第六章設(shè)備的設(shè)計與選型-《化學(xué)反應(yīng)工程》精品課程網(wǎng)站

1、第六章 設(shè)備的設(shè)計與選型,第一節(jié) 概述第二節(jié) 專業(yè)設(shè)備的設(shè)計與選型第三節(jié) 通用設(shè)備的設(shè)計與選型第四節(jié) 非標(biāo)設(shè)備的設(shè)計第五節(jié) 設(shè)備一覽表,思考題,1.設(shè)備的分類及設(shè)計選型原則？2.專業(yè)設(shè)備設(shè)計選型的依據(jù)及特點(diǎn)？3.連續(xù)操作設(shè)備設(shè)計的依據(jù)？4.某發(fā)酵車間，每天處理發(fā)酵醪量320m3 ，選用100m3發(fā)酵罐，發(fā)酵周期為72h，發(fā)酵罐充滿系數(shù)為80%，求所需發(fā)酵罐的個數(shù)。,5.發(fā)酵罐擋板的作用？6.泵選擇的原則？發(fā)酵工業(yè)常用的泵

2、？7.發(fā)酵工業(yè)常用的氣體輸送設(shè)備？8.離心式送風(fēng)機(jī)可分為哪幾種？壓頭分別是多少？9.發(fā)酵工業(yè)常用的壓縮機(jī)？10.常用的固體輸送設(shè)備分類？11.解釋概念：裝液高度系數(shù)、公稱容積、 罐的全容積、壓頭、通風(fēng)比,第一節(jié) 概述,一、設(shè)備設(shè)計選型的任務(wù)二、設(shè)備設(shè)計選型的原則,一、設(shè)備設(shè)計選型的任務(wù) 設(shè)備分類:專業(yè)設(shè)備、 通用設(shè)備、

3、 非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備 專業(yè)設(shè)備專業(yè)性較強(qiáng)、僅為發(fā)酵工廠使用的設(shè)備；如發(fā)酵罐、糖化鍋等 通用設(shè)備各行各業(yè)都可以使用的設(shè)備；如泵、風(fēng)機(jī)等； 非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備是指生產(chǎn)車間的貯藏、池子等設(shè)施。 主要介紹設(shè)備的工藝設(shè)計與選型。,設(shè)備工藝設(shè)計與選型的任務(wù)是在工藝計算的基礎(chǔ)上，確定車間內(nèi)所有工藝設(shè)備的臺數(shù)、型式和主要尺寸。據(jù)此，著手進(jìn)行車間布置設(shè)計，并為下一步施

4、工圖設(shè)計以及其他非工藝設(shè)計項目(例如：設(shè)備的機(jī)械設(shè)計、土建、供電、儀表控制設(shè)計等)提供足夠的有關(guān)條件，為設(shè) 備的制作、訂購等提供必要的資料。,二、設(shè)備設(shè)計與選型的原則 從設(shè)備的設(shè)計選型情況，可以反映出所設(shè)計工廠的先進(jìn)性和生產(chǎn)的可靠性。 設(shè)備的工藝設(shè)計和選型的原則： 1.保證工藝過程實(shí)施的安全可靠。 2.經(jīng)濟(jì)上合理，技術(shù)上先進(jìn)。 3.投資省，耗材料少，加工方便，采購容易。,4.運(yùn)行費(fèi)用低，水電汽消耗少。5.操作

5、清洗方便，耐用易維修，備品配件供應(yīng)可靠減輕工人勞動強(qiáng)度，實(shí)施機(jī)械化和自動化方便。6.結(jié)構(gòu)緊湊，盡量采用經(jīng)過實(shí)踐考驗證明確實(shí)性能優(yōu)良的設(shè)備。7.考慮生產(chǎn)波動與設(shè)備平衡，留有一定裕量。8.考慮設(shè)備故障及檢修的備用。,第二節(jié) 專業(yè)設(shè)備的設(shè)計與選型,一、專業(yè)設(shè)備設(shè)計與選型的依據(jù)1.由工藝計算確定的成品量、物料量、耗汽量、耗水量、耗風(fēng)量、耗冷量等。2.工藝操作的最適外部條件(溫度、壓力、真空度等)。3.設(shè)備的構(gòu)造類型和性能。,二、專業(yè)

6、設(shè)備設(shè)計與選型的程序和內(nèi)容1.設(shè)備所擔(dān)負(fù)的工藝操作任務(wù)和工作性質(zhì)，工作參數(shù)的確定。2.設(shè)備選型及該型號設(shè)備的性能、特點(diǎn)評價。3.設(shè)備生產(chǎn)能力的確定。4.設(shè)備數(shù)量計算(考慮設(shè)備使用維修及必須的裕量)。5.設(shè)備主要尺寸的確定。,6.設(shè)備化工過程(換熱、過濾、干燥面積，塔板數(shù)等)的計算7.設(shè)備的傳動攪拌和動力消耗計算。8.設(shè)備結(jié)構(gòu)的工藝設(shè)計。9.支撐方式的計算選型。10.壁厚的計算選擇。11.材質(zhì)的選擇和用量計算。12.

