................................41.2原料的预处理及淀粉水解制备.....................................51.2.1原料的预处理..............................................51.2.2淀粉水解制备..............................................51.3种子扩大培养及谷氨酸发酵.......................................51.4谷氨酸的提取...................................................51.5谷氨酸制取味精及味精成品加工...................................5二.发酵罐及种子罐的设计与选型..........................................62.1味精工厂发酵车间的物料衡算......................................62.1.1工艺技术指标及基础数据....................................62.1.2谷氨酸发酵车间的物料衡算..................................62.1.330000t/a味精厂发酵车间的物料衡结果........................82.2热量衡算........................................................92.2.1液化工序热量衡算..........................................92.2.2连续灭菌和发酵工序热量衡算................................92.2.3谷氨酸钠溶液浓缩结晶过程的热量衡算.......................102.2.4干燥过程的热量衡算.......................................112.2.5生产过程耗用蒸汽衡算汇总衡算结果.........................112.3无菌空气耗量计算...............................................122.4设备设计与选型.................................................122.4.1发酵罐...................................................122.4.2种子罐...................................................212.4.3空气分过滤器.............................................272.4.4味精厂发酵车间设备一览表.................................28致谢..................................................................28主要参考文献..........................................................29一.味精生产工艺11.1.味精生产工艺概述味精生产全过程可划分为四个工艺阶段(1)原料的预处理及淀粉水解糖的制备;(2)种子扩大培养及谷氨酸发酵;(3)谷氨酸的提取;(4)谷氨酸制取味精及味精成品加工。与这四个工艺阶段相对应味精生产厂家一般都设置了糖化车间、发酵车间、提取车间和精制车间作为主要生产车间。另外,为保障生产过程中对蒸汽的需求,同时还设置了动力车间,利用锅炉燃烧产生蒸汽,并通过供气管路输送到各个生产需求部位。为保障全厂生产用水,还要设置供水站。所供的水经消毒、过滤系统处理,通过供水管路输送到各个生产需求部位。味精发酵法生产的总工艺流程见图1。1.2.原料的预处理及淀粉水解制备1.2.1.原料的预处理此工艺操作的目的在于初步破坏原料结构,以便提高原料的利用率,同时去除固体杂质,防止机器磨损。用于除杂的设备为筛选机,常用的是振动筛和转筒筛,其中振动筛结构较为简单,使用方便。