28 20
1. 分过滤器过滤层直径的计算：
D滤层=
4V(m) πvs 式中 V－通过分过滤器的空气(在0.4MPa)流量(m3/s)
0.1273?371 V=1.0214×0.18×××=0.00081(m3/s)
293600.4 vs－通过分过滤器的气速，现取vs =0.2m/s代入上式。 D滤层=2. 分过滤器直径的计算：
取D过滤器=1.3D滤层。则D过滤器=1.3×75=97.5(mm)，圆整后取D过滤器=100mm 3. 分过滤器强度的计算：
取P设计=0.4×1.25=0.5MPa φ=0.7:
〔σ〕=137.2MPa C=0.5(mm)，则分过滤器厚度S为： S=
PD内〔2σ〕φ?P4?0.00081=72(mm) 取D滤层=75(mm)
3.14?0.2 +C=
0.5?1000+0.5=0.76(mm)
2?137.2?0.7－05取S=2mm。
4. 进出气管：与种子罐进出气管相配合，取φ57×3.5(mm)。 5. 数量：一个种子罐，所以配一个分过滤器。
6. 滤层厚度：使用经树脂处理过的滤纸5-6层，夹持在两花板中。花板孔
φ8mm，孔间距14mm，开孔率40%左右。为了加强滤纸耐用性，可在纸层两侧加金属丝网。
7. 分过滤器的高度：一般取筒体部分高度为直径尺寸的1.1-1.5倍:
现取h筒=D过滤器×1.5=100×1.5=150(mm)
6.3.2发酵罐分过滤器
1. 分过滤器滤层直径的计算：
D滤层=
4V(m) πvs 式中 V－通过分过滤器的空气(在0.4MPa)流量(m3/s)
0.1273?371 V=102.14×0.18×××=0.081(m3/s)
293600.4 vs－通过分过滤器的气速，现取vs =0.2m/s代入上式。 D滤层=2. 分过滤器直径：
4?0.00081=0.72(m) 取D滤层=0.75(m)
3.14?0.2 28 21
D过滤器=1.3D滤层=1.3×0.75=0.975(m)
查金属材料表，选无缝钢板。圆整到推荐值：D过滤器=1000(mm)。
3. 分过滤器的壁厚：设计压力为0.5MPa
S=
PD内〔2σ〕φ?P +C=
0.5?1000+0.5=7.6(mm)
2?137.2?0.7－05取S=8mm。
4. 进出气管：进出气管直径可取与设备通风管一致，即 5. 数量：分过滤器与发酵罐相配合，每罐一个，共需2台。
6. 滤层厚度：同种子罐，分过滤器5-6层超细玻璃纤维滤纸，经树脂处理过
使用。
7. 分过滤器高度：比例参数同种子罐分过滤器。
h筒=1.5×D过滤器=1.5×1000=1500(mm)
h锥=1.5×D过滤器=1.5×1000=1500(mm)
6.4连续操作设备的设计选型
灭菌流程：连消塔－喷淋冷却流程。该流程主要由连消塔、螺旋板换热器、维持罐、喷淋冷却组成。利用热发酵液预热冷发酵液，以节省热量。 6.4.1连消塔
1. 连消塔的选型 选喷孔型。 2. 生产能力、数量和容积的确定
1) 生产能力：8h处理102.14m3的发酵液，该发酵液的密度为1.05t/m3。
数量：一套。 2) 主要尺寸及接管的计算
3. 灭菌是假的确定：灭菌时间的确定可用阿伦里乌斯方程计算得经验值，一
般取10min。培养基在连消塔中的停留时间取10s。
4. 连消塔的长度：现取培养基流速v=0.3m/s，在连消塔内的滞留时间t=10s；
则连消塔长度L：
L=vt=0.3×10=3(m)
5. 连消蒸汽耗量：设8h处理一罐发酵液，则质量流量G糖为：
102.4?1.05 G糖= =13.4(t/h)=13406(kg/h)
8发酵液固形物含量x=10.4%，则比热容cp为：
cp=∑xBcp，B=(100-10.4)% ×4.18+10.4%×1.55
=3.75+0.16=3.91[kg/(kg﹒℃)]
连消终温取t2=115℃，预热温度取70℃，加热蒸汽P=0.42MPa，相应饱和蒸汽温度145℃，干饱和蒸汽热焓λ=654.3×4.18kJ/kg，比容v‖=0.45m3/kg。115℃饱和蒸汽热含量I=115.2×4.18kJ/kg，则蒸汽耗量D为：
28 22
D=
Gc(t2?t1)13406?3.91?(115?70)==1046.8(kg/h)
λ?I4.18?(654.3?115.18) 因热损失蒸汽增加耗量10%，则蒸汽的质量流量为：
D’=D×1.1=1046.8×1.1=1151.4(kg/h)
D'1151.4蒸汽的体积流量为：V蒸汽===2558.7(m3/h)
0.45v\6. 进气管直径的计算：在此压力下，取气速为42m/s，则进气管截面积为A：
A=
V'蒸v=
2558.7=0.017(m2)
42?3600进气管直径d=
F0.017==0.13(m)=130(mm) 0.7850.785=12.77m3/h；物料流速范围为
取无缝钢管φ140×4(mm)
7. 进料管直径的计算：进料体积流量V
v=0.4m/s；则进料管截面积A=
V料v料
=
19.4=0.0089(m2)
3600?0.4进料管直径d进：d进=
F0.0089==0.106(m) 0.7850.785取无缝钢管φ114×3.5(mm)
8. 出料管直径的计算：出料量为进料量加上蒸汽冷凝量D′，则出料量为
