3．2.3 主要尺寸的计算
发酵罐是由圆柱形筒体和上、下椭圆形封头组成。
V全 ? V筒 ? 2 V封 ? 500 ( m >
为了提高空气利用率，罐的高径比取2[2]。
H=2D
π π
V全=V桶+2V封=D2 /[2D+2(h+D>]=500m3
4 6 椭圆形封头的直边高度忽略不计，以方便计算。
3
3 ? 3
V全 ? V筒 ? 2 V封 ? 0 . 785 D ? 2 D ? D ? 2 ? 500 ( m >
24
2
解方程得 D=6.42
圆柱部分容积V桶为： V桶=0.785D2×2D=430
上下封头体积V封为： V封= D3= 34.5
全容积验算：V‘全=V桶+2V封 =430+34.5×2=499
V‘全? V全符合设计要求，可行
3.2.4冷却面积的确定
根据部分味精厂的实测和经验数，谷氨酸放得发酵热高峰值约4.18×6000kJ/(m3·h>[8]，则冷却面积按传热方程式计算如下：
S?QK?tm
(3.2.4-1>[2]
式中 S 冷却面积，m2 Q 换热量，kJ/h ?tm 平均温度差，℃
K 总传热系数，kJ/(m2·h·℃>
500m3灌装液量为 500×75%=375(m3>
Q=375×4.18×6000=9405000(kJ/ h>
11 / 20
设发酵液温度32℃，冷却水进口温度20℃，出口温度27℃，则平均温度差?tm为：
(32?20)?(32?27)?tm??8(?C)32?20ln32?27
K值取4.18×500kJ/(m2·h·℃>[8]，
S ?
3.2.5 搅拌器设计
由于谷氨酸发酵过程中有中间补料操作，对混合要求较高，因此选用六弯叶涡轮搅拌器。
该搅拌器的各部尺寸与罐径D有一定比例关系，现将主要尺寸列后[8]： 搅拌器叶径Di为：
D i ?
取2.2m。 叶宽B为：
B ? 0 . 2 D i ? 0 . 2 ? 2 . 2 ? 0 . 44( m >
弧长l为：
l ? 0 . 375D ? 0 . 375 ? 2 . 2 ? 0 . 825 (m >
i
底距C为：
C ?
取2.2m。 盘径di为：
d i ? 0 . 75 D i ? 0 . 75 ? 2 . 2 ? 1 . 65 ( m >
叶弧长L为：
D 6.5 ? ? 2 . 16 ( m > 3 3 D 6.5 ? ? 2 . 16 ( m > 3 3
Q 9405000 ? ? 562 . 5 ( m 2 > K? t m 4 . 18 ? 500 ? 8
12 / 20
L ? 0. 25D ? 0. 25 ? 2 .27 ? 0. 55 ( m >
i
叶距Y为：
Y=D=6.5 (m>
以单位体积液体所分配的搅拌轴功率相同这一准则进行的反应器的放大，即:
2nn?d1?32?1???d?2??
式中 n2——放大的搅拌器的转速，r/min
n1——模型搅拌器的转速，n=110r/min d1——模型搅拌器直径，d=1.65m d2——放大的搅拌器直径，d=2.2m 将各值代入上式
d2 2 1 1.65
n=n3 21 =110× 3
d2 2.2
=90.8
取两档搅拌，搅拌转速90.8r/min。 3.2.6 搅拌轴功率的确定
(1> 不通气条件下的轴功率计算：
P ? N 5p n 3 d ?
式中 Np功率数,Np=4.8 N搅拌器的转速，n=1.51r/s D搅拌器直径，d=2.2m ρ流体密度，ρ=1070kg/m
将各值代入上式
P=NPn3d5???????????）??????）??????????????????????????????????????????????????????????????????????W） =188.288545 (2> 通气发酵轴功率计算： 13 / 20 ( 0 .39 ? P 2 nd 3 ? 3 ? ? ? Pg ? 2 . 25 ? 10 ? ? Q 、 . ? ? ? 式中 P 不通气条件下的轴功率，P=188.288545kW N 搅拌器的转速，n=90.8r/mim D 搅拌器直径，d=220cm Q 工况下的通气量， Q=500×75%×0.45=168750000 .39 2 3 . ? 0 。× .? P 2 nd 3 ? 0 ? 188.? 288 90 8 220 ? 3 ? 3 ? ?? ? ? 117Pg ? 2. 25 ? 10 25 ? 10 ? 497( kW > .? . ? ? 2.? ? ? 390. ? 168750000 ? Q? ? 通常谷氨酸发酵按1kW/m3[8]发酵醪；对于500m3发酵罐，装液量375m3则应选 取功率≥172.5KW的立式电机。 本罐采用三角带传动。 3.2.7 设备结构的工艺设计 (1> 空气分布器： 本罐使用单管进风，风管直径计算见3.2.11。 (2> 挡板： 本罐因有扶梯和竖式冷却蛇管，故不设挡板。 (3> 消泡浆： 本罐使用圆盘放射式消泡浆。 (4> 密封方式： 本罐拟采用双面机械密封方式，处理轴与罐的动静问题。 (5> 冷却管布置： 使用的是竖直蛇管冷却装置。 3.2.8 竖直蛇管冷却装置设计 (1> 求最高热负荷下的耗水量W为： W?Q总Cp(t2?t1) 式中 Q——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， Q ? 4 .1 8 ? 6000 ? 375 ? 9405000( kJ / h > 总 Cp——冷却水的比热容，Cp=4.18kJ/(kg·℃>[8] t2——冷却水终温，t2=27℃ t1——冷却水初温，t1=20℃ 14 / 20 将各值代入上式 W ? 冷却水体积流量为0.0411m3/s，取冷却水在竖直蛇管中流速为1m/s，根据流体力学方程式，冷却管总截面积总A总为： WA总?? 式中 W——冷却水体积流量，W=0.1m3/s υ——冷却水流速，υ=1m/s 代入上式 A ? d 总 ? 取Dg350×9。 (2> 冷却管组数和管径： 设冷却管总表面积为A总，管径d0，组数为n，则 2A?n?0.785d0 总Q 总 9405000 ? ? 321428 . 57 ( kg / h >? 89 . 29 ( kg / s > ? ( C p ( t 2 ? t 1 > 4 . 1827 ? 20 > W 0 . 1 ? 总 ? 1 ? 0 . 1 ( m 2 > A 总 0 . 1 ? ? 0. 3569( m > 0. 785 0. 785 现根据本罐情况，取n=12，求管径。由上式得 d 0 ? A 总 0 . 1 ? ? 0 . 103( m > 0 .785 ? n ? 0 . 785 12 查表选取Φ108×4无缝管，d内=100mm，d平均=104mm[2]。 现取竖蛇管圈端部U型弯管曲径为250mm，则两直管距离为500mm，两弯管总长度l0为： ? 3 l 0 ? ?D. 14 ? 500 ? 1570 ( mm > (3> 冷却管总长度L计算： 冷却管总面积S=562.5m2。现取无缝钢管Φ108×4， L ? S 562 . 5 ? ?1720 . .2 ( m > S 0 . 327 0 15 / 20