5.設(shè)備設(shè)計與選型發(fā)酵設(shè)備第一節(jié)發(fā)酵設(shè)備概述發(fā)酵主要設(shè)備為發(fā)酵罐和種子罐，它們各自都附有原料(培養(yǎng)基)調(diào)制、蒸煮、滅菌和冷卻設(shè)備、通氣調(diào)節(jié)和除菌設(shè)備、以及攪拌器等。種子罐：以確保發(fā)酵罐培養(yǎng)所必需的菌體量為目的。發(fā)酵罐：承擔(dān)產(chǎn)物的生產(chǎn)任務(wù)。一個優(yōu)良的發(fā)酵罐裝置和組成

（1）應(yīng)具有嚴(yán)密的結(jié)構(gòu)一、發(fā)酵罐是為一個特定生物化學(xué)過程的操作提供良好而滿意的環(huán)境的容器。

（2）良好的液體混合特性

（3）好的傳質(zhì)和傳熱速率

（4）具有配套而又可靠的檢測、控制儀表典型發(fā)酵設(shè)備

種子制備設(shè)備主發(fā)酵設(shè)備輔助設(shè)備(無菌空氣和培養(yǎng)基的制備)發(fā)酵液預(yù)處理設(shè)備粗產(chǎn)品的提取設(shè)備產(chǎn)品精制與干燥設(shè)備流出物回收、利用和處理設(shè)備等。發(fā)酵罐的類型

1．按微生物生長代謝需要分類：好氧發(fā)酵罐厭氧發(fā)酵罐2.按照發(fā)酵罐設(shè)備特點分類：機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐；非機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐3．按容積分類：實驗室發(fā)酵罐；中試發(fā)酵罐；生產(chǎn)規(guī)模的發(fā)酵罐第二節(jié)厭氧發(fā)酵設(shè)備

它的容積常大于50m3，H:Dt=1-2，罐的上、下部都是錐形的。上部有物料口，冷卻水口，CO2和氣體出口、人孔和壓力表開口等，排料管在罐的底部。溫度控制采用罐內(nèi)蛇管和罐外壁直接水噴淋相結(jié)合。

密閉厭氧發(fā)酵罐

對這類發(fā)酵罐的要求是：能封閉；能承受一定壓力；有冷卻設(shè)備；罐內(nèi)盡量減少裝置，消滅死角，便于清洗滅菌。一、酒精發(fā)酵罐

酵母將糖轉(zhuǎn)化為酒精的高轉(zhuǎn)化率條件(1)滿足酵母生長和代謝的必要工藝條件(2)一定的生化反應(yīng)時間(3)及時移走在生化反應(yīng)過程中將釋放的生物熱酒精發(fā)酵罐筒體結(jié)構(gòu)

發(fā)酵的冷卻裝置

酒精發(fā)酵罐的洗滌水力噴射裝置

二、酒精發(fā)酵罐的計算(一)發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)尺寸的確定發(fā)酵罐全容積可按下式計算：式中：V-發(fā)酵罐的全容積（m3）

V0-發(fā)酵罐中的裝液量（m3）

φ-裝液系數(shù)（一般取0.85-0.90）

帶有錐形底、蓋的圓柱形發(fā)酵罐全容積為：式中D：罐的直徑(米)H：罐的圓柱部分高度(米)h1：罐底高度(米)h2：蓋高度(米)

通常：H=1.1-1.5D,h1=0.1-0.4D,h2=0.05-0.1D(二)發(fā)酵罐罐數(shù)的確定對于間歇發(fā)酵，發(fā)酵罐罐數(shù)可按下式計算(三)發(fā)酵罐冷卻面積計算

發(fā)酵罐冷卻面積的計算可按傳熱基本方程式來確定，即：

式中F：冷卻面積(m2)Q：總的發(fā)酵熱(J/h)K：傳熱總系數(shù)(J/m2·h·?C)

Δtm：對數(shù)平均溫度差(?C)

近年來，啤酒發(fā)酵設(shè)備向大型、室外、聯(lián)合的方向發(fā)展，迄今為止，使用的大型發(fā)酵罐容量已達(dá)1500噸。二、啤酒發(fā)酵設(shè)備目前圓筒體錐底罐（C.C.T)在露天大罐工藝中使用最為普遍，簡稱露天錐形發(fā)酵罐。C.C.T發(fā)酵最大特點在于大型化，容積從100-600m31，設(shè)備的外型特點外筒體蝶形或拱形蓋，錐形體底，罐筒體壁和錐底有各種形式的冷卻夾套。筒體直徑(D)和筒體高度(H)是主要特性參數(shù)。單釀罐一般是D：H＝1：1-2。兩罐法的發(fā)酵罐D(zhuǎn)：H＝1：3-4，貯酒罐D(zhuǎn)：H＝1：1-2發(fā)酵罐錐底角，考慮到發(fā)酵中酵母自然沉降最有利，取錐底角為73-75?，對于貯酒罐，因沉淀物很少，主要考慮材料利用率，常取錐角為120-150?。圓筒體錐底發(fā)酵罐的優(yōu)點加速發(fā)酵；廠房投資節(jié)省，冷耗節(jié)省；C.C.T發(fā)酵可依賴CIP自動程序清洗消毒，工藝衛(wèi)生更易得到保證。圓筒體錐底發(fā)酵罐的缺點

