年產(chǎn)2000噸植酸酶生產(chǎn)工藝設(shè)計

題目年產(chǎn)2000噸植酸酶生產(chǎn)工藝設(shè)計摘要：在基本的化工產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)中，酶的應(yīng)用涉及范圍逐步擴大，酶制劑被運用到各種產(chǎn)品去。植酸酶是一種催化植酸（肌醇六磷酸酯）及植酸鹽水解為無機磷和肌醇的酶的總稱。植酸酶可以使機體利用有機磷，減少磷的排放，減輕環(huán)境污染問題，對水和土壤都具有重要的保護(hù)作用，因而被作為一種新型飼料添加劑，還可以作為食品添加劑改善人體對礦物質(zhì)的吸收和提高食品加工技術(shù)，因而被運用到食品工業(yè)中，因此廣受關(guān)注。本設(shè)計通過對年產(chǎn)2000噸植酸酶的工藝流程進(jìn)行設(shè)計，進(jìn)行物料衡算和能量衡算，然后對發(fā)酵罐、種子罐等主要設(shè)備進(jìn)行參數(shù)計算和選型，并通過CAD對基礎(chǔ)設(shè)備進(jìn)行畫圖，來實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)植酸酶。關(guān)鍵詞：植酸酶，發(fā)酵，工藝設(shè)計 Abstract:Inbasicchemicalindustryproduction，Theapplicationscopeofenzymeisgraduallyexpanding,andenzymepreparationisusedinavarietyofproducts.Phytaseisageneraltermforenzymesthatcatalyzethehydrolysisofphyticacid（Inositolhexaphosphate）intoinorganicphosphorusandInositol.Phytasecanreducethebodyusingorganicphosphorus,phosphorusemissions,reduceenvironmentalpollution,theprotectionofwaterandsoilhaveimportantrole,andthusbeusedasanewtypeoffeedadditives,alsocanbeusedasafoodadditivetoimprovethehumanbodytoabsorbmineralsandimprovefoodprocessingtechnology,andwasusedinthefoodindustry,sowidelyattention.Thisdesignthroughtheannualoutputof2000tonsofphytaseprocessdesign,materialbalanceandenergybalance,andthenthefermentationtank,seedtankandothermainequipmentforparametercalculationandselection,andthroughCADonthebasicequipmentfordrawing,toachieveindustrialproductionofphytase.Keywords:Phytase,fermentation,processdesign 目錄TOC\o"1-2"\h\u1前言 41.1植酸酶簡介 41.2植酸酶的性質(zhì) 41.3植酸酶使用條件和保存 41.4植酸酶的應(yīng)用 51.5植酸酶的研究趨勢 62植酸酶生產(chǎn)工藝流程 62.１工藝流程 62.２發(fā)酵工藝具體方法 63工藝計算 83.