1、 生物工程與設備課程設計說明書年產6萬噸味精廠谷氨酸生產機械攪拌通風發酵罐設計專業班級：生物技術及應用 作者學號：201006062060 作者姓名：王友真指導老師：王君高 王蘭芝設計日期:2013年3月4日至2013年3月15日山 東 輕 工 業 學 院課 程 設 計 任 務 書食品與生物工程 學院 10 級 生物技術及應用 專業 學生 題目：年產6萬噸味精廠谷氨酸生產機械攪拌通風發酵罐設計一、主要內容：1、物料恒算，計算發酵罐總容積；2、求發酵罐個數，取單罐公稱容積200m3；3、公稱容積200m3發酵罐設計（罐體尺寸、壁厚、攪拌器類型選擇及尺寸設計、攪拌功率計算、攪拌軸直徑計算、冷卻面積

2、計算與設計）二、基本要求1、編寫計算設計說明書（有前言、設計參數、物料恒算、發酵罐工藝設計，設計體會）2、用CAD繪出發酵罐結構圖。三、設計參數1、 糖酸轉化率61% 2、發酵產酸水平11%3、 發酵周期32小時 4、發酵罐充滿系數為0.75、 味精分子式187.13（C5H8NO4Na）.H2O 6、谷氨酸分子式147.13(C5H9NO4)7、谷氨酸密度取1.553g/cm3 8、殘還原糖0.8%，干菌體1.7% 9、谷氨酸提取率97.5%。 10、谷氨酸生產味精精制率為125% 11、空罐滅菌壓力0.25MPa 12、年工作日安330天計算 四、主要參考資料1鄭裕國生物工程設備化學工業出

3、版社20072高孔榮發酵設備 輕工業出版社1991.103梁世中生物工程設備輕工業出版社2002.24化工設備設計全書編輯委員會編攪拌設備設計上海科學技術出版社19855吳思方發酵工廠工藝設計概論中國輕工業出版社2007（6）化工工藝設計手冊（7）于令信味精工業手冊（8）張克旭氨基酸發酵工藝學輕工業出版社完成期限：自2013年 3 月 4 日至 2012 年 3 月 15 日指導教師：王君高 王蘭芝 教研室主任：一、前言1、課程設計的性質 通過本次設計使同學對生物工程與設備的理論知識有更深刻的理解，生物工程與設備課程設計為必修課。同時也為將來走上設計崗位的同學打下良好的基礎。2、課程設計目的與

4、任務任務：年產6萬噸味精廠谷氨酸機械攪拌通風發酵罐設計。目的：通過課程設計，使同學對工藝參數確定，物料恒算、發酵罐體積及尺寸確定、罐體機械強度、攪拌功率、攪拌軸及攪拌漿葉強度等計算能力得到鍛煉。掌握工程設計基本程序及內容，熟練掌握電腦繪圖及繪圖質量。二、設計參數1、糖酸轉化率61% 2、發酵產酸水平11%3、發酵周期32小時 4、發酵罐充滿系數為0.75、味精分子式187.13（C5H8NO4Na）.H2O 6、谷氨酸分子式147.13(C5H9NO4)7、谷氨酸密度取1.553g/cm3 8、殘還原糖0.8%，干菌體1.7% 9、谷氨酸提取率97.5% 10、谷氨酸生產味精精制率為125%

5、11、取（kw） 12、空罐滅菌壓力0.25MPa13、年工作日安330天計算 三、物料衡算1、發酵罐總容積計算發酵罐總容積，決定于年工作日、每天生產谷氨酸量、發酵產酸水平、谷氨酸發酵周期、谷氨酸提取率、谷氨酸精制味精得率等。（1）年谷氨酸的產量=年味精產量÷125% =60000/1.25=48000T（2） 每天的谷氨酸產量=年谷氨酸的產量÷330 =48000/330=145.45T（3）發酵液密度（4）每天生產發酵液體積=145.45/1.050×(11%×97.5%)=1291.59m3 （5）發酵罐的總容積=每天生產發酵液體積×發酵

