发酵工厂设备的设计与选型课件.ppt

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1、第六章 设备的设计与选型,一、专业设备设计与选型的依据,由工艺计算确定的成品量、物料量、耗汽量、耗水量、耗风量、耗冷量等。工艺操作的最适外部条件(温度、压力、真空度等)。设备的构造类型和性能。,二、专业设备设计与选型的程序和内容,(1)设备的工艺操作任务、工作性质、工作参数的确定。(2)设备选型及该型号设备的性能、特点评价。(3)设备生产能力的确定。(4)设备数量计算。(5)设备主要尺寸的确定。(6)设备的传动搅拌和动力消耗计算。(7)设备结构的工艺设计。(8)支撑方式的计算选型。(9)壁厚的计算选择。(10)材质的选择和用量计算。(11)其他特殊问题的考虑。,(一)间歇操作设备的设计计算,1

2、间歇操作设备生产能力的确定生产能力的表示方法，一般为t(罐批)或m3(罐批)。例如3000ta味精厂选容积为100t的发酵罐，其生产能力为：10070154880112(1-1)4.47t(罐批)100发酵罐容积(t)15发酵初糖浓度70填充系数 48发酵转化率80提取率 112精制收率1染菌率,3设备容积的计算,式中V 设备的总容积(m3)Va24h内加工的成品或半成品的容积()r操作周期，包括预备时间、操作和清洗等辅助操作时间(h)设备的填充系数，装有搅拌和冷却装置的或产生泡沫多的物料应取0.60.8，酒精发酵罐等取0.80.85，汽液分离器取0.7等,4设备主要尺寸的计算,发酵工厂的设备

3、多为容器型设备。不同的设备，高径比有很大差别。锥形底制作容易，排料干净，间歇操作采用较多。通常根据已知容量V以及高径比、封头高度，列出数学方程求出各部尺寸。直径计算出来后，应将其值圆整到接近的公称直径系数。然后校核总容量是否可满足工艺计算的容量要求。如偏差太大，还要作相应调整，直到符合要求。直径确定后，可根据关系求出其他尺寸。,(二)连续操作设备的设计计算,设计的依据：(1)物料流量V(m3s或ts)：物料的流量V，是根据生产规模，通过计算确定。(2)物料在设备中的逗留时间(s)：物料在连续操作设备中的逗留时间则取决于生产工的要求。(3)物料在设备各部位的流速(ms)。,1生产能力的确定对于连

4、续操作的设备，其生产能力是在保证生产工艺条件的基础上，单位时间通过设备的物料量，由工厂的规模与物料衡算确定。2设备容积的计算已知物料的流量V和逗留时间，可以计算出设备的有效容量V有效：3设备数量的计算4设备主要尺寸计算,（三）专用设备设计常识发酵罐,谷氨酸发酵罐,1、罐体2、搅拌器和挡板3、消泡器4、联轴器及轴承。5、变速装置6、空气分布装置7、轴封8、冷却装置,发酵罐制造,发酵罐为封闭式，一般都在一定罐压下操作，同时还需用蒸汽进行空罐或实罐灭菌，所以罐体是一个受压容器，见图2。要根据最大使用压力(一般采用灭菌时的蒸汽压力，Pg0.25 MPa)来决定钢板的厚度。罐体是一个圆柱体，罐顶和罐底采

5、用椭圆形或碟形封头，因为这种封头比其他型式的封头在同样使用压力下可用较薄的钢板，,2立方米以下的小型发酵罐罐顶和罐身采用法兰连接，大中型发酵罐大多是整体焊接。为了便于清洗，小型发酵罐罐顶设有清洗用的手孔，大中型发酵罐则要装设人孔，并在罐内设置爬梯，人孔的大小不但要考虑操作人员能方便进出，还要考虑安装和检修时，罐内最大部件能顺利放入或取出。罐顶还装有 视镜和灯孔以便观察罐内情况，在视镜和灯孔近旁，必要时还装设无菌压缩空气或蒸汽的吹管，用以冲洗玻璃。装于罐顶的接管有：进料口、补料口、排气口、接种口和压力表等，装于罐身的接管有：冷却水进出口、空气进口、温度和其他测控仪表的接口。罐顶上面的排气口位置靠

