发酵罐设计计算20151114

9设备计算及选型9.1设备衡算如无特别说明，设备均采用不锈钢材质9.1.1发酵罐9.1.1.1发酵罐的选型公称容积V0(m3)=Vc+Vd=(π/4)*H*D2+(π/24)D3=((π/4)*(H/D)+0.13)D351髙径比H/D2.3D(m)2.974792034H(m)6.842021679圆整D(m)3圆整H(m)6.9ha封头椭圆高(m)0.75hb封头直边高度(m)0.04封头高(m)=ha+hb0.79封头容积Vd(m3)3.817035074直筒部分容积Vc(m3)48.77322595验算公称容积V0(m3)=Vc+Vd52.59026102验算全容积V(m3)=V0+Vd56.4072961符合设计要求，可行。计算后的公称容积(m3)取52.26计算后的全容积(m3)取55.77人孔取φ700mm视镜取Dg150支座采取裙座9.1.1.2考虑到罐体上搅拌电机等重量筒体壁厚取（mm）12封头壁厚取（mm）14选用A3钢制作，以降低设备费用①计算法确定发酵罐的壁厚S(mm)9.564374295设计压力P(Mpa)0.4〔σ〕1.钢的应用应力(MPa)127φ——焊接缝隙0.7C——壁厚附加量（mm）2.8C1——钢板负偏差(mm)0.8C2——为腐蚀余量(mm)2C3——加工减薄量(mm)0A3钢厚度（mm）10②封头壁厚计算δ=(P*D)/(2[σ]t*φ-P)+C10.5643743设计压力P(Mpa)0.4〔σ〕——钢的应用应力(MPa)127φ——焊接缝隙0.7C——壁厚附加量（mm）3.8C1——钢板负偏差(mm)0.8C2——为腐蚀余量(mm)2C3——加工减薄量(mm)1A3钢厚度（mm）119.1.1.3料液高度筒体部分静止液浸没高度Hc液=(V液-Vd)/((π/4)*D2)=(V0*装液量φL-Vd)/((π/4)*D2)5.004958217HL（m）=Hc液+h封5.7949582179.1.1.4传热面积的计算采用竖式蛇管换热器，传热膜系数K为300-450kcal/(m2.h.℃)，计算时取经验值400发酵温度为（℃）36循环水进口温度（℃）20循环水出口温度（℃）25平均温差（℃）Δtm13.34424183低温水进口温度（℃）9低温水出口温度（℃）14平均温差（℃）Δtm24.41472858则设计计算时均以传热温差较小的循环水数据换热面积A(m2)=Q/(K.Δtm)(m2)39.41306721换热面积A取(m2)459.1.1.5冷却水管计算最大热负荷下耗水量W大=Q大/（c*Δt）（kg/hr）42075Δt（℃）5水比热C（kcal/kg.℃）1冷却水流速v1.5~3m/s，取1.8冷却水管总截面积S（m2）=W/v0.006493056进水总管直径d总=√（S/π/4）(m)0.090924227取d总=100mm，φ108*40.19.1.1.5.1内蛇管选冷拔无缝钢管GB8163-88取冷却管竖直蛇管组数n6冷却蛇管直径d0（m）=√（S/n/(π/4)）0.03711966取d0=40mm，φ45*2.50.04冷却管总长L=A/A0=A/(πd0)(m)358.098622外加连接管（m）6则L总（m）364.098622每组管长L0（m）=L/n59.68310366V管=(π/4)*d0*L0.56953125取竖蛇管两直管距离为（m）0.5则两端弯管总长l0=πD（m）1.570796327取罐内附件体积为（m3）0.5罐内总体积V总=V液+V管+V附体=V公称*装料系数+V管+V附体(m3)40.26453125筒体部分液体深度=（V总-V封）/S5.156265938竖蛇管总高H管=筒体部分液深+深入封头部分5.406265938蛇管深入封头部分高度取（m）0.25直管高h=H管-两端弯管高度（m）4.906265938一圈管长l=2h+l0（m）11.38332826