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1、山东xxxx学院院生物工工程与设设备课课程设计计说明书书学院：食食品与生生物工程程学院班级：xxxx 学号：xxxx姓名：xxxx 指导老老师：xxxxxxxx设计日期期:20011年12月21日至至20111年12月28日一、前言言1、课程程设计的的性质通过本次次设计使使同学对对生物物工程与与设备的的理论知知识有更更深刻的的理解，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、课程程设计目目的与任任务任务：年年产6万万吨味精精厂谷氨氨酸机械械搅拌通通风发酵酵罐设计计。目的：通通过课程程设计，使使同学对对工艺参参数确定定，物料料恒算、发发酵罐体体积及尺尺寸确定
2、定、罐体体机械强强度、搅搅拌功率率、搅拌拌轴及搅搅拌浆叶叶强度等等计算能能力得到到锻炼。掌掌握工程程设计基基本程序序及内容容，熟练练掌握电电脑绘图图及绘图图质量。二、设计计参数1、糖酸酸转化率率60%2、发酵酵产酸水水平111%3、发酵酵周期332小时时4、发酵酵罐充满满系数为为0.775、味精精分子式式1877.133（C55H8NNO4NNa）.H2OO6、谷氨氨酸分子子式1447.113(CC5H99NO44)7、谷氨氨酸密度度取1.5533g/ccm38、残还还原糖00.8%，干菌菌体1.7% 9、谷氨氨酸提取取率977.5%10、谷谷氨酸生生产味精精精制率率为1225% 11、取取（
3、kw）12、空空罐灭菌菌压力00.255MPaa13、年年工作日日安3330天计计算 三、物料料衡算1、发酵酵罐总容容积计算算发酵罐总总容积，决决定于年年工作日日、每天天生产谷谷氨酸量量、发酵酵产酸水水平、谷谷氨酸发发酵周期期、谷氨氨酸提取取率、谷谷氨酸精精制味精精得率等等。（1）年年谷氨酸酸的产量量=年味味精产量量1255%=600000/1.225=4480000T（2） 每天的谷谷氨酸产产量=年年谷氨酸酸的产量量3300=480000/3300=1445.445T（3）发发酵液密密度（4）每每天生产产发酵液液体积=1455.455/1.0500(111%97.5%)=12291.60m3
4、 （5）发发酵罐的的总容积积=每每天生产产发酵液液体积发酵周周期（小小时）/244=（112911.60032）/244=17722.13mm32、求发发酵罐个个数，取取单罐公公称容积积2000m3查表6-2（发发酵工厂厂工艺设设计概论论P1002）得得公称容容积是2200的的发酵罐罐全容积积为2330。取充满满系数为为0.77.(1)单单罐的有有效容积积计算=单罐公公称容积积罐的利利用率=20000.77=1440m3(2)发发酵罐个个数n计计算n=/=17222.113/1140=12.31 故取取13个个发酵罐罐。四、发酵酵罐工艺艺设计1、发酵酵罐直径径及罐体体高度计计算根据发酵酵罐的公
5、公称容积积，确定定发酵罐罐的尺寸寸。已知知发酵罐罐直径DD，筒体体部分高高，发酵酵罐总高高H。常见的发发酵罐的的几何尺尺寸比例例如下：H/D=1.773.5 Dii/D=1/221/3B/D=1/881/12 C/Di=0.881.0S/Dii=25 H00/D=2取H/DD=2.0，采采用标准准椭圆形形封头。已已知罐公公称容积积为2000m33 通常，对对一个发发酵罐的的大小用用“公称体体积”表示。所所谓“公称体体积”， 是指罐罐的通身身（圆柱柱）体积积和底封封头体积积之和。其其中底封封头体积积可根据据封头形形状、直直径及壁壁厚从有有关化工工设计手手册中查查得。标标准椭圆圆形封头头体积为为：
6、 -(11)式中：椭圆封封头的直直边高度度，椭圆短短半轴长长度，标标准椭圆圆。故发酵罐罐全体积积为： -(2)近似计算算式为： （mm3） -(33)发酵罐公公称体积积： 其中 取发酵罐罐直径DD=5 m 故发酵罐罐高=22D=110 mm 取封头直直角边，一一般取值值范围为为5055mmm，此此处取封封头直边边为500mm.发酵罐公公称容积积=(H+)=55(110+00.055+5)=2133.6 m3发酵罐总总高度=+2(+)=110+22(0.05+54)=12.6m封头体积积：发酵罐全全容积VV=+=2113.66+177.344=2330.994 mm3 与查表表得公称称体积一一致
7、。2、发酵酵罐壁厚厚计算使用不锈锈钢0CCr199Ni99，其中中钢板许许用应力力P设计计压力，取取最大工工作压力力的1.1倍，灭灭菌压力力即最大大工作压压力；焊缝系系数，双双面焊缝缝取=00.855（局部部无损探探伤）；C=+对对不锈钢钢当介质质的腐蚀蚀性极微微时，取取=0，查查表144-7（生生物工程程设备）取取=0.6mmm。许用应应力（kkg/ccm2）取不锈钢钢板厚77mm。3、 搅拌器类类型选择择与设计计搅拌器的的设计应应使发酵酵液有足足够的径径向流动动和适度度的轴向向运动。搅搅拌叶轮轮大多采采用涡轮轮式，最最常用的的是六直直叶圆盘盘涡轮搅搅拌器、六六弯叶圆圆盘涡轮轮搅拌器器、六箭
