28 15
3) 冷却管总长度L计算：由前知冷却管总面积A=92.85m2；现取无缝钢
管：φ76×4，每米长冷却面积为A0=3.14×0.072×1=0.23(m2)，则： L=
A92.85=403.7(m) 0.23A0冷却管占有的体积：V=0.785×0.0762×403.7=1.83(m2)
L403.74) 每组管长L0和管组高度：L0===50.5(m)
8n另需连接管8m：L实=L+8=403.7+8=411.7(m)
排竖直蛇管的高度，设为静液面的高度，下部可伸入封头250(mm)。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=102.14+1.83+0.5=104.5(m3)
则筒体部分液深为：
V总?V封S截=
104.5?12.71=5.77(m)
0.785?4.52 竖蛇管总高：H管=5.77+0.25=6.02(m)
又两端弯管总长l0=1696mm，两端弯管总高为540mm。 则直观部分高度：h=H管-540=5480(mm) 则一圈管长 l=2h+l0=2×5480+1696=12656(mm)
5) 每组管子圈数n0:
n0=现取管间距为2.5D
L050.5==4(圈) l12.656外
=2.5×0.076=0.19(m)竖蛇管与管壁的最小距离为
0.15m，则可计算出与搅拌器的距离在允许范围内(不小于200mm)。 6) 校核布置后冷却管的实际传热面积：
A实=πd平均L实=3.14×0.072×411.7=93.08(m3) 而前有A=92.85m2，A实>A，可满足要求。
5. 设备材料的选择 选择Q235A碳素钢板(GB3274)。 6. 发酵罐壁厚的计算 1) 发酵罐的壁厚S：
PD+C (cm)
〔2σ〕φ?P 式中 P－设计压力，现取P=0.4Pa
S=
D－发酵罐内径，D=450(cm)
〔σ〕－Q235A钢的许用应力，〔σ〕=113MPa
φ－焊缝系数，根据焊伤的情况和探伤的程度而定。其范围在0.5-1之间，现取φ=0.7
C－壁厚附加量(cm)
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C=C1+C2+C3
式中 C1－钢板负偏差，其范围为0.13-1.3，现取C1=0.8mm
C2－腐蚀裕量，双面腐蚀取
C2=2mm
C3－加工减薄量，对冷加工C3=0mm 上式 C=0.8+2+0=0.28(cm)
0.4?450 S=+0.28
2?113?0.7?0.4 =1.42(cm)
选用15mm厚(0Cr18Ni9Ti)不锈钢板制作。直径4.5m，厚15mm，筒高9m。
M筒=πDHSρ=3.14×4.5×9×15×10-3×7.85×103=14974(kg) 2) 封头壁厚计算：
PD+C (cm)
〔2σ〕φ?P 式中 P=0.4MPa D=450cm 〔σ〕=113MPa φ=0.7 C=0.08+0.2+0.1=0.38
0.4?450 S=+0.38
2?113?0.7?0.4 =15.2(cm)
S=
查钢材手册圆整为16cm 7. 接管直径和长度的确定：排料管(通风管)
按排料管计算，该罐实际装罐量为102.4m3，设两小时内排空，则物料体积流量:
102.14=0.0142(m3/s)
3600?2 发酵醪流速为v=1m/s；则物料管截面积为AQ0.0142===0.0142(m2)
1vQ=
物
:A
物
S排=0.785d2→d=S排/0.785=0.0142/0.785=0.134(m)
按通风管计算，压缩空气在0.4MPa下，在常温20℃，0.1MPa的情况下通风比为0.18vvm，现折算到4MPa、37℃状态，取风速Q1=25m/s。
Q1=102.14×0.18=18.39(m3/min)=0.31(m3/s)
利用气态方程式计算工作状态下的风量
0.1273?37QA=0.31××=0.082(m3/s)
0.4273?20风管截面积SA: SA=
QfvQA:
=
0.082=3.28×10-3(m2) 25 dA=0.00328/0.785=0.065(m)
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故取d=0.134(m)，选择管径为φ135×40（mm） 8. 支座选择 对于大型发酵罐，选择裙式支座。 6.2种子罐
6.2.1种子罐的选型：采用机械搅拌通风发酵罐。 6.2.2种子罐容积和数量的其确定：
1. 种子罐容积的确定：接种量按1%计算，则种子罐容积V种为： V种=V总×1%=168.49×1%=1.68m3 式中 V总－发酵罐总容积(m3)
2. 种子罐个数的确定：种子罐周期16h，故只需一个。
3. 主要尺寸的确定：种子罐仍采用几何相似的机械搅拌通风发酵罐。H:D=2:1，
则种子罐容积V＇总=2V封+V筒，简化计算方程式如下：
ππ V＇总=D3+D3=1.68m3
212 D=0.97m 圆整到推荐的系列尺寸，取D=1m，则H=2D=2(m)。