组蛇管每组绕圈数，则4传热面积=πdl*圈数*6(m2)38.62272267需增加传热面积蛇管距筒壁距离取（m）0.15管间距取2.5倍管径（m）0.1校核筒体内宽度=搅拌器+（管径*圈数+管间距*（圈数-1）+壁距）*22.385合格9.1.1.5.2外加盘管取热轧无缝钢管GB8163-87，φ108*40.1n=A/(πDd)(圈)6.766501401取外盘管圈数n10圈间距（m）0.5则盘管传热面积A盘管=πDd*n（m2）9.424777961校核总传热面积A=A蛇管+A盘管48.04750063合格校核总高度h0=管径*n+间距*（n-1）5.5合格9.1.1.6搅拌器计算搅拌桨直径d=0.375D(m)1.125底搅拌距罐底距离S1=0.8d(m)0.9底搅拌距第二层搅拌距离S2=1.8d(m)2.025第二层搅拌距上层层搅拌距离S3=1.5d(m)1.6875校核最上层搅拌距罐底距离（m）=S1+S2+S34.6125可采用三层搅拌底层采用圆盘弯叶涡轮桨，上两层采用平叶旋桨式计算Rem=(D2*N*ρ)/μ57585.9375淀粉水解糖液低浓度细菌醪，可视为牛顿流体发酵液密度ρ（kg/m3）1050发酵液粘度μ（N•s/m2）0.05取值rpm130视为湍流9.1.1.6.1不通气搅拌功率底层弯叶涡轮搅拌功率准数Np14.8中间及上层平叶旋桨搅拌功率准数Np2,32底层弯叶涡轮搅拌功率P1=Np1*n3*d5*ρ/1000（kw）92.37819122中间及上层平叶旋桨搅拌功率P2,3=Np2,3*n3*d5*ρ/1000（kw）38.49091301校正系数f=1/3√((D/d)*(HL/d))1.235412538底层弯叶涡轮校正搅拌功率P1*（kw）114.1251757中间及上层平叶旋桨校正搅拌功率P2,3*（kw）47.55215654搅拌桨层数m2中间及上层平叶旋桨校正总搅拌功率P2,3m（kw）=P2,3*（1+0.6（m-1））76.08345046ΣP=P1*+P2,3m(kw)190.20862629.1.1.6.2通气搅拌功率通风量Qg（m3/min）=Q0*((273+t)/273)*(0.1/((0.1+p)+(1/2)*(HL*ρ*（10-5）)))20.74052256发酵罐压p（MPa）0.03通气时的轴功率Pg(kw)=0.157*（（P2*n*d3）/Qg0.56）0.45(kw)86.238003019.1.1.7求电机功率P电(kw)=Pg*（1+η2）/η199.85452981皮带传动机械效率η10.95轴封摩擦损失增加功率η210%选用电动机：型号功率kwY280S-4100选用减速机：型号功率kwLPJ500-191003.1415926543.534291735装液量0.75各类发酵品种的发酵热品种发酵热KJ/m3.h青霉素丝状菌23000青霉素球状菌13800链霉素18800发酵热单位发酵热四环素251002103755500红霉素26300谷氨酸29300赖氨酸33400柠檬酸11700酶制剂14700-188000.0450.1082.453333333转速rps？通气消耗空气量通气比29.396250.75转速rpm？转速rpm效率功率因数148092.70%0.88转速rpm输出rpm减速比15001.3511各类发酵品种的发酵热kal/m3.hrwhp54976393.0118.6920613298.24493.25998.96285.77002.77982.62796.314700-188009.1.2二级种子罐9.1.2.1二级种子罐的选型公称容积V0(m3)=Vc+Vd=(π/4)*H*D2+(π/24)D3=((π/4)*(H/D)+0.13)D39.1928髙径比H/D2.5D(m)1.637305545H(m)4.093263863圆整D(m)1.7圆整H(m)4.1ha封头椭圆高(m)0.425hb封头直边高度(m)0.025封头高(m)=ha+hb0.45封头容积Vd(m3)0.699855213直筒部分容积Vc(m3)9.306182838验算公称容积V0(m3)=Vc+Vd10.00603805验算全容积V(m3)=V0+Vd10.70589326符合设计要求，可行。