冷却管占有体积V管为：7
2 ? 3 V管 ? 0 .785 ? 0 .108 ..2 15.. 75(m > ?1720
取冷却管组n=12。 (4> 每组管长L0为：
L 0 ? L 1720. .? ?143 . .35 ( m > n 12 2
另需连接管4.2m，
可排竖直蛇管的高度设为静液面高度，下部可伸入封底500mm。设发酵罐内附件占有体积为1.5m3，则总占有体积为：
.75 ?1. . 5 ? 17.25 V管 ? V ? 15.
附件
筒体液面为：
V总 ? 75 % ? ?V ? V 管 L ? L 0 ? 4 .2 ?1453..35 ? 4.2 ? 139.15 ( m >
实
( m 3 >
附件S
17.25 ? V ? 75 ? ? 34.5500 % ? ? 封
截面
0 .7 85 ? 6.5 2
.79 (m > ? 10
竖直蛇管总高H管为：
H ? 10...79 ? 1 .0 ? 11.79 ( m > 管
取管间距为0.5m。 又两端弯管总长l0为：
l 0 ? 3 . 14 ? 0 . 5 ? 1 . 57 ( m >
两端弯管总高1m。 则一圈管长L为：
+ L ? 2 H ? L 0 ? 2 ?11.79 1.57 ? 2 ? 26.72 ( m >
(5> 每组管子圈数n0为：
n 0 ?
取6圈。
L 0 143 .35
? ? 5 . 36( 圈 > L 26. 72
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? 1974 ? 6 L ? 26.72 .2 4 ? 1720 . 2 ( m > ? 12 ? 4.2? ? ?12实
现取管间距为：
2 . 5 D ? 2. 5 ? 0 . 108 ? 0 . 27 ( m >
竖蛇管与罐壁的最小距离为0.15m[8]。 最内层竖蛇管与罐壁的最小距离为：
? 5 ? 0 0 .27. 15 ? 0. 054 ? 1 .554 ( m >
与搅拌器的距离为：
6.5 ? 2 . 2 ? 1 . 554 ? 2 746 ? 0 . 2 ( m >
在允许范围内。
(6> 校核布置后冷却管的实际传热面积：
? L ? 3 ? ? 562 S ? ?d.1 4 ? 0 .1041974.2 4 ? 645 .03.5 ( m 2 >
平均 实 实
3.2.9 设备材料的选择
为了降低造价，本设备选用碳钢材料，精制时用除铁树脂除去铁离子。 3.2.10 发酵罐壁厚的计算
根据《压力容器安全技术监察规程》规定，发酵罐属于一级压力容器，因此，其设计、制造、安装以及使用均须遵照该规定。设计计算须按GB150-1998《钢制压力容器》进行。 (1> 内压圆筒厚度计算：
pD??Ti?CC1?2???2??p
式中 δ——圆筒的设计厚度，mm p——设计压力，p=0.4MPa Di——圆筒的内直径，Di=6500mm
[σ]T——设计温度下圆筒材料的许应用力，[σ]T=124.5MPa φ——焊缝系数，φ=0.9
C1——钢板的厚度负偏差，C1=0.8mm
C2——腐蚀裕量，C2=1mm 将各值代入上式
? ?
p D i 0 . 4 ? 6500
? C ? C ? ? 0. 8 ? 1 ? 13 . 42 ( mm >
1 2 T ? 2[ ] ? ? p 2 ? 124 . 5 ? 0 . 9 ? 0 . 4
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选用14mm厚的碳钢钢板。 (2> 椭圆形封头厚度计算：
??pDiT?????02.5p
式中 δ——圆筒的设计厚度，mm p——设计压力，p=0.4MPa Di——圆筒的内直径，Di=6500mm
[σ]T——设计温度下圆筒材料的许应用力，[σ]T=124.5MPa φ——焊缝系数，φ=0.9 将各值代入上式
? ?
pD i 0. 4 ? 6500
? ? 11. .61 ( mm >
T ? 2[ ] ? - 0.5p 2 ? 124 . 5 ? 0 . 9 ? 0 . 5 ? 0 . 4
[2]
选用12mm厚的碳钢钢板。 3.2.11 接管设计
(1> 接管的长度h设计：
各接管的长度h根据管径大小和有无保温层，进行选择。本罐的输料管可选择不带保温层的，查表5-2接管长度可取h=150mm[8]。 (2> 接管直径的确定：
接管直径的确定，主要根据流体力学方程式计算。
以排料管为例计算管径。本罐实装375m3，设2h之内排空，则排料时的物料体积流量qv为：
q v ?
