生产L维生素C的发酵罐的设计

生物工程专业化工原理课程设计说明书 题目名称50L发酵罐，发酵生产维生素 C 专业班级09生物工程2班学 号学生姓名指导教师博士2011年10月31日目录设计条件 错误 !未定义书签。 维生素 C 发酵工艺流程（莱式法）一、设计方案 11山梨醇发酵菌种 11.3 发酵罐的尺寸及整体设计 1发酵罐的整体几何尺寸 1发酵罐圆筒壁厚的计算 2发酵罐封头的计算 3手孔设计 错误 !未定义书签。二、计算 3通风量的计算 3传热量的计算 错误 !未定义书签。冷却水量计算 3冷却器面积计算 4叶轮的计算 4消泡器的计算 4夹套的尺寸计算 错误 !未定义书签。接管的设计 错误 !未定义书签。三、设备的选型 5人孔 错误!未定义书签。视镜 错误!未定义书签。接口管 错误 !未定义书签。管道接口 5四、附录及图纸 5五、总结 7六、参考文献 750L维生素C的发酵罐设计一、设计方案维生素C生产最早靠从柠檬、辣椒、肾上腺等动植物组织中提取。但仅靠天 然存在的这种价格昂贵的维生素C远远不能满足人们的需要，目前，维生素C的工业生产方法主要有莱氏法和两步发酵法。50L维生素C发酵罐，分批发酵和主发酵罐的尺寸及附件的设计；维生素C发酵工艺流程（莱式法）维生素C生产菌的选育一般是以D-葡萄糖为原料，经催化氧化的方法变为 D- 山梨醇，然后用生物氧化的方法产生L-山梨糖，为了保护所有的羟基（除第一位羟基外），将它在酸性液中丙酮化。用高锰酸钾把生成的双丙酮-L-山梨糖在碱性液中氧化成 双丙酮-2-酮基-L古龙酸，再将其去丙酮后生成维生素C的重要前体一2-酮基-L-古龙酸，然后加以内脂化和烯醇化，得到L-抗坏血酸。D-葡萄糖氢气氧化D-山梨醇杆菌L-山梨糖双丙酮-L-山梨化学氧化山梨醇发酵菌种本设计采用生黑葡萄糖酸酐菌R-30型，弱氧化醋酸杆菌发酵罐的尺寸及整体设计.1发酵罐的整体几何尺寸维生素C的发酵是适用自吸式发酵罐，它可以自行吸入空气而不需要对空气进行压缩，也不用搅拌器1.74倍左右。发酵罐体部分的尺寸有一定的比例，罐的高度与直径之比一般为 确定发酵罐直径和高度自吸式发酵罐的筒体高度和直径比发酵罐的高径比：取H/D=2发酵罐体积的近似计算：Vo=Vb+Vd=1/4D 23Vo :发酵罐的公称容积，已知 Vo为3;Vb:发酵罐的筒身容积，m3 ；Vd :发酵罐的下封头容积，m3；D:发酵罐的筒体直径，m ;H :发酵罐的筒体高度，m求得D=， H=。取整得：D= ， H=，H/D=2.03在取值范围内符合要求，则有H=2D=0.6 mDi=1/3D=0.1 mS=3D i=3 X 01=0.3mha=0.25D=0.25X 0.3=0.075 mC=D=0.3 mH :发酵罐的筒体高度，mS:两组搅拌器的间距，mC:下端搅拌器与罐底的距离，mha：发酵罐弧形的高度，mDi：搅拌器的宽度，m根据参考文献3可知，发酵罐的设备 hb=30 mm。h=h a + h b =0.075+0.03=计算壁厚：r2a P式中：-计算壁厚，m ；)D内径，m ;at 设计温下的许用应力（kgf/cm 2 ）（钢焊接压力容器许用应力为150 C, 170MPa）焊封系数 （与焊接方法及无损探伤有关 ），取 0.85；设计壁厚设=+ C式中：C = C 1 + C 2；Cl 钢板负偏差（质星加工偏差系数）；C2 腐蚀量（每年腐蚀的量）计算结果圆筒壁厚： =0.3 X 300/ （ 2 X -070） +3=3.264 mm取.3 发酵罐封头的计算发酵设备椭圆封头壁厚的一些参数如下：计算结果椭圆封头壁厚 ： 2=0.3 X 300 X 2.3/（ 2X 170 +X3=0.8 ）取 4mm手孔的设计,参考中华人民共和国机械行业标准锅炉手孔装置 ,选择实际的尺 寸,手孔选择为 D 80 X 94 85 JB/T 2191二、计算通风量的计算本次课程设计是维生素 C 的设计,发酵罐采用自吸式发酵罐,它可以自行吸入空气而 不需要对空气进行压缩。发酵罐的传热装置有夹套、内蛇管、外盘管。一般容积较小的发酵罐采用夹套为传 热装置,所以本设计选用夹套为传热装置。 通常将发酵过程中产生的净热称为发酵热,其热平衡方程可如下表示：换热面积发酵热效应Q热=Qp V液Q 热发酵热效应 ,kJ/hQp 发酵热，30000kJ/m 3?hV液一发酵液体积，m3则 Q 热= 300000.8）=1200kJ/h冷却水量计算发酵过程 , 冷却水系统按季节气温不同 , 采用冷却水系统也不同，为了保证发酵生 产, 夏季必须使用冰水。冬季：采用循环水进口水温ti15 C,出口水温t220 C； 夏季：采用冰水进口水温t210 C,出口水温t220 C。 