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 83.2發(fā)酵罐 83.3種子罐大小和個數(shù) 94發(fā)酵罐工藝 104.1發(fā)酵罐的無菌空氣用量 104.2熱量衡算 104.3發(fā)酵罐尺寸計算： 114.4發(fā)酵罐攪拌裝置及攪拌器尺寸設(shè)計 125發(fā)酵罐換熱設(shè)備 145.1發(fā)酵罐冷卻面積 145.2進(jìn)水管總直徑 145.3豎式蛇管設(shè)計 156種子罐尺寸計算 166.1種子罐基本參數(shù) 166.2種子罐攪拌器參數(shù)計算 176.3種子罐攪拌軸功率計算 176.4種子罐換熱設(shè)備 186.5種子罐進(jìn)水管總直徑 186.6種子罐豎式蛇管設(shè)計 197發(fā)酵設(shè)備圖 201前言1.1植酸酶簡介植酸，又被稱為肌醇六磷酸，因其抗氧化性和能夠與金屬離子發(fā)生較強的絡(luò)合作用，它很容易與礦物元素進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，即礦物質(zhì)和蛋白-植酸-礦物元素復(fù)合物相結(jié)合。通過兩者的結(jié)合能夠使一些植物性食物和植物蛋白分離物中礦物質(zhì)的營養(yǎng)功效降低。植酸的生產(chǎn)工藝可采用多種技術(shù)，在實際生產(chǎn)中多采用微濾超濾膜分離、真空冷凍干燥，噴霧干燥等先進(jìn)技術(shù)對植酸酶進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)。植酸上的磷酸殘基能夠被植酸酶水解下來，因此存在于植酸與礦物元素之間強的親和力會被破壞，并且反應(yīng)中產(chǎn)生的鈣離子能夠參加到生物體的其他反應(yīng)中，因此可以改變植物性食品的性質(zhì)。在食品制作中和飼料生產(chǎn)中植酸酶被廣泛使用，它不僅能夠提高食品的營養(yǎng)，還可優(yōu)化飼料配方，更好的滿足機體生長需要。有機磷能夠被植酸酶分解掉，使其成為容易吸收的部分，所以將植酸酶加到飼料當(dāng)中去，動物可以更好地吸收飼料中的磷，動物的糞便中磷的含量減少，磷的排放量就會降低，降低包括土壤和水中的磷環(huán)境的磷污染，對保護(hù)環(huán)境具有不可估量的價值。植酸在動物體內(nèi)起到抗?fàn)I養(yǎng)作用，而植酸酶可很好的解決這一作用，進(jìn)而提高飼料消化利用率。植酸酶如果能在體內(nèi)被充分消化利用，則日糧中的磷的含量就能基本滿足畜禽的營養(yǎng)需要，可較少甚至不用再額外添加無機磷，因此在飼料中添加植酸酶被廣泛應(yīng)用。1.2植酸酶的性質(zhì)植酸酶屬于磷酸單脂水解酶，是磷酶的一種形式。自然界中廣泛存在植酸酶，例如在微生物、動物組織和植物中。植酸酶在植物和微生物中的作用不有明顯區(qū)別：（1）植物在發(fā)芽過程中，需要磷和肌醇促進(jìn)它的發(fā)育，肌醇作為更重要的生長因子，即在發(fā)芽過程植物中的植酸酶被誘導(dǎo)，磷和肌醇使得植物進(jìn)一步生長。（2）微生物在繁殖過程需要磷的參與，植酸酶可以讓微生物周圍的植物釋放出磷供給有機體，那么微生物所需的磷就能夠被滿足，即植酸酶在微生物體磷饑餓時被誘導(dǎo)表達(dá)，微生物附近植物排放的磷使微生物可以進(jìn)一步生長。1.3植酸酶使用條件和保存因為酶活力在不同溫度和pH下均不同，植酸酶的酶活力最適溫度范圍為35-45攝氏度，植酸酶的最適pH范圍為2.5-3.5和5.0-5.5。且底物濃度范圍為10-25%，反應(yīng)適合時間為3-6小時（可根據(jù)要求變化），添加酶范圍為0.03-0.07%（以水解溶液重量計）。植酸酶是蛋白質(zhì)，對光熱比較敏感且害怕潮濕，要想使植酸酶能夠保持高效活力，可以將植酸酶放在5℃條件下保藏，保存期可為一年。如果放在35攝氏度下貯存，植酸酶酶活保存期為3個月左右。1.4植酸酶的應(yīng)用1.4.1飼料工業(yè)中的應(yīng)用植酸酶作為一種動物飼料添加劑的酶制劑，適用于在單胃動物中使用。它已廣泛應(yīng)用到家禽、豬、魚飼料中。