年产5000吨工业用纤维素酶制剂厂设计_毕业设计论文(编辑修改稿)

年产5000吨工业用纤维素酶制剂厂设计_毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

2 SO4，使 (NH4) 2 SO4 的饱和度由 20%上升至 60%，此过程应向滤液中加入 262kg 的 (NH4) 2 SO4[12]。 则提取过程中 (NH4) 2 SO4的用量为： m11 = 114﹢ 90%262 = 72093kg = 年用量 ： M11 = 82 = (NH4) 2 SO4 的总用量为 1641﹢ = （ 2）乙醇 乙醇作为饲料添加用酶的沉淀剂， 一个发 酵周期中共有 40 个发酵罐用于该酶的生产。 可估计过滤后的滤液体积也为 m3。 沉淀过程中用的为 70%的乙醇，用量为处理液体积的两倍。 因此乙醇用量为： m12 =270%789 = 年用量 ： M12 = 82 = （ 3）泡敌 发酵培养基中泡敌的添加量为 %，一个发酵周期中的使用量为： m13 = 802370%% = m3 年用量 ： M13 = 82 =32m3 14 表 生产物料衡算表 项目 名称 指标 每次发酵周期实际量 年用量 原料 玉米秸秆 3t/t(原酶 ) 24850t 麦麸 t/t(原酶 ) 酵母膏 % 木质纤维 1% 1153t 蛋白胨 % MgSO47H 2O % KH2 PO4 % 461t CaCl22H 2O % Tween80 %/% m3 辅料 硫酸铵 114/262 kg/ m3 乙醇 m3/ m3 228t 18700t 泡敌 % 32 m3 包装材料 纤维板圆筒 40Kg/桶 700 个 61270 个 环氧树脂涂覆的圆桶 25Kg/桶 1200 个 98400 个 由物料衡算表可知：为提高后处理过程中使用的设备的利用率， 四十 组发酵罐（每两台发酵罐为一组，生产同一种酶）采用循环式投料生产。 （ 1）玉米秸秆粉碎机及 20 目振动筛分器 年用量 247。 处理时间 = 250001000247。 330247。 80 = 985kg/h （ 2） 拌料槽 拌料槽的结构由圆柱形槽身和圆锥形底 部组成，设计体积应为： 发酵培养基体积 /装料率 = 2247。 85% = m3 （取 35 m3） 设圆柱形槽身的高为 h1， 圆锥形底部 的高为 h2，且 h1 = 3h2，直径 d 为 3m。 则由 V = 1/4d 2h 1+(1/3)(1/4)d 2h 2 = 35m3 得： h1 = ； h2 = 拌料罐的实际体积为： V = 5/183 2 = （ 3）发酵罐 15 设发酵罐的体积为 V，则 由 年产酶量 = 发酵罐体积 发酵液密度 发酵罐个数 发酵周期数 发酵罐装液量 产酶率 酶提取率可得： 发酵罐的体积 = 4800000247。 1020247。 82247。 247。 247。 80247。 = 由此可确定发酵罐的有效体积为 23 m3。 发酵罐主体结构计算 [13]： 封头采用标准椭圆封头 K = 1 H/Di = Di/hi = 4 椭圆容积 Va = л/6Dih i =24 D i3 V ≈4 D i2h i＋ Va = 4 D i2h i＋ 24 D i3 = 2/3лDi3 Di = m 处理后内径为 m即 2300 mm H = = = m = 57500mm h i = = m H 4m 所以 ha = 50 mm 查《化工设备设计基础》附表 5 罐体总高 H 总 = ＋ 2hi＋ 2ha= = 7000mm 罐体壁厚 S = PD/(2[б] 248。 ﹣ P)+C 其中： 248。 = ， P = , C = 3 mm, [б] = 130MPa, Di = 2300 解之得： S = mm 取整 封头按标准椭圆计算 [7] hi = ha = 封头壁厚： S = PD/(2[б] 248。 ﹣ P)+C 其中： 248。 = P = Di = 2300 [б] = 130 MPa C = 解之得： S = mm 取整 mm (4) 种子罐 ① 二级种子罐 二级种子罐体积 = 发酵罐体积 装料系数 接种量 247。 种子罐装料系数 = 23 247。 2 = 3 m3 16 ② 一级种子罐 一级种子罐体积 = 二级种子罐体积 装料系数 接种量 247。 一级种子罐装料系数 = 310%247。 = m3 （ 5）空气压缩系统 无菌空气制备流程 [14]如下： 吸风塔 → 粗滤器 → 空气压缩机 → 空气冷却器 → 除水设备 → 空气总过滤器 → 发酵车间空气总管 → 分过滤器 → 发 酵罐 发酵过程中的最大 通气量为 1:1，因此 发酵车间需要最大压缩空气的用量可按下列公式计算： V = 单个发酵罐的体积 发酵罐的个数 通气比 +单个种子罐的体积 种子罐的个数 通气比 = 23801+341 = 1852 m3/min （按 400 m3/min 进行后续计算） ① 吸风塔 [14] 吸风塔设计高度应在 10~12m 左右。 进管至空气压缩机一段的管路，要求直管连接，避免弯管或多弯管。 本次设计中将吸风塔的高度定为 11 m，空气在吸风塔内的截面流速设计为 6m/s。 则吸 风塔的截面半径为： R =（ V/） 1/2 = (20xx247。 60247。 6247。 ) 1/2 = 空气的实际流速  = V/R2 =20xx247。 60247。 247。 = ② 前置预过滤器 [8] 选择高效前置过滤器，其外形像一只大型的集装箱。 内部设计有两道过滤介质层：前层称粗过滤层，采用绒布作为过滤介质；后道称亚高效过滤层，采用涤晴 无纺布作为过滤介质。 设计流速为 m/s。 设备外型半径为： R =（ V/） 1/2 = (20xx247。 60247。 247。 ) 1/2 = （取 ） 实际流速 ：  = V/R2 = 20xx247。 60247。 247。 =③ 空压机 由计算可得发酵工艺所需的最大空气流量为 20xx m3/min。 因此选择日本寿力公司生产的 TRX 系列离心式空压机。 其输出功率为 900kW 到 1800kW ，容量范围为 175~360 m3/min，排气压力为 2~16Pa。 20℃ 的空气经空气压缩机的压缩，其出口压强表压为 ： T2= T1（ P2/ P1） K1/K = (273+20) [(+)/] = 293 = = ℃ 17 其中： P1 = MPa， K =。 ④ 冷却器 压缩空气由管道经沿程冷却输送到空气冷却器，此时空气的温度已大大低于空气压缩机出口的温度。 空气冷却器的作用是使压缩空气除水减湿。 冷却器选用列管式换热器，冷却水走管程，压缩空气走壳程。 要求压缩空气由 104℃ 被冷却至 25℃ ，冷却介质 为 20℃ 的循环水，冷却水的出口温度为 28℃ . 由条件可得： 空气的定性温度： (104+25)/2 = ℃ 水的定型温度：（ 20+28)/2 = 24℃ 计算过程 [15]为： 查得空气在定性温度下的物性数据：  = kg/m3。 Cp = kJ/(kg℃ ) ； k = ( m2℃ )。  = 103 Pas 查得水在定性温度下的物性数据：  = kg/m3。 Cp = (kg℃ ) ； k = ( m2℃ )。  = 103 Pas I．热负荷计算 Q = WhCph(T2﹣ T1) = 200247。 60103(104﹣ 25) = 105 W 冷却水耗量 Wc = Q/Cpc(t2﹣ t1) = 105247。 247。 103247。 (28﹣ 20) = kg/s = 30t/h II．计算平均温差 暂 按单壳程、双管程考虑，先求逆流时平均温度差 空气： 104 → 25 冷却水： 28 ← 20 △ t ： 76 5 △ tm′ = (76﹣ 5)247。 ln(76/5) = ℃ 计算 R 和 P： R = (T2﹣ T1)247。 (t2﹣ t1) = (104﹣ 25)247。 (28﹣ 20) = P = (t2﹣ t1)247。 (T2﹣ t1) = (28﹣ 20)247。 (104﹣ 20) = 由 R、 P 值，查表可得： △t = ，因 △t＞ ，选用三壳程。 △ tm = △t△ tm′= = ℃ 18 III．选 k 值，估计传热面积 由资料，可取 k = 100 w/( m2℃ ) S =（ Q/ k△ tm） = （ 105 247。 100247。 ） = m2 IV．初选换热器型号 由于两流体温差大于 50℃ ，可选用浮头式换热器 FB500。 由计算结果确定换热器为三壳程，因此选用 3 台相同的换热器串联使用。 换热器的主要数据如下： 外壳直径： 500mm 公称压力： MPa 公称面积： 65 m2 管长： 6m 管子尺寸： 25 管子总数： 124 管程数： 2 管子排列方法：正方形斜转 45176。 排列 S。 = n d(L－ ) N = 124（ 6﹣ ） 3 = m2 采用此换热面积的换热器，则要求过程的总传热系数为： k。 =Q 247。 （ S。 △ tm） = 105 247。 （ ） = W/( m2℃ ) ⑤ 除水设备 空气经冷却后即有水分析出，为此，冷却的空气需要除水并安装必要的除水设备。 丝网除滤器是一种立式圆筒型设备，它具有压降阻力小，除水除沫效率高，使用方便的优点。 一般丝网除滤器的设计流速取 1~3m/s。 设计时取流速为 2m/s，则除滤器的直径为 D =（ 4V/） 1/2 = （ 420xx247。 60247。 247。 2） 1/2 = （ 取 ） 除滤器的填料为不锈钢丝网，不 锈钢丝的直径为 ，多层重叠，丝网层厚度为100mm，丝网型号： 140400 型 [14]。 ⑥ 总空气过滤器 总空气过滤器是圆筒状设备，空气在过滤器内底筛板一下切线方向进入，在器身下方设置人孔。 YUD 型空气总过滤器，过滤介质采用涂层式过滤材料组装的滤芯，常采用的滤芯是 DMF（聚四氟乙烯聚合膜）。 根据发酵车间的空气用量，可选用 YUDZ4 型号的总过滤器 12003035mm，配滤芯 DMF，总过滤器内有 DMF 滤芯 3501000， 4 个 [8]。 ⑦ 分过滤器 分过滤器是单台发酵罐的单独空气过滤器。 23 m3 发酵罐的空气过滤系统设备的计算及设计如下： 根据发酵工艺，每个 23 m3 发酵罐最大空气用量为 Vf = 231 = 23m3/min 由于 23 m3 发酵罐的工作容积在 70%左右，因此空气的用量已经含有安全系数。 查资料后选择 JPF20 型空气膜过滤器， 2301196mm，配滤芯 JPFC(聚四氟乙烯微孔膜 )，滤芯长 20 英尺 ，共 5 个 [8]。 ⑧ 蒸汽过滤器 19 根据已选 JPF20 型空气膜过滤器，查阅 JLSF 蒸汽过滤器的规格型号，可选 JLSF080蒸汽过滤器， 114530mm一台，配置滤芯 JLSF， 22260，共 7 个 [8]。 （ 6）发酵液储罐 发酵液储罐体积 = 两个发酵罐中的发酵液体积 247。 装液系数 = 232247。 = 38m3 发酵液储罐主体结构为圆柱体，高度与直径的比例为。 则由 V = (D/2) 2H = 38m3 可得： D = ； H = m （ 7）板框过滤机 发酵结束后需过滤的发酵液的体积 VF 为 m3，含固量 i约为 25%。 若选用BMY70/800300 型号的板框过滤机，则其过滤面积 A = 70m3,滤框容量 VP = 1056L = m3，板框装填系数 k 为 ，过滤速度为 v = m3/ m2 h[8]。 则需要的板框过滤机的台数为： N = VFi/(kVP) = 247。 247。 = 10 台 过滤时间为： T = VF(1﹣ i)/vNA = (1﹣ ) 247。 247。 10247。 70 = 2h 考虑到设备的循环利 用，一个生产车间中选用 5 台板框过滤机进行发酵液的过滤。 共用 4h将发酵液过滤完毕。 （ 8）滤液储罐 过滤完。