生物工程与设备课程设计说明书年产6万吨味精厂谷氨酸生产机械搅拌通风发酵罐设计专业班级：生物技术及应用作者学号：2作者姓名：****导老师：**高王兰芝设计日期:2013年3月4日至2013年3月15日山东轻工业学院课程设计任务书食品与生物工程学院10级生物技术及应用专业学生题目：年产6万吨味精厂谷氨酸生产机械搅拌通风发酵罐设计一、主要内容：1、物料恒算，计算发酵罐总容积；2、求发酵罐个数，取单罐公称容积200m3；3、公称容积200m3发酵罐设计（罐体尺寸、壁厚、搅拌器类型选择及尺寸设计、搅拌功率计算、搅拌轴直径计算、冷却面积计算与设计）二、基本要求1、编写计算设计说明书（有前言、设计参数、物料恒算、发酵罐工艺设计，设计体会）2、用CAD绘出发酵罐结构图。三、设计参数1、糖酸转化率61%2、发酵产酸水平11%3、发酵周期32小时4、发酵罐充满系数为0.75、味精分子式187.13（）.H2O6、谷氨酸分子式147.13(C5H9NO4)7、谷氨酸密度取1.553g/cm38、残还原糖0.8%，干菌体1.7%9、谷氨酸提取率97.5%。10、谷氨酸生产味精精制率为125、空罐灭菌压力0.25MPa12、年工作日安330天计算四、主要参考资料〔1〕郑裕国《生物工程设备》化学工业出版社2007〔2〕高孔荣《发酵设备》轻工业出版社1991.10〔3〕梁世中《生物工程设备》轻工业出版社2002.2〔4〕化工设备设计全书编辑委员会编《搅拌设备设计》上海科学技术出版社1985〔5〕吴思方《发酵工厂工艺设计概论》中国轻工业出版社2007（6）化工工艺设计手册（7）于令信《味精工业手册》（8）张克旭《氨基酸发酵工艺学》轻工业出版社完成期限：自2013年3月4日至2012年3月15日指导教师：**高王兰芝教研室主任：一、前言1、课程设计的性质通过本次设计使同学对《生物工程与设备》的理论知识有更深刻的理解，生物工程与设备课程设计为必修课。
同时也为将来走上设计岗位的同学打下良好的基础。2、课程设计目的与任务任务：年产6万吨味精厂谷氨酸机械搅拌通风发酵罐设计。目的：通过课程设计，使同学对工艺参数确定，物料恒算、发酵罐体积及尺寸确定、罐体机械强度、搅拌功率、搅拌轴及搅拌浆叶强度等计算能力得到锻炼。掌握工程设计基本程序及内容，熟练掌握电脑绘图及绘图质量。二、设计参数1、糖酸转化率61%2、发酵产酸水平11%3、发酵周期32小时4、发酵罐充满系数为0.75、味精分子式187.13（）.H2O6、谷氨酸分子式147.13(C5H9NO4)7、谷氨酸密度取1.553g/cm38、残还原糖0.8%，干菌体1.7%9、谷氨酸提取率97.5、谷氨酸生产味精精制率为125、取01LPV（kw）12、空罐灭菌压力0.25MPa13、年工作日安330天计算三、物料衡算1、发酵罐总容积计算发酵罐总容积，决定于年工作日、每天生产谷氨酸量、发酵产酸水平、谷氨酸发酵周期、谷氨酸提取率、谷氨酸精制味精得率等。（1）年谷氨酸的产量=年味精产量÷125%=60000/1.25=48000T（2）每天的谷氨酸产量=年谷氨酸的产量÷330=48000/330=145.45T（3）发酵液密度333/1050/050.15.9528.707..11105.（4）每天生产发酵液体积谷氨酸提取率发酵产酸水平每天生产谷氨酸量V=145.45/1.050×(11%×97.5%)=1291.59m3（5）发酵罐的总容积总V=〔每天生产发酵液体积×发酵周期（小时）〕/24=（1291.59×32）/24=1722.12m32、求发酵罐个数，取单罐公称容积200m3查表6-2（发酵工厂工艺设计概论P102）得公称容积是2003m的发酵罐全容积为2303m。
取充满系数为0.7.(1)单罐的有效容积计算有效V=单罐公称容积×罐的利用率=200×0.7=140m3(2)发酵罐个数n计算n=总V/有效V=1722.12/140=12.3故取13个发酵罐。四、发酵罐工艺设计1、发酵罐直径及罐体高度计算根据发酵罐的公称容积，确定发酵罐的尺寸。已知发酵罐直径D，筒体部分高0H，发酵罐总高H。常见的发酵罐的几何尺寸比例如下：H/D=1.7～3.5Di/D=1/2～1/3B/D=1/8～1/12C/Di=0.8～1.0S/Di=2～5H0/D=2取H/D=2.0，采用标准椭圆形封头。已知罐公称容积0V为200m3通常，对一个发酵罐的大小用“公称体积”表示。所谓“公称体积”，是指罐的通身（圆柱）体积和底封头体积之和。