把植酸酶加到飼料中，可以提高飼料的營養(yǎng)物質(zhì)利用度；減少飼料被污染的幾率；提高飼料的質(zhì)量，降低成本；減少磷飼料中磷對環(huán)境的污染節(jié)省配方空間。現(xiàn)在為了使動物長得更強壯，人們會把磷在生產(chǎn)的過程中放入它們食用的飼料里，但是這就導(dǎo)致了許多的磷元素被排放出來，而磷會造成水產(chǎn)生污染，讓環(huán)境變得臟亂差。環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，植酸酶的優(yōu)勢也就顯而易見了。如果把植酸酶加到飼料里面去，那么可以磷的釋放程度就會被降低，水體的磷含量變少了，就可以抑制水體產(chǎn)生富營養(yǎng)化的現(xiàn)象，進(jìn)而緩解環(huán)境問題，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。1.4.2食品工業(yè)中的應(yīng)用在食品工業(yè)中，植酸酶可作為一種新型的食品添加劑。它的活性因植物的不同而有明顯差異，在麥類中例如小麥黑麥中植酸酶的活性很高，而在燕麥和玉米等的植酸酶活性很低，有些甚至沒有活性。目前植酸酶在食品領(lǐng)域中，主要用于研究改善人體對礦物質(zhì)的吸收和提高食品加工技術(shù)。（1）在豆制品和谷物類中，六磷酸肌醇與五磷酸肌醇等植酸能夠降低或抑制鐵的吸收，所以為了提高豆制品和谷物類中鐵的吸收，一般讓磷酸鹽以比三磷酸肌醇低的三磷酸肌醇鹽的形式存在，以可以提高人們對鈣鋅元素的吸收，從而維持生長生存需要。（2）植酸酶在食物中可將植酸的含量降低。例如小麥中含有植酸酶，植酸酶就可降解小麥中部分植酸，然后在面粉中再加入植酸酶，植酸就能幾乎全部降解，因此可以很好的提高植酸的降解率。在面包的加工過程中，植酸酶能夠作為一種改良劑，它能夠在不影響面團本身pH的條件下，縮短發(fā)酵時間使面團發(fā)酵的更加蓬松，從而使面包的口感和品質(zhì)得到提升。1.4.3在動物生產(chǎn)中的應(yīng)用在動物的日糧中加入植酸酶，可以明顯改善單胃動物的生產(chǎn)性能和飼料的配方。研究發(fā)現(xiàn)，在仔豬的日糧中添加植酸酶，可提高仔豬的日增重；在家禽的日糧中添加植酸酶，也同樣能夠提高家禽的生產(chǎn)性能。同時也可使日糧中磷的利用率得到提高，大程度減少添加無機磷的費用。植酸酶也可影響日糧中氨基酸和蛋白質(zhì)的代謝，植酸能夠降低內(nèi)源性蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶的活性，從而使蛋白質(zhì)等消化率降低。1.5植酸酶的研究趨勢伴隨著科技的日新月異，在新興領(lǐng)域中植酸酶應(yīng)用的潛力得到挖掘，同時受到大家的廣泛關(guān)注，植酸酶也在各種不同的產(chǎn)業(yè)中發(fā)揮它獨特的優(yōu)勢。然而現(xiàn)在植酸酶若想要大批生產(chǎn)，成本較高,無法滿足植酸酶的大規(guī)模使用的要求,。因此在植酸酶生產(chǎn)中應(yīng)用新型技術(shù)十分重要。菌種的誘變、基因工程菌、原生質(zhì)體融合手段都可以有效的降低植酸酶的生產(chǎn)成本。除此自外，植酸酶的耐熱性也值得進(jìn)一步的去深入探究。目前植酸酶的生產(chǎn)可以通過發(fā)酵培養(yǎng)，分離純化等步驟進(jìn)行，但是得到的產(chǎn)物一般為粗制品，含有不溶性雜質(zhì)，所以到醫(yī)藥等領(lǐng)域中怎樣提高產(chǎn)物的純度并使之應(yīng)用，也是植酸酶發(fā)展值得研究的方向。2植酸酶生產(chǎn)工藝流程2.１工藝流程植酸酶的生產(chǎn)工藝流程為：菌種選育菌種培養(yǎng)接種一級液體培養(yǎng)二級液體培養(yǎng)發(fā)酵罐發(fā)酵對發(fā)酵液離心分離純化2.