酵母沉降層厚度大，酵母泥使用代數(shù)一般比傳統(tǒng)低；貯酒時，澄清比較困難，過濾必須強(qiáng)化；若采用單釀發(fā)酵，罐壁溫度和罐中心溫度一致，一般要5~7d以上，短期貯酒不能保證溫度一致。(三)后發(fā)酵設(shè)備

后發(fā)酵槽是金屬的圓筒形密閉容器，有臥式和立式兩種。工廠大多數(shù)采用臥式。（二）新型啤酒發(fā)酵設(shè)備1.圓筒體錐底發(fā)酵罐圓筒體錐底立式發(fā)酵罐(簡稱錐形罐)，已廣泛用于發(fā)酵啤酒生產(chǎn)。錐形罐可單獨用于前發(fā)酵或后發(fā)酵，還可以將前、后發(fā)酵合并在該罐進(jìn)行(一罐法)。2.聯(lián)合罐

3.朝日罐（三）CIP清洗系統(tǒng)啤酒發(fā)酵罐的容量正在逐步增大，這類發(fā)酵罐大部分安裝在室外，原來的清洗方法已不適用，必須采用自動化的噴洗裝置。采用較多的是CIP清洗系統(tǒng)。所謂CIP系統(tǒng)，是cleaninplace的簡稱，意即內(nèi)部清洗系統(tǒng)。

三、丙酮—丁醇發(fā)酵罐

生產(chǎn)丙酮、丁醇的發(fā)酵罐比酒精發(fā)酵罐高，罐身需承受高壓，罐壁較厚，用鋼板制成。頂蓋和底部采用球形封頭。一、機(jī)械攪拌發(fā)酵罐

機(jī)械攪拌發(fā)酵罐是發(fā)酵工廠常用類型之一。

第三節(jié)通風(fēng)發(fā)酵罐

通風(fēng)發(fā)酵罐的基本條件（1）發(fā)酵罐應(yīng)具有適宜的徑高比。（2）發(fā)酵罐能承受一定的壓力。（3）要保證發(fā)酵液必須的溶解氧。（4）發(fā)酵罐應(yīng)具有足夠的冷卻面積。（5）發(fā)酵罐內(nèi)應(yīng)盡量減少死角，避免染菌。（6）攪拌器的軸封應(yīng)嚴(yán)密，防菌量減少泄漏。二、發(fā)酵罐罐體的尺寸比例

Di=1/3d

H0=2DiB=0.1Dha=0.25D

S=3Di

C=Di三、發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)1、罐體

2、攪拌器和擋板

3、消泡器

4、聯(lián)軸器及軸承

5、變速裝置

6、空氣分布裝置7、軸封8、冷卻裝置

1自吸式發(fā)酵罐2氣泡塔式發(fā)酵罐3伍式發(fā)酵罐（循環(huán)機(jī)械攪拌）4氣升式發(fā)酵罐（循環(huán)通氣攪拌）4液提式發(fā)酵罐5氣提式發(fā)酵罐其它通氣發(fā)酵罐設(shè)備的設(shè)計與選型第一節(jié)概述第二節(jié)專業(yè)設(shè)備的設(shè)計與選型第三節(jié)通用設(shè)備的設(shè)計與選型第四節(jié)非標(biāo)設(shè)備的設(shè)計第五節(jié)設(shè)備一覽表思考題1.設(shè)備的分類及設(shè)計選型原則？2.專業(yè)設(shè)備設(shè)計選型的依據(jù)及特點？3.連續(xù)操作設(shè)備設(shè)計的依據(jù)？4.某發(fā)酵車間，每天處理發(fā)酵醪量320m3

，選用100m3發(fā)酵罐，發(fā)酵周期為72h，發(fā)酵罐充滿系數(shù)為80%，求所需發(fā)酵罐的個數(shù)。5.發(fā)酵罐擋板的作用？6.泵選擇的原則？發(fā)酵工業(yè)常用的泵？7.發(fā)酵工業(yè)常用的氣體輸送設(shè)備？8.離心式送風(fēng)機(jī)可分為哪幾種？壓頭分別是多少？9.發(fā)酵工業(yè)常用的壓縮機(jī)？10.常用的固體輸送設(shè)備分類？11.解釋概念：裝液高度系數(shù)、公稱容積、罐的全容積、壓頭、通風(fēng)比第一節(jié)概述一、設(shè)備設(shè)計選型的任務(wù)二、設(shè)備設(shè)計選型的原則一、設(shè)備設(shè)計選型的任務(wù)設(shè)備分類:專業(yè)設(shè)備、通用設(shè)備、非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備