菌种斜面培养摇瓶扩大培养种子罐扩大培养原料预处理水解过滤淀粉水解糖配料发酵空气空气压缩机冷却气液分离过滤除菌等电点调节沉淀离心粗谷氨酸溶解中和制味精母液离子交换处理粗谷氨酸溶液粗谷氨酸除铁过滤脱色浓缩结晶离心小结晶干燥拌盐粉碎粉状味精大结晶干燥过滤成品味精2用于原料粉碎的设备除盘磨机外,还有锤式粉碎机和辊式粉碎机。盘磨机广泛用于磨碎大米、玉米、豆类等物料,而锤式粉碎机应用于薯干等脆性原料的中碎和细碎作用,辊式粉碎机主要用于粒状物料的中碎和细碎[3]。1.2.2.淀粉水解制备在工业生产上将淀粉水解为葡萄糖的过程称为淀粉的糖化,所制得的糖液称为淀粉水解糖。由于谷氨酸生产菌不能直接利用淀粉或糊精作碳源,因而必须将淀粉水解为葡萄糖,才能供发酵使用。目前国内许多味精厂采用双酶法制糖工艺。1.3.种子扩大培养及谷氨酸发酵种子扩大培养为保证谷氨酸发酵过程所需的大量种子,发酵车间内设置有种子站,完成生产菌种的扩大培养任务。从试管斜面出发,经活化培养,摇瓶培养,扩大至一级乃至二级种子罐培养,最终向发酵罐提供足够数量的健壮的生产种子。谷氨酸发酵开始前,首先必须配制发酵培养基,并对其作高温短时灭菌处理。用于灭菌的工艺除采用连消塔维持罐一喷淋冷却系统外,还可采用喷射加热器维持管真空冷却系统或薄板换热器灭菌系统。但由于糖液粘度较大,流动性差,容易将维持管堵塞,同时真空冷却器及薄板加热器的加工制造成本较高,因而应用较少。发酵设备,国内味精厂大多采用机械搅拌通风通用式发酵罐,罐体大小在50m3到200m3之间。对于发酵过程采用人工控制,检测仪表不能及时反映罐内参数变化,因而发酵进程表现出波动性,产酸率不稳定。由于谷氨酸发酵为通风发酵过程,需供给无菌空气,所以发酵车间还有一套空气过滤除菌及供给系统。首先由高空采气塔采集高空洁净空气,经空气压缩机压缩后导入冷凝器、油水分离器两级处理,再送入贮气罐,进而经焦炭、瓷环填充的主过滤器和纤维分过滤器除菌后,送至发酵罐使用。在北方地区由于空气湿度小、温度低,还可采用空气压缩、冷却过滤流程,省去一级冷却设备[4]。1.4.谷氨酸的提取谷氨酸的提取一般采用等电点离子交换法,国内有些味精厂还采用等电点锌盐法、盐酸水解等电点法及离子交换膜电渗析法提取谷氨酸。但存在废水污染大,生产成本高,技术难度大等问题,应用上受到限制[1]。1.5.谷氨酸制取味精及味精成品加工精制车间加工的谷氨酸产品为谷氨酸单钠,即味精。粗品经提纯、加工、包装,得到成品。味精中和液的脱色过程,除使用碳柱外,还可使用离子交换柱,利用离子交换树脂的吸附色素。味精的干燥过程,国内许多厂家还采用箱式烘房干燥,设备简单,投资低,但操作条件差,生产效率低,不适应大规模生产的要求。也有的厂家使用气流干燥技术,生产量大,干燥速度快,干燥时间短,但干燥过程对味精光泽和外形有影响,同时厂房建筑要求较高,这样均不如振动式干燥床应用效果好[4]。二.发酵罐及种子罐的设计与选型2.1.味精工厂发酵车间的物料衡算2.1.1工艺技术指标及基础数据生产规模6万吨/年或12万吨/年生产规格纯度为99%的味精生产方法以工业淀粉为原料、双酶法糖化、流加糖发酵,低温浓缩、等电提取生产天数300天/年倒罐率0.5%发酵周期40-42小时生产周期48-50小时种子发酵周期8-10小时种子生产周期12-16小时3发酵醪初糖浓度15%W/V流加糖浓度45%W/V发酵谷氨酸产率10%糖酸转化率56%淀粉糖转化率98%谷氨酸提取收率92%味精对谷氨酸的精制收率112%原料淀粉含量86%发酵罐接种量10%发酵罐填充系数75%发酵培养基W/V水解糖15%,糖蜜0.3%,玉米浆0.2,MgSO40.04%,KCl0.12%,Na2HPO40.16,尿素4%,消泡剂0.04%种子培养基W/V水解糖2.5%,糖蜜2%,玉米浆l,MgSO40.04%,K2HPO40.1%,尿素0.35%,消泡剂0.03%2.1.2谷氨酸发酵车间的物料衡算首先计算生产1000kg纯度为100的味精需耗用的原辅材料及其他物料量。