２發(fā)酵工藝具體方法2.2.1產(chǎn)植酸酶菌種的選育很多微生物都可以產(chǎn)植酸酶，但是只有產(chǎn)酶活力高的菌株才會受到關(guān)注，因為酶產(chǎn)量高的菌株才能應(yīng)用到實際的生產(chǎn)中。為了提高植酸酶產(chǎn)率，通常有三種方式：菌種的誘變、利用基因工程菌、原生質(zhì)體融合。本文采用酶活力較高的酵母菌為原料進(jìn)行植酸酶的發(fā)酵生產(chǎn)。2.2.2產(chǎn)植酸酶菌株的分離篩選在已被滅菌過的三角瓶中加入樣品和適量的生理鹽水，煮沸，然后對樣品進(jìn)行分離，將樣品稀釋為不同濃度梯度的液體，每個梯度的液體濃度都做三次實驗，減少實驗誤差。接下來把稀釋后的菌液涂布到分離培養(yǎng)基上，放到培養(yǎng)箱中30℃培養(yǎng)，培養(yǎng)后取出涂布到初篩平板上，挑選幾株較大水解圈的菌落轉(zhuǎn)接到斜面培養(yǎng)基中保存。2.2.3菌種的復(fù)篩將斜面培養(yǎng)基上菌株接種到種子培養(yǎng)基里篩選，在條件為30℃，200r/min的搖床上發(fā)酵培養(yǎng)24h，再把菌種轉(zhuǎn)接到發(fā)酵培養(yǎng)基上，取1毫升種子液于錐形瓶中，繼續(xù)在30℃，200r/min的搖床上培養(yǎng)3天。3天后取出適量的液體把它放在離心管中，在離心機中4000rpm離心操作30min，即可篩選出較高酶活力的菌株。2.2.4一級液體培養(yǎng)將篩選出來的單菌落接種于種子培養(yǎng)基，在溫度為35℃下，搖床培養(yǎng)兩天左右，然后實施一級液體培養(yǎng)。2.2.5發(fā)酵罐發(fā)酵按照工藝參數(shù)為10%的接種量把培養(yǎng)2天半的液體接種到發(fā)酵培養(yǎng)基中去，再對它進(jìn)行深層的發(fā)酵培養(yǎng)，把培養(yǎng)基放在溫度為35℃的搖床上，培養(yǎng)3天。整個過程要通過調(diào)節(jié)pH的方法來控制發(fā)酵，發(fā)酵液起始pH范圍為5.6到6.0，在發(fā)酵的過程中，發(fā)酵液酸性增加時，要控制發(fā)酵液的PH值不高于６.０，之后發(fā)酵液堿性增加時，也應(yīng)控制pH不高于6.0。2.2.6植酸酶的分離純化工業(yè)上使用的植酸酶，一般都是粗制品，為了得到純度較高的發(fā)酵液，首先要對發(fā)酵后的發(fā)酵液進(jìn)行離心，來除去菌體細(xì)胞和其他的不溶性物質(zhì)，然后再通過不同的沉淀方法，使無細(xì)胞的發(fā)酵液進(jìn)行沉淀，使得發(fā)酵液得到分離，最后通過親和層析、超濾、膜分離等不同的技術(shù)手段對發(fā)酵液進(jìn)行操作，獲得純度更高的植酸酶。2.3培養(yǎng)基分離培養(yǎng)基種子培養(yǎng)基液體種子培養(yǎng)基發(fā)酵培養(yǎng)基葡萄糖1.5%葡萄糖1.5%葡萄糖5%葡萄糖5%植酸鈣0.1%植酸鈣0.1%蛋白胨1%蛋白胨1%NH4NO30.2%NH4NO30.2%NH4NO30.2%NH4NO30.2%KCL0.05%KCL0.05%KCL0.05%KCL0.05%MgSO4﹒4H200.05%MgSO4﹒7H200.05%MgSO4﹒7H200.05%MgSO4﹒7H200.05%MnSO4﹒7H2O0.03%MnSO4﹒7H2O0.03%MnSO4﹒7H2O0.03%MnSO4﹒7H2O0.03%FeSO4﹒7H2O0.03%FeSO4﹒7H2O0.03%FeSO4﹒7H2O0.03%FeSO4﹒7H2O0.03%植酸鈉0.6%瓊脂1.5%pH5.5pH5.5瓊脂1.5%pH5.5pH5.5以上培養(yǎng)基均在1×105Pa條件下121℃滅菌20min3工藝計算3.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：年產(chǎn)量：M=2000t年工作日：m=330d裝料系數(shù)：φ發(fā)酵周期：T=84h（發(fā)酵時間72h，輔助操作時間12h）提取收率：?