7、其他特殊問題的考慮。,三、專業(yè)設(shè)備設(shè)計與選型的特點(diǎn) 發(fā)酵專業(yè)涉及多種發(fā)酵產(chǎn)品的生產(chǎn)，由于不同產(chǎn)品在具體生產(chǎn)過程中的要求不一樣，以在設(shè)計計算和選型過程中就會有很大差異。應(yīng)當(dāng)在對各種發(fā)酵產(chǎn)品生產(chǎn)全過程充分認(rèn)識了解的基礎(chǔ)上著手進(jìn)行設(shè)計。主要考慮各種產(chǎn)品的生產(chǎn)特點(diǎn)，原料性質(zhì)來源，現(xiàn)階段生產(chǎn)水平可能達(dá)到的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，有效生產(chǎn)天數(shù)，各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的周期等因素。,(一)間歇操作設(shè)備生產(chǎn)能力數(shù)量和容積的設(shè)計計算 1．間歇操作設(shè)備生產(chǎn)能

8、力的確定 間歇操作設(shè)備生產(chǎn)能力的表示方法，一般為t/(罐·批)或m3/(罐·批)。對于味精、酶制劑等通風(fēng)發(fā)酵設(shè)備，其生產(chǎn)能力由設(shè)備選型確定。,例如3000t/a味精廠選容積為100t的發(fā)酵罐， 其生產(chǎn)能力為： 100×70％×15％×48％×80％×112％ (1-1%）=4.47 t／(罐·批) 式中 100——發(fā)

9、酵罐容積(t) 15％——發(fā)酵初糖濃度(還原糖) 70％——填充系數(shù) 48％——發(fā)酵轉(zhuǎn)化率 80％——提取率 112％——精制收率 1％——染菌率,2.間歇操作所需設(shè)備數(shù)量的確定 式中 N——設(shè)備的操作臺數(shù)(不含備用) Z——工段的生產(chǎn)能力，以每24h加 工原料和半成品的

10、噸數(shù) τ——設(shè)備操作周期(h) G——設(shè)備操作有效容量(t) r——24h內(nèi)設(shè)備操作的小時數(shù) Vo——24h內(nèi)加工的原料、半成品的 容量(m3),Va——一臺設(shè)備的容量(m3)φ——設(shè)備的填充系數(shù)，此值為經(jīng)驗值 設(shè)備容量和數(shù)量的確定，考慮投資費(fèi)用，和工藝的要求，有時要優(yōu)先考慮對生產(chǎn)有利的因素，而將設(shè)備投資的經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)放到次要

11、地位。啤酒大罐發(fā)酵時要求15h之內(nèi)滿罐等。,3．設(shè)備容積的計算式中 V——設(shè)備的總?cè)莘e(m3) Va——24h內(nèi)加工的成品或半成品的容積(m3) r——操作周期 (h) φ——設(shè)備的填充系數(shù)， 攪拌和產(chǎn)生泡沫多 取0.6~0.8，酒精發(fā)酵罐等取0.8~0.85， 汽液分離器取0.7等,4．設(shè)備主要尺寸的計算

12、 設(shè)備多為容器型設(shè)備。不同的設(shè)備，根據(jù)用途和設(shè)備特性，高徑比有很大差別 間歇操作多采用錐形底制作容易，排料干凈。 在確定各部尺寸時，通常根據(jù)已知容量V和高徑比、封頭高度(折算成相同直徑筒高)，列出數(shù)學(xué)方程，求出直徑。圓整到接近的公稱直徑然后校核總?cè)萘?，求出其他尺寸?(二)連續(xù)操作設(shè)備生產(chǎn)能力、數(shù)量和容積的設(shè)計計算 連續(xù)操作設(shè)備在設(shè)計中，既要考慮生產(chǎn)能力又要考慮混合、反應(yīng)等處理效果。通常為提高反應(yīng)效

13、果的具體做法是：在滿足生產(chǎn)能力的前提下，選擇設(shè)備時要考慮其高徑比和設(shè)備數(shù)量。如連續(xù)蒸煮、連續(xù)發(fā)酵設(shè)備通常取3-5個罐串連。,設(shè)計連續(xù)操作設(shè)備的容量和主要尺寸的依據(jù)是：(1)物料流量V(m3/s或t/s)根據(jù)設(shè)計的生產(chǎn)規(guī)模，通過計算確定的。(2)物料在設(shè)備中的逗留時間τ(s)；逗留時間則取決于生產(chǎn)工藝的要求。(3)物料在設(shè)備各部位的流速ω(m/s)。,1．生產(chǎn)能力的確定 對于連續(xù)生產(chǎn)操作的設(shè)備，其生產(chǎn)能力是在保證生產(chǎn)工藝

14、條件的基礎(chǔ)上，單位時間通過設(shè)備的物料量，由工廠的規(guī)模與物料衡算確定。,2．設(shè)備容積的計算 已知物料的流量V和逗留時間τ，可以計算出設(shè)備的有效容量V有效： V有效=Vτ (m3)． 例如10000t/a酒精廠蒸煮時間 根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗60-90min，取80min，則蒸煮設(shè)備的總?cè)莘eV有效為： V有效=14.8÷60×80=19.73(m3),3.設(shè)備