(1)发酵液量V13122.81107.9990562201000mV式中220发酵培养基初糖浓度(kg/m3)56糖酸转化率90谷氨酸提取率97除去倒灌率0.3后的发酵成功率110味精对谷氨酸的精制产率(2)发酵液配制需水解糖量G1以纯糖算,180922011kgVG(3)二级种液量V2312822.010mVV(4)二级种子培养液所需水解糖量G232255.2025mVG式中25二级种液含糖量(kg/m3)(5)生产1000kg味精需水解糖总量G为kgGGG55.182921(6)耗用淀粉原料量理论上,100kg淀粉转化生成葡萄糖量为111kg,故理论上耗用的淀粉量G淀粉为kg7.1978111895855.1829淀粉G4式中85淀粉原料含纯淀粉量98淀粉糖转化率(7)尿素耗用量二级种液耗尿素量为V3kgVV20885.323发酵培养基耗尿素为V4kgVV8.3284014故共耗尿素量为331.68kg(8)甘蔗糖蜜耗用量二级种液耗用糖蜜量V5kgVV44.162025发酵培养基耗糖蜜量V6kgVV66.24316合计耗糖蜜41.1kg(9)氯化钾耗量GKClkgVGKCl864.92.11(10)磷酸氢二钾(K2HPO4)耗量G3kgVG822.0113(11)硫酸镁(MgSO47H2O)用量G4kgVVG62.34.0214(12)消泡剂(泡敌)耗用量G5kgVVG54.33.04.0215(13)磷酸氢二钠耗用量G6kgVG15.136.116(14)谷氨酸(麸酸)量发酵液谷氨酸含量为kgG10103.01561实际生产的谷氨酸(提取率90)为kg909901010(15)玉米浆用量66.24102217VVG2.1.330000t/a味精厂发酵车间的物料衡算结果5年产30000吨味精物料横算表2.2热量衡算热量衡算是根据能量守恒定律建立起来的,热平衡方程表示如下Q1Q2Q3Q4Q5Q62.2.1.液化工序热量衡算(1)液化加热蒸汽量加热蒸汽消耗量(D),可按下式计算D12IttCG式中G--淀粉浆量(kg/h)C--淀粉浆比热容(kJ/(kgK))物料名称生产1t味精(100)的物料量15000t/a味精生产的物料量每日物料量发酵液(m3)8.22246.6310822二级种液(m3)0.82231066.2482.2发酵水解用糖(kg)180961027.543109.180二级种培养用糖(kg)20.553105.6162055水解糖总量(kg)1829.5561089.543100.183淀粉kg1978.761036.593109.197尿素(或液氨)331.6861095.93102.33糖蜜(kg)41.1310123331011.4氯化钾(kg)9.873101.296987磷酸氢二钾(kg)0.82231066.2482.2硫酸镁(kg)3.623106.108362泡敌(kg)3.543102.106354磷酸氢二钠(kg)13.153105.3941315玉米浆(kg)24.663108.7392466谷氨酸(kg)9.961027.273109.906t1--浆料初温(20273293K)t2--液化温度(90273363K)I--加热蒸汽焓,2738kJ/kg(0.3Mpa,表压)λ--加热蒸汽凝结水的焓,在363K时为377kJ/kg①淀粉浆量G根据物料衡算,日投工业淀粉197.9t;连续液化,197.9/2468.2(t/h)。加水为12.5,粉浆量为68203.513870(t/h)。②粉浆比热C可按下式计算CC0C水式中C0--淀粉质比热容,取1.55kJ/(kgK)X--粉浆干物质含量,24.6C水--水的比热容,4.18kJ/(kgK)C1.554.183.53(kJ/(kgK))③蒸汽用量D963(kg/h)(2)灭酶用蒸汽量灭酶时将液化液由90℃加热至100℃,在100℃时的λ为419kJ/kg。D灭140(kg/h)要求在20min内使液化液由90℃升至100℃,则蒸汽高峰量为140420(kg/h)以上两项合计,平均量9631401103(kg/h);每日用量1.12426.4(t/d)。高峰量9634201383(kg/h)2.2.2.连续灭菌和发酵工序热量衡算(1)培养液连续灭菌用蒸汽量发酵罐200m3装料系数0.75,每罐产100MSG量2000.75385971.27211.27(t)发酵操作时间48h(其中发酵时间38h),需发酵罐台数6台。灭菌加热过程中用0.4Mpa蒸汽(表压)I2743kJ/kg,使用板式换热器将物料由20℃预热至75℃,再加热至120℃。冷却水由20℃升至45℃。每罐灭菌时间3h,输料流量0.3(t/h)消毒灭菌用蒸汽量(D)D3212(kg/h)3.2(t/h)式中3.97为糖液的比热容(kJ/(kgoK))每日用蒸汽量3.23328.8(t/d)高峰量3.2t/h平均量28.8241.2(t/h)(2)发酵罐空罐灭菌蒸汽用量①发酵罐体加热200m3,1Cr18Ni9的发酵罐体重34.3t,冷却排管重6t,1Cr18Ni9的比热容0.5kJ/(kgK),用0.2Mpa(表压)蒸汽灭菌,使发酵罐在0.15Mpa(表压)下,由20℃升至127℃。