6、近罐中心的位置。这样，不仅防止或减少气泡的逃逸，而且由于抽吸作用，也减少了泡沫的产生。,搅拌桨,平直叶涡轮搅拌器为什么要安一个圆盘呢？,通用式机械搅拌发酵罐中的平直叶涡轮搅拌器如果没有圆盘，从搅拌器下方空气管进入的无菌空气气泡就会沿着轴部的叶片空隙上升，不能被搅拌叶片打碎，致使气泡的总表面积减少，溶氧系数降低；同时气泡大，上升速度快，走短路，传质效果差。而安一个圆盘，大的气泡受到圆盘的阻碍，只能从圆盘中央流至其边缘，从而被圆盘周边的搅拌浆叶打碎、分散，提高了溶氧系数,空气净化系统,一般每升高10米，空气中的含菌量就降低一个数量级；城市的空气中含菌量较多，农村的空气中含菌量较少，一般城市空气中杂

7、菌数为30008000个立方米。介质过滤除菌是使空气通过经高温灭菌的介质过滤层，将空气中的微生物等颗粒阻截在介质层中，而达到除菌的目的。目前常用的过滤介质有棉花、活性炭、超细玻璃纤维、石棉滤纸、PVA烧结材料过滤介质、烧结金属过滤介质等。,思考？,口罩真能过滤细菌吗？,过滤除菌机理,常见悬浮于空气中的微生物粒子大小在0.52微米之间，深层过滤所用的过滤介质-棉花的纤维直径一般为1620微米。充填系数为8%时，棉花纤维所形成网格的孔隙为2050微米，微粒随气流通过滤层时，滤层纤维所形成的网格阻碍气流前进，使气流出现无数次改变运动速度和运动方向，绕过纤维前进，这些改变引起微粒以对滤层纤维产生惯性冲

8、击、阻拦、重力沉降、布朗扩散、静电吸引等作用而把微粒滞留在纤维表面上。,惯性冲击滞留机理,图1,拦截滞留作用机理,气流速度降到临界速度以下，微粒不能因惯性碰撞而滞留于纤维上，捕+集效率显著下必,但随时着气流速度的继续下降，纤维对微粒的捕集效率又有回升。原因是微生物直径很细，质量很轻，它随低速气流流动慢慢靠近纤维时，微粒所在的主导气流流线受纤维所阻，而改变流动方向，绕过纤维前进，并在纤维的周边形成一层边界滞流区。滞流区的气流速度更慢,进到这滞留区的微粒慢慢靠近和接触纤维而被粘附滞留,称为拦截滞留作用,布朗扩散作用机理,直径很小的微粒在很慢的气流中能产生一种不规则的直线运动，称为布朗扩散。布朗扩散

9、的运动距离很短，在较大的气速，较大的纤维间隙中是不起作用的，但在很慢的气流速度和较小的纤维间隙中，布朗扩散作用大大增加了微粒与纤维的接触滞留机会,重力沉降作用机理,重力沉降是一个稳定的分离作用，当微粒所受的重力大于气流对它的拖带力时，微粒就容易沉降.就单一的重力沉降情况下，大颗粒比小颗粒作用显著，对于小颗粒只有在气流速度很慢时才起作用。一般它是与拦截作用相配合的，即在纤维的边界滞留区内，微粒的沉降作用提高了拦截滞留的捕集效率,静电吸附作用机理,干空气对非导体的物质相对运动磨擦时，会产生诱导电荷，纤维和树脂处理过的纤维，尤其是一些合成纤维更为显著。悬浮在空气中的微生物微粒大多带有不同的电荷，如枯

10、草杆菌孢子20%带正电荷，20%带负电荷，15%中性，这些带电的微粒会受带异性电荷的物体所吸引而沉降.此外，表面吸附也归属于这个范畴，如活性炭的大部分过滤效能应是表面吸附的作用。,过滤除菌效率（）与气流速（s）度的关系,味精厂常用的空气净化流程,粗过滤器 空气压缩机 贮罐 空气冷却器 油水分离器二级空气冷却器 除雾器 空气加热器 空气过滤器 10金属微孔过滤器,（三）专用设备设计常识换热器,根据传热原理和实现热交换的方法,间壁式,混合式,蓄热式,换热面的型式,管式,板式,翅片式,1、管式换热器 1）沉浸式换热器 这种换热器是将金属管弯绕成各种与容器相适应的形状（多盘成蛇形，常称蛇管），并沉浸在

11、容器内的液体中。蛇管内、外的两种流体进行热量交换。几种常见的蛇管形式如图所示。优点：结构简单、价格低廉，能承受高压，可用耐腐蚀材料制造 缺点：容器内液体湍动程度低，管外对流传热系数小。,2）喷淋式换热器喷淋式换热器也为蛇管式换热器，多用作冷却器。，和沉浸式相比，喷淋式换热器的传热效果要好得多。同时它还便于检修和清洗等优点。其缺点是喷淋不易均匀。,3）套管式换热器 套管式换热器是由大小不同的直管制成的同心套管，并由U型弯头连接而成。每一段套管称为一程，每程有效长度约为46m，若管子过长，管中间会向下弯曲。在套管式换热器中，一种流体走管内，另一种流体走环隙,4）列管式换热器 优点：单位体积所具有的