15、數(shù)量的計算 連續(xù)操作設(shè)備為防止滯留和滑漏現(xiàn)象，根據(jù)生產(chǎn)性質(zhì)的不同，一般取設(shè)備數(shù)量為3-5個。也可設(shè)定單個設(shè)備容量由總?cè)萘壳笏阍O(shè)備數(shù)量n： n=V有效/（φV’） V有效——設(shè)備有效總?cè)莘e m3 V’——單臺設(shè)備容積 m3 φ——填充系數(shù) ％ 上例10000t/a酒精廠蒸煮V有效=19.73m3， V’=7m3，φ=100％，則設(shè)備數(shù)量n為：

16、 n=19.73/7=2.82 取3個。,4．設(shè)備主要尺寸計算 容器類設(shè)備的主要尺寸計算方法同間歇操作設(shè)備的計算方法。但連續(xù)操作設(shè)備為保證其順序性，通常高徑比要比間歇操作設(shè)備大些。具體情況，可根據(jù)生產(chǎn)特點(diǎn)加以確定。,四、專業(yè)設(shè)備的設(shè)計與選型實(shí)例 3000t/a味精發(fā)酵車間 采用的發(fā)酵設(shè)備為間歇操作，滅菌設(shè)備為連續(xù)操作 間歇操作發(fā)酵罐設(shè)計選型由第五章可知，

17、生產(chǎn)1000kg100%的味精需15%的糖液15.66m31.發(fā)酵罐的選型：采用機(jī)械渦輪攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐。,機(jī)械攪拌發(fā)酵罐攪拌葉輪直徑 Di：D=1/2~1/3 圓柱高度 Ho：D=2：1,2.生產(chǎn)能力、數(shù)量和容積的確定⑴發(fā)酵罐的容積：現(xiàn)選用公稱容積100m3⑵生產(chǎn)能力計算： 年產(chǎn)3000t/a 每天產(chǎn)99%味精10t，操作周期48h，每天需糖液體積V0： V0=15.66×1

18、0×99%=155m3 設(shè):發(fā)酵罐的充滿系數(shù)為φ=0.7，則每天需發(fā)酵罐的總?cè)萘縑 V= Va/φ=155/0.7=221.4m3,⑶發(fā)酵罐個數(shù)的確定： 概念 裝液高度系數(shù)：圓筒部分高度的系數(shù)（罐的封底與冷卻管、罐內(nèi)的輔助設(shè)施相抵） 公稱容積：指罐的圓柱部分和底封頭體積之和。 罐的全容積：指罐的圓柱部分和兩封頭體積之和。 查表6-2 P102公稱容積為100m3發(fā)酵

19、罐總?cè)莘e為Va=118m3,則罐數(shù)N1： (個)取公稱容積100m3發(fā)酵罐4個實(shí)際每天出2罐，充滿系數(shù)為0.7 每天產(chǎn)味精量： =118×0.7×2÷（15.66×99%） =10.66t 富裕量=0.66t，6.6%,⑶主要尺寸的計算 100m3發(fā)酵罐

20、 V全= V柱+2 V封 封頭折邊不計，圓柱部分高H與罐直徑比取2：1V總=0.785D2×2D+（π/24）D3×2 118=1.57 D3 +0.26 D3 D=4.009m 圓整D=4.0m 高H=8m 查附錄一表15，P316 封頭高度=ha+hb=1000+50=1050mm,驗算體積： V’全= V柱+2 V封

21、 V’全= V全,⑷冷卻面積的計算：采用一年中最熱的半個月氣溫下，冷卻水可能達(dá)到的最高溫度的條件下設(shè)計冷卻面積 根據(jù)牛頓傳熱定律：F= Q總/(K.△tm) m2 工程計算采用實(shí)際測得發(fā)酵最旺盛時每 m3發(fā)酵液每h傳給冷卻器的最大熱量。谷 氨酸發(fā)酵最大熱量=4.18×6000kJ/(m3.h) 采用豎式列管換熱器，經(jīng)驗 K=

22、4.18×500kJ/(m3.h.℃) △tm 為平均溫度 取對數(shù)平均值,發(fā)酵液 32℃——32℃恒定 冷卻水 20℃——27℃ 12 5對100m3發(fā)酵罐，每罐裝液量 155/2=77.5m3傳熱面積:,⑸攪拌器的設(shè)計⑹攪拌軸功率的計算⑺設(shè)備結(jié)構(gòu)的工藝設(shè)計 包括：空氣分布器、擋板、密封方式、攪拌器和冷卻

23、管的布置①空氣分布器：風(fēng)量小的0.02~0.5ml/s采用環(huán)型多孔管，風(fēng)量大的采用單管， 谷氨酸發(fā)酵通風(fēng)比為1:0.1~0.18VVm （0.1MPa，20℃）風(fēng)量：Q=0.18×77.5=14m3/min=0.23m3/s,換算為0.35MPa、30℃狀況下空氣在0.4MPa，支管氣速20~25m/s 取25m/s 風(fēng)管截面積S=Q’/v=0.068/25=0.002