其蒸汽量为986(kg)②填充发酵罐空间所需的蒸汽量因200m3发酵罐的全容积大于200m3,考虑到罐内之排管、搅拌器等所占之空间,罐之自由空间仍按200m3计算。填充空间需蒸汽量D空Vρ2001.622324.4(kg)式中V--发酵罐自由空间即全容积(m3)ρ--加热蒸汽的密度(kg/m3),0.2Mpa表压时为1.6227③灭菌过程的热损失辐射与对流联合给热系数α,罐外壁温度70℃。α33.90.1970-2043.4kJ/m2hK200m3发酵罐的表面积为201m2,耗用蒸汽量D损199(kg)④罐壁附着洗涤水升温的蒸汽消耗41(kg)⑤灭菌过程蒸汽渗漏,取总汽消耗量的5,空罐灭菌蒸汽消耗量为1632(kg/h)每空罐灭菌1.5h,用蒸汽量16321.52448(kg/罐)每日用蒸汽量244837344(kg/d),平均量7344/24306(kg/h)2.2.3.谷氨酸钠溶液浓缩结晶过程的热量衡算年产万吨商品味精,日产100MSG29.75t,选用25m3强制内循环结晶罐,浓缩结晶操作周期24h,其中辅助时间4h。每罐产100MSG10t,需结晶罐台4台。每罐投入40g/dl的中和脱色液(俗称原液)23m3,流加30g/dl母液32m3,过程中加水6m3,在70℃下真空蒸发结晶,浓缩3h,育晶17h。放料数量20m3(1)热量衡算①来料带入热量进料温度35℃,比热为3.5kJ/(kgoK)Q来料(231.16321.13)3.5351037.7106(kJ)②加水带入热量Q来水64.18351038.8105(kJ)③晶种带入热量MSG比热容1.67(kJ/(kgoK))Q来晶16001.67205.3104(kJ)④结晶放热MSG结晶热为12.7kJ/molQ晶热5.7105(kJ)⑤母液带走热量分离母液12m3,折算为相对密度1.26时15t,比热容为2.83(kJ/(kgoK))Q151032.83703.0106(KJ)⑥随二次蒸汽带走热量Q二蒸(23326-20)26261061.077108(kJ)⑦随结晶MSG带走热量Q出晶101031.67701.17106(kJ)需外界供给热量Q(Q母Q二蒸Q出晶)-(Q来料Q来水Q来晶Q晶热)(3.01061.0771081.17106)-(7.71068.81055.31045.7105)9.5107(kJ)(2)计算蒸汽用量每罐次用汽量热损按5折算。D45830(kg/罐)每罐浓缩结晶时间20h,每小时耗蒸汽高峰量45830/202292(kg/h)4台罐(实际是3.5台)同时运转,高峰用蒸汽量3.522928022(kg/h)每日用蒸汽量3.545830160405(kg/d)160(t/d)每小时平均用蒸汽量160/246.7(t/h)82.2.4干燥过程的热量衡算分离后之湿MSG含水2,干燥后达到0.2,进加热之空气为18℃,相对湿度ψ70,通过加热器使空气升至80℃,从干燥器出来的空气为60℃。年产万吨商品味精,日产湿味精30.4t,二班生产,即30.4/161.9(t/h)。干燥水分量34(kg/h)18℃空气湿含量ψ70,X00.009(kg/kg干空气),I041.8kJ/kg干空气;加热80℃,I1104.5kJ/kg干空气用公式Δ(I2-I1)/(X2-X1)Q物料Q损失-Q初温式中Δ--空气经过干燥后的热量变化(kJ/kg)Q损失--损失热量,通常为有效热量的10Q物料1.9103(60-18)0.44.18/343924(kJ/kg水)Q损失0.1(5954.180.47604.183924-184.18)645(kJ/kg水)Δ184.18-3924-645-4494(kJ/kg水)设X20.0108I2I1Δ(X2-X1)104.5(-4494)(0.0108-0.009)96.4(kJ/kg空气)空气耗量为34/0.0108-0.00918888(kg/h)80℃时空气的比容0.83m3/kg实际消耗空气量为188880.8315677(m3/h)耗用蒸汽量(D)使用0.1Mpa(表压)蒸汽加热,热损失按15计D618(kg/h)每日用蒸汽量618169888(kg/d)平均每小时用蒸汽量9888/24412(kg/h)2.2.5.生产过程耗用蒸汽衡算汇总衡算结果每日用蒸汽量为338t/d,每小时平均量为14.1t/h,高峰量为19.2t/h。100MSG单耗蒸汽量338/29.7511.4(t/t)。