12、传热面积大，结构紧凑、紧固传热效果好。能用多种材料制造，故适用性较强，操作弹性较大，尤其在高温、高压和大型装置中多采用列管式换热器。,（2）浮头式换热器 浮头式换热器的特点是有一端管板不与外壳连为一体，可以沿轴向自由浮动。这种结构不但完全消除了热应力的影响，且由于固定端的管板以法兰与壳体连接，整个管束可以从壳体中抽出，因此便于清洗和检修。故浮头式换热器应用较为普遍，但它的结构比较复杂，造价较高。,（3）U型管式换热器 U型管式换热器每根管子都弯成U型，进出口分别安装在同一管板的两侧，封头用隔板分成两室。这样，每根管子可以自由伸缩。而与其他管子和壳体均无关。这种换热器结构比浮头式简单，重量轻，但

13、管程不易清洗，只适用于洁净而不易结垢的流体，如高压气体的换热。,2、板式换热器 1）夹套式换热器 夹套式换热器式最简单的板式换热器，它是在容器外壁安装夹套制成，夹套与容器之间形成的空间为加热介质或冷却介质的通路。这种换热器主要用于反应过程的加热 或冷却。在用蒸汽进行加热时，蒸汽由上部接管进入夹套，冷凝水由下部接管流出。作为冷却器时，冷却介质（如冷却水）由夹套下部接管进入，由上部接管流出。夹套式换热器结构简单，但其加热面受容器的限制，且传热系数也不高。为提高传热系数，可在器内安装搅拌器，为补充传热面的不足，也可在器内安装蛇管。,2）螺旋板式换热器 螺旋板式换热器是由两张间隔一定的平行薄金属板卷制

14、而成，在其内部形成两个同心的螺旋形通道。换热器中央设有隔板，将螺旋形通道隔开，两板之间焊有定距柱以维持通道间距。在螺旋板两侧焊有盖板。冷热流体分别通过两条通道，在器内逆流流动，通过薄板进行换热。螺旋板式换热器的优点：1）传热系数高：螺旋流道中的流体由于惯性离心力的作用和定距柱的干扰，在较低的雷诺数（一般Re=14001800或更低些）下即达到湍流，并且允许选用较高的流速（对液体为2m/s，气体为20m/s），故传热系数较高。如水对水的换热，其传热系数可达20003000W/（m2.K），而列管式换热器一般为10002000 W/（m2.K）。,平板式换热器,平板式换热器简称板式换热器，是由一组

15、长方形的薄金属板平行排列，加紧组装于支架上而构成。两相邻板片的边缘衬有垫片，压紧后板间形成密封的流体通道，且可用垫片的厚度调节通道的大小。每块板的四个角上，各开一个圆孔，其中有一对圆孔和一组板间流道相通，另外一对圆孔则通过在孔的周围放置垫片而阻止流体进入该组板间的通道。这两对圆孔的位置在相邻板上是错开的以分别形成两流体的通道。冷热流体交错地在板片两侧流过，通过板片进行换热。板片厚度约为0.53mm，通常压制成凹凸地波纹状。例如人字形波纹板。增加了板的刚度以防止板片受压时变形，同时又使流体分布均匀，增强了流体湍动程度和加大了传热面积，有利于传热。,平板式换热器的优点是：1）传热系数高：由于平板式

16、换热器中板面有波纹或沟槽，可在低雷诺数（Re=200左右）下即达到湍流。而且板片厚度又小，故传热系数大。例如水对水的传热系数可达15004700W/（m2.）。2）结构紧凑：一般板间距为46mm，单位体积设备可提供的传热面为2501000m2/m3（列管式换热器只有40150 m2/m3）。平板式换热器的金属消耗量可减少一半以上。,3）具有可拆结构：可根据需要，用调节板片数目的方法增减传热面积。操作灵活性大，检修、清洗也都比较方便。平板式换热器的主要缺点是允许的操作压强和温度都比较低。通常操作压强低于1.5Mpa，最高不超过2.0Mpa，压强过高容易泄露。操作温度受垫片材料的耐热性限制，一般不

