年产2万吨燃料酒精工厂的设计
第五章 供电衡算
参考我国糖蜜酒精连续发酵工艺技术指标，设生产每吨酒精耗电40度，可估算酒精厂的用电：
40×20000=8×105（度/年）=3200（度/日）
考虑到此值为估算值，所以乘以一个富裕系数为120﹪：
3200×120﹪=3840（度/日）=9.6×105（度/年）
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第六章 设备计算与选型
第一节
种子罐的设计
一、种子罐类型、容积和个数的确定[15]
（1）培养菌种：酵母菌
（2）发酵罐类型：机械搅拌通风发酵罐 （3）种子罐个数的确定：根据实际情况，选取 50m3的种子罐3个。 二、种子罐的基本数据
根据工艺参数和高径比确定各部几何尺寸
高径比H/D=2.5
初步设计：设计条件给出的是种子发酵罐的公称体积。 公称体积－－罐的筒身（圆柱）体积和底封头体积之和。 全体积－－公称体积和上封头体积之和： H/D=1.7~3.5Di/D=1/2~1/3B/D=1/8~1/12 C/Di=0.8~1.0S/Di=2~5H0/D=2 Di －搅拌叶直径D－罐体直径
H0－罐体直筒部位高度
B－挡板宽度
ha －椭圆封头短半轴长度 S －搅拌叶间距
C －底搅拌叶至底封头高度 hb－椭圆封头的直边高度
设H/D=2.5，且公称体积为50m3 Di = 1/3D Ho = 2 D B = 0.1D ha = 0.25D S = 3Di C = Di
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由图得hb?则V0?V1?=
H?H0?ha2.5D?2D?0.25D??0.125D 22??1???1????D2?H?2?hb?D???D2?hb?D?=D2?H?hb?1/6D? 46??4?6?4??D2?2.5D?0.125D?1/6D?=50m3
?4解得D=2.8358m
查表得当公称体积为50m3时D=3000mm 所以取D=3m 则H=2.5D=7.5m
Di = 1/3D=1mHo = 2 D=6m B = 0.1D=0.3mha = 0.25D=0.75m S = 3Di=3mC = Di=1m
全体积V0???1???1???D2?H?2?hb?D???D2?2.5D?2?0.125D?D? 46??4?3????D3?65.3844m3 =0.77083表2-2 50m3种子发酵罐的几何尺寸
步骤 1 2 项目及代号 公称体积 全体积 参数及计算结果 50m3 65.3844m3 备注 设计条件 V0?3 4 5 6 7 8 9 10 D H0 ??1???D2?H?2?hb?D?? 4?6???D?H0/2 H0=2 D 3m 6m 1m 7.5m 0.3m 3m 1m 0.75m Di H B S C ha Di=1/3D 2.5D B=0.1D S=3Di=D C=Di=D/3 ha=0.25D 17
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三、主要部件尺寸的设计
计算考虑压力，温度，腐蚀因素，选择罐体材料和封头材料，封头结构、与罐体连接方式
发酵罐材料可以选用碳钢、不锈钢、合金钢等。相对其他工业来说，发酵液对钢材的腐蚀不大，但必须能耐受一定的压力和温度，通常要求耐受130－150 ℃的温度和0.3MPa的压力。
例如：腐蚀性不大的发酵液，如酶制剂发酵可以选用16MnR钢；
柠檬酸为弱酸，对罐体使用A3钢会有腐蚀，使用不锈钢成本较高。考虑使用A3钢为材料，内涂环氧树脂防腐。即可达到要求，又降低成本。
综合各因素，该发酵罐发酵生产红霉素，由于发酵液腐蚀性不大，我们选择不锈钢16MnR钢
1、罐体壁厚：取决于罐径及罐压的大小
pD?1??C(mm)
2?????p取D=3m, p=0.3MPa, 双面焊缝?=0.8，???=137MPa, C=3mm
0.3?106?3000?3?7.1mm 则?1?662?137?10?0.8?0.3?10根据《发酵工厂工艺设计概论》，中国轻工业出版社，2006年。附录的表17查询可知：选用10mm厚A3钢板制作
D－罐体直径（mm） p－耐受压强 (设计压力)
φ－焊缝系数，双面焊取0.8，无缝焊取1.0
[σ ] －罐体金属材料在设计温度下的许用应力(不锈钢焊接压力容器许用应力为150℃，137MPa)
C －腐蚀裕度，当δ－C<10mm时，C＝3mm