6、周期（小時）/24=（1291.59×32）/24=1722.12m32、求發酵罐個數，取單罐公稱容積200m3查表6-2（發酵工廠工藝設計概論P102）得公稱容積是200的發酵罐全容積為230。取充滿系數為0.7.(1)單罐的有效容積計算=單罐公稱容積×罐的利用率=200×0.7=140m3(2)發酵罐個數n計算n=/=1722.12/140=12.3 故取13個發酵罐。四、發酵罐工藝設計1、發酵罐直徑及罐體高度計算根據發酵罐的公稱容積，確定發酵罐的尺寸。已知發酵罐直徑D，筒體部分高，發酵罐總高H。常見的發酵罐的幾何尺寸比例如下：H/D=1.73.5 Di/D=

7、1/21/3B/D=1/81/12 C/Di=0.81.0S/Di=25 H0/D=2 取H/D=2.0，采用標準橢圓形封頭。已知罐公稱容積為200m3 通常，對一個發酵罐的大小用“公稱體積”表示。所謂“公稱體積”， 是指罐的通身（圓柱）體積和底封頭體積之和。其中底封頭體積可根據封頭形狀、直徑及壁厚從有關化工設計手冊中查得。標準橢圓形封頭體積為： -(1)式中：橢圓封頭的直邊高度，橢圓短半軸長度，標準橢圓。故發酵罐全體積為： -(2)近似計算式為： （m3） -(3)發酵罐公稱體積： 其中 取發酵罐直徑D=5 m 故發酵罐高=2D=10 m 取封頭直角邊，一般取值范圍為5055mm，此處取封頭

8、直邊為5mm. 發酵罐公稱容積=(H+) =×5×5(10+0.05+×5)=213.62 m3發酵罐總高度=+2(+)=10+2(0.05+5÷4)=12.60m封頭體積：發酵罐全容積V=+=213.62+17.34=230.96 m3 與查表得公稱體積一致。2、 發酵罐壁厚計算式中：耐受壓強，Kg/cm2，表壓；罐徑，cm；焊縫系數，雙面焊縫=0.8，無焊縫=1.0；腐蝕裕度，當-C1cm時，C=3mm；許用應力（kg/cm2），C= +對不銹鋼當介質的腐蝕性極微時，取=0，查表14-7（生物工程設備）取 =0.6mm。使用不銹鋼0Cr19Ni9，其

9、中鋼板許用應力=130MPa取不銹鋼板厚7mm。3、 攪拌器類型選擇與設計攪拌器的設計應使發酵液有足夠的徑向流動和適度的軸向運動。攪拌葉輪大多采用渦輪式，最常用的是六直葉圓盤渦輪攪拌器、六彎葉圓盤渦輪攪拌器、六箭葉圓盤渦輪攪拌器，圓盤作用是避免底部通入的空氣從罐中心上升走短路。為了強化軸向混合，可采用渦輪式和推進式葉輪共用的攪拌體系。為了拆裝方便，大型攪拌葉輪可做成兩半型，用螺栓連成整體裝配于攪拌軸上。攪拌葉輪直徑與罐徑之比Di/D=1/21/3。攪拌葉輪類型的選擇主要考慮功率準數，混合特性以及葉輪所產生的液流作用力的大小與種類等等。1、單只渦輪攪拌器不通風時的攪拌功率計算式中 Po-不通風時