專業(yè)設(shè)備專業(yè)性較強(qiáng)、僅為發(fā)酵工廠使用的設(shè)備；如發(fā)酵罐、糖化鍋等

通用設(shè)備各行各業(yè)都可以使用的設(shè)備；如泵、風(fēng)機(jī)等；

非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備是指生產(chǎn)車間的貯藏、池子等設(shè)施。主要介紹設(shè)備的工藝設(shè)計與選型。設(shè)備工藝設(shè)計與選型的任務(wù)是在工藝計算的基礎(chǔ)上，確定車間內(nèi)所有工藝設(shè)備的臺數(shù)、型式和主要尺寸。據(jù)此，著手進(jìn)行車間布置設(shè)計，并為下一步施工圖設(shè)計以及其他非工藝設(shè)計項目(例如：設(shè)備的機(jī)械設(shè)計、土建、供電、儀表控制設(shè)計等)提供足夠的有關(guān)條件，為設(shè)備的制作、訂購等提供必要的資料。二、設(shè)備設(shè)計與選型的原則從設(shè)備的設(shè)計選型情況，可以反映出所設(shè)計工廠的先進(jìn)性和生產(chǎn)的可靠性。設(shè)備的工藝設(shè)計和選型的原則：

1.保證工藝過程實施的安全可靠。

2.經(jīng)濟(jì)上合理，技術(shù)上先進(jìn)。

3.投資省，耗材料少，加工方便，采購容易。4.運行費用低，水電汽消耗少。5.操作清洗方便，耐用易維修，備品配件供應(yīng)可靠減輕工人勞動強(qiáng)度，實施機(jī)械化和自動化方便。6.結(jié)構(gòu)緊湊，盡量采用經(jīng)過實踐考驗證明確實性能優(yōu)良的設(shè)備。7.考慮生產(chǎn)波動與設(shè)備平衡，留有一定裕量。8.考慮設(shè)備故障及檢修的備用。第二節(jié)專業(yè)設(shè)備的設(shè)計與選型

一、專業(yè)設(shè)備設(shè)計與選型的依據(jù)1.由工藝計算確定的成品量、物料量、耗汽量、耗水量、耗風(fēng)量、耗冷量等。2.工藝操作的最適外部條件(溫度、壓力、真空度等)。3.設(shè)備的構(gòu)造類型和性能。二、專業(yè)設(shè)備設(shè)計與選型的程序和內(nèi)容1.設(shè)備所擔(dān)負(fù)的工藝操作任務(wù)和工作性質(zhì)，工作參數(shù)的確定。2.設(shè)備選型及該型號設(shè)備的性能、特點評價。3.設(shè)備生產(chǎn)能力的確定。4.設(shè)備數(shù)量計算(考慮設(shè)備使用維修及必須的裕量)。5.設(shè)備主要尺寸的確定。6.設(shè)備化工過程(換熱、過濾、干燥面積，塔板數(shù)等)的計算7.設(shè)備的傳動攪拌和動力消耗計算。8.設(shè)備結(jié)構(gòu)的工藝設(shè)計。9.支撐方式的計算選型。10.壁厚的計算選擇。11.材質(zhì)的選擇和用量計算。12.其他特殊問題的考慮。三、專業(yè)設(shè)備設(shè)計與選型的特點發(fā)酵專業(yè)涉及多種發(fā)酵產(chǎn)品的生產(chǎn)，由于不同產(chǎn)品在具體生產(chǎn)過程中的要求不一樣，以在設(shè)計計算和選型過程中就會有很大差異。應(yīng)當(dāng)在對各種發(fā)酵產(chǎn)品生產(chǎn)全過程充分認(rèn)識了解的基礎(chǔ)上著手進(jìn)行設(shè)計。主要考慮各種產(chǎn)品的生產(chǎn)特點，原料性質(zhì)來源，現(xiàn)階段生產(chǎn)水平可能達(dá)到的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，有效生產(chǎn)天數(shù)，各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的周期等因素。(一)間歇操作設(shè)備生產(chǎn)能力數(shù)量和容積的設(shè)計計算

1．間歇操作設(shè)備生產(chǎn)能力的確定間歇操作設(shè)備生產(chǎn)能力的表示方法，一般為t/(罐·批)或m3/(罐·批)。對于味精、酶制劑等通風(fēng)發(fā)酵設(shè)備，其生產(chǎn)能力由設(shè)備選型確定。例如3000t/a味精廠選容積為100t的發(fā)酵罐，其生產(chǎn)能力為：

100×70％×15％×48％×80％×112％

(1-1%）=4.47t／(罐·批)式中100——發(fā)酵罐容積(t)15％——發(fā)酵初糖濃度(還原糖)70％——填充系數(shù)

48％——發(fā)酵轉(zhuǎn)化率

80％——提取率

112％——精制收率

1％——染菌率2.間歇操作所需設(shè)備數(shù)量的確定

式中N——設(shè)備的操作臺數(shù)(不含備用)Z——工段的生產(chǎn)能力，以每24h加工原料和半成品的噸數(shù)

τ——設(shè)備操作周期(h)G——設(shè)備操作有效容量(t)r——24h內(nèi)設(shè)備操作的小時數(shù)

Vo——24h內(nèi)加工的原料、半成品的容量(m3)Va——一臺設(shè)備的容量(m3)φ——設(shè)備的填充系數(shù)，此值為經(jīng)驗值設(shè)備容量和數(shù)量的確定，考慮投資費用，和工藝的要求，有時要優(yōu)先考慮對生產(chǎn)有利的因素，而將設(shè)備投資的經(jīng)濟(jì)觀點放到次要地位。啤酒大罐發(fā)酵時要求15h之內(nèi)滿罐等。3．設(shè)備容積的計算式中V——設(shè)備的總?cè)莘e(m3)