其中底封头体积可根据封头形状、直径及壁厚从有关化工设计手册中查得。标准椭圆形封头体积为： D h D h D h D Vb a b614 6 42 2 21 --------(1) 式中：bh—椭圆封头的直边高度，ｍ ah—椭圆短半轴长度，标准椭圆D ha41。 故发酵罐全体积为： D h H D --------(2) 近似计算式为： 3 2015 . 04D H D V （m3） --------(3) 发酵罐公称体积： 6 42DH D V 其中 2DH2331( ) 2004 61(2 ) 2004 62004.9( )0.785 2.16667V D H DDD m 取发酵罐直径D=5 m 故发酵罐高0H =2D=10 m 取封头直角边bh，一般取值范围为50~55mm，此处取封头直边为5mm. 发酵罐公称容积0V =24D(H+bh + D61)=4×5×5(10+0.05+61×5)=213.62 m3发酵罐总高度 H=0H +2(bh +ah )=10+2(0.05+5÷4)=12.60m 封头体积： 2 2 315( ) 0.785 5 (0.05 ) 17.34( )4 6 6DV D h m 发酵罐全容积V=0V +1V =213.62+17.34=230.96 m3 与查表得公称体积一致。
2、 发酵罐壁厚计算 CpDp 2式中： p —耐受压强，Kg/cm2，表压； D—罐径，cm； —焊缝系数，双面焊缝 =0.8，无焊缝 =1.0； C —腐蚀裕度，当δ -C＜1cm 时，C=3mm ； —许用应力（kg/cm2），C= 1C +2C 对不锈钢当介质的腐蚀性极微时，取2C =0，查表14-7（《生物工程设备》）取1C =0.6mm。 使用不锈钢，其中钢板许用应力 =130MPa取不锈钢板厚7mm。 3、 搅拌器类型选择与设计 搅拌器的设计应使发酵液有足够的径向流动和适度的轴向运动。搅拌叶轮大多采用涡轮式，最常用的是六直叶圆盘涡轮搅拌器、六弯叶圆盘涡轮搅拌器、六箭叶圆盘涡轮搅拌器，圆盘作用是避免底部通入的空气从罐中心上升走短路。 为了强化轴向混合，可采用涡轮式和推进式叶轮共用的搅拌体系。 为了拆装方便，大型搅拌叶轮可做成两半型，用螺栓连成整体装配于搅拌轴上。 搅拌叶轮直径与罐径之比Di/D=1/2～1/3。搅拌叶轮类型的选择主要考虑功率准数，混合特性以及叶轮所产生的液流作用力的大小与种类等等。 1、单只涡轮搅拌器不通风时的搅拌功率计算式中 Po---不通风时搅拌器输入的功率（W） n----涡轮转数（r/s） D----搅拌器直径（m） ρ ----醪液密度（kg/m3） Np-----功率准数 若Po单位为kW，n单位为r/min。
mm 62 . 6 6 . 025 . 0 8 . 0 130 225 . 0 5000 5 3i P oD n N P 则：已知六弯叶涡叶搅拌器叶轮直径Di ，盘径di,叶弦长L，叶宽B， Di：di：L：B=20:15:5 :4 搅拌器叶轮直径Di = )21~31( D 由 Di/D=1/2～1/3，此时取 Di/D=2/5，即：Di=2/5 D=2 m。由标准圆盘涡轮搅拌器尺寸Di：d：L：B=20:15:5:4 得： 圆盘涡轮直径d= Di 15/20=2×15/20=1.5m,桨叶长L= Di 5/20=2×5/20 =0.5 m，桨叶宽B= Di 4/20=2×4/20=0.4 m， 采用标准六弯叶圆盘涡轮搅拌器。 2、多只涡轮搅拌器不通风时的搅拌功率计算若是多档搅拌器，两档间距S，非牛顿流体S取2D，牛顿流体S取2.5-3D；静液面至上档间距取0.5-2D, 下档搅拌器至罐底距离C取0.5-1D。符合以上条件，两档搅拌器输出的功率就是单只涡轮搅拌器的2倍：取01LPV （kw/m3） 两档搅拌P0=280kw 所以280=2×4.63×4.7×3n ×52 ×1050×910，所以n =57.63 r/min。
3 、 通风时搅拌功率（gP ）计算 39 . 008 . 03 232 . 0 QnD PPog..(kW) ------（a） 式中： .gP 、oP —通风与不通风时的搅拌功率，单位kW。 n—搅拌转速（r/min） D—搅拌器直径（m） Q—通风量（m3/min）设通风比 vm=0.22 则 Q=2800.22106=61.6106ml/min=61.6 3m /min 代入式a 得 通风时搅拌轴功率 .gP =249.43kW