10、攪拌器輸入的功率（W）n-渦輪轉數（r/s）D-攪拌器直徑（m） -醪液密度（kg/m3）Np-功率準數若Po單位為kW，n單位為r/min。則： 已知六彎葉渦葉攪拌器葉輪直徑Di，盤徑di,葉弦長L，葉寬B，Di：di：L：B=20:15:5:4 攪拌器葉輪直徑Di=D由Di/D=1/21/3，此時取Di/D=2/5，即：Di=2/5 D=2 m。由標準圓盤渦輪攪拌器尺寸Di：d：L：B=20:15:5:4得： 圓盤渦輪直徑d= Di 15/20=2×15/20=1.5m, 槳葉長L= Di 5/20=2×5/20 =0.5 m， 槳葉寬B= Di 4/20=2×

11、;4/20=0.4 m， 采用標準六彎葉圓盤渦輪攪拌器。2、多只渦輪攪拌器不通風時的攪拌功率計算 若是多檔攪拌器，兩檔間距S，非牛頓流體S取2D，牛頓流體S取2.5-3D；靜液面至上檔間距取0.5-2D, 下檔攪拌器至罐底距離C取0.5-1D。符合以上條件，兩檔攪拌器輸出的功率就是單只渦輪攪拌器的2倍：取（kw/m3） 兩檔攪拌 P0=280kw所以280=2×4.63×4.7×××1050×，所以n =57.63 r/min。 3 、 通風時攪拌功率（）計算.(kW) -（a）式中：、通風與不通風時的攪拌功率，單位kW。n攪拌轉速（

12、r/min）D攪拌器直徑（m）Q通風量（m3/min） 設通風比vm=0.22 則Q=2800.2210=61.610ml/min=61.6 /min 代入式a 得通風時攪拌軸功率=249.43kW<280kw故通風時攪拌功率要比不通風時攪拌功率低，由于氣泡存在使攪拌的液體密度下降。 4、 攪拌軸直徑計算攪拌軸直徑決定于攪拌軸的材料、轉速、攪拌功率等。軸的計算主要是確定軸的最小截面尺寸，進行強度、剛度計算，以便保證攪拌軸能安全平穩的運轉。（1） 軸的強度計算對攪拌軸而言，承受扭轉和彎曲聯合作用，其中以扭轉作用為主，所以在工程應用中常用近似的方法進行強度計算。它假定軸只承受扭矩的作用，然后

13、用增加安全系數以降低材料的許用應力來彌補由于忽略受彎曲作用所引起的誤差。軸受扭轉時，其截面上產生剪應力。軸扭轉的強度條件是：式中：截面上最大剪應力（kgf/cm2）；軸所傳遞的扭矩（kgf/cm）；抗扭截面系數（cm3）；降低后的扭轉許用剪應力（kgf/cm3）；軸扭轉時材料的許用剪應力值是根據扭轉實驗所得的屈服極限或強度極限，再除以安全系數來決定的。軸直徑為d，則 其中采用45號鋼，按表1取=360，=，取d=140mm.（2）軸的剛度計算=N.m, =根據攪拌設備設計計算,取B=10, 小于強度計算值，故軸徑依強度計算為準。5、冷卻面積計算及設計（1）冷卻面積按每立方米發酵液1m2冷卻面積

14、計算，即：d取規格為65×3的管子做冷卻管所以，L= 大型發酵罐一般對稱取8組冷卻管，美組冷卻管累積長度取7，每一排上下有2個冷卻管。故冷卻管子根數N=719.13/(8×6×2)=7.49,取8根。冷卻管體積：，取V=3 m3五、設計體會通過此次課程設計，我對生物工程設備課上有關通風發酵設備的理論內容有了更好的掌握；通過一次次的摸索掌握了如何去設計出滿足要求的發酵罐，懂得了如何去選擇攪拌器、攪拌軸、聯軸節、軸承，根據什么去選；并且在選材上也有了一定的基礎；原來沒有接觸過AutoCAD的內容，通過這次操作使我熟悉了AutoCAD的操作，能較好的運用AutoCAD來繪制圖形，為我即將結束的大學生活又添了多彩的一筆。更熟悉了Word的某些操作和功能；提高了自己的計算機技能，鍛煉了動手能力，提升了專業知識的掌握水平。通過