Va——24h內(nèi)加工的成品或半成品的容積(m3)r——操作周期(h)φ——設(shè)備的填充系數(shù)，攪拌和產(chǎn)生泡沫多取0.6~0.8，酒精發(fā)酵罐等取0.8~0.85，汽液分離器取0.7等4．設(shè)備主要尺寸的計算設(shè)備多為容器型設(shè)備。不同的設(shè)備，根據(jù)用途和設(shè)備特性，高徑比有很大差別間歇操作多采用錐形底制作容易，排料干凈。在確定各部尺寸時，通常根據(jù)已知容量V和高徑比、封頭高度(折算成相同直徑筒高)，列出數(shù)學(xué)方程，求出直徑。圓整到接近的公稱直徑然后校核總?cè)萘?，求出其他尺寸?二)連續(xù)操作設(shè)備生產(chǎn)能力、數(shù)量和容積的設(shè)計計算連續(xù)操作設(shè)備在設(shè)計中，既要考慮生產(chǎn)能力又要考慮混合、反應(yīng)等處理效果。通常為提高反應(yīng)效果的具體做法是：在滿足生產(chǎn)能力的前提下，選擇設(shè)備時要考慮其高徑比和設(shè)備數(shù)量。如連續(xù)蒸煮、連續(xù)發(fā)酵設(shè)備通常取3-5個罐串連。設(shè)計連續(xù)操作設(shè)備的容量和主要尺寸的依據(jù)是：(1)物料流量V(m3/s或t/s)根據(jù)設(shè)計的生產(chǎn)規(guī)模，通過計算確定的。(2)物料在設(shè)備中的逗留時間τ(s)；逗留時間則取決于生產(chǎn)工藝的要求。(3)物料在設(shè)備各部位的流速ω(m/s)。

1．生產(chǎn)能力的確定對于連續(xù)生產(chǎn)操作的設(shè)備，其生產(chǎn)能力是在保證生產(chǎn)工藝條件的基礎(chǔ)上，單位時間通過設(shè)備的物料量，由工廠的規(guī)模與物料衡算確定。2．設(shè)備容積的計算已知物料的流量V和逗留時間τ，可以計算出設(shè)備的有效容量V有效：

V有效=Vτ(m3)．

例如10000t/a酒精廠蒸煮時間根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗60-90min，取80min，則蒸煮設(shè)備的總?cè)莘eV有效為：

14.8÷60×80=19.73(m3)3.設(shè)備數(shù)量的計算連續(xù)操作設(shè)備為防止滯留和滑漏現(xiàn)象，根據(jù)生產(chǎn)性質(zhì)的不同，一般取設(shè)備數(shù)量為3-5個。也可設(shè)定單個設(shè)備容量由總?cè)萘壳笏阍O(shè)備數(shù)量n：

n=V有效/（φV’）

V有效——設(shè)備有效總?cè)莘em3V’——單臺設(shè)備容積m3φ——填充系數(shù)％上例10000t/a酒精廠蒸煮V有效=19.73m3，

V’=7m3，φ=100％，則設(shè)備數(shù)量n為：

n=19.73/7=2.82取3個。

4．設(shè)備主要尺寸計算容器類設(shè)備的主要尺寸計算方法同間歇操作設(shè)備的計算方法。但連續(xù)操作設(shè)備為保證其順序性，通常高徑比要比間歇操作設(shè)備大些。具體情況，可根據(jù)生產(chǎn)特點加以確定。四、專業(yè)設(shè)備的設(shè)計與選型實例

3000t/a味精發(fā)酵車間采用的發(fā)酵設(shè)備為間歇操作，滅菌設(shè)備為連續(xù)操作間歇操作發(fā)酵罐設(shè)計選型由第五章可知，生產(chǎn)1000kg100%的味精需15%的糖液15.66m31.發(fā)酵罐的選型：采用機(jī)械渦輪攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐。機(jī)械攪拌發(fā)酵罐攪拌葉輪直徑

Di：D=1/2~1/3

圓柱高度

Ho：D=2：12.生產(chǎn)能力、數(shù)量和容積的確定⑴發(fā)酵罐的容積：現(xiàn)選用公稱容積100m3⑵生產(chǎn)能力計算：年產(chǎn)3000t/a每天產(chǎn)99%味精10t，操作周期48h，每天需糖液體積V0：

V0=15.66×10×99%=155m3

設(shè):發(fā)酵罐的充滿系數(shù)為φ=0.7，則每天需發(fā)酵罐的總?cè)萘縑V=Va/φ=155/0.7=221.4m3⑶發(fā)酵罐個數(shù)的確定：概念

裝液高度系數(shù)：圓筒部分高度的系數(shù)（罐的封底與冷卻管、罐內(nèi)的輔助設(shè)施相抵）

公稱容積：指罐的圓柱部分和底封頭體積之和。

罐的全容積：指罐的圓柱部分和兩封頭體積之和。查表6-2P102公稱容積為100m3發(fā)酵罐總?cè)莘e為Va=118m3則罐數(shù)N1：(個)取公稱容積100m3發(fā)酵罐4個實際每天出2罐，充滿系數(shù)為0.7