年产30000吨味精热量衡算表名称每日用量(t)每小时均量(t)高峰量(t)单耗(t)蒸汽33814.119.211.42.3无菌空气耗量计算(1)单罐无菌空气耗用量230m3规模的通气搅拌发酵罐的通气速率为0.20-0.45vvn,取0.45计算①单罐发酵过程用气量46586045.075.0230V(m3/h)②单罐年用气量26827200180321VV(m3/a)(2)种子培养等其他无菌空气耗量有经验去耗气量为发酵过程的20故5.93120VV(m3/h)9单罐年用气量134136018081VV(m3/a)(3)高峰无菌空气耗量52164610VVVman(m3/h)(4)车间无菌空气年耗量5216461011VVVt(m3/a)(5)单耗92110GVVt(m3/h)年产30000吨味精无菌空气衡算表发酵罐公称容积(m3)单罐通气量(m3/h)种子罐耗气量(m3/h)高峰空气耗量(m3/h)年空气耗量(m3/h)空气单耗(m3/h)2004658931.55216481076.292112.4设备设计与选型2.4.1发酵罐(1)发酵罐的选型选用机械涡轮搅拌通风发酵罐(2)生产能力、数量和容积的确定①发酵罐容积的确定选用200m3罐②生产能力的计算现每天生产97纯度的味精100t,谷氨酸的发酵周期为48h包括发酵罐清洗、灭菌、进出物料等辅助操作时间。每天产纯度为97的味精100t,每吨100的味精需糖液8.22m3则每天需糖液体积为V3m797.349700122.8糖V设发酵罐的填充系数φ75;则每天需要发酵需要发酵罐的总体积为V0(发酵周期为48h)。30m106375.07.3497/φ糖VV③发酵罐个数的确定公称体积为200m3的发酵罐,总体积为230m3个τ总52.92475.023034.79724V01VN取公称体积200m3发酵罐11个,其中一个留作备用。实际产量验算at/7.324513009722.8575.0230富裕量2.830000300007.3245110能满足产量要求(3)主要尺寸的计算取高径比HD21;封筒全3230m2VVV则有2302242785.032DDDVπ全H2D;解方程得23026.057.133DDmD004.583.12303取D5mH2D10m;封头高mmhhHba1300封封头容积V封16.4(m3)圆柱部分容积V筒197m3验算全容积V全3m8.2294.1621972封筒‘全VVVV全V’全符合设计要求,可行。(4)冷却面积的计算对谷氨酸发酵,每1m3发酵液、每1h传给冷却器的最大热量约为4.186000kJ/m3h。采用竖式蛇管换热器,取经验值K4.18500kJ/m3h℃。平均温差Δtm2121mttlntttΔΔΔΔΔ32℃32℃20℃27℃125代入℃Δ8512ln512tm11对公称容量200m3的发酵罐,每天装5罐,每罐实际装液量为3155517.775m换热面积35.232850018.4155600018.4mtKQFmΔ(5)搅拌器计算选用六弯叶涡轮搅拌器。该搅拌器的各部分尺寸与罐径D有一定比例关系搅拌器叶径mDDi67.1353取d1.7(m)叶宽mdB34.07.12.02.0弧长mdl64.07.1375.0375.0底距mDC7.1353盘踞mDdii28.17.175.075.0叶弦长mDLi43.07.125.025.0叶距mDY5弯叶板厚δ12(mm)取两挡搅拌,搅拌转速N2可根据50m3罐,搅拌直径1.05m,转速N1110r/min。以等P0/V为基准[6]放大求得min/807.105.11103/23/22112rDDNN(6)搅拌轴功率的计算淀粉水解糖液低浓度细菌醪,可视为牛顿流体。①计算Rem[8]12μρNDm2Re式中D搅拌器直径,D1.7mN搅拌器转速,srN/33.16080ρ醪液密度,ρ1050kg/m3μ醪液粘度,μ1.310-3Ns/m2将数代入上式463210101.3103.1105033.17.1Re>m视为湍流,则搅拌功率准数Np4.7②计算不通气时的搅拌轴功率P0ρ530DNNPP式中Np在湍流搅拌状态时其值为常数4.7N搅拌转速,N80r/min1.33r/sD搅拌器直径,D1.7mρ醪液密度,ρ1050kg/m3代入上式kWWP2.88102.8810507.133.17.43530两挡搅拌kWPP4.176200③计算通风时的轴功率PgkWQNDPPg39.008.032031025.2式中P0不通风时搅拌轴功率(kW),4220101.34.176PN轴转速,N80r/minD搅拌器直径(cm),D31.731064.9106Q通风量(ml/min),设通风比VVm0.110.18,取低限,如通风量变大,Pg会小,为安全。