武汉工程大学本科毕业设计（论文）
以等P0/V为基准[6]放大求得：
?D1N2?N1??D?2????2/3?1.05??110???1.7??2/3
?65.79?r/min?（2）搅拌轴功率
淀粉水解糖液低浓度细菌醪，可视为牛顿流体。 ①计算Rem
D2NρRem?μ
式中 D——搅拌器直径，D=2.27m
N——搅拌器转速，N?65.79?1.1?r/s? 60 ρ——醪液密度，ρ=1050 kg/m3
μ——醪液粘度， μ=1.3×10-3N·s/m2 将数代入上式：
2.272?1.33?10504 Rem?＞10?31.3?10视为湍流，则搅拌功率准数Np=4.7
②计算不通气时的搅拌轴功率P0：
P0?NPN3D5ρ
式中 Np——在湍流搅拌状态时其值为常数4.7 N——搅拌转速，N=65.79r/min=1.1r/s D——搅拌器直径，D=2.27m
ρ——醪液密度，ρ=1050kg/m3 代入上式：
P0'?4.7?1.13?2.275?1050?395?10W?395kW3
两挡搅拌：
P0?2P0'?790kW
③计算通风时的轴功率Pg
?P02ND3??3?Pg?2.25?10???Q0.08???0.39?kW?
式中 P0——不通风时搅拌轴功率（kW），P02?7902?6.2?105
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N——轴转速，N=65.79r/min
D——搅拌器直径（cm），D3=2.273×106=1.17×107
Q——通风量（ml/min），设通风比VVm=0.11~0.18，取低限，如通风量变大，Pg会小，为安全。现取0.11；
则Q=467.5×0.11×106=5.14×107（ml/min）
代入上式：
?6.2?105?65.79?1.17?107?3Pg?2.25?10???4.14??304.5?kW?????0.39
④求电机功率P电：
P电?Pg?1?2?3?1.01
采用三角带传动η1=0.92；滚动轴承η2=0.99，滑动轴承η3=0.98；端面密封增加功率为1%[7]；代入公式数值得：
P电?304.5?1.01?344.7?kW?
0.92?0.99?0.984.1.6设备结构的设计
①空气分布器：本罐采用单管进风。
②挡板：本罐因有扶梯和竖式冷却蛇管，故不设挡板
③密封方式：本罐采用双面机械密封方式，处理轴与罐的动静问题。 ④冷却管布置：采用竖式蛇管[7] Ⅰ 最高负荷下的耗水量W
W?Q总cP?t2?t1?
式中 Q总——每1m3醪液在发酵最旺盛时，1h的发热量与醪液总体积的乘积
Q总?4.18?6000?418.125?1.049?107?kJ/h?
cp——冷却水的比热容，4.18kJ/（kg·K） t2——冷却水终温，t2=27℃ t1——冷却水初温，t1=20℃ 将各值代入上式
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1.049?107W?4.18??27?20??3.585?105?kg/h??99.58?kg/s?
冷却水体积流量为9.958×10-2m3/s，取冷却水在竖直蛇管中的流速为1m/s，根据流体力学方程式，冷却管总截面积S总为：
Wv
式中 W——冷却水体积流量，W=9.958×10-2m3/s
S总? V——冷却水流速，v=1m/s
代入上式：
9.958?10?2S总??9.958?10?2m2
1??进水总管直径 ：
9.958?10?2d总???0.356?m?
0.7850.785Ⅱ 冷却管组数和管径：设冷却管总表面积为S总，管径d0，组数为n，则：
S总取n=12，求管径。由上式得：
d0??S总n?0.785?2
9.958?10?0.103?m?12?0.785d?d0d内?100mm g?5.12kg/m，内查金属材料表选取φ108×4mm无缝管[9]，，
认为可满足要求，d平均?104mm。
现取竖蛇管圈端部U型弯管曲径为250mm，则两直管距离为500mm，两端弯管总长度为
l0：
l0??D?3.14?500?1570?mm?
Ⅲ 冷却管总长度L计算：由前知冷却管总面积
F?627.3m2
现取无缝钢管φ108×4mm，每米长冷却面积为
F0?3.14?0.08?1?0.25m2
??则:
L?F627.3??2509.2?m? F00.25- 18 -
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冷却管占有体积： Ⅳ 每组管长L0和管组高度：
L0?L?233.7?m? nV?0.785?0.1082?2509.2?22.98m3
??另需连接管4.2m：
L实?L0-4.2?229.7?m?
可排竖式直蛇管的高度，设为静液面高度，下部可伸入封头500mm。设发酵罐内附件占有体积为1.5m3，则：总占有体积为
V总?V液?V管?V附件?418.2?22.98?1.5?442.68m??3
则筒体部分液深为：
V总?V封S?442.68?41?11.07?m? 20.785?6.8竖式蛇管总高
H管?11.07?1?12.07?m?
又两端弯管总长l0?1.57m，两端弯管总高为1m， 则直管部分高度：
h?H管?1?12.07?1?11.07?m?
则一圈管长：
l?2h?l0?2?11.07?1.57?23.71?m?
Ⅴ 每组管子圈数n0：
n0?取10圈
L0233.7??9.86?圈? l23.71L实=23.71×10×12＋（4.2×12）=2895.6>2509.2（m）
现取管间距为2.5D外?2.5?0.108?0.27?m?，竖蛇管与罐壁的最小距离为0.15m，则可计算出搅拌器的距离在允许范围内（不小于200mm）。 Ⅵ.校核布置后冷却管的实际传热面积：
F实??d平均?L实?3.14?0.104?2893.6?945m??2
而前有F=627.3m2，F实?F，可满足要求。 设备材料的选择
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选用A3钢制作，以降低设备费用。
4.1.6.1发酵罐壁厚的计算 ①计算法确定发酵罐的壁厚S
S?PQ?C （cm）
2?????P式中 P——设计压力，取最高工作压力的1.05倍，现取P=0.4MPa D——发酵罐内径，D=680cm
〔σ〕——A3钢的应用应力，〔σ〕=127MPa φ——焊接缝隙， φ=0.7 C——壁厚附加量（cm）
C?C1?C2?C3
式中 C1——钢板负偏差，现取C1=0.8mm C2——为腐蚀余量，现取C2=2mm
C3——加工减薄量，现取C3=0
C?0.8?2?0?2.8?mm??0.28?cm?
S?0.4?680?0.28?1.81?cm?
2?127?0.7?0.4选用18mm厚A3钢板制作。
②封头壁厚计算：标准椭圆封头的厚度计算公式[5]如下：
S?PQ?C （cm）
2?????P式中 P=0.4MPa D=680cm
〔σ〕=127MPa
C=0.08+0.2+0.1=0.38（cm） φ=0.7
S?0.4?680?0.38?1.91?cm?
2?127?0.7?0.44.1.6.2接管设计
①接管的长度h设计：各接管的长度h根据直径大小和有无保温层，一般取200~500mm。 ②接管直径的确定：
按排料管计算：该罐实装醪量467.5m3，设2h之内排空，则物料体积流量
Q?467.5?0.065m3/s
3600?2??发酵醪流速取v=1m/s;则排料管截面积为F物。
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