每天產(chǎn)味精量：

=118×0.7×2÷（15.66×99%）

=10.66t

富裕量=0.66t，6.6%⑶主要尺寸的計算

100m3發(fā)酵罐

V全=V柱+2V封封頭折邊不計，圓柱部分高H與罐直徑比取2：1V總=0.785D2×2D+（π/24）D3×2118=1.57D3+0.26D3

D=4.009m圓整D=4.0m高H=8m

查附錄一表15，P316

封頭高度=ha+hb=1000+50=1050mm驗算體積：

V’全=V柱+2V封

V’全=V全⑷冷卻面積的計算：采用一年中最熱的半個月氣溫下，冷卻水可能達(dá)到的最高溫度的條件下設(shè)計冷卻面積根據(jù)牛頓傳熱定律：F=Q總/(K.△tm)m2

工程計算采用實際測得發(fā)酵最旺盛時每

m3發(fā)酵液每h傳給冷卻器的最大熱量。谷氨酸發(fā)酵最大熱量=4.18×6000kJ/(m3.h)

采用豎式列管換熱器，經(jīng)驗

K=4.18×500kJ/(m3.h.℃)△tm

為平均溫度取對數(shù)平均值

發(fā)酵液32℃——32℃恒定冷卻水20℃——27℃125對100m3發(fā)酵罐，每罐裝液量

155/2=77.5m3傳熱面積:⑸攪拌器的設(shè)計⑹攪拌軸功率的計算⑺設(shè)備結(jié)構(gòu)的工藝設(shè)計包括：空氣分布器、擋板、密封方式、攪拌器和冷卻管的布置①空氣分布器：風(fēng)量小的0.02~0.5ml/s采用環(huán)型多孔管，風(fēng)量大的采用單管，谷氨酸發(fā)酵通風(fēng)比為1:0.1~0.18VVm（0.1MPa，20℃）風(fēng)量：Q=0.18×77.5=14m3/min=0.23m3/s換算為0.35MPa、30℃狀況下空氣在0.4MPa，支管氣速20~25m/s

取25m/s

風(fēng)管截面積S=Q’/v=0.068/25=0.0027m2風(fēng)管直徑:

選用無縫管68×3，62＞60適用②擋板：擋板的作用是加強(qiáng)攪拌強(qiáng)度，增加溶氧。罐內(nèi)設(shè)有豎式冷卻蛇管可不設(shè)擋板。③密封方式：采用雙端面機(jī)械軸封④冷卻管布置：一般采用豎式冷卻蛇管，可分為二組、四組、六組和八組等，對稱按裝在罐內(nèi)。本罐通過計算采用八組。⑻設(shè)備材料的選擇本設(shè)備為降低成本采用A3鋼，內(nèi)涂涂料⑼發(fā)酵罐壁厚計算：可采用公式計算和查表法。查表時注意選用材料和工作條件相應(yīng)的表格。①罐壁厚S：式中：

P——設(shè)計壓力（最高工作壓力的1.05

倍，英1.1）取0.4MPD——罐內(nèi)徑cm，400

[σ]——許應(yīng)應(yīng)力，A3鋼=127MPaφ——焊縫系數(shù)0.5~1.0現(xiàn)取0.7

C——壁厚附加量（包括鋼板負(fù)偏差C1

、腐蝕裕量C2和加工減薄量C3

取C1=0.8mm,C2=2mm,C3=0C=2.8mm=0.28cm

選用12mm厚的A3鋼板,查附錄一表17,直徑4m,板厚12mm,筒高8m,每米重量1186kg,

筒總重=1186×8=9488kg②封頭壁厚計算:

標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭厚度:

式中

P=0.4MPaD=400cm

[σ]=127MPaφ=0.7C=0.08+0.2+0.1=0.38cm

查鋼材手冊圓整為S=14mm,

封頭重量2005kg

壁厚表和橢圓封頭壁厚表參見附錄一表13,表14,表15⑽接管設(shè)計①接管長度h:一般取100~200mm②接管直徑:按剛才空氣分布器中的管徑計算,計算流量,選取合適的流速計算出管徑,再圓整到標(biāo)準(zhǔn)鋼管尺寸.

排料管直徑:裝液量77.5m3

要求2h排完.

流量Q=77.5/(3600×2)=0.0108(m3/s)

流速取1m/s管截面積

F=0.0108/1=0.0108m2=0.785d2

圓整取無縫管133×4

內(nèi)徑125mm＞118適用⑾支座設(shè)計:常用支座分為臥式支座:支腿.圈型支座,鞍型支座立式支座:懸掛支座支撐支座裙式支座

75m3以上的大型發(fā)酵罐,設(shè)備總重量較大,應(yīng)采用裙式支座本設(shè)計采用裙式支座.