17、超过250。另外由于两板的间距仅几毫米，流通面积较小，流速又不大，处理量较小。螺旋板式换热器和平板式换热器都具有结构紧凑，材料消耗低，传热系数大的特点，都属于新型的高效紧凑式换热器。这类换热器一般都不耐高温高压，但对于压强较低，温度不高或腐蚀性强而需用贵重材料的场合，则显示出更大的优越性，目前已广泛应用于食品、轻工和化学等工业。,3、翅片式换热器,（四）、通用设备的选型泵,（1）选用原则（2）选用分类（3）各种泵的使用范围,（1）选用原则,根据所输送的流体性质选择不同用途、不同类型的泵。流量、扬程必须满足工作中所需要的最大负荷。从节能观点选泵，一方面要尽可能选用效率高的泵，另一方面必须使泵的运

18、行工作点长期位于高效区之内。为防止发生汽蚀，要求泵的必须汽蚀余量NPSHa小于装置汽蚀余量NPSHa。按输送工质的特殊要求选泵。所选择的泵应具有结构简单、易于操作与维修、体积小、重量轻、设备投资少等特点。当符合用户要求的泵有两种以上的规格时，应以综合指标高者为最终选定的泵型号。,汽蚀是当流道（可以是泵、水轮机、河流、阀门、螺旋桨甚至动物的血管）中的液体（可以是水、油等）局部压力下降临界压力（一般接近汽化压力）时，水中气核成长为汽泡，汽泡的聚积、流动、分裂、溃灭过程的总称。泵在吸入真空度大于允许吸入真空度时，发生汽蚀现象,（3）选用分类,59,（1）单级单吸离心泵,IS型单级单吸离心泵,60,I

19、S型单级单吸离心泵,61,单级单吸离心泵结构原理图：,62,S型单级双吸离心泵,（2）单级双吸离心泵,63,s型单级双吸离心泵结构原理图：,64,（3）多级离心泵,DL、DLE型立式多级离心泵,LG立式多级泵,65,QJ型潜水深井泵,XBD5.4/10-LG型立式多级消防泵组,66,D、DG型多级离心泵.,67,GDL立式多级泵结构图,68,冲压立式多级离心泵结构图,69,DG型泵系卧式单吸多级分段式离心泵,70,（3）各种泵的使用范围,a利用“泵型谱”选择 b利用“泵性能表”选择将所需要的流量qv和扬程H画到该型式的系列型谱图上，看其交点M落在哪个切割工作区四边形中，即可读出该四边形内所标注

20、的离心泵型号。如果交点M不是恰好落在四边形的上边线上，则选用该泵后，可应用切割叶轮直径或降低工作转速的方法改变泵的性能曲线，使其通过M点。这就应从泵样本或系列性能表中查出该泵的泵性能曲线，以便换算。如果交点M并不落在任一个工作区的四边形中，这说明没有一台泵能满足工作要求。在这种情况下，可适当改变泵的台数或改变泵所需要的流量和扬程(如用排出阀调节)等来满足要求。,(4)泵的两种实际选择方法,根据初步确定的泵的类型，在这种类型的泵性能表中查找与所需要的流量和扬程相一致或接近的一种或几种型号泵。若有两种或两种以上都能满足基本要求，再对其进行比较，权衡利弊，最后选定一种。如果在这种型式泵系列中找不到合

21、适的型号，则可换一种系列或暂选一种比较接近要求的型号，通过改变叶轮直径或改变转速等措施，使其满足适用要求。,收集原始数据：针对选型要求，搜集过程生产中所输送介质、流量和所需的扬程参数以及泵前泵后设备的有关参数的原始依据。泵参数的选择及计算：根据原始数据和实际需要，留出合理的裕量，合理确定运行参数，作为选择泵的计算依据。选型：按照工作要求和运行参数，采用合理的选择方法，选出均能满足适用要求的几种型式，然后进行全面的比较，最后确定一种型式。核算：型式选定后，进行有关校核计算，验证所选的泵是否满足使用要求。如所要求的工况点是否落在高效工作区，NPSH（气蚀余量）是否合适等。,(5)泵的选择步骤,三、

22、主要设备明细表,四、设备一览表,所有设备选型与设计完成以后，按流程图序号，将所有设备逐一汇编成设备一览表，作为设计说明书的组成部分，并为下一步施工设计以及其他非工艺设计和设备订货提供依据。在填写设备一览表时，也可把各车间的设备按专业设备、通用设备、非标准设备进行分类填写设备一览表。以便于将设备分类汇总，分别交给不同的部门进行加工和采购。,谢 谢！,5、世上最美好的事是：我已经长大，父母还未老;我有能力报答，父母仍然健康。6、没什么可怕的，大家都一样，在试探中不断前行。7、时间就像一张网，你撒在哪里，你的收获就在哪里。纽扣第一颗就扣错了，可你扣到最后一颗才发现。有些事一开始就是错的，可只有到最后