现取0.11;则Q1550.111061.7107(ml/min)79.3107.108.0708.0Q代入上式13kWPg1.6979.3109.480101.31025.239.0643④求电机功率P电01.1P321g电P采用三角带传动η10.92;滚动轴承η20.99,滑动轴承η30.98;端面密封增加功率为1;代入公式数值得kWP78.201.198.099.092.069.1电(7)设备结构的工艺计算①空气分布器本罐采用单管进风,风管直径φ1334mm。②挡板本罐因有扶梯和竖式冷却蛇管,故不设挡板③密封方式本罐采用双面机械密封方式,处理轴与罐的动静问题。④冷却管布置采用竖式蛇管Ⅰ最高负荷下的耗水量W12ttcQWP总式中Q总每1m3醪液在发酵最旺盛时,1h的发热量与醪液总体积的乘积hkJQ/1089.3155600018.46总cp冷却水的比热容,4.18kJ/(kgK)t2冷却水终温,t227℃t1冷却水初温,t120℃将各值代入上式skghkgW/9.36/1033.1202718.41089.356冷却水体积流量为3.6910-2m3/s,取冷却水在竖直蛇管中的流速为1m/s,根据流体力学方程式,冷却管总截面积S总为vWS总式中W冷却水体积流量,W3.6910-2m3/sV冷却水流速,v1m/s代入上式222m1069.311069.3总S进水总管直径14m217.0785.01069.3785.02总总SdⅡ冷却管组数和管径设冷却管总表面积为S总,管径d0,组数为n,则取n8,求管径。由上式得mnSd077.0785.081069.3785.020总查金属材料表选取φ894mm无缝管[9],mmd81内mkgg/12.5,0dd内,认为可满足要求,80mm平均d。现取竖蛇管圈端部U型弯管曲径为300mm,则两直管距离为600mm,两端弯管总长度为0lmmDl188460014.30Ⅲ冷却管总长度L计算由前知冷却管总面积25.232mF现取无缝钢管φ894mm,每米长冷却面积为2025.0108.014.3mF则mFFL93025.05.2320冷却管占有体积328.5930089.0785.0mVⅣ每组管长L0和管组高度mnLL5.77129300另需连接管8mmLL93889308实可排竖式直蛇管的高度,设为静液面高度,下部可伸入封头250mm。设发酵罐内附件占有体积为0.5m3,则总占有体积为3m161.35.08.5155附件管液总VVVV则筒体部分液深为15mSVV4.75785.04.163.1612封总竖式蛇管总高m7.725.04.7管H又两端弯管总长mml18840,两端弯管总高为600mm,则直管部分高度mmHh71006007700600管则一圈管长mmlhl1608418847100220Ⅴ每组管子圈数n0圈51.165.7700lLn现取管间距为mD22.0089.05.25.2外,竖蛇管与罐壁的最小距离为0.15m,则可计算出搅拌器的距离在允许范围内(不小于200mm)。Ⅵ.校核布置后冷却管的实际传热面积26.23593808.014.3mLdF实平均实而前有F232.5m2,FF实,可满足要求。(8)设备材料的选择[10]选用A3钢制作,以降低设备费用。(9)发酵罐壁厚的计算①计算法确定发酵罐的壁厚SCPPQS2(cm)式中P设计压力,取最高工作压力的1.05倍,现取P0.4MPaD发酵罐内经,D500cm〔σ〕A3钢的应用应力,〔σ〕127MPaφ焊接缝隙,φ0.7C壁厚附加量(cm)321CCCC式中C1钢板负偏差,现取C10.8mmC2为腐蚀余量,现取C22mmC3加工减薄量,现取C3016cmmmC28.08.2028.0cmS4.128.04.07.012725004.0选用14mm厚A3钢板制作。②封头壁厚计算标准椭圆封头的厚度计算公式[5]如下CPPQS2(cm)式中P0.4MPaD500cm〔σ〕127MPaC0.080.20.10.38(cm)φ0.7cmS5.138.04.07.012724004.0(10)接管设计①接管的长度h设计各接管的长度h根据直径大小和有无保温层,一般取100200mm。