375
? 0 . 052( m 3 / s >
3600 ? 2
取发酵醪流速υ=1(m/s>，则排料管截面积A物为：
q 0.0 52
? 0 A ? v ? .052 ( m 2 >
物 ? 1
2A0.785d物?
则排料管直径d为：
d ?
A 0 .0 52 物 ? ? 0 26 ( . m > 0 .7 85 0.7 85
选取Φ325×8无缝管，d内=309mm>d平均=260mm ,认为适用。 以通风管为例计算管径，通风量Q1为：
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3 / min>?Q1 ? 375 ? 0 .35 ? 131.255( m 2 . 19 ( m 3 / s >
利用气态方程式计算工作状态下的风量Qf为：
0 . 1 273 ? 30
? ? 0 Q f ? 2. 19 ? . 65 ( m 3 / s > 0 . 35 273 ? 20
如取风速υ=25(m/s>，则风管截面积Af为：
A f ?
Q f 0. 65
? ? 0 . 026 ( m 2 > ? 25
2A0.785df?气
则气管直径d气为：
d ?
气
0 . 026
? 0 . 18 ( m > 0 . 785
因通风管也是排料管，故取两者的大值。即取Φ325×8无缝管，可满足工艺要求。 排料时间复核： 物流量Q为：
Q ?
375.
? 0. 052( m 3 / h >
3600 ? 2
物料流速υ=1(m/s>，则管道截面积A为：
A ? 0. 785 ? 0 . 309 2 ? 0 . 075 ( m 3 >
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P为：
P ?
排料时间t为：
t ? 2 ? 0 . 693 ? 1 . 386( h >
Q 0 . 052 ? ? 1 ? 0 . 693( 倍 > A v 0 . 075
4 设计结果与讨论
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根据第二章的设计理念和方案，以年产20000吨味精厂发酵罐为设计对象，通过发酵罐空罐灭菌蒸汽用量计算，对发酵罐进行设计与选型，并绘制出了发酵罐结构图和发酵设备图。现将经过计算和选型后，本论文所得到的各项具体结果列后：
本罐选用机械搅拌通风发酵罐，主要计算结果如表4-1所示。
表4-1
公称容积/ m 450 3罐内径/mm 圆柱高/mm 全容积/m 6500 10000 500 3罐体体重/t 32.78 填充系数/% 75 冷却面积/ m 562.5 3材料 碳钢
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。主要计算结果如表4-2所示。
表4-2
搅拌器叶径/m 2.16 叶宽/m 0.44 弧长/m 0.825 底距/m 2.16 盘径/m 1.65 叶弧长/m 0.55 叶距/m 6.5
本罐选用功率≥172.5KW的立式电机，采用三角带传动。具体计算结果如表4-3所示。
表4-3
搅拌转速r/min 90.8 搅拌轴功率 不通气条件下的轴功率/kW 188.289 通气发酵轴功率/kW 117.497
本罐因有扶梯和竖式冷却蛇管，故不设挡板。消泡浆方面使用的是圆盘放射式消泡浆。本罐拟采用双面机械密封方式，处理轴与罐的动静问题。冷却方式是竖直蛇管冷却，具体计算结果如表4-4所示。
表4-4
进水总管直径/mm Dg350×9 冷却管组数 12 管径/mm Φ108×4 冷却管总长度/m 1720.2 每组管长/m 143.35 每组管子圈数 6 发酵罐内圆桶选用14mm厚的碳钢钢板,椭圆形封头选用12mm厚的碳钢钢板。
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