设备设计与选型.pptx

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1、三、专业设备设计与选型的特点专业设备设计与选型的特点 间隙操作 连续操作（一）、间隙操作设备生产能力、数量与容积的计算1、生产能力的确定表示方法 t/（罐批），m3/（罐批）；生产能力Q3000t/a味精厂，100t发酵罐：Q=10070%15%48%80%112%（11%）=4.47 t/（罐批）100：发酵罐容积，t；70%：装料系数；15%：发酵初糖浓度（还原糖）；48%：发酵转化率；80%：提取率；112%：精制收率；1%：染菌率；20：发酵罐容积，t；80%：装料系数；68%：平均总收率；8400：发酵液中酶含量（u/mL）；10000：糖化酶标准计算单位（u/g）；20t糖化酶发酵

2、罐：Q=2080%68%8400/10000=9.14 t/（罐批）G：设备操作有效量，t；r：一昼夜内设备操作的时间，h；V0：一昼夜内被加工的原料、半成品的容量，m3;Va：一台设备的容量，m3;：设备的填充系数，为经验值；第1页/共19页2、间隙操作所需设备数量N的确定 N=Z/(Gr)N=V0/(24Va)N：设备操作台数，不含备用；Z：工段生产能力，以每昼夜加工原料和半成品的吨数表示；：设备的每个操作周期，h；3、设备容积的计算 V=Va/(24)V：设备总容积，m3;Va：24h内加工的成品或半成品的容积，m3;：操作周期，包括准备时间、操作和清洗等，h；：设备的填充系数，装有搅拌

3、和冷却装置或产生泡沫的物料取0.6-0.8，酒精罐取0.8-0.85，气液分离器取0.7；4、设备主要尺寸的计算 多为容器型设备；根据已知容量V以及高径比、封头高度，求出各部分尺寸；确定容器直径后，圆整为公称直径，求其他尺寸；第2页/共19页（二）、连续操作设备生产能力、数量与容积的计算设计的依据 物料流量V，m3/s，t/h；物料在设备的停留时间，h；物料在设备部位的流速，m/s；1、生产能力的确定定义 在保证生产工艺条件的基础上，单位时间通过设备的物料量；生产能力Q 10000t/a酒精厂，连续蒸煮设备的生产能力：蒸煮醪的流量为14.8 m3/s；第3页/共19页2、设备容积的计算、设备容

4、积的计算 设备的总有效容量设备的总有效容量V有效有效：V有效有效=V V：物料流量，物料流量，m3/s，t/h；：停留时间，：停留时间，h h；酒精厂中，酒精厂中，V=14.8 m3/s，=80min=80min，对，对蒸煮设备蒸煮设备；V有效有效=14.8 80/60=19.73(m3)3、设备数量的计算、设备数量的计算 n=V有效有效/(V)：设备的填充系数；：设备的填充系数；V：单台设备容积，：单台设备容积，m3；酒精厂中，V有效=19.73m3，V=7m3，=100%；n=19.73/(100%7)=2.82个3个4、设备主要尺寸计算 容器型设备计算同间隙操作设备计算方法；高径比大些第

5、4页/共19页四、专业设备设计与选型的实例专业设备设计与选型的实例 以3000t/a味精厂发酵车间为例（99%味精）；（一）、间隙操作设备设计与选型设计与选型 1000Kg100%味精：需15%的糖液15.66m3；1、发酵罐（1）发酵罐选型选型 通气搅拌罐：四大类型 多桨搅拌罐；Waldhof型；自吸式搅拌罐；卧式搅拌罐；味精发酵：机械蜗轮搅拌通风发酵罐；第5页/共19页（2）生产能力、数量与容积的确定发酵罐容积的确定 尽量减少设备的数量，取较大容积的罐：100m3；生产能力的确定每天生产99%味精10t；发酵周期：48h；每吨100%味精：需的糖液15.66m3（15%）；每天需糖液的体积

6、V糖：V糖=15.661099%=155(m3)取=70%，每天需罐的总体积V0：V0=V糖/=155/0.7=221.4(m3）发酵罐个数的确定 装液高度系数：指圆筒部分高度；公称体积；罐的全体积；以公称体积100m3为例，总容积为118m3；N=V0/(24Va)=15548/(241180.7)=3.75 个4个实际产量验算：1180.72300/15.5=3197（t/a）富裕量：（31973000）/3000=6.6%第6页/共19页（3）主要尺寸计算（Vg=100m3）V全=V筒+2V封=118m3 =0.785D22D+D32/24封头折边忽略不计H=2D D=4.009 4mH

7、=8m，h1=1000mm，h2=50mm；验算：V全=V筒+2V封 =0.785D22D+D32/24+0.785D20.05 =118.44 m3第7页/共19页（4）冷却面积的计算 牛顿传热定律，传热面积(m2)：F=Q总/（Ktm）谷氨酸发酵，最大热量：4.186000kJ/(m3h)采用竖式冷却蛇管换热器，K=4.18500kJ/(m2h)平均温差：tm=（t1t2）/ln（t1/t2）发酵液：3232冷却水：2027 tm=8 每天装2罐，每罐实际装量：155/2=77.5m3 F=Q总/（Ktm）=4.18600077.5/（4.185008）=116.25m2第8页/共19页（