=70%發(fā)酵平均水平：Vl=35000單位/毫升產(chǎn)品酶活：Vp=180單位/毫克接種量10%3.2發(fā)酵罐3.2.1每天發(fā)酵罐放罐體積Vd＝1000?M?vpm?VL??=1000?2000?180式中：3.2.2發(fā)酵罐放罐體積發(fā)酵罐體積：V0=vd?=440.7=63m3（那么需取100（校核：?=3.2.3發(fā)酵罐的個數(shù)發(fā)酵所需臺數(shù)n=nd?T24式中:nd為每天放罐數(shù)每天放罐兩臺T為發(fā)酵周期3.2.4發(fā)酵罐的物料衡算物料流入=基礎(chǔ)培養(yǎng)基(消后)+種子液量+補料量+氨水用量+鹽酸用量物料流出=成品液+損失掉的料液量（損失掉的料液量=尾氣+蒸發(fā)+逃液+取樣）鹽酸氨補料出料4%0.5%35.5%40%發(fā)酵罐10%0.5%1.5%90%8%放罐損失油泡敵種子罐鹽酸氨補料出料4%0.5%35.5%40%發(fā)酵罐10%0.5%1.5%90%8%放罐損失油泡敵種子罐發(fā)酵料液占總料液90%，則總發(fā)酵料液體積V總=vd90%=4490%=48.9m3V損失=48.9-44=4.9m3初料液體積占總料液的40%，則V初=40%*V總=40%*48.9=19.56m3(初始料液為總料液的40%)每臺發(fā)酵罐年發(fā)酵批次：N=330?24T=943.3種子罐大小和個數(shù)V種=V發(fā)*10%=63*10%=6.3m3n=nd?T24=2?該設(shè)計一臺種子罐對應(yīng)一臺發(fā)酵罐，所以需要每天2罐。發(fā)酵時間為40小時，輔助時間8小時每臺種子罐年發(fā)酵批次：N=330?24T3.3.1種子罐放罐液量2V種=2*6.3=12.6m3假設(shè)損失5%V總’=12.61?5%=13.26m假設(shè)種子罐裝料系數(shù)65%V=13.2665%=19.7m故取20m3的種子罐4發(fā)酵罐工藝4.1發(fā)酵罐的無菌空氣用量現(xiàn)有公式：V=發(fā)酵罐的體積*填充系數(shù)*通氣系數(shù)（假設(shè)通氣速率為1VVM）單發(fā)酵罐用無菌空氣量：V=100*1*70%=70m3/h單種子罐用無菌空氣量：V=25*1*70%=17.5m3/h則一年用量為；70*7*330+17.5*4*330=1.848*105m34.2熱量衡算假設(shè)實消時蒸汽的量為Wkg，室溫為25攝氏度培養(yǎng)基升溫所需熱量Q,=C,M,ΔT=4.187*25*(121-25)=10048800KJ0.3MPa飽和蒸汽的焓為2742.1KJ/Kg，121攝氏度水的焓為507.9KJ/Kg則ΔH=2234.2KJ/Kg10048800=W*2234.2得W=4497.7Kg實消時熱量損失（發(fā)酵罐體積為100m3）Q1=KAΔT=125.6*73.5*(121-25)=7.94*105KJ/h最大輻射散熱量Q2=C0（T100）4A=360442.8KJ/假設(shè)實消時間為1h則熱量損失轉(zhuǎn)化為蒸汽量為1*（7.94*105+360442.8）/2234.2=516.7Kg實消時蒸汽通入并轉(zhuǎn)化為冷凝水的量4497.7+516.7=5.014t采用Δt=10攝氏度的水冷卻，循環(huán)水帶走熱量CMΔT=4.187*m*10=20935*50冷卻水用量m=24t(罐/h)4.3發(fā)酵罐尺寸計算：V0=Vc+Vb=π4D2H+VVb=π4D2hb+π6D2發(fā)酵罐的公稱體積是下封頭體積Vb和罐的筒身體積Vc之和ha=D公稱體積：V0=π4D2H+π4D2（hb+D6）(h所以，V0=π4D2H+π24V0=100m3,把H=2D代入上式有100=π4D2*2D+π解得：D=3.89m取直徑D=4000mm（將直徑圓整到國內(nèi)發(fā)酵罐系列）筒身高度：H=V0公稱直徑D=4000mm,ha=