计算后的公称容积(m3)取9.94计算后的全容积(m3)取10.58人孔取φ500mm视镜取Dg100支座采取裙座9.1.2.2考虑到罐体上搅拌电机等重量筒体壁厚取（mm）12封头壁厚取（mm）14选用A3钢制作，以降低设备费用①计算法确定发酵罐的壁厚S(mm)6.633145434设计压力P(Mpa)0.4〔σ〕1.钢的应用应力(MPa)127φ——焊接缝隙0.7C——壁厚附加量（mm）2.8C1——钢板负偏差(mm)0.8C2——为腐蚀余量(mm)2C3——加工减薄量(mm)0A3钢厚度（mm）10②封头壁厚计算δ=(P*D)/(2[σ]t*φ-P)+C7.633145434设计压力P(Mpa)0.4〔σ〕——钢的应用应力(MPa)127φ——焊接缝隙0.7C——壁厚附加量（mm）3.8C1——钢板负偏差(mm)0.8C2——为腐蚀余量(mm)2C3——加工减薄量(mm)1A3钢厚度（mm）119.1.2.3料液高度筒体部分静止液浸没高度Hc液=(V液-Vd)/((π/4)*D2)=(V0*装液量φL-Vd)/((π/4)*D2)2.757134055HL（m）=Hc液+h封3.2071340559.1.2.4传热面积的计算采用竖式蛇管换热器，传热膜系数K为300-450kcal/(m2.h.℃)，计算时取经验值400发酵温度为（℃）36循环水进口温度（℃）20循环水出口温度（℃）25平均温差（℃）Δtm13.34424183低温水进口温度（℃）9低温水出口温度（℃）14平均温差（℃）Δtm24.41472858则设计计算时均以传热温差较小的循环水数据换热面积A(m2)=Q/(K.Δtm)(m2)#REF!换热面积A取(m2)89.1.2.5冷却水管计算最大热负荷下耗水量W二级=Q二级/（c*Δt）（kg/hr）7078.456Δt（℃）5水比热C（kcal/kg.℃）1冷却水流速v1.5~3m/s，取1.8冷却水管总截面积S（m2）=W/v0.001092354进水总管直径d总=√（S/π/4）(m)0.037293816取d总=40mm，φ45*2.50.049.1.2.5.1内蛇管选冷拔无缝钢管GB8163-88取冷却管竖直蛇管组数n6冷却蛇管直径d0（m）=√（S/n/(π/4)）0.015225137取d0=20mm，φ25*2.50.02冷却管总长L=A/A0=A/(πd0)(m)127.3239545外加连接管（m）6则L总（m）133.3239545每组管长L0（m）=L/n21.22065908V管=(π/4)*d0*L0.0625取竖蛇管两直管距离为（m）0.5则两端弯管总长l0=πD（m）1.570796327取罐内附件体积为（m3）0.5罐内总体积V总=V液+V管+V附体=V公称*装料系数+V管+V附体(m3)7.5205筒体部分液体深度=（V总-V封）/S3.004953171竖蛇管总高H管=筒体部分液深+深入封头部分3.254953171蛇管深入封头部分高度取（m）0.25直管高h=H管-两端弯管高度（m）2.754953171一圈管长l=2h+l0（m）7.0807026686组蛇管每组绕圈数，则3传热面积=πdl*圈数*6(m2)10.01010757合格蛇管距筒壁距离取（m）0.15管间距取2.5倍管径（m）0.05校核筒体内宽度=搅拌器+（管径*圈数+管间距*（圈数-1）+壁距）*21.2875合格9.1.2.5.2外加盘管取热轧无缝钢管GB8163-87，φ？*？0.4n=A/(πDd)(圈)37.4482219取外盘管圈数n38圈间距（m）0.5则盘管传热