8、5）搅拌器设计 选用六弯叶蜗轮搅拌器（罐直径D=4m），主要尺寸：桨叶直径：Di=D/3=1.33m，取d=1.3m；叶宽：B=0.2d=0.26m；弧长：l=0.375d=0.49m；底距：C=D/3=1.3m；盘径：di=0.75Di=0.98m；叶弦长：L=0.25d=0.33m；叶距：Y=D=4m；第9页/共19页（6）搅拌轴功率的计算 牛顿型流体发酵液 计算Rem Rem=D2N/D：搅拌器直径，1.3m；N：搅拌转速，95r/min=1.58r/s；：发酵液密度，1050kg/m3；：发酵液黏度，1.3103Ns/m2；Rem=2.2106104湍流，功率准数Np=4.7;第10页

9、/共19页不通气时的搅拌轴功率P0 一挡搅拌：P0=NpN3D5=4.71.5831.351050 =72kW 两挡搅拌：P0=2P0=272=144kW通气时的搅拌轴功率Pg Pg=2.25103(P0 2ND3/Q0.08)0.39D：搅拌器直径cm，D3=2.2106cm3；Q：通风量（ml/min），vvm=0.110.18,取0.11;Q=79.10.11106=8.7106（ml/min）Q3=3.57 Pg=2.25103(144 2952.2106/3.57)0.39=116.1 (kW)电机功率P电 P电=1.01Pg/(123)采用三角传动带：1=0.92；滚动轴承：2=0

10、.99；滑动轴承：3=0.98；端面密封：消耗功率1%；P电=131.2 (kW)第11页/共19页（7）设备结构的工艺计算空气分布器 通气量小Q=0.020.5mL/s：多孔式分布器；通气量大：单管式；挡板 本罐中设有竖式冷却蛇管和扶梯，故不加挡板；密封方式 采用双端面机械密封；第12页/共19页 冷却管布置 、最高热负荷下的耗水量W W=Q总/cp(t2t1)Q总：发酵最旺盛时的发酵热，Q总=4.18600077.5=1.94106 (kJ/h)cp：冷却水比热容，4.18kJ/(kgK)t1、t2：冷却水的初温和终温，20，27；W=6.63104(kg/h)=18.4(kg/s)=18

11、.4102(m3/s)取管中水流速为v=1m/s;冷却管总截面积：S总=W/v=18.4102/1=18.4102(m2)进水总管直径：d总=(S总/0.785)0.5=0.153(m)第13页/共19页、冷却管组数n和管径d0 S总=n0.785d02取n=8 d0=S总/（n0.785）0.5 =18.4102/（80.785）0.5 =0.054(m)选取633.5mm无缝管，d内=56mm d0，d平均=60mm；、冷却管总长度L的计算 每米管的冷却面积：F0=3.140.061=0.19(m2)L=F/F0=116.25/0.19=612(m)冷却管占有体积V=0.7850.0632

12、612=1.9(m3)第14页/共19页、每组管长L0和管组高度 L0=L/n=612/8=76.5(m)连接管8m，实际总管长：L实=L+8=620(m)竖管可伸入封头250mm；发酵罐内附件占有体积为0.5 m3；则罐内总占有体积为：V总=V液+V管+V附件=77.5+1.9+0.5=80 m3筒体部分液深：（V总V封）/S截=（809）/（0.78542）=5.7m竖蛇管总高：H管=5.7+0.25=6.0m两端弯管总长l0=1570mm，总高500mm；直管部分高度：h=H管 500=5500mm；一圈管长：l=2h+l0=25500+1570=12570mm；第15页/共19页、每组

13、管子圈数n0 n0=L0/l=76.5/12.6=6(圈)、校核冷却管的实际传热面积 F实=nd平均L实=3.140.06620=116.8 m2 F=116.25 m2（8 8）设备材料的选择 一般采用不锈钢材料；谷氨酸发酵可采用碳钢；本例中采用A3A3钢材料；第16页/共19页（9）发酵罐壁厚的计算 计算法；查表法；计算法确定发酵罐的壁厚S S=PD/(2P)+C (cm)P：设计压力，取最高压力的1.05倍，P=0.4MPa；D：罐内径，D=400cm；：A3钢的许应压力，127MPa；：焊缝系数，0.51，取0.7；C：壁厚附加量（cm）C=C1+C2+C3C1：钢板负偏差，0.131

14、.3mm，取0.8mm；C2：腐蚀裕量，单面腐蚀取1mm，双面腐蚀取2mm，C2=2mm；C3：加工减薄量，冷加工C3=0，热加工封头C3=S010%，取C3=0；C=0.8+2+0=2.8mm=0.28cm S=0.4400/(21270.70.4)+0.28=1.2 (cm)选用12mm厚的A3钢材料；罐每米高的重量为1186kg，总重为G筒=11868=9488kg；第17页/共19页封头壁厚计算 标准椭圆封头：S=PD/(2P)+C (cm)P=0.4MPa；D=400cm；=127MPa；C=0.8+0.2+0.1=0.38cm=0.7；S=0.4400/(21270.70.4)+0.38=12.8 (mm)圆整S=14mm，G封=2005kg；第18页/共19页感谢您的观看！第19页/共19页