冬季冷却用循环水用量计算：（取裕量系数 1.2）W1 =Q冷C( t2 tj发热效应1.2比热（循环水出口温度-循环水入口温度）=/h夏季冷却用循环水用量计算：W2=0.51 kg/h冷却器面积计算Q总一发酵热效应，kJ/h;夹套的传热系数通常为6301050kJ/（m 2 13）-，取传热系数K为850 kJ/（m 2 切。m对数平均温差：tm(T -t1) -(T -t2)InT-JT -t2F=120010.3 850=0.136m2.3叶轮的计算1/3，本发酵罐采用四弯叶轮，其叶轮外径和罐径的比例依风量要求而定，一般为 叶轮厚度为叶轮直径的1/41/5.主要尺寸下：直径d1= D = 300 =9.6820mm15 3115 31取d1=15mm外径d2=D 300 ,=100mm33厚度d=d115=3mm4 54 5取d=2.4消泡器的计算其孔径约为10mm-20mm ，取15mm ,消泡器长度L=0.65D=表2整体夹套直径的确定DN,300-400500-600-3000mmDi, mmDN+40DN+50DN+100DN+200由表2可知筒体直径为300mm时候夹套的直径D为340mm。夹套的高度一般比料液高50-100mm。Hl=H 也610 X 0.8=488 mmH 夹=H L+50=538mm取整得H夹=540mm冷却水进出口接管设计一般管径按介质流速计算：d :接管直径，mm ；Q:介质容积流量，3/h ;：介质平均流速，0.04 m/s ;数据代入式中求得d=三、设备的选型人孔的设置是为了安装、拆卸、清洗和检修设备内部的装置。本次设置了 1个人孔，标准号：HG21520 1995 人孔，直径为 600mm,高度为 260mm，开在顶圭寸头上为 II PN1.6QN100A HG21505 1992 ,直径 为视镜用于观察内部情况，标准号150mm，开在圭寸头上管道接口:进料口：法兰型号 排料口：法兰型号 进气口：法兰型号 排气口：法兰型号 补料口：法兰型号 取样口：法兰型号 仪表接口 温度计：DN32mm 压力表：DN25mm液位计：采用标准 HG5 1368 型号：R 61 pH 探头：VP 100A溶氧探头：SE- N DO FPN0.6 DN150,PN0.6 DN200,PN0.6 DN150,接管口规格接管口规格接管口规格159209159X,开在圭寸头上,X开在罐底X开在封头上，PN0.6 DN150接管口规格159X开在封头上PN0.6 DN150接管口规格159X,开在封头上PN0.6 DN65，开在封头上四、附录及图纸附录1发酵罐的主要部件尺寸及结果项目结果单位罐体高Hm罐体直径Dm椭圆封头直边hbm消泡器长度Lm叶轮直径dm封头壁厚24mm叶轮厚度dimm圆筒壁厚mm夹套咼度h540mm焊缝系数（）发酵热Q30000kJ/m 3?h发酵热效应Q热1200kJ/h冬季循环水进口温度ti15c冬季循环水出口温度t220c夏季循环水进口温度ti10c夏季循环水出口温度t220c冬季冷却循环水用量Wikg /h夏季冷却循环水用量W2kg /h传热系数K850kJ/(m 2 C )夹套直径Do340mm五、总结我们这一组的发酵课程设计的题目是 50L发酵维生素C的罐体设计，通过本次课 程设计，我们学到很多的知识。这次设计不仅巩固了我们的专业知识， 而且使我们认识 到只凭自已所学的设计知识是远远不够的。 所以说我们不仅需要扩充自已的视野， 填充 专业知识，而且要好好利用老师组织的实验教学， 尽量弥补自已实践方面的不足。 随着 设计过程中很多参数的确定一路一路的计算过来，在设计过程中出现一个一个的问题。 比如说，消泡器、pH、各种罐体接口的选择和尺寸的确定。我们查阅了很多的文献资 料，但是由于各种物性参数的不足，在一些选择上只能凭借文献的经验结果。 所以说我 们的课程设计还有许多的不足。但是，我们在设计时，小组成员分工明确，小组讨论是 我们一起解决一系列的问题，这使我充分的认识团队的力量是强大的。 同时大家对维生 素C的生产过程及作用都有了更加深刻的认识。在文档的编辑过程中，要根据老师的 要求进行编写，这使我们发现自已对办公软件的不熟悉。 通过这次设计使我们学习了更 多对与办公软件的使用知识。通过这次课程设计，我相信以后对于这样的设计类作业会 更加上手的。六、参考文献1 黄方一 发酵工程湖北：华中师范大学出版社2 谭天恩，麦本熙,丁惠华.化工原理（上）M.北京:+化学工业出版社,2006.3 高平,刘书志.生物工程设备D.北京：化学工业出版社,20064 郑浴国，薛亚平.生物工程设备M.北京：化学工业出版社2007