压力容器设计规范和制造技术标准
全国压力容器标准化技术委员会：
GB150《钢制压力容器》在1989年3月第一版，1998年第二版 JB4732《钢制压力容器-分析设计标准》 1995年 JB/T4735《钢制焊接常压容器》 1989年 JB/T4700-4707《压力容器法兰》 2000年
钢材的使用上限不超过GB150-1999的各许用应力表的各钢号所对应的上限温度。
2、封头壁厚计算：常大于罐体壁厚
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td?KPD2?????0.5Pt?Cmm
已知：取双面焊φ=0.8、D=3000mm、P=0.3MPa、K=2.3、????137MPa、t=1
2.3?0.3?3000?3?12.45mm 求得：td?2?137?0.8?0.5?0.3根据《发酵工厂工艺设计概论》，中国轻工业出版社，2006年。附录的表17查询可知：选用15mm厚A3钢板制作
D－罐体直径（mm） p－耐受压强 (取0.3MPa)
K－开孔系数，取2.3
φ－焊缝系数，双面焊取0.8，无缝焊取1.0
[σ ] －设计温度下的许用应力（不锈钢焊接压力容器许用应力为150℃，137MPa）
C －腐蚀裕度，当δ－C<10mm时，C＝3mm 3、挡板
通常挡板宽度b取(0.1～0.12)D，装设4~6块即可满足全挡板条件。根据下式计算挡板数n：
?0.1~0.12?Dn?0.5 ?b???n?D?D?取b=0.1D, 得出挡板数n=5块
式中 b——挡板宽度，mm；
D——罐内径，mm； n——挡板数，mm。 4、搅拌器
采用涡轮式搅拌器，选择搅拌器种类和搅拌器层数，根据d确定h和b的值 尺寸：六平叶涡轮式搅拌器已标准化，称为标准型搅拌器；搅动液体的循环量大，搅拌功率消耗也大； 叶径: d=(0.3～0.4)D 盘径: di= 0.75 d 叶高: h = 0.3d 叶长: b = 0.25 d
根据D=3m,得叶径d=0.35D=1.05m 所以：盘径: di= 0.75 d=0.7875m 叶高: h = 0.3d=0.315m 叶长: b = 0.25 d=0.2625m 5、人孔和视镜
人孔的设置是为了安装、拆卸、清洗和检修设备内部的装置。 本次设计只设置了1个人孔，标准号为： HG21515－1995 人孔（R·A－2707）
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450，开在顶封头上，位置：角度75?。
视镜用于观察发酵罐内部的情况。本次设计只设置了2个视镜，开在顶封头
60?。 上，位置：角度30?、6、接口管
管道接口：
进料口：采用焊接，接口管径?78*4mm，开在封头上，位置：角度45度； 排料口：采用焊接，接口管直径?78*4 mm，开在罐底；
进气口：采用焊接，接口管直径?72*3.5mm，开在封头上，位置：角度75度； 排气口：采用焊接，接口管直径?89*45mm，开在封头上，位置：角60度； 冷取水进、出口：采用焊接，接口管直径?68*4mm，开在罐身圆柱体上； 补料口：采用焊接，接口管直径?78*4mm，开在封头上；
取样口：采用外螺纹连接?21*3mm ，开在罐身圆柱体上。 仪表接口：
液位计：采用标准：HG5—1368 型号：R—61 温度计：Pt100型
压力表：弹簧管压力表（径向表),d1=20mm,精度2.5，型号Y-250Z,开在封头上 溶氧探头：SE-N-DO-F pH探头：PHS-2型
法兰的标准
国家标准（GB91112～9131-88）《钢制管法兰》 《管法兰》（HG5001～5028-58） 《压力容器法兰标准》（JB1157～1164-82）
表2-2 种子发酵罐主要部件尺寸的设计计算结果
步骤 1 2 3 4 5 6 7 8 9 项目及代号 罐体材料 罐体壁厚 人孔 封头壁厚 挡板宽度 挡板数 搅拌器种类 搅拌器层数 搅拌器直径 参数及结果 16MnR钢 10mm Φ500 15mm 0.3m 5个 6-6-6箭叶 3 1m 备注 由工艺条件确定 计算 查阅文献得 计算 计算 计算 查阅文献得 查阅文献得 计算 第二节
主发酵罐的设计
一、主发酵罐容积和个数的确定
1、发酵罐采用圆柱形器身，底和顶为锥形盖，选取结构尺寸的比例关系如下：
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