第三節(jié)通用設(shè)備的設(shè)計與選型通用設(shè)備很多主要液體輸送設(shè)備氣體輸送設(shè)備固體輸送設(shè)備一、液體輸送設(shè)備：各種泵發(fā)酵工業(yè)使用最多是離心泵㈠泵的分類和特點：

離心泵、往復(fù)泵、隔膜泵、旋渦泵、螺桿泵、齒輪泵按輸送原理分為葉片式容積式主要特點見表5-5表6-6㈡泵的選擇

1.泵的選擇原則：(1)流量設(shè)計發(fā)酵工廠的裝置時，總要留有一定富裕能力。在選擇泵時，應(yīng)按設(shè)計要求達(dá)到的能力確定泵的流量，并使之與其他設(shè)備能力協(xié)調(diào)平衡。泵的流量的確定綜合考慮下列兩點：①裝置的富余能力及裝置內(nèi)各設(shè)備能力的協(xié)調(diào)平衡；②工藝過程影響流量變化的范圍。(2)揚程泵的揚程需要留有適當(dāng)余量，一般為正常需要揚程的1.05~1.1倍。有現(xiàn)成經(jīng)驗數(shù)據(jù)，應(yīng)盡量采用，使選用的泵能滿足工藝要求。(3)裝置(系統(tǒng))的有效汽蝕余量裝置的有效汽蝕余量應(yīng)大于泵所需要的允許汽蝕余量。(4)液面介質(zhì)液面高于泵中心者，應(yīng)取最低液面，介質(zhì)液面低于泵中心者，也應(yīng)取最低液面。2.泵的選擇方法及步驟

(1)列出基本數(shù)據(jù)①介質(zhì)的物理性質(zhì)：介質(zhì)名稱輸送條件下的相對密度、粘度、蒸汽壓、腐蝕及毒性②介質(zhì)中所含固體顆料直徑和含量。③介質(zhì)中氣體含量(體積％)。④操作條件：溫度，壓力(進(jìn)口側(cè)設(shè)備壓力，排出側(cè)設(shè)備壓力，排出側(cè)管系壓力降)，流量(正常、最小及最大)。⑤泵所在位置情況：環(huán)境溫度，海拔高度，裝置平立面要求，進(jìn)口和排出口側(cè)設(shè)備液面至泵中心距離及管線當(dāng)量長度等。(2)確定流量及揚程①流量：選泵時應(yīng)按最大流量考慮；如果只給出正常流量，采用適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)(1.1-1.2)；如果給出的是重量流量需換算為體積流量Q②揚程(或壓差)：利用柏努利方程求出泵的揚程。按工藝過程情況，采用1.05~1.1的安全系數(shù)。

③選擇泵型及泵的具體型號：根據(jù)介質(zhì)的物性、已確定的流量、揚程，泵的工作范圍，選出合適型式的泵。④泵的性能核算：按實際情況對泵進(jìn)行性能核算。列出核算后的性能參數(shù)，如符合工藝要求，則所選泵是可用的。⑤確定泵的幾何安裝高度。⑥計算泵的軸功率。⑦選定泵的材料及軸封。⑧確定冷卻水(或加熱蒸汽)耗量。⑨選定電動機(jī)(或蒸汽透平機(jī))。⑩確定泵的備用率和臺數(shù)。⑾泵的串聯(lián)和并聯(lián)。⑿填寫泵的規(guī)格表，作為泵訂貨的依據(jù)和選泵過程各項數(shù)據(jù)的匯總介紹泵類最完善的工具書為：

《泵類產(chǎn)品目錄》，共三冊。(三)3000t/a味精廠發(fā)酵車間泵的選型

1.連消泵

(1)連消泵輸送的是重度為1.05t/m3的水解糖液，黏度范圍1.3~1.5×10-3Pa.s，溫度在115℃以下。

(2)介質(zhì)中無固體顆粒，澄清，透明。

(3)介質(zhì)中基本上無氣體。

(4)操作條件：溫度為60~70℃；壓力：進(jìn)口側(cè)靠調(diào)漿罐液位壓送，出口側(cè)設(shè)備壓力0.4~0.5MPa；流量：最大流量22m3/h，最小流量19.4m3/h，正常流量

20m3/h。(5)連消泵一般設(shè)在車間或泵房中，進(jìn)口側(cè)泵在液面之下。(6)據(jù)上條件，查有關(guān)圖表（泵的特性曲線H-Q），可確定選擇離心式泵即可滿足生產(chǎn)要求?，F(xiàn)選換代產(chǎn)品IS80-50-200。該產(chǎn)品轉(zhuǎn)速2900r/min，流量50m3/h，揚程50m，效率74％，昆明水泵廠產(chǎn)品。為保證連續(xù)生產(chǎn)，考慮設(shè)備用泵1臺，因此，泵的數(shù)量為2臺，流量可用閥門調(diào)節(jié)2.尿素泵

(1)尿素消量設(shè)總尿素為4％；日用尿素量為：(155+1.6)×1.05×4％=6.58(t/d)

流加尿素的濃度為40％，重度1.1t/m3尿素溶液體積為6.57/40%÷1.1=14.95(m3/d)，取15m3/d。

(2)尿素罐的容量取填充系數(shù)為70％~75％，現(xiàn)取70％。兩罐輪流操作，則每個的容量為15÷(2×70%)=11(m3)。(3)泵的選擇尿素溶液為輕度腐蝕性溶液，粘度低，可使用離心泵。為節(jié)省時間和人力，可選用流量和揚程都比較大的泵，型號相同的泵?，F(xiàn)選用IS80-50-200型單級清液泵，流量50m3/h，揚程50m，效率74％。輸送16.5m3尿素溶液用時僅為