D4=1000mm，hbH=V0?Vb取整后H=7300mm（校核：HD=73004000=1.83（符合即發(fā)酵罐公稱體積為V0=π4D2*H+π24D3=101發(fā)酵罐直徑為4m罐體總高度為H0=H+2（ha+hb）=7.3+2*(1+0.05)=9.4m圓筒部分裝液量：Vc’=V-Vb=63-9.02=53.98m3則圓筒部分液面高：HL’=Vc'π發(fā)酵液體總高度為：HL=HL’+ha+hb=4.29+1+0.05=5.34m4.4發(fā)酵罐攪拌裝置及攪拌器尺寸設(shè)計4.4.1攪拌裝置發(fā)酵罐上常用的攪拌器是推進(jìn)式攪拌器和渦輪式攪拌器，這兩種攪拌器各有特色，推進(jìn)式攪拌器由于葉片的結(jié)構(gòu)物料流向主要為軸向，出物料量大，整體混合程度好，所需功率小，但剪切力較小，對氣泡的細(xì)化和分散作用，若在發(fā)酵過程中不利于氧的傳遞。因此，渦輪式攪拌器被大量的應(yīng)用于發(fā)酵罐中，但渦輪式攪拌器的功率消耗大，在相同條件下，渦輪式攪拌器的功率消耗是推進(jìn)式攪拌器的五到六倍，根據(jù)植酸酶發(fā)酵工藝的需要，本設(shè)計采用遛彎葉圓盤渦輪式攪拌器可以有利于粉碎氣泡，強化氧的傳遞，以達(dá)到最佳混合效果。4.4.2攪拌器參數(shù)計算采用六彎葉渦輪攪拌器，攪拌器的各種尺寸與管徑D存在一定的比例關(guān)系。例如：攪拌器直徑：d=13D=1葉寬：b=0.2d=0.2*1333.33=266.66mm葉弦長：L=0.25D=0.25*1333.33=333.33mm弧長：r=0.375d=0.375*1333.33=500mm底距：C=0.8D=0.8*4000=3200mm盤徑：?=0.75d=0.75*1333.33=1000mm葉徑：S=1.5d=1.5*1333.33=2000mm4.4.3攪拌軸功率計算根據(jù)科學(xué)實驗和生產(chǎn)實踐總結(jié)功率準(zhǔn)數(shù)和攪拌雷諾準(zhǔn)數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系P=Npρn3d5六彎葉渦輪槳的Np=4.8攪拌直徑為1.05m,轉(zhuǎn)速110r/minn=N(d1d2)23=110*1.051.33)2根據(jù)上述公式可知P=4.8*1000*1.573*1.335=77.30KW5發(fā)酵罐換熱設(shè)備5.1發(fā)酵罐冷卻面積發(fā)酵罐的傳熱裝置由內(nèi)蛇管、外盤管和夾套構(gòu)成，一般情況下，V小于5m3,的罐用夾套為傳熱裝置，大于10m3采用蛇管和外盤管傳熱裝置。對于生產(chǎn)菌種發(fā)酵熱較大的發(fā)酵罐，當(dāng)安裝的外盤管的傳熱面積不夠時，罐內(nèi)還要安裝豎式蛇管來加大傳熱面積。本設(shè)計采用豎式蛇管冷卻裝置。冷卻面積計算采用牛頓傳熱公式：F=式中：Δtm=Δt1?Δt2LnΔ種子罐熱效應(yīng)7000*3.912=27384KJ/h發(fā)酵罐熱效應(yīng)7000*44=308000KJ/hF=3080001400?11.36=19.37考慮滅菌等因素，乘以1.1F實=1.1*19.37=21.31m2發(fā)酵罐可用面積：F’=πDH’=π*4.0*4.29=53.89m2F實<F’故可以選用內(nèi)部蛇管,符合本設(shè)計要求。5.2進(jìn)水管總直徑冷卻水用量：W=24t/h=6.67kg/s冷卻水體積流量：ω=6.671000=6.67*10-3m3/故冷卻水在管中流速取V=1.6m/s冷卻管截面積為：S總=ωv=4.17*10-3m進(jìn)水管總直徑：d總=S總/（π5.3豎式蛇管設(shè)計5.3.1冷卻管組數(shù)和管徑冷卻管組數(shù)和管徑：S總=π4nd式中：S總-冷卻管總截面，m2n-豎式蛇管總數(shù)d0-豎式蛇管管徑，m一般來說，蛇管組數(shù)由罐的大小來決定，一般為3，4，6，8組等，每組管圈數(shù)不會超過6圈，增加組數(shù)可排下更多的冷卻管；管與攪拌器的最小距離不應(yīng)小于250mm，每圈管子的中心距離為。