23、才不得不承认。8、世上的事，只要肯用心去学，没有一件是太晚的。要始终保持敬畏之心，对阳光，对美，对痛楚。9、别再去抱怨身边人善变，多懂一些道理，明白一些事理，毕竟每个人都是越活越现实。10、山有封顶，还有彼岸，慢慢长途，终有回转，余味苦涩，终有回甘。11、人生就像是一个马尔可夫链，你的未来取决于你当下正在做的事，而无关于过去做完的事。12、女人，要么有美貌，要么有智慧，如果两者你都不占绝对优势，那你就选择善良。13、时间，抓住了就是黄金，虚度了就是流水。理想，努力了才叫梦想，放弃了那只是妄想。努力，虽然未必会收获，但放弃，就一定一无所获。14、一个人的知识，通过学习可以得到;一个人的成长，就必

24、须通过磨练。若是自己没有尽力，就没有资格批评别人不用心。开口抱怨很容易，但是闭嘴努力的人更加值得尊敬。15、如果没有人为你遮风挡雨，那就学会自己披荆斩棘，面对一切，用倔强的骄傲，活出无人能及的精彩。5、人生每天都要笑，生活的下一秒发生什么，我们谁也不知道。所以，放下心里的纠结，放下脑中的烦恼，放下生活的不愉快，活在当下。人生喜怒哀乐，百般形态，不如在心里全部淡然处之，轻轻一笑，让心更自在，生命更恒久。积极者相信只有推动自己才能推动世界，只要推动自己就能推动世界。6、人性本善，纯如清溪流水凝露莹烁。欲望与情绪如风沙袭扰，把原本如天空旷蔚蓝的心蒙蔽。但我知道，每个人的心灵深处，不管乌云密布还是阴淤

25、苍茫，但依然有一道彩虹，亮丽于心中某处。7、每个人的心里，都藏着一个了不起的自己，只要你不颓废，不消极，一直悄悄酝酿着乐观，培养着豁达，坚持着善良，只要在路上，就没有到达不了的远方！8、不要活在别人眼中，更不要活在别人嘴中。世界不会因为你的抱怨不满而为你改变，你能做到的只有改变你自己！9、欲戴王冠，必承其重。哪有什么好命天赐，不都是一路披荆斩棘才换来的。10、放手如拔牙。牙被拔掉的那一刻，你会觉得解脱。但舌头总会不由自主地往那个空空的牙洞里舔，一天数次。不痛了不代表你能完全无视，留下的那个空缺永远都在，偶尔甚至会异常挂念。适应是需要时间的，但牙总是要拔，因为太痛，所以终归还是要放手，随它去。1

26、1、这个世界其实很公平，你想要比别人强，你就必须去做别人不想做的事，你想要过更好的生活，你就必须去承受更多的困难，承受别人不能承受的压力。12、逆境给人宝贵的磨炼机会。只有经得起环境考验的人，才能算是真正的强者。自古以来的伟人，大多是抱着不屈不挠的精神，从逆境中挣扎奋斗过来的。13、不同的人生，有不同的幸福。去发现你所拥有幸运，少抱怨上苍的不公，把握属于自己的幸福。你，我，我们大家都可以经历幸福的人生。14、给自己一份坚强，擦干眼泪；给自己一份自信，不卑不亢；给自己一份洒脱，悠然前行。轻轻品，静静藏。为了看阳光，我来到这世上；为了与阳光同行，我笑对忧伤。15、总不能流血就喊痛，怕黑就开灯，想念

27、就联系，疲惫就放空，被孤立就讨好，脆弱就想家，不要被现在而蒙蔽双眼，终究是要长大，最漆黑的那段路终要自己走完。5、从来不跌倒不算光彩，每次跌倒后能再站起来，才是最大的荣耀。6、这个世界到处充满着不公平，我们能做的不仅仅是接受，还要试着做一些反抗。7、一个最困苦、最卑贱、最为命运所屈辱的人，只要还抱有希望，便无所怨惧。8、有些人，因为陪你走的时间长了，你便淡然了，其实是他们给你撑起了生命的天空；有些人，分开了，就忘了吧，残缺是一种大美。9、照自己的意思去理解自己，不要小看自己，被别人的意见引入歧途。10、没人能让我输，除非我不想赢！11、花开不是为了花落，而是为了开的更加灿烂。12、随随便便浪费的时间，再也不能赢回来。13、不管从什么时候开始，重要的是开始以后不要停止；不管在什么时候结束，重要的是结束以后不要后悔。14、当你决定坚持一件事情，全世界都会为你让路。15、只有在开水里，茶叶才能展开生命浓郁的香气。,