查相应的封头高H＇封=250+25=275(mm)
罐总体高H＇罐：H＇罐=2H＇封+H＇筒=2×275+2000=2550(mm) 单个封头的容量：V＇封=0.15(m3) 封头表面积：S封=1.16m2
圆筒容量：V′筒=0.785D2×2D=0.785×12×2=1.57(m3)
不计上封头容积：V′有效= V＇封+V′筒=2×0.15+1.57=1.87(m3)>1.68m3，可满足设计要求。
4. 冷却面积的计算：当罐的容积V≤5m3用夹套冷却，可满足生产要求。
1) 发酵产生的总热量：
Q总=4.18×6000×1.0214=2.56×104(kJ/h) 2) 夹套的传热系数：
K=4.18×(150-250)kJ/(m3﹒h﹒℃) 现取4.18×220 kJ/(m3﹒h﹒℃)
3) 平均温差：发酵温度37℃；水初温取23℃；水终温取27℃，则
14?10 平均温差△tm==12℃
2Q总2.56?1044) 需冷却面积A：A===2.31(m3)
KΔtm4.18?220?125) 核算夹套冷却面积：按静止液深确定夹套高度：
静止液体浸没筒体高度 H0=
V醪?V封S罐=
1.0214?0.15=1.11(m)
0.785?12液深 HL=H′封+H0=275+1110=1385(mm)
夹套可能实现的冷却面积为封头表面积A封与圆筒被液体浸没的筒
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体外表面A筒之和：
S夹==S筒+S封=πDh0+S封=3.14×1×1.11+1.16=4.65(m2)
综上，传热需要的面积A=2.31m2，A实>A，故满足要求。
6) 设备材料选择： 不锈钢(0Cr18Ni9Ti)
7) 壁厚计算：对于带夹套的容器应按外压容器计算壁厚。考虑大冷却水
压力与容器内的压力有不同时存在的情况，取水压作为容器外压。 i.
夹套内罐的壁厚： S
PD内〔2σ〕φ+C
P－设计压力，与水压有关，P=0.4MPa
C－壁厚附加量，C=C1+C2+C3=0.5+0+0=0.5(mm) φ－焊缝系数，取0.7 D内－发酵罐直径，100(mm) 〔σ〕－许用应力，取137MPa 0.4?100S=+0.5=0.71(cm)=8(mm) 2?137?0.7ii. 封头的厚度δ封：
对于上封头δ封=6mm 对于下封头δ封=8mm
iii.
冷却外套壁厚δ套封：
夹套直径与筒体直径的关系为： D夹=D内+100=1100(mm) 查表得δ套=4mm。夹套内有导流板。 iv.
外套封头壁厚δ套封：δ套封=6mm
B﹒Z=0.5 D式中 B－挡板宽度 B=0.1D=0.1×1000=100(mm)
5. 设备结构与工艺设计 1) 挡板：根据全挡板条件，
D－罐径D=1000mm
Z－挡板数：
D1000Z=0.5=0.5×=5块，取Z=6块
B1002) 搅拌器：种子罐仍采用六弯叶涡轮搅拌器。比例尺寸如下：
直径 Di=0.35D=0.35×1000=350mm 叶片宽度 h=0.2Di=0.2×350=70mm 弧长 r=0.375Di=131.3mm 盘径 φ=0.75Di=0.75×350=262.5mm
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叶旋长 l=0.25Di=87.5mm 搅拌器间距Y=D=350mm
D底距 b==150mm
3搅拌器转速N2=N1(两档搅拌。 搅拌功率为：
3) 进风管(进出料管)：该管为物料与通风共用，管底距罐底30mm。
按通风管设计：设罐压为0.4MPa，发酵温度t=32℃，风速v=20m/s，通风量为Q=0.18vvm，常压下t0=20℃，送风量V为：
V=1.02×0.18=0.18(m3/min)
将通风换算成工作状态，求通风管直径d1:
D12/31122/3
)=470()=220r/min
350D2V? d1=
0.1273?t0.1310?0.18??P273?t00.4293=7.1(mm) =
0.785?20?600.785?v?60 按输送物料算：20min送完1.0214m3物料，则物料流量为
1.0214V物==8.51×10-4m3/s
20?608.51?104A===0.0017(m2)
0.5vV物 取水流速为v=1m/s， d2=
0.0017=47(mm) 0.785 故取φ57×3.5(mm)
4) 冷却水管 由于所需冷却热量Qmax=2.56×104kJ/h，冷却水水温变化
23℃→27℃，水的比热容cw=1×4.18kJ/(kg﹒℃).
Q2.56?104则耗水量W为：W===1531(kg/h)
cw(t2?t1)4.18(27?23) =0.42×10-3(m3/s) 设水流速
v=1m/s；则冷却管直径为
0.42?10?3d==0.023(m)=23(mm)，查金属材料表，取焊接管
1?0.785Dgφ32×3.5(mm)取冷却水管接管长度为100mm。
6. 支座选择 选用支撑式支座。 6.3空气分过滤器 6.3.1种子罐分过滤器