24、7m2風(fēng)管直徑: 選用無縫管68×3，62＞60適用,②擋板：擋板的作用是加強(qiáng)攪拌強(qiáng)度，增加溶氧。罐內(nèi)設(shè)有豎式冷卻蛇管可不設(shè)擋板。③密封方式：采用雙端面機(jī)械軸封④冷卻管布置：一般采用豎式冷卻蛇管，可分為二組、四組、六組和八組等，對稱按裝在罐內(nèi)。本罐通過計算采用八組。⑻設(shè)備材料的選擇 本設(shè)備為降低成本采用A3鋼，內(nèi)涂涂料,⑼發(fā)酵罐壁厚計算：可采用公式計算和查表法。查表時注意選用材料和工作條件相應(yīng)的表格。

25、 ①罐壁厚S：式中： P——設(shè)計壓力（最高工作壓力的1.05 倍，英1.1）取0.4MP D——罐內(nèi)徑cm，400 [σ]——許應(yīng)應(yīng)力， A3鋼=127MPa φ——焊縫系數(shù)0.5~1.0 現(xiàn)取0.7,C——壁厚附加量（包括鋼板負(fù)偏差C1 、腐蝕裕量C2和加工減薄量C3 取 C1=0.8mm,C2=2mm,C3=0

26、 C=2.8mm=0.28cm 選用12mm厚的A3鋼板,查附錄一表17,直徑4m,板厚12mm,筒高8m,每米重量1186kg, 筒總重=1186×8=9488kg,②封頭壁厚計算: 標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭厚度: 式中 P=0.4MPa D=400cm [σ]=127MPa φ=0.7 C=0.08+0

27、.2+0.1=0.38cm,查鋼材手冊圓整為S=14mm, 封頭重量2005kg 壁厚表和橢圓封頭壁厚表參見附錄一表13,表14,表15,⑽接管設(shè)計 ①接管長度h: 一般取100~200mm,②接管直徑: 按剛才空氣分布器中的管徑計算,計算流量,選取合適的流速計算出管徑,再圓整到標(biāo)準(zhǔn)鋼管尺寸. 排料管直徑:裝液量77.5m3 要求2h排完. 流量Q=77.5/(3600&#

28、215;2)=0.0108(m3/s) 流速取1m/s 管截面積 F=0.0108/1=0.0108 m2 =0.785d2 圓整取無縫管133×4 內(nèi)徑125mm＞118 適用,⑾支座設(shè)計:常用支座分為 臥式支座: 支腿. 圈型支座, 鞍型支座 立式支座: 懸掛支座 支撐支座

29、 裙式支座 75m3以上的大型發(fā)酵罐,設(shè)備總重量較大,應(yīng)采用裙式支座 本設(shè)計采用裙式支座.,第三節(jié)通用設(shè)備的設(shè)計與選型,通用設(shè)備很多主要 液體輸送設(shè)備 氣體輸送設(shè)備 固體輸送設(shè)備,一、液體輸送設(shè)備：各種泵 發(fā)酵工業(yè)使用最多是離心泵 ㈠泵的分類和特點(diǎn)： 離心泵、往復(fù)泵、隔膜泵、 旋渦泵、螺桿泵、齒輪泵按輸送原理分為 葉片式

30、 容積式主要特點(diǎn)見表6-6 常用泵的類型和綜合性能表6-7 P123,表6-6,,㈡泵的選擇 1.泵的選擇原則：(1)流量 設(shè)計發(fā)酵工廠的裝置時，總要留有一定富裕能力。在選擇泵時，應(yīng)按設(shè)計要求達(dá)到的能力確定泵的流量，并使之與其他設(shè)備能力協(xié)調(diào)平衡。泵的流量的確定綜合考慮下列兩點(diǎn)： ①裝置的富余能力及裝置內(nèi)各設(shè)備能力的協(xié)調(diào)平衡； ②工藝過程影響流量變化的范圍。,

31、(2)揚(yáng)程 泵的揚(yáng)程需要留有適當(dāng)余量，一般為正常需要揚(yáng)程的1.05~1.1倍。有現(xiàn)成經(jīng)驗數(shù)據(jù)，應(yīng)盡量采用，使選用的泵能滿足工藝要求。(3)裝置(系統(tǒng))的有效汽蝕余量 裝置的有效汽蝕余量應(yīng)大于泵所需要的允許汽蝕余量。(4)液面 介質(zhì)液面高于泵中心者，應(yīng)取最低液面，介質(zhì)液面低于泵中心者，也應(yīng)取最低液面。,2.泵的選擇方法及步驟 (1)列出基本數(shù)據(jù) ①介質(zhì)的物理性質(zhì)：介質(zhì)名稱輸送條件下的相對密度、粘度、蒸汽壓、腐蝕

32、及毒性 ②介質(zhì)中所含固體顆料直徑和含量。 ③介質(zhì)中氣體含量(體積％)。 ④操作條件：溫度，壓力(進(jìn)口側(cè)設(shè)備壓力，排出側(cè)設(shè)備壓力，排出側(cè)管系壓力降)，流量(正常、最小及最大)。 ⑤泵所在位置情況：環(huán)境溫度，海拔高度，裝置平立面要求，進(jìn)口和排出口側(cè)設(shè)備液面至泵中心距離及管線當(dāng)量長度等。,(2)確定流量及揚(yáng)程 ①流量： 選泵時應(yīng)按最大流量考慮；如果只給出正常流量， 采用適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)(1.1-1.2)；如果給出的是重量流量需