16.5/50=0.33(h)(約合19.8min)。3.玉米漿泵同理選用IS80-50-200型單級清液泵1臺二、氣體輸送設(shè)備選型(一)氣體輸送設(shè)備的類型和特點

1．氣體輸送設(shè)備的類型

2.氣體輸送設(shè)備的特點發(fā)酵工業(yè)常用的氣體輸送設(shè)備為低壓空氣壓縮機(jī)、送風(fēng)機(jī)和真空泵.(1)空氣壓縮機(jī)渦輪壓縮機(jī)往復(fù)壓縮機(jī)發(fā)酵生產(chǎn)中要求空氣壓縮站提供0.2~0.3MPa(表壓)的壓縮空氣，常采用渦輪式空氣壓縮機(jī)或經(jīng)過改裝的往復(fù)式空氣壓縮機(jī)送氣。①渦輪式空壓機(jī)：用于發(fā)酵生產(chǎn)的是低壓渦輪空壓機(jī)，其出口壓力為0.25~0.55MPa(表壓)，容量一般都大于100m3/min，每分鐘壓縮1m3空氣時，配備的電機(jī)功率約為3.5~5kW。

國產(chǎn)渦輪空壓機(jī)的型號有DA型和SA型。

D—單吸，S—雙吸，A—渦輪壓氣機(jī)，后面數(shù)字分別代表供氣量和出口壓力以及設(shè)計序號。如DA350-41，即表示單吸渦輪空壓機(jī)，公稱供氣量350m3/min，出口壓強(qiáng)0.4MPa(絕對)，此機(jī)系第一次設(shè)計產(chǎn)品。②往復(fù)式空壓機(jī)：按排氣壓力不同，分為高壓(8.0~10.0MPa)，中壓(1.0~8.0MPa)低壓(小于1.0MPa)三類。國內(nèi)的低壓往復(fù)式空壓機(jī)多為雙缸二級壓縮式。在發(fā)酵工廠中使用L型空壓機(jī)較為普遍。如4L-20/8型空壓機(jī)，即表示兩缸呈L型排列、額定排氣量為20m3/min，排氣壓強(qiáng)0.8MPa。

L前面的4表示該系列空壓機(jī)的序號。(2)旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)類似液體輸送中的旋轉(zhuǎn)泵，沒有活塞與活門裝置。與往復(fù)式相比，它排出的氣體是連續(xù)而均勻的。此外，旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)中的旋轉(zhuǎn)部分可與電動機(jī)直接連接，效率高。旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)，構(gòu)造簡單而緊湊，特別適合于現(xiàn)代發(fā)酵工廠的要求，用于輸送或壓縮空氣以及排放其他氣體。旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)的主要缺點為壓縮比值不大，其終壓一般不高于0.4MPa(表壓)，效率也較往復(fù)壓縮機(jī)低。根據(jù)壓縮比分為兩類一類可產(chǎn)生較大壓縮比，如轉(zhuǎn)動活板壓縮機(jī)和液環(huán)壓縮機(jī)；另一類只能產(chǎn)生非常低的壓縮比，如旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)，其終壓不超過0.08MPa表壓。(3)送風(fēng)機(jī)通風(fēng)機(jī)。采用最多的有：離心式和軸流式兩類。①離心式送風(fēng)機(jī)：依據(jù)壓頭的大小可分為：低壓離心式送風(fēng)機(jī)，壓頭800-13332Pa中壓離心式送風(fēng)機(jī)，壓頭13332-26664Pa高壓離心式送風(fēng)機(jī)，壓頭26664-133322Pa

壓頭，指高于大氣壓的壓力。②軸流式送風(fēng)機(jī)：軸流式送風(fēng)機(jī)的型式很多，其效率一般較高，約60-65％，適用于在低的壓頭(通常在250Pa以下，但也可以高到1000Pa，皆指超過大氣壓而育)下輸送大量的空氣。軸流式送風(fēng)機(jī)的生產(chǎn)能力，可由一個實驗室的通風(fēng)，大到生產(chǎn)過程中3000m3/min的通風(fēng)。當(dāng)生產(chǎn)能力和壓頭已知時，軸流式送風(fēng)機(jī)的功率仍可依離心式送風(fēng)機(jī)的公式計算。(4)真空泵真空泵是為獲得低于大氣壓力而設(shè)計的設(shè)備。分為兩大類：

干式真空泵濕式真空泵

按其結(jié)構(gòu)又可分為

往復(fù)式回轉(zhuǎn)式(水環(huán)式和滑板式)

蒸汽噴射泵水力噴射泵等數(shù)種。①往復(fù)式真空泵：常用W型真空泵，它是一種臥式單缸往復(fù)式真空泵，國內(nèi)有Wl-W55種主要規(guī)格，它們的抽氣速率為60~770m3/h，其極限真空度可達(dá)1333.22Pa(絕對)。②水環(huán)式真空泵：濕式真空泵，最高真空度可達(dá)85％。這種泵的結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，沒有活門，經(jīng)久耐用。常用系列代號為SZ。通常用于抽吸設(shè)備中的空氣或其他無腐蝕性、不溶于水和不含固體顆粒的氣體。對抽吸有水蒸汽的氣體也很好。③蒸汽噴射泵：利用蒸汽流動時發(fā)生靜壓能與動能的相互轉(zhuǎn)化，以吸人并排出氣體。這種泵有多種用途。如作為小型鍋爐的注水器，用于發(fā)酵產(chǎn)品的減壓蒸發(fā)、減壓蒸餾以及真空冷卻、余熱回收等方面。④水噴射真空泵：粗真空設(shè)備，由于它兼有產(chǎn)生真空和冷凝蒸汽的雙重作用，故在發(fā)酵工業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，如抗生素工廠，谷氨酸發(fā)酵廠的真空蒸發(fā)，酒精廠的真空冷卻等。(二)氣體輸送設(shè)備的選擇氣體輸送設(shè)備的選擇方法步驟如下：