G出=G进+1.1D=13.4+1.1×1.05=14.56(t/h) 换成体积流量为V出=
G出14.56==13.87(m3/h)，取流速为0.4m/s，出料1.05ρV出13.87=0.0096(m2)
v0.4?3600管截面积为A出：A出=
则出料管直径d出=
A0.0096==0.11(m)，选取无缝管φ127×4(mm) 0.7850.7859. 连消塔外圆尺寸的计算：已知出料体积流量为13.87m3/h，无物料在连消塔
中的移动速度取0.1m/s，则连消塔下面积A环为：
A环=
V总13.87=0.039(m2)
v3600?0.1 又：A环=0.785×(D2外内-D2内外)
式中 D外内－外筒直径(m)
D
内外
－内气管外径。
28 23
以上两式联立，则得D外内：D外内=
A环0.785?D2外内=
0.039?0.142=0.26(mm) 0.785 Dg=D外内=0.3m。
10. 外筒有效长度校核：由于连消塔内径因圆整，尺寸扩大，应重新确定有效
长度：φ260mm时，A1环=0.785×(0.262-0.142)=0.038m2
φ300mm时，A2环=0.785×(0.32-0.142)=0.055 m2
L2=
A1环?L1F2=
0.038?3=2.1(m)
0.055 连消塔设计有效长度取2.1m。
11. 设备结构的工艺设计 连消塔内开孔一般取φ孔=6mm，设总开孔面积等
于进气管面积S汽，开孔总数为N孔，单位面积为S0。则有：
0.785?0.132 N孔===484(个)
S00.785?0.0062S汽2汽管φ140×4(mm)，外管周长C=πD=3.14×140=439.6(mm)，取弦长
C439.620mm为孔中心距；则一个圆周上可排孔数N1==21(个)
2020在有效长度内，去除上、下两部分不开孔区，可开孔的长度为2.1-0.20-0.15=1.75(m)。
484 需开孔的环数：=23(环)，即将1.75m分成23份。则环距为
211.75=0.076(m) 231) 设备材料的选择 选择不锈钢(0Cr18Ni9Ti)。
2) 壁厚确定 应用查表法得壁厚δ=5mm；φ300mm封头，δ=6mm。 3) 支座选择 由于有保温层，可选用悬挂式支座，应取B型。安装悬挂支座
重心偏上100mm处。 6.4.2维持罐
1. 维持罐的选型 选用罐式。 2. 生产能力，数量和容积的确定
1) 生产能力同前，质量流量为G出=13.406t/h，体积流量为V出=12.77m3/h。 2) 数量：取一个
3) 容积：根据前述灭菌时间，扣除在连消塔逗留的时间，即为在维持中
逗留的时间，。因设备有一定温度和压力，按受压容器设计，采用椭圆封头。
t维=600-10=590s=9.83min，有维持罐填充系数φ取84%，则维
9.83100持罐总容量V维为：V维= V出﹒t维/φ=12.77××=2.5(m3)
6084 28 24
3. 设备主要尺寸的确定 维持罐考虑反混问题，拟取H/D=3。因设备有一定
的温度和压力，按受压容器设计，采用椭圆封头 。
πV维=2V封+V筒=2×D3+0.785D2×D=2.5(m2)
24 解方程，D=1m，则H=3D=3m，封头高度：h=ha+hb=250+25=275(mm)；V封=0.151m2；总高H总=H+2h=3+2×275=3.55(m)。
核算其总容量：V=V筒+2V封=0.785×12×3+2×0.151＝2.66(m3)>V维=2.5(m3)，满足要求。V有效=V筒+V封=0.785×12×3+0.151=2.51(m3)
上部出料管的开孔位置：HL=H+h=3.6+0.275=3.875(m)，出料管开孔位置取离下风头底3.875m处。 4. 设备材料选择 不锈钢。
5. 壁厚计算 设计压力取P=0.5MPa，〔σ〕=137.2MPa，φ=0.7，C=0.5mm，
PD0.5?120则壁厚S为：S=+C=+0.5=3.1(mm)
〔2σ〕φ?P2?137.2?0.7?0.5 圆整后取S=4(mm)
6. 接管计算 进出料管直径，应取与连消塔出料管相同尺寸 ：
φ127×4mm，可保证生产顺利进行。
校检醪在管中的流速：v=
7. 支座选择 选用支撑式支座。 6.4.3螺旋板换热器 1. 换热面积的计算
1) 热糖液可能放出的热量Q1(设热糖液从115℃降到72℃)：
Q1=G1cw(t2-t1)=1.46×104×3.91×(115-72)=2.45×106(kJ/h) 设热损失为(1-0.96)=0.04，则传给冷糖液的实际热量为Q1′：
Q1′=Q1×0.96=2.45×106×0.96=2.35×106(kJ/h)
2) 冷糖液可能被加热的温度t2:
Q2= G2cw(t2-t1)=1.34×3.91×(t2-25) ×104=2.35×106 得t2=70℃
3) 求平均温差Δt：
热糖液温度变化 72←115 冷糖液温度变化 25→70 Δt=
47?45=46(℃) 47ln45V出A=
12.77=0.32(m/s) 23600?0.785?0.1194) 螺旋板换热器面积A:现取K=1200×4.18kJ/(m·h·℃)，换热量取Q=4.1×106
kJ/(m·h·℃)，则：