33、換算為體積流量Q ②揚(yáng)程(或壓差)：利用柏努利方程求出泵的揚(yáng)程。按工藝過程情況，采用1.05~1.1的安全系數(shù)。,③選擇泵型及泵的具體型號：根據(jù)介質(zhì)的物性、已確定的流量、揚(yáng)程，以及依據(jù)表6-6、表6-7所示泵的工作范圍，選出合適型式的泵。④泵的性能核算： 按實(shí)際情況對泵進(jìn)行性能核算。列出核算后的性能參數(shù)，如符合工藝要求，則所選泵是可用的。⑤確定泵的幾何安裝高度。⑥計算泵的軸功率。,⑦選定泵的材料及軸封。⑧確定冷卻水(

34、或加熱蒸汽)耗量。⑨選定電動機(jī)(或蒸汽透平機(jī))。⑩確定泵的備用率和臺數(shù)。⑾泵的串聯(lián)和并聯(lián)。⑿填寫泵的規(guī)格表，作為泵訂貨的依據(jù)和選泵過程各項數(shù)據(jù)的匯總介紹泵類最完善的工具書為： 《泵類產(chǎn)品目錄》，共三冊。,(三)3000t/a味精廠發(fā)酵車間泵的選型 1.連消泵 (1)連消泵輸送的是重度為1.05t/m3的水解糖液，黏度范圍1.3~1.5×10-3Pa.s，溫度在115℃以下。 (2)介質(zhì)中無固體顆粒，澄清，

35、透明。 (3)介質(zhì)中基本上無氣體。 (4)操作條件：溫度為60~70℃；壓力：進(jìn)口側(cè)靠調(diào)漿罐液位壓送，出口側(cè)設(shè)備壓力0.4~0.5MPa；流量：最大流量22m3/h ，最小流量19.4m3/h ，正常流量 20m3/h。,(5)連消泵一般設(shè)在車間或泵房中，進(jìn)口側(cè)泵在液面之下。(6)據(jù)上條件，查有關(guān)圖表（泵的特性曲線H-Q），可確定選擇離心式泵即可滿足生產(chǎn)要求?，F(xiàn)選換代產(chǎn)品IS80-50-200。該產(chǎn)品轉(zhuǎn)速2900r/min，流

36、量50m3/h，揚(yáng)程50m，效率74％，昆明水泵廠產(chǎn)品。為保證連續(xù)生產(chǎn)，考慮設(shè)備用泵1臺，因此，泵的數(shù)量為2臺，流量可用閥門調(diào)節(jié),2.尿素泵 (1)尿素消量 設(shè)總尿素為4％；日用尿素量為：(155+1.6)×1.05×4％=6.58(t/d) 流加尿素的濃度為40％，重度1.1t/m3尿素溶液體積為6.57/40%÷1.1=14.95(m3/d)，取15m3/d。 (2)

37、尿素罐的容量 取填充系數(shù)為70％~75％，現(xiàn)取70％。 兩罐輪流操作，則每個的容量為15÷(2×70%)=11(m3)。,(3)泵的選擇 尿素溶液為輕度腐蝕性溶液，粘度低，可使用離心泵。為節(jié)省時間和人力，可選用流量和揚(yáng)程都比較大的泵，型號相同的泵。現(xiàn)選用IS80-50-200型單級清液泵，流量50 m3/h，揚(yáng)程50m，效率74％。輸送16.5 m3尿素溶液用時僅為 16.5/50= 0

38、.33(h)(約合19.8min)。3.玉米漿泵 同理選用IS80-50-200型單級清液泵1臺,二、氣體輸送設(shè)備選型(一)氣體輸送設(shè)備的類型和特點(diǎn) 1．氣體輸送設(shè)備的類型,2.氣體輸送設(shè)備的特點(diǎn) 發(fā)酵工業(yè)常用的氣體輸送設(shè)備為低壓空氣壓縮機(jī)、送風(fēng)機(jī)和真空泵.(1) 空氣壓縮機(jī) 渦輪壓縮機(jī) 往復(fù)壓縮機(jī) 發(fā)酵生產(chǎn)中要求空氣壓縮站提供0.2~0.3MPa(表壓)的壓縮空氣，常

39、采用渦輪式空氣壓縮機(jī)或經(jīng)過改裝的往復(fù)式空氣壓縮機(jī)送氣。,①渦輪式空壓機(jī)： 用于發(fā)酵生產(chǎn)的是低壓渦輪空壓機(jī)，其出口壓力為0.25~0.55MPa(表壓)，容量一般都大于100m3/min，每分鐘壓縮1m3空氣時，配備的電機(jī)功率約為3.5~5kW。 國產(chǎn)渦輪空壓機(jī)的型號有DA型和SA型。 D—單吸，S—雙吸，A—渦輪壓氣機(jī)， 后面數(shù)字分別代表供氣量和出口壓力以及設(shè)計序號。如DA350-41，即表示單吸渦輪空壓機(jī)

