年产1000吨Bt的车间工艺发酵设计 (7)

年产1000吨苏云金芽孢杆菌的发酵车间工艺设计

4.4.3产品干燥岗位的热量衡算

（1）滤饼：（5754.74kg）: a ：5754.74×95%=5467Kg

b杂质：10.86Kg c.水：276.88Kg

（2）水蒸汽：254.74Kg （3）粗品(0.45)： a ：0.45Kg

b杂质：0.001Kg c 水：22.14kg

表4

物质 温度 150℃

A BT 1.7462

B 水 4.1828

C 水蒸汽 1.87

D 杂质 2.5997

物质的Cp 值一览表

注：水蒸气的定压比热,1.87kJ/kg,(查《化学工程师技术全书》第1219页); 计算过程

（1）Q1的计算（以25℃为基准）： Q1=0kJ （2）Q4的计算：

Q4=ΣmtCp（以25℃为基准）：

Q4-A=5467×1.7462×(150-25)= 1193309.43KJ Q4-B=22.14×4.1828×(150-25) =11575.90KJ

Q4-C=254.87×1.87×(150-25)= 59575.86KJ

Q4-D=10.86×2.5997×(150-25)= 3529.09KJ

则：Q4= Q4-A＋Q4-B＋Q4-C＋Q4-D

=1193309.43+11575.90+59575.86+3529.09=1267990.28kJ （3）Q3的计算：

A.此过程没有生物热，故为0KJ b.状态变化热：

汽化热：

水：qv=-2432.65kJ/Kg（查《化工工艺设计手册》第三版上册第二篇P819）

Qv=-2432.65?254.87??620009.51kJ Q3=-620009.51kJ （4）Q5＋Q6的计算

据工艺要求，可以有：Q5＋Q6=5%～10%（Q5＋Q6＋Q4）

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取Q5＋Q6=8%（Q5＋Q6＋Q4）

则：Q5?Q6?8Q4928 ??1267990.28

92 ?110260.02kJ（5）Q2的计算：

∵Q1＋Q2＋Q3 = Q4＋Q5＋Q6

∴Q2 =Q4＋Q5＋Q6－Q1－Q3

=1267990.28+110260.02-0- (-620009.51) =1998259.81kJ

（6）水蒸气消耗量（间接加热）

可按以下公式计算：

W=Q2

(H?CPT)?

式中W：蒸汽的消耗量，Kg或Kg/h；

Q2:?由蒸汽传给物料及设备的热量，kJ或kJ/h;H：蒸气的热焓：2253.02KJ/kg（查阅《化工工艺设计手册》第三版上册716页）；

CP:?水蒸气的定压比热,1.87kJ/kg,(查《化学工程师技术全书》第1219页);

T：冷凝水温度，为80℃；

η：加热效率。对保温设备可取0.97-0.98，不保温设备取0.93-0.95。

则：W=1998259.81(2253.02?1.87?80)?0.95

?1000.01Kg即：所需的水蒸汽消耗量为1000.01Kg。

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第5章 设备确定及选型

5.1 发酵罐的设计

5.1.1 发酵罐的尺寸设计 H/D=1.7~3，取H/D=2.0

?V0?D2H?0.15D3

4式中，H/D为高径比，即罐筒身高与内径之比；V0为公称容积，即筒身容积Vc加上底封头容积Vb之和。

2D=1.91m， 圆整D=4m， H=2D=6m

d11已知?~，取d=0.4D=0.8m

D231W11已知?~，取W=D=0.2m

10D812B已知?0.8~1.0，取B=0.9d=0.72m 圆整B=0.8m

dS已知?1.5~2.5，取S=1.5d=1.2m

dVb?V0??D3?0.15D3=10

?4D2hb?0.13D3（hb取25mm）

式中hb为封头的直边高度，m；Vb为底封头容积，m3。D为内径，m；W为挡板宽度，m；d为搅拌器直径，m；S为两搅拌器间距；B为下搅拌器距底间距；S1为上搅拌器至液面间距。

