年产1200吨青霉素钠盐发酵车间工艺初步设计

第四章 设备设计及选型

图4-2 二级种子罐示意图

根据生物工程设备常见的机械搅拌通风罐的几何尺寸比例 H/D =2~3.5 取 H/D=3

Di/D =1/2~1/3 取 Di =0.5D HO/D =2 HO =2D

h=0.5D

C/Di=0.8~1.0 取 C =0.8Di 根据封头形状、直径查阅化工容器设计手册得公式: 公称容积Vo?VC?VD?

??HHD2?0.13D3?(??0.13)?D3?38 44D? H=7.446 D=2.482

43圆整 H=7500mm D=2500mm

?H则公称容积Vo?(?3?0.13)?()3?38.83m3

33全容积V?Vo?0.13D?40.86m

查表得:

封头内表面积F=7.0891㎡,容积V=2.2417m3,人孔取?500mm,视镜D视100mm,查表

[8]

[7]

选取Ds=2500的支腿式支座,并根据工厂实际情况做适当的改变。

(2) 料液高度:

1VC?0.13D31HL=HC+D=?D

40.785D2438.83?70%?0.13?2.531=??2.5 20.785?2.54=5.75m

(3) 传热面积计算

传热面积为:

Q1.5?105A???41.77m2

K??tm900?3.99取42m2

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(4) 冷却水管计算 最大热负荷下耗水量:

Q中1.5?105W中=??30000kg/hr

c??t1?5冷却水流速 1.5~3m/s,取2m/s 冷却水管总截面积:S?W30000?3600??4.167?10?3m2 V2?1000S4.167?10?3进水总管直径:d总???0.073m

0.7850.785取d总?73mm,?89?8(d总:内直径,外直径:89mm,水管壁厚:8mm) 取冷却管竖直蛇管组数 n=6,计算冷却蛇管管径:

S4.167?10?3d0???0.0297m

n?0.7856?0.785查流体管GB8163-2008

取d0?30mm,?35?2.5 冷却管总长: L?AA42???445.86m A0?d0??0.03外加9米连接管,则L总?445.86?9?454.86m 每组蛇管长 : L0?L445.86??74.31m n6取竖蛇管两直管距离为 0.5m,

则两端弯管总长:I0??D???0.5?1.57m 取罐内附体体积为 2m

罐内总体积:V总?V液?V管?V附体

?38.83?70%?0.785?0.0352?445.86?2

=29.61m3

V总?V封29.61?0.13?2.53??5.62m 筒体部分液深=

S0.785?2.523

竖蛇管总高H管 ?液深?深入封头部分(取0.25m)=5.87m 直管高 h?H管?两端弯管高?5.87?0.5?5.37m 一圈管长 I?2h?I0?2?5.37?1.57?12.31m

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第四章 设备设计及选型

6组蛇管每组绕6圈,则传热面积=?dI?6?6???0.035?12.31?6?6?48.70m2>42m2 壁距取 0.15m,管间距取2倍管径, 校核筒体内宽度

筒体内宽度=搅拌器+(管径×6+管间距×5+壁距)×2 (搅拌器宽度取0.375D) =0.375×2.5+(0.035×6+0.035×2×5+0.15)×2 =2.35m<2.5m ?传热面积和宽度都合格 (5) 搅拌器设计及功率计算 ① 搅拌器设计[9]

进行搅拌桨叶设计,初定放三档桨叶, 由于上、中、下道桨所处液位不一样 ,因压强关系致使通风量体积改变 ,在发酵罐罐径不变情况下气流通过液量的流速就会不一样,由生产经验可知:V底<V中<V上。所以空气在罐底底道桨处位液中的停留时间久,同时气体集中在罐心位 ,若在罐底上方安装强有力的底道桨 ,对气泡的分散打碎,延长小气泡在液中的停留时间会起到举足轻重的作用 。中、上道桨处气体已均匀分散在液体中,因气流速度加快致使桨叶打碎气泡作用减小 ,又同时因气速加快气流起搅拌作用致使桨叶搅拌作用也大大减小。从节能考虑 ,完全可减小中、上道桨叶之叶径。根据以上计算和分析,可改变以往上 、中、下道桨叶径统一的常规设计,即底道桨叶径加大 ,中、上道桨叶径缩小的设计构思。选用涡轮式搅拌器为理想 ,其特点是直径小,转速快,搅拌效率高,功率消耗低 ,其最大特点是搅拌时使料液产生径向流,可以延滞空气在发酵液中的停留时间 ,有利于氧在料液中溶解。通风搅拌关键桨是底道桨,故而设计时有意加大底道桨叶的叶径及叶片数,同时相应缩小中、上道桨的叶径进行计算设计。令底道桨叶径:中、上道桨叶径=1:0.8,底道桨设置八弯叶涡轮桨 ,中、上道桨设置六弯叶涡轮桨。 尺寸如下:

八弯叶涡轮底道桨尺寸:

叶径 d=0.375D=0.375×2.5=938mm 盘径 d'=0.75d=0.75×938=703.5mm 叶高 h=0.2d=0.2×938=187.6mm 弧长 I=0.275d=0.275×938=257.95mm 弦长 L=0.25d=0.25×938=234.5mm

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六弯叶涡轮中、上道桨尺寸: 叶径 d=0.236D=0.236×2.5=590mm 盘径 d'=0.75d=0.75×590=442.5mm 叶高 h=0.2d=0.2×590=118mm 弧长 I=0.275d=0.275×590=162.25mm 弦长 L=0.25d=0.25×590=147.5mm

底道桨离罐底2000mm,上道桨在液面下(定容液面)750mm,中道桨在底道桨与上道桨之中位。 ② 搅拌器功率计算

N 发酵罐搅拌速率取270r/min=4.5r/s 醪液粘度:μ=v·ρ

V= 醪液动力粘度取0.8×10-6㎡/s

?=重度1040公斤/m3

ρ(醪液密度)= v·

?g =107公斤?s2/m4 g(重力加速度取)9.8N/kg

μ=0.8×10-6×107=0.86×10-4公斤?s/m2 雷诺系数:

Rem?d中,上2N??0.592?4.5?1074?0.86?10?4?1.95?106>10 为湍流 不通气搅拌功率:

K—功率准数 K底取4.8,K中,上取2 d—搅拌叶径 〔米〕

f—校正系数

P底?K底N3d底5??4.8?4.53?0.9385?107?33.98kw

P中,上?K中,上N3d中,上5??2?4.53?0.595?107?1.39kw

f底?13(D/d)?(HL/d)?13(2.5/0.938)?(5.75/0.938)=1.347 f中,上?13(D/d)?(HL/d)?13(2.5/0.59)?(5.75/0.59)=2.142

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第四章 设备设计及选型

?P?底?f底?P底?1.347?33.98?45.77kw

P?中,上?f中,上?P中,上?2.142?1.39?2.977kw

* P(1?0.6?(n中?上?1))中,上,m?P中,上?2.977?(1+0.6?(2-1))=4.763kw

**??P总?P底?P上?45.77?4.763?50.533kw

通气搅拌功率:

Qg?Q0?273?t0.1? 273(0.1?P压)?1?5(HL???10)2273?270.1 ?1273(0.1?0.3)?(5.75?107?10?5)2?38.83?0.7?=7.41m3/min

23P总nd平均Pg?0.157()0.56Qg0.45

50.5332?270?0.76430.45?0.157?()7.410.56

=27.94kw (6) 电功率

假设轴封摩擦损失10%,皮带传动机械效率95%,则电机功率:

P电?Pg?1.127.94?1.1?=32.35kw 0.950.95选用电动机:Y250M-6,功率36kw,转数480r/min,效率91.8%其机身高度为930mm。 (7) 传动类型选择

选用8V型窄V带。定搅拌转速270r/min进行设计,取小皮带轮直径D小=400mm,

则大皮带轮直径D大?(8) 壁厚计算:

① 取设计压力等于最高工作压力的1.1倍,即P设计=1.1?0.3?0.33Mpa。 判断是否考虑液体静压力:已知发酵液密度为?=1040kg/m3,料液高度HL= 11.75m,

480?400?711mm。 27035

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