第四章 设备设计及选型
第四章 设备设计及选型
4.1 主要设备设计及选型
4.1.1 发酵罐
(1) 选型：
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图4-1 发酵罐示意图
根据生物工程设备常见的机械搅拌通风种子罐的几何尺寸比例
H/D =2.0～3.5 取 H/D=3 Di/D =1/2～1/3 取 Di =0.5D HO/D =2 HO =2D
h=0.44D
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?200 44D?H=12.952 D=4.317
圆整 H=13000mm D=4500mm
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?H33则公称容积Vo?(?3?0.13)?()?226.45m
4333全容积V?Vo?0.13D?238.30m
查表得：
封头内表面积F=22.5162㎡，容积V=2.2417m3 人孔取?800mm，视镜D视200mm，查表厂实际情况做适当的改变。 (2) 料液高度：
1VC?0.13D31HL=HC+D=?D
40.785D24[8]
[7]
选取Ds=4500mm的支腿式支座，并根据工
226.45?80%?0.13?4.531=??4.5 20.785?4.54=11.75m
(3) 传热面积计算
蛇管传热系数取900 kcal/㎡.h.℃
发酵温度为 27℃，循环水为 20～25℃，低温水为9～14℃， 则传热温差：
?tm1?(27?20)?(27?25)?3.99℃
In27?2027?25?tm2?(27?9)?(27?14)?15.38℃
27?9In27?14设计计算时均取传热温差较小的循环水数据 则传热面积为：
Q8.2?105A???228.35m2 k??tm900?3.99取230m2
(4) 冷却水管计算 最大热负荷下耗水量：
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第四章 设备设计及选型
Q大8.2?105W大???39048kg/hr
C??t4.2?5冷却水流速 1.5～3m/s，取 2 m/s 冷却水管总截面积：S?W39048??5.42?10?3m2 V2?1000?3600S5.42?10?3进水总管直径：d总???0.083m
0.7850.785取d总?85mm(d总：内直径，外径：95mm，水管壁厚：5mm)
① 内蛇管（选冷拔无缝钢管 GB8163-88） 取冷却管竖直蛇管组数 n=12，计算冷却蛇管管径：
S5.42?10?3d0???0.024m
n?0.78512?0.785查流体管GB8163-2008
取d0?25mm,?32?3.5
冷却管总长： L?AA230???2929.9m A0?d0??0.025外加15米连接管，则L总??15?2944.9m 每组蛇管长 ： L0?L2944.9??245.40m n12取竖蛇管两直管（相对的蛇管）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 2.5m3
罐内总体积：V总?V液?V管?V附体
2?190.63?80%?0.785?0.025?3184.71?2.5
=156.56 m3
V总?V封筒体部分液深=
S156.56-0.13?4.53??9.10m
0.785?4.52竖蛇管总高H管=液深+深入封头部分（取0.25m）=9.35m 直管高 h?H管?两端弯管高=9.35-0.5=8.85m
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一圈管长 I?2h?I0?2?8.85?1.57?19.27m 12 组蛇管每组绕6 圈，则
传热面积??dI?12?6???0.025?19.27?12?6?108.91m2 壁距取 0.15m，管间距取 2.5 倍管径， 校核筒体内宽度
筒体内宽度=搅拌器+（管径×4+管间距×3+壁距）×2 （搅拌器宽度取0.375D）
=0.375×4.5+（0.025×4+0.025×2.5×12+0.15）×2 =3.69m＜4.5m
?宽度合格
② 外加盘管（取热轧无缝钢管 GB8163-87 ?146?7）
n?A230?156.56??68.9 ?Dd3.14?4.5?0.132取70 圈，间距 0.05m 校核总传热面积
A?A蛇管?A盘管?108.91?70?4.5?0.132??
=239.47m2＞230m2
校核总高度 h0?管径?70?间距?69?0.025?70?0.05?69
=9.5m＞9.10m
?面积和高度都合格
(5) 搅拌器设计及功率计算[9] ① 搅拌器设计
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 ，
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