生物工程与设备课程设计.docx

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时间：2021年x月x日
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山东xxx学院
《生物工程与设备》课程设计说明书

学院：食品与生物工程学院
班级：xxx
学号：xxx
姓名：xxx

指导老师：xxxxxx
设计日期:2011年12月21日至2011年12月28日

一、前言
1、课程设计的性质
通过本次设计使同学对《生物工程与设备》的理论知识有更深刻的理解，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、课程设计目的与任务
任务：年产6万吨味精厂谷氨酸机械搅拌通风发酵罐设计。
目的：通过课程设计，使同学对工艺参数确定，物料恒算、发酵罐体积及尺寸确定、罐体机械强度、搅拌功率、搅拌轴及搅拌浆叶强度等计算能力得到锻炼。掌握工程设计基本程序及内容，熟练掌握电脑绘图及绘图质量。
二、设计参数
1、 糖酸转化率60%
2、 发酵产酸水平11%
3、 发酵周期32小时
4、 发酵罐充满系数为0.7
5、 味精分子式187.13（C5H8NO4Na）.H2O
6、 谷氨酸分子式147.13(C5H9NO4)
7、 谷氨酸密度取1.553g/cm3
8、 残还原糖0.8%，干菌体1.7%
9、 谷氨酸提取率97.5%
10、谷氨酸生产味精精制率为125%
11、取（kw）
12、空罐灭菌压力0.25MPa
13、年工作日安330天计算
三、物料衡算
1、发酵罐总容积计算
发酵罐总容积，决定于年工作日、每天生产谷氨酸量、发酵产酸水平、谷氨酸发酵周期、谷氨酸提取率、谷氨酸精制味精得率等。
（1）年谷氨酸的产量=年味精产量÷125%
=60000/1.25=48000T
每天的谷氨酸产量=年谷氨酸的产量÷330
=48000/330=145.45T
（3）发酵液密度

（4）每天生产发酵液体积

=145.45/1.050×(11%×97.5%)=1291.60m3
（5）发酵罐的总容积=〔每天生产发酵液体积×发酵周期（小时）〕/24=（1291.60×32）/24=1722.13m3
2、求发酵罐个数，取单罐公称容积200m3
查表6-2（发酵工厂工艺设计概论P102）得公称容积是200的发酵罐全容积为230。取充满系数为0.7.
(1)单罐的有效容积计算
=单罐公称容积×罐的利用率=200×0.7=140m3
(2)发酵罐个数n计算
n=/=1722.13/140=12.31
故取13个发酵罐。
四、发酵罐工艺设计
1、发酵罐直径及罐体高度计算
根据发酵罐的公称容积，确定发酵罐的尺寸。已知发酵罐直径D，筒体部分高，发酵罐总高H。
常见的发酵罐的几何尺寸比例如下：
H/D=1.7～3.5Di/D=1/2～1/3
B/D=1/8～1/12C/Di=0.8～1.0
S/Di=2～5H0/D=2

取H/D=2.0，采用标准椭圆形封头。已知罐公称容积为200m3
通常，对一个发酵罐的大小用“公称体积”表示。所谓“公称体积”，是指罐的通身（圆柱）体积和底封头体积之和。其中底封头体积可根据封头形状、直径及壁厚从有关化工设计手册中查得。标准椭圆形封头体积为：
--------(1)
式中：—椭圆封头的直边高度，ｍ
—椭圆短半轴长度，标准椭圆。
故发酵罐全体积为：
--------(2)
近似计算式为：
（m3）--------(3)
发酵罐公称体积：其中

取发酵罐直径D=5m故发酵罐高=2D=10m
取封头直角边，一般取值范围为50~55mm，此处取封头直边为50mm.
发酵罐公称容积=(H++)
=×5×5(10+0.05+×5)=213.6m3
发酵罐总高度=+2(+)=10+2(0.05+5÷4)=12.6m
封头体积：

发酵罐全容积V=+=213.6+17.34=230.94m3
与查表得公称体积一致。
2、发酵罐壁厚计算
使用不锈钢0Cr19Ni9，其中钢板许用应力

P—设计压力，取最大工作压力的1.1倍，灭菌压力即最大工作压力；
—焊缝系数，双面焊缝取=0.85（局部无损探伤）；
C=+对不锈钢当介质的腐蚀性极微时，取=0，查表14-7（《生物工程设备》）取=0.6mm。
—许用应力（kg/cm2）

取不锈钢板厚7mm。
搅拌器类型选择与设计
搅拌器的设计应使发酵液有足够的径向流动和适度的轴向运动。搅拌叶轮大多采用涡轮式，最常用的是六直叶圆盘涡轮搅拌器、六弯叶圆盘涡轮搅拌器、六箭叶圆盘涡轮搅拌器，圆盘作用是避免底部通入的空气从罐中心上升走短路。
为了强化轴向混合，可采用涡轮式和推进式叶轮共用的搅拌体系。
为了拆装方便，大型搅