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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