40、，公稱供氣量350 m3/min，出口壓強(qiáng)0.4MPa(絕對)，此機(jī)系第一次設(shè)計產(chǎn)品。,②往復(fù)式空壓機(jī)： 按排氣壓力不同，分為高壓(8.0~10.0MPa)，中壓(1.0~8.0MPa) 低壓(小于1.0MPa)三類。國內(nèi)的低壓往復(fù)式空壓機(jī)多為雙缸二級壓縮式。在發(fā)酵工廠中使用L型空壓機(jī)較為普遍。如4L-20/8型空壓機(jī)，即表示兩缸呈L型排列、額定排氣量為20m3/min，排氣壓強(qiáng)0.8MPa。 L前面的4表示該系

41、列空壓機(jī)的序號。,(2)旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī) 類似液體輸送中的旋轉(zhuǎn)泵，沒有活塞與活門裝置。與往復(fù)式相比，它排出的氣體是連續(xù)而均勻的。此外，旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)中的旋轉(zhuǎn)部分可與電動機(jī)直接連接，效率高。 旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)，構(gòu)造簡單而緊湊，特別適合于現(xiàn)代發(fā)酵工廠的要求，用于輸送或壓縮空氣以及排放其他氣體。,旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)的主要缺點(diǎn)為壓縮比值不大，其終壓一般不高于0.4MPa(表壓)，效率也較往復(fù)壓縮機(jī)低。 根據(jù)壓縮

42、比分為兩類 一類可產(chǎn)生較大壓縮比，如轉(zhuǎn)動活板壓縮機(jī)和液環(huán)壓縮機(jī)； 另一類只能產(chǎn)生非常低的壓縮比，如旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)，其終壓不超過0.08MPa表壓。,(3)送風(fēng)機(jī) 通風(fēng)機(jī)。采用最多的有： 離心式和軸流式兩類。 ①離心式送風(fēng)機(jī)： 依據(jù)壓頭的大小可分為：低壓離心式送風(fēng)機(jī)，壓頭800-13332Pa中壓離心式送風(fēng)機(jī)，壓頭13332-26664Pa 高壓離心式送風(fēng)機(jī)，壓頭26664-13

43、3322Pa 壓頭，指高于大氣壓的壓力。,②軸流式送風(fēng)機(jī)：軸流式送風(fēng)機(jī)的型式很多，其效率一般較高，約60-65％，適用于在低的壓頭(通常在250Pa以下，但也可以高到1000Pa，皆指超過大氣壓而育)下輸送大量的空氣。軸流式送風(fēng)機(jī)的生產(chǎn)能力，可由一個實(shí)驗室的通風(fēng)，大到生產(chǎn)過程中3000m3/min的通風(fēng)。當(dāng)生產(chǎn)能力和壓頭已知時，軸流式送風(fēng)機(jī)的功率仍可依離心式送風(fēng)機(jī)的公式計算。,(4)真空泵 真空泵是為獲得低于大氣壓力而

44、設(shè)計的設(shè)備。分為兩大類： 干式真空泵 濕式真空泵 按其結(jié)構(gòu)又可分為 往復(fù)式 回轉(zhuǎn)式(水環(huán)式和滑板式) 蒸汽噴射泵 水力噴射泵等數(shù)種。,①往復(fù)式真空泵： 常用 W型真空泵，它是一種臥式單缸往復(fù)式真空泵，國內(nèi) 有Wl-W5 5種主要規(guī)格，它們的抽氣速率為60~770 m3/h，其極限真空度可達(dá)1333.22Pa(

45、絕對)。②水環(huán)式真空泵：濕式真空泵，最高真空度可達(dá)85％。這種泵的結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，沒有活門，經(jīng)久耐用。 常用系列代號為SZ。通常用于抽吸設(shè)備中的空氣或其他無腐蝕性、不溶于水和不含固體顆粒的氣體。對抽吸有水蒸汽的氣體也很好。,③蒸汽噴射泵： 利用蒸汽流動時發(fā)生靜壓能與動能的相互轉(zhuǎn)化，以吸人并排出氣體。這種泵有多種用途。如作為小型鍋爐的注水器，用于發(fā)酵產(chǎn)品的減壓蒸發(fā)、減壓蒸餾以及真空冷卻、余熱回收等方面。④水噴射真空泵：粗真空設(shè)備，由于

46、它兼有產(chǎn)生真空和冷凝蒸汽的雙重作用，故在發(fā)酵工業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，如抗生素工廠，谷氨酸發(fā)酵廠的真空蒸發(fā)，酒精廠的真空冷卻等。,(二)氣體輸送設(shè)備的選擇 氣體輸送設(shè)備的選擇方法步驟如下： 1.列出基本數(shù)據(jù) (1) 氣體的名稱特性，濕含量，有無易燃易 爆及毒性等。 (2)氣體中含固形物、菌體量。 (3)操作條件，如溫度、進(jìn)出口壓力、流量等。 (4)設(shè)備所在地的環(huán)境及對電機(jī)的要求等。,2.確定

