对谷氨酸发酵，每1m3发酵液、每1h传给冷却器的最大热量约为4.18×6000kJ/(m3·h)。
采用竖式蛇管换热器，取经验值K=4.18×500 kJ/(m3·h·℃)。 平均温差Δtm：
Δtt2m?Δt1?ΔlnΔt1Δt2
32℃ 32℃ 20℃ 27℃
12 5
代入
Δt5m?12?ln12?8℃5
对公称容量200 m3的发酵罐，每天装5罐，每罐实际装液量为
775.175?155?m3?换热面积
F?QΔt?4.18?6000?155?500?8?232.5?m3K?m4.18
（5）搅拌器计算 选用六弯叶涡轮搅拌器。
该搅拌器的各部分尺寸与罐径D有一定比例关系
搅拌器叶径
DD5i?3?3?1.67?m?取d=1.7（m）
叶宽 ：
B?0.2d?0.2?1.7?0.34?m?
弧长：
l?0.375d?0.375?1.7?0.64?m?
底距：
C?D3?53?1.7?m?盘踞 ：
di?0.75Di?0.75?1.7?1.28?m?
叶弦长：
L?0.25Di?0.25?1.7?0.43?m?
15
叶距 ：
Y?D?5?m?
弯叶板厚：
δ=12（mm）
取两挡搅拌，搅拌转速N2可根据50m3罐，搅拌直径1.05m，转速N1=110r/min。以等P0/V为基准[6]放大求得：
2/3N??D?1?2?N1?D?2??2/3
?110???1.05??1.7???80?r/min?（6）搅拌轴功率的计算
淀粉水解糖液低浓度细菌醪，可视为牛顿流体。 ①计算Rem[8]
ReD2Nρm?μ
式中 D——搅拌器直径，D=1.7m N——搅拌器转速，
N?8060?1.33?r/s?
ρ——醪液密度，ρ=1050 kg/m3
μ——醪液粘度， μ=1.3×10-3N·s/m2 将数代入上式：
Re1.72?1.33?105064m?1.3?10?3?3.1?10＞10
视为湍流，则搅拌功率准数Np=4.7
②计算不通气时的搅拌轴功率P0：
P0?NPN3D5ρ
式中 Np——在湍流搅拌状态时其值为常数4.7 N——搅拌转速，N=80r/min=1.33r/s D——搅拌器直径，D=1.7m
ρ——醪液密度，ρ=1050kg/m3 代入上式：
P'0?4.7?1.333?1.75?1050?88.2?103W?88.2kW
两挡搅拌：
P0?2P'0?176.4kW
③计算通风时的轴功率Pg
16
?P02ND3??3Pg?2.25?10???Q0.08????0.39?kW?
224P?176.4?3.1?100式中 P0——不通风时搅拌轴功率（kW），
N——轴转速，N=80r/min
D——搅拌器直径（cm），D3=1.73×106=4.9×106 Q——通风量（ml/min），设通风比VVm=0.11~0.18，取低限，如通风量变大，Pg会小，为安全。现取0.11；
则Q=155×0.11×106=1.7×107（ml/min）
Q0.08?1.7?107代入上式：
??0.08?3.79
????0.39?3.1?104?80?4.9?106?3Pg?2.25?10???3.79??69.1?kW?
④求电机功率P电：
P电?Pg
采用三角带传动η1=0.92；滚动轴承η2=0.99，滑动轴承η3=0.98；端面密封增加功率为1%；代入公式数值得：
69.1P??1.01?78.2?kW?电0.92?0.99?0.98
（7）设备结构的工艺计算
①空气分布器：本罐采用单管进风，风管直径υ133×4mm。 ②挡板：本罐因有扶梯和竖式冷却蛇管，故不设挡板
③密封方式：本罐采用双面机械密封方式，处理轴与罐的动静问题。 ④冷却管布置：采用竖式蛇管 Ⅰ 最高负荷下的耗水量W
?1?2?3?1.01W?Q总cP?t2?t1?
式中 Q总——每1m3醪液在发酵最旺盛时，1h的发热量与醪液总体积的乘积
Q总?4.18?6000?155?3.89?106?kJ/h?
cp——冷却水的比热容，4.18kJ/（kg·K） t2——冷却水终温，t2=27℃ t1——冷却水初温，t1=20℃ 将各值代入上式
17
3.89?106W?4.18??27?20??1.33?105?kg/h??36.9?kg/s?
冷却水体积流量为3.69×10-2m3/s，取冷却水在竖直蛇管中的流速为1m/s，根据流体力学方程式，冷却管总截面积S总为：
WS总?v
式中 W——冷却水体积流量，W=3.69×10-2m3/s V——冷却水流速，v=1m/s
代入上式：
3.69?10?2S总??3.69?10?2m21
??进水总管直径 ：
3.69?10?2d总???0.217?m?0.7850.785
S总Ⅱ 冷却管组数和管径：设冷却管总表面积为S总，管径d0，组数为n，则：
取n=8，求管径。由上式得：
d0??S总n?0.785?23.69?10?0.077?m?8?0.785
查金属材料表选取υ89×4mm无缝管[9]，
d内?81mm g?5.12kg/m，
d内?d0，认为可满足要求，d平均?80mm。
现取竖蛇管圈端部U型弯管曲径为300mm，则两直管距离为600mm，两端弯管总长度为l0：
?mm? l0??D?3.14?600?1884Ⅲ 冷却管总长度L计算：由前知冷却管总面积
F?232.5m2
现取无缝钢管υ89×4mm，每米长冷却面积为
F0?3.14?0.08?1?0.25m2
则:
L?F232.5??930?m?F00.25
18
??
冷却管占有体积：
V?0.785?0.0892?930?5.8m3
Ⅳ 每组管长L0和管组高度：
L0?L930??77.5?m?n12
??另需连接管8m：
L实?L?8?930?8?938?m?
可排竖式直蛇管的高度，设为静液面高度，下部可伸入封头250mm。设发
酵罐内附件占有体积为0.5m3，则：总占有体积为
V总?V液?V管?V附件则筒体部分液深为：
V总?V封S??155?5.8?0.5?161.3m??3
161.3?16.4?7.4?m?
0.785?52竖式蛇管总高
H管?7.4?0.25?7.7?m?
又两端弯管总长l0?1884mm，两端弯管总高为600mm， 则直管部分高度：
?mm? h?H管?600?7700?600?7100则一圈管长：
?mm? l?2h?l0?2?7100?1884?16084Ⅴ 每组管子圈数n0：
n0?L077.5??5?圈? l16.1现取管间距为2.5D外?2.5?0.089?0.22?m?，竖蛇管与罐壁的最小距离为0.15m，则可计算出搅拌器的距离在允许范围内（不小于200mm）。
Ⅵ.校核布置后冷却管的实际传热面积：
F实??d平均?L实?3.14?0.08?938?235.6m而前有F=232.5m2，F实?F，可满足要求。 （8）设备材料的选择[10]
选用A3钢制作，以降低设备费用。
??2
19
相关推荐：
loading