1.列出基本數(shù)據(jù)

(1)氣體的名稱特性，濕含量，有無易燃易爆及毒性等。

(2)氣體中含固形物、菌體量。

(3)操作條件，如溫度、進(jìn)出口壓力、流量等。

(4)設(shè)備所在地的環(huán)境及對電機(jī)的要求等。2.確定生產(chǎn)能力及壓頭

(1)生產(chǎn)能力選擇最大生產(chǎn)能力，并取適當(dāng)安全系數(shù)。

(2)壓頭按工藝要求分別計算通過設(shè)備和管道等的阻力并考慮增加1.05-1.1倍的安全系數(shù)。3.選擇機(jī)型及具體型號根據(jù)生產(chǎn)特點，計算出的生產(chǎn)能力、壓頭以及實際經(jīng)驗或中試經(jīng)驗，查詢產(chǎn)品目錄或手冊，選出具體型號并記錄該設(shè)備在標(biāo)準(zhǔn)條件下的性能參數(shù)，配用電機(jī)輔助設(shè)備等資料。4.設(shè)備性能核算對已查到的設(shè)備，要列出性能參數(shù)，并核對能否滿足生產(chǎn)要求。5.確定安裝尺寸6.計算軸功率7.確定冷卻劑耗量8.選定電機(jī)9.確定備用臺數(shù)10.填寫設(shè)備規(guī)格表，作為訂貨依據(jù)和選擇設(shè)備過程的數(shù)據(jù)匯總。三、固體輸送設(shè)備選型常用的固體輸送設(shè)備分類

帶式輸送機(jī)機(jī)械輸送設(shè)備斗式提升機(jī)螺旋輸送機(jī)埋刮板輸送機(jī)等流體輸送設(shè)備氣流輸送設(shè)備液體輸送設(shè)備(一)機(jī)械輸送設(shè)備1.帶式輸送機(jī)皮帶運輸機(jī)

(1)特點主要用于水平移送物料或有一定傾角的移送物料。它可以輸送松散的或成包成件的物件，且可做成固定位置或移動式運輸機(jī)，使用非常方便，操作連續(xù)性強(qiáng)，輸送能力較高，在運送相同距離和重量的物料時，帶式輸送機(jī)的動力消耗最小。2.螺旋輸送機(jī)攪龍，常用輸送潮濕的或松散的物料。由于它密閉性好，故常用于粉塵大的物料或同時用以輸送和混料等場合。我國發(fā)酵工廠使用的螺旋輸送機(jī)有些是根據(jù)工藝需要而設(shè)計的非定型設(shè)備，有些是采用專業(yè)廠生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備。

螺旋輸送機(jī)的直徑D計算：式中

Q——輸送量t/hγ——物料堆積密度t/m3K——物料綜合特性經(jīng)驗系數(shù)粉粒狀、谷物干粉0.04~0.06，濕粉料0.07φ——填充系數(shù)，粉粒料0.25~0.35

濕粉料，混合時0.125~0.20C——螺旋傾斜校正系數(shù)水平C=1常用螺旋直徑系列(單位mm)：

150，200，250，300，400，500，600

常用螺旋運輸機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)系列(r/min)：

20，30，35，45，60，75，90，120，

150，190

3.斗式提升機(jī)斗式提升機(jī)常用于將物料垂直提升到一定高度，以便使物料借重力自流加工。國產(chǎn)的斗式提升機(jī)的型式有D型，HL型，PL型。D型是采用橡膠帶為牽引構(gòu)件，HL型是以鍛造的環(huán)形鏈條為牽引構(gòu)件，PL型是采用板鏈為牽引構(gòu)件。發(fā)酵工廠最常用的是以橡膠帶牽引的D型斗式提升機(jī)。(二)氣流輸送1.氣流輸送的主要優(yōu)點

(1)采用負(fù)壓進(jìn)料，可實現(xiàn)風(fēng)選，去除鐵、石等重雜質(zhì)。

(2)輸送系統(tǒng)密閉，防止物料損失，改善勞動環(huán)境。

(3)能較好地實現(xiàn)均勻定量輸送，方便操作。

(4)設(shè)備投資費用較少。

(5)設(shè)備布置簡捷、方便。2.氣流輸送的設(shè)計程序(1)確定要輸送物料的特性參數(shù)、種類、粒度(2)需要輸送的物料量。(3)輸送系統(tǒng)工藝流程設(shè)計。(4)輸送物料的氣速和混合比選定。(5)計算需要的空氣量，并考慮漏風(fēng)等。(6)計算系統(tǒng)