?Vb??22?0.025?0.13?23?1.12m3

4发酵液的圆柱体积V柱=16.7/2－1.12=7.23 m3

7.23发酵液的柱体高h=?2.3m

D2??()2假设用两层搅拌器，所以Sl=2.3－1.2=1.1m 检验：Sl/d=1.1/0.8=1.375在1~2范围内。

5.1.2 发酵罐搅拌器轴功率计算 已知d=0.8m，D=2m

液位高 HL=h?B=2.3+0.8=3.1m

n=180rpm=3r/s ρ=1050kg/ m3 μ=0.1Pa?s

ReM=

nd2??3?0.82?10004 ??1.016?104>10（属湍流状态）

0.1P=kn3d5ρ=4.8 ?33 ?0.85?1000?43.10kW

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11(2/0.8)(3.1/0.8)?1.04(D/d)(HL/d) =33实际P*=f P=1.04?43.10?45.12kW 因为有两层搅拌器

P2= P*(0.4+0.6?2)=45.12? (0.4+0.6?2)=73.56

标准状况下的通气量Q0=VL?VVM=0.8?16.7/2=6.68 m3/min

273?t0.1013Qg= Q0()?

1273(0.1013?0.05)??1000?9.81?10?6?HL20.1013273?25 = 6.68?()?

1273(0.1013?0.05)??1000?9.81?10?6?3.123

=4.40 m/min

校正系数f=

Na=

Qgnd3?4.40?0.092?0.035

90?0.83?Pg/P?0.62?1.85Na Pg=46.37?(0.62?1.85?0.092)?20.45 kW

式中，Qg为工况通气量，m3/min；d为搅拌器直径，m；n为搅拌器旋转转速，r/s；Pg为通气搅拌功率，kW ；P为不通气搅拌功率，kW；Q0为标准状况通气量，m3/min；Na为通气准数，代表发酵罐内空气的表现流速与搅拌器叶端速度之比。 5.2 种子罐的计算

5.2.1种子罐的尺寸计算 H/D=1.7~3，取H/D=2.0

?V0?D2H?0.15D3

42D=0.4m, H=2D=0.8m

d11已知?~ 取d=0.4D=0.28m 圆整d=0.3

D231W11已知?~,取W=D=0.07m 圆整W=0.1m

10D812B已知?0.8~1.0，取B=1.0d=0.3m

dS已知?1.5~2.5, 取S=1.5d=0.45m 圆整S=0.5m

d4?Vb??0.72?0.025?0.13?0.73?0.0542m3

4发酵液的圆柱体积V柱=0.42－0.0542=0.37 m3 Vb?V0??D3?0.15D3=0.13

?D2hb?0.13D3（hb取25mm）

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发酵液的柱体高h=

V柱0.37??0.96m 圆整h=1m D23.14?0.352??()2式中hb为封头的直边高度，m； Vb为底封头容积，m3。D为内径，m；W为挡板宽度，m；d为搅拌器直径，m；S为两搅拌器间距；B为下搅拌器距底间距；S1为上搅拌器至液面间距。

假设用一层搅拌器，所以S1=h=1m

检验：S1/d=1/0.3=3.3不在1~2范围内。 假设用两层搅拌器，则S1=h/2=0.5m S1/d=0.5/0.3=1.7，在1~2范围内。 所以采用两层搅拌器。 5.2.2 种子罐轴功率计算

3 3

?种子罐单位体积轴功率P’=7~8kW/ m取P’=8kW/ m?P种子=0.13?8?10.4kW

5.3 发酵液的贮罐计算

V=30/3=10 m3 取?0=0.75

V0?V/0.75=10/0.75=13.3m

3

查化工手册取三个14 m3的贮罐 公称直径DN=1800mm，L1=3400mm 5.4过滤器的选择

dVA?p? dtruv(V?Ve)/AdV3

______瞬时的过滤速度，滤液/s； mdt?p______滤液通过滤饼层及过滤介子的总压力，Pa； V______生成厚度为L的滤饼所获得滤液体积，m3；

ve______过滤介子的当量滤液体积，m3；

r______滤饼的比阻，l/m2； u______滤液的粘度，Pa。S；

v______单位体积滤液所对应的滤饼体积，m3滤饼/m3滤液； A______过滤面积，m3

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