47、生產(chǎn)能力及壓頭 (1)生產(chǎn)能力 選擇最大生產(chǎn)能力，并取適當(dāng)安全系數(shù)。 (2)壓頭 按工藝要求分別計算通過設(shè)備和管道等的阻力并考慮增加1.05-1.1倍的安全系數(shù)。3.選擇機(jī)型及具體型號 根據(jù)生產(chǎn)特點(diǎn)，計算出的生產(chǎn)能力、壓頭以及實(shí)際經(jīng)驗或中試經(jīng)驗，查詢產(chǎn)品目錄或手冊，選出具體型號并記錄該設(shè)備在標(biāo)準(zhǔn)條件下的性能參數(shù)，配用電機(jī)輔助設(shè)備等資料。,4.設(shè)備性能核算 對已查到的設(shè)備，要列出性能參數(shù)，并核對能否

48、滿足生產(chǎn)要求。5.確定安裝尺寸6.計算軸功率7.確定冷卻劑耗量8.選定電機(jī)9.確定備用臺數(shù)10.填寫設(shè)備規(guī)格表，作為訂貨依據(jù)和選擇設(shè)備過程的數(shù)據(jù)匯總。,三、固體輸送設(shè)備選型 常用的固體輸送設(shè)備分類 帶式輸送機(jī) 機(jī)械輸送設(shè)備 斗式提升機(jī) 螺旋輸送機(jī)

49、 埋刮板輸送機(jī)等 流體輸送設(shè)備 氣流輸送設(shè)備 液體輸送設(shè)備,(一)機(jī)械輸送設(shè)備1.帶式輸送機(jī) 皮帶運(yùn)輸機(jī) (1) 特點(diǎn) 主要用于水平移送物料或有一定傾角的移送物料。它可以輸送松散的或成包成件的物件，且可做成固定位置或移動式運(yùn)輸機(jī)，使用非常方便，操作連續(xù)性強(qiáng)，輸送能力較高，在運(yùn)送相同距離和重量的物料時，帶式輸送機(jī)的動力消耗最小。,,2.螺旋輸送機(jī) 攪

50、龍，常用輸送潮濕的或松散的物料。由于它密閉性好，故常用于粉塵大的物料或同時用以輸送和混料等場合。我國發(fā)酵工廠使用的螺旋輸送機(jī)有些是根據(jù)工藝需要而設(shè)計的非定型設(shè)備，有些是采用專業(yè)廠生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備。,螺旋輸送機(jī)的直徑D計算：式中 Q——輸送量 t/h γ——物料堆積密度t/m3 K——物料綜合特性經(jīng)驗系數(shù) 粉粒狀、 谷物干粉0.04~0.06，濕粉料0.07 φ——

51、填充系數(shù)，粉粒料0.25~0.35 濕粉料，混合時0.125~0.20 C——螺旋傾斜校正系數(shù) 水平C=1,常用螺旋直徑系列(單位mm)： 150，200，250，300，400，500，600 常用螺旋運(yùn)輸機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)系列(r/min)： 20，30，35，45，60，75，90，120， 150，190,3.斗式提升機(jī) 斗式提升機(jī)常用于將物料垂直提升到一定高度，以便使

52、物料借重力自流加工。國產(chǎn)的斗式提升機(jī)的型式有D型，HL型，PL型。D型是采用橡膠帶為牽引構(gòu)件，HL型是以鍛造的環(huán)形鏈條為牽引構(gòu)件，PL型是采用板鏈為牽引構(gòu)件。發(fā)酵工廠最常用的是以橡膠帶牽引的D型斗式提升機(jī)。,,,(二)氣流輸送1.氣流輸送的主要優(yōu)點(diǎn) (1)采用負(fù)壓進(jìn)料，可實(shí)現(xiàn)風(fēng)選，去除鐵、石等重雜質(zhì)。 (2)輸送系統(tǒng)密閉，防止物料損失，改善勞動環(huán)境。 (3)能較好地實(shí)現(xiàn)均勻定量輸送，方便操作。 (4)設(shè)備投資費(fèi)用較少。

53、 (5)設(shè)備布置簡捷、方便。,2.氣流輸送的設(shè)計程序(1)確定要輸送物料的特性參數(shù)、種類、粒度(2)需要輸送的物料量。(3)輸送系統(tǒng)工藝流程設(shè)計。(4)輸送物料的氣速和混合比選定。(5)計算需要的空氣量，并考慮漏風(fēng)等。(6)計算系統(tǒng)的壓力損失，考慮未計算部分。(7)根據(jù)風(fēng)量、壓損，選擇風(fēng)機(jī)型號、臺數(shù)。(8)選擇電機(jī)及傳動方式。,四、通用設(shè)備選型注意事項 1．液體輸送設(shè)備 ⑴泵的選型 根據(jù)輸送物料特性和要求，