②接管直径的确定按排料管计算该罐实装醪量155m3,设4h之内排空,则物料体积流量smQ/0108.0436001553发酵醪流速取v1m/s;则排料管截面积为F物。2011.010108.0mvQF物2785.0dF物管径mFd118.0785.0011.0785.0物取无缝管φ1334mm,125.mm〉118mm,认为合适。按通风管计算,压缩空气在0.4MPa下,支管气速为2025m/s。现通风比0.10.18vvm,为常温下20℃,0.1MPa下的情况,要折算0.4MPa、30℃状态。风量Q1取大值,smmQ/46.0min/2818.0155331。利用气态方程式计算工作状态下的风量Qf[8]smQf/14.0202733027335.01.046.03取风速v25m/s,则风管截面积Ff为20056.02514.0mvQFff2785.0气dFf17则气管直径d气为md084.0785.00056.0气因通风管也是排料管,故取两者的大值。取φ1334mm无缝管,可满足工艺要求。排料时间复核物料流量Q0.0108m3/s,流速v1m/s;管道截面积220123.0125.0785.0mF,在相同的流速下,流过物料因管径较原来计算结果大,则相应流速比为倍88.010123.00108.0FvQP排料时间ht8.188.02(11)支座选择选用裙式支座2.4.2种子罐发酵所需的种子从试管斜面出发,经活化培养,摇瓶培养,扩大至一级乃至二级种子罐培养,最终向发酵罐提供足够数量的健壮的生产种子。种子罐冷却方式采用夹套冷却。(1)二级种子罐容积和数量的确定①二级种子罐容积的确定接种量为10计算,则种子罐容积V种2为32m23223010总种VV式中V总发酵罐总容积(m3)②二级种子罐个数的确定种子罐与发酵罐对应上料。发酵罐平均每天上5罐,需二级种子罐6个。种子罐培养8h,辅助操作时间810h,生产周期1618h,因此,二级种子罐6个已足够,其中一个备用。③主要尺寸的确定种子罐仍采用几何相似的机械搅拌通风发酵罐。HD21,则种子罐总容积量V总为’封‘筒‘总VVV2简化方程如下323232785.0242mDDDV‘总整理后2326.057.133DD解方程得D2.3m则H2D22.34.6(m)查得封头高H封mmH37525350‘封18罐体总高H罐mmHHH5035006437522’筒‘封‘罐单个封头容量V封4.125(m3)封头表面积S封2.23m2圆筒容量32m1.192785.0DDV‘筒不计上封头容积3225.23125.41.19mVVV‘筒’封‘有效校核种子罐总容积V总345.271.19125.422mVVV‘筒’封‘总比需要的种子罐容积23m3大,可满足设计要求。④冷却面积的计算采用夹套冷却Ⅰ发酵产生的总热量hkJQ/1078.72155600018.44总Ⅱ夹套传热系数℃hmkJK2/25015018.4现取K4.18220kJ/(m2h℃)Ⅲ平均温差发酵温度32℃;水初温2023℃,取23℃;水终温27℃,则平均温差℃7259mtⅣ需冷却面积F241.12722018.41078.7mtKQFm总Ⅴ核算夹套冷却面积按静止液深确定夹套高度静止液体浸没筒体高度m76.11.40.7850.398-3.120罐封醪SVVH液深mm213517603750HHHL封夹套可能实现的冷却面积为封头表标面积S封与圆筒被液体浸没的筒体为表面积S筒之和1920m6.1323.276.14.114.3封封筒夹SDHSSS夹套高度应不高于动态时的液面高度,因高于液面的传热面积,并没有起多少冷却作用。综上,传热需要的面积F12.1m2该设计夹套能提供的冷却面积为S夹13.6m2S夹〉F,可满足工艺要求。⑤设备材料的选择采用A3钢制作⑥壁厚计算Ⅰ夹套内罐的壁厚CEDmPLDS4.06.2式中D设备的公称直径,140cmm外压容器的稳定系数,与设备的起始椭圆度有关,在我国,m3P设计压力,与水压有关,P0.4MPaE金属材料的弹性模量[9],对A3钢E2105MPaC壁厚附加量,CC1C2C30.080.100.18L筒体长度,L110cm将数值代入公式cmS89.018.01401026.21104.031404.05取9mmⅡ封头的厚度δ封查发酵工厂工艺设计概论P317表16碳钢椭圆封头最大需用内部压力i对于上封头,取δ封6mmii对于下封头,取δ封8mmⅢ冷却外套壁厚查发酵工厂工艺设计

注意事项

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