8、箭叶圆盘盘涡轮搅搅拌器，圆圆盘作用用是避免免底部通通入的空空气从罐罐中心上上升走短短路。为了强化化轴向混混合，可可采用涡涡轮式和和推进式式叶轮共共用的搅搅拌体系系。为了拆装装方便，大大型搅拌拌叶轮可可做成两两半型，用用螺栓连连成整体体装配于于搅拌轴轴上。搅拌叶轮轮直径与与罐径之之比Dii/D=1/221/3。搅搅拌叶轮轮类型的的选择主主要考虑虑功率准准数，混混合特性性以及叶叶轮所产产生的液液流作用用力的大大小与种种类等等等。 由Dii/D=1/221/3，此此时取DDi/D=7/20，即即：Dii=7/20D=1.775m。由由标准圆圆盘涡轮轮搅拌器器尺寸DDi：d：L：BB=200:155:
9、5:4得：圆盘涡轮轮直径dd= DDi 155/200=1.7515/20=1.331255m, 桨叶长LL= DDi 5/20=1.7755/220 =0.443755 m，桨叶宽BB= DDi 4/20=1.7754/220=0.335 mm，采用标准准六弯叶叶圆盘涡涡轮搅拌拌器。设转速为为n 转/miin根据据要求KKW，即即：。多只涡轮轮搅拌器器不通风风时的搅搅拌功率率计算若是多档档搅拌器器，两档档间距SS，非牛牛顿流体体S取22D，牛牛顿流体体S取22.5-3D；静液面面至上档档间距取取0.55-2DD, 下下档搅拌拌器至罐罐底距离离C取00.5-1D。符符合以上上条件，两两档搅拌拌
10、器输出出的功率率就是单单只涡轮轮搅拌器器的2倍倍： 式式中：-通风时时的搅拌拌功率，单单位kWW。 n-搅搅拌转速速（r/minn）-搅拌器器直径（mm）-功率准准数-发酵酵液密度度所以 1140=24.6634.7710550，所以以n =57.15 r/mmin。选用功率率为1225kWW的电机机。通风时搅搅拌功率率（）计计算.(kkW) -（aa）式中：、通风与与不通风风时的搅搅拌功率率，单位位kW。n搅拌拌转速（rr/miin）D搅拌拌器直径径（m）Q通风风量（mm3/mmin） 设通风风比vmm=0.22 则QQ=16630.22110=335.886100ml/minn=355.8
11、66 /mmin 代入入上式得得，通风风时搅拌拌轴功率率=1338.22kW1400kw4、 搅拌轴直直径计算算搅拌轴直直径决定定于搅拌拌轴的材材料、转转速、搅搅拌功率率等。轴轴的计算算主要是是确定轴轴的最小小截面尺尺寸，进进行强度度、刚度度计算，以以便保证证搅拌轴轴能安全全平稳的的运转。（1） 轴的强度度计算对搅拌轴轴而言，承承受扭转转和弯曲曲联合作作用，其其中以扭扭转作用用为主，所所以在工工程应用用中常用用近似的的方法进进行强度度计算。它它假定轴轴只承受受扭矩的的作用，然然后用增增加安全全系数以以降低材材料的许许用应力力来弥补补由于忽忽略受弯弯曲作用用所引起起的误差差。轴受受扭转时时，其截
12、截面上产产生剪应应力。采用455号钢，按按表1取取=3600，=，取取d=1440mmm.（2）轴轴的刚度度计算=N.m,=根据搅拌拌设备设设计计算算,取BB=100,小于强度度计算值值，故轴轴径依强强度计算算为准。5、冷却却面积计计算及设设计（1）冷冷却面积积按每立方方米发酵酵液1mm2冷却面面积计算算，即：d取规格为为653的管管子做冷冷却管所以，LL=大型发酵酵罐一般般对称取取8组冷冷却管，美美组冷却却管累积积长度取取7，每每一排上上下有22个冷却却管。故冷却管管子根数数N=7719.13/(862)=7.449,取取8根。冷却管体体积：，取取V=33 m33五、设计计体会通过此次次课程
13、设设计，我我对生物物工程设设备课上上有关通风风发酵设设备的理理论内容容有了更更好的掌掌握；通通过一次次次的摸摸索掌握握了如何何去设计计出满足足要求的的发酵罐罐，懂得得了如何何去选择择搅拌器器、搅拌拌轴、联联轴节、轴轴承，根根据什么么去选；并且在在选材上上也有了了一定的的基础；原来没没有接触触过AuutoCCAD的的内容，通通过这次次操作使使我熟悉悉了AuutoCCAD的的操作，能能较好的的运用AAutooCADD来绘制制图形，为我即将结束的大学生活又添了多彩的一笔。更熟悉了Word的某些操作和功能；提高了自己的计算机技能，锻炼了动手能力，提升了专业知识的掌握水平。通过此次次实际动动手来做做课程设设计，使使我加深深了对一一个道理理的理解解“学无止止境”我相信信这些道道理将会会对我未未来的人人生产生生极大的的影响，再再次对各各位老师师深表感感谢。六、教材材及主要要参考资资料1化化工工艺艺设计手手册2于于令信味味精工业业手册3张张克旭氨氨基酸发发酵工艺艺学轻轻工业出出版社4化化工设备备设计全全书编辑辑委员会会编搅搅拌设备备设计上上海科学学技术出出版社119855（5）梁梁世中生生物工程程设备轻轻工业出出版社220022.2（6）高高孔荣发发酵设备备 轻轻工业出出版社119911.100（7）华华南工学学院等编编发酵酵工程与与设备轻轻工业出出版社119811