54、再根據(jù)輸送流量、總揚(yáng)程、效率，選擇具體型號 ⑵間歇操作的泵，滿足要求的前提下，可把生產(chǎn)能力選大些，盡快將料輸完。 ⑶連續(xù)生產(chǎn)用泵，應(yīng)選擇流量稍高于工藝要求的泵，留有調(diào)節(jié)余地，保證均衡生產(chǎn)。,2.氣體輸送設(shè)備選型注意事項 發(fā)酵工廠用于深層發(fā)酵的，如機(jī)械攪拌罐和各種新型生化反應(yīng)器等的送風(fēng)設(shè)備，主要是往復(fù)式空壓機(jī)、渦輪壓縮機(jī)。用于酵母培養(yǎng)和麥汁生產(chǎn)的設(shè)備主要是羅茨式和高壓鼓風(fēng)機(jī)。 用于固體厚層通風(fēng)培養(yǎng)、氣流輸送

55、、氣流干燥、氣體輸送是離心通風(fēng)機(jī)。車間通風(fēng)換氣，一般使用軸流式風(fēng)機(jī)。連續(xù)操作的多有備用設(shè)備。,3.固體輸送設(shè)備選型注意事項 (1) 應(yīng)盡量選用機(jī)械提升設(shè)備，因其能耗，視不同類型，比氣流輸送要低3~10倍。 (2)皮帶輸送機(jī)、螺旋輸送機(jī)，以水平輸送為主，也可以有些升揚(yáng)，但傾角不應(yīng)大于20°否則效率大大下降，甚至造成失誤。4.通用設(shè)備選型時應(yīng)注意，不要選擇已淘汰的老產(chǎn)品。原國家經(jīng)委、機(jī)械工業(yè)部等有關(guān)部門，自1983年以來

56、先后淘汰了許多耗能高的機(jī)電產(chǎn)品，如J0系列電機(jī)、8-18系列風(fēng)機(jī)、1-10/8空壓機(jī)、BA系列清水泵等，代之以節(jié)能型新產(chǎn)品。,第四節(jié) 非標(biāo)設(shè)備的設(shè)計,非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，是指生產(chǎn)車間中除專業(yè)設(shè)備和通用設(shè)備之外的、用于與生產(chǎn)配套的貯罐、中間料池、計量罐等設(shè)備和設(shè)施。,一、起貯存作用的罐、池(槽)設(shè)計 設(shè)計時，主要考慮選擇合適的材質(zhì)，相應(yīng)的容量，以保證生產(chǎn)的正常運(yùn)行。在此前提下，盡量選用比表面積小的幾何形狀，以節(jié)省材料、降低投

57、資費(fèi)用。球形容器當(dāng)然是最省料的，但加工較困難。因此多采用正方形和直徑與高度相近的筒形容器。,設(shè)計步驟大體如下：1.材質(zhì)的選擇；2.容量的確定；3.設(shè)備數(shù)量的確定；4.幾何尺寸的確定；5.強(qiáng)度計算；6.支座選擇。 如有的物料易沉淀，還應(yīng)加攪拌裝置；需要換熱的，還要設(shè)換熱裝置，并進(jìn)行必要的設(shè)計。,二、起混合調(diào)量滅菌作用的非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備設(shè)計 這類設(shè)備的有：酒精生產(chǎn)的拌料罐、味精生產(chǎn)的調(diào)漿池等。為了使混合或

58、沉降效果好，選擇這類設(shè)備的高徑(或高寬)比小于等于1，是有利的。其設(shè)計步驟與上述基本相同。,三、起計量作用的非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備設(shè)計 這類設(shè)備如味精生產(chǎn)的油計量罐，尿素溶液計量罐等。為使計量結(jié)果盡量準(zhǔn)確，通常這類設(shè)備的高徑比(或高寬比)都選得比較大(如取H/D=3~4)。這樣，當(dāng)變化相同容量時，在高度上的變化較靈敏。而把節(jié)省材料放在次要地位。設(shè)計步驟大體同前述。所不同的是要有更明顯的液位指示或配置可靠的液位顯示儀表。,第五節(jié)

59、 設(shè)備一覽表,一、主要設(shè)備明細(xì)表 通過設(shè)備的工藝設(shè)計計算，除了定型的通用設(shè)備以外，對于生化反應(yīng)器(發(fā)酵罐、種于罐)、換熱器、塔器等主要設(shè)備都應(yīng)列設(shè)備明細(xì)表。其主要格式分別見表6-11、表6-12、表6-13。,二、設(shè)備一覽表 所有設(shè)備選型與設(shè)計完成后，按流程圖序號，將所有設(shè)備匯總編成設(shè)備一覽表，作為設(shè)計說明書的組成部分，并為下一步施工設(shè)計及其他非工藝設(shè)計和設(shè)備訂貸提供必要的條件。 表6-14為供參

60、考的設(shè)備一覽表。在填寫設(shè)備一覽表時，通常按生產(chǎn)工藝流程順序排列各車間的設(shè)備。也可把各車間的設(shè)備按專業(yè)設(shè)備、通用設(shè)備、非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備進(jìn)行分類填寫設(shè)備一覽表。以便于將各類設(shè)備匯總，分別交給各部門進(jìn)行加工和采購。,,如味精廠設(shè)備一覽表可按下列車間順序填寫； (1)糖化車間； (2)發(fā)酵車間； (3)提取車間； (4)精制車間； (5)干燥及包裝車間； (6)空壓站； (7)冷凍站； (8)鍋爐房； (9)配電室