2.5D外-3.5D外，管兩端U型或V型彎管，可彎制或焊接。安裝時，每組豎式蛇管用專用夾板加緊，懸掛在托架上。夾板和托架則固定在罐壁上。管子與罐壁的最小距離應(yīng)大于100mm，主要考慮便于安裝，清洗和良好的傳熱。根據(jù)本設(shè)計，n取4，則d0=S總/（π選擇Φ57*3的鋼管d內(nèi)=57-3*2=51mmd均=d外?d內(nèi)現(xiàn)取U型彎管，曲徑為250mm，兩直管間距離為500mm；兩彎管總總長度L0=π*d=π*500=1570mm5.3.2冷卻管總長度豎式蛇管傳熱面積為20m2L=Fd均π=2已知每組蛇管需接管1mL總=118+4=122m每組蛇管長=1224=30.5筒底部分液深HL’=4.29m，則豎式蛇管高度H’=4.29+0.25=4.54m兩彎管總長L0’=1570mm則豎式蛇管豎直部分長h=H’-0.25*2=4.04m則一圈管長L=2h+L0=2*4.04+1.57=9.65m故每組蛇管可繞圈數(shù)：n0=L0L=30.5校核：管總長：L總=9.65*5*4+1*5=198m>122m故滿足設(shè)計要求6種子罐尺寸計算6.1種子罐基本參數(shù)種子罐公稱容積為20m3，取H=2.5DV0=Vc+Vb=π4D2H+π24解得：D=2.12m根據(jù)發(fā)酵罐尺寸，取D=2200mm，ha=D4=550mm，hb=40m，Vb=1.54mH=V0?Vb取整為H=4900mm，則HD=發(fā)酵罐直徑為2.2m罐體總高度為H0=H+2（ha+hb）=4.9+2*(0.55+0.04)=6.08m圓筒部分裝液量：Vc’=V-Vb=11.85-1.54=11.04m3則圓筒部分液面高：HL’=Vc'π4發(fā)酵液體總高度為：HL=HL’+ha+hb=2.90+0.55+0.04=3.49m6.2種子罐攪拌器參數(shù)計算本設(shè)計采用六彎葉渦輪攪拌器攪拌器直徑：d=1葉寬：b=0.2d=0.2*733.33=146.67mm葉弦長：L=0.25D=0.25*2200=183.33mm弧長：r=0.375d=0.375*733.33=275mm底距：C=0.8D=0.8*2200=1760mm盤徑：?=0.75d=0.75*733.33=550mm葉徑：S=1.5d=1.5*733.33=1100mm6.3種子罐攪拌軸功率計算P=Npρn3d5六彎葉渦輪槳的Np=4.8攪拌轉(zhuǎn)速可根據(jù)20m3的發(fā)酵罐得，攪拌直徑為700mm,轉(zhuǎn)速200r/minn=N(d1d2)23=200*700733.33)23=193.89r根據(jù)上述公式可知P=4.8*1000*3.233*0.755=33.53KW6.4種子罐換熱設(shè)備本設(shè)計采用蛇管冷卻裝置牛頓傳熱公式：F=Qk?Δtm=17080考慮滅菌等因素，乘以系數(shù)1.1F實=1.07*11=1.2m2此時種子罐可用的傳熱外表面積為F’=πDH’=π*2.2*2.9=20.03m2F實<F’故可以選用內(nèi)部蛇管6.5種子罐進(jìn)水管總直徑冷卻水用量：W=1.2?170804.2?10=0.135kg/冷卻水體積流量：ω=0.1351000=1.35*10-4m3/冷卻水在管中流速取V=1.6m/s冷卻管截面積為：S總=ωv=8.4*10-4m進(jìn)水管總直徑：d總=S總/（π/4）6.6種子罐豎式蛇管設(shè)計6.6.1冷卻管組數(shù)和管徑S總=π4nd式中：S總-冷卻管總截面，m2n-豎式蛇管總數(shù)d0-豎式蛇管管徑，m在一般情況下，蛇管組數(shù)由罐的大小決定，一般為3，4，6，8組等，每組管圈數(shù)不會超過6圈。根據(jù)本設(shè)計，n取4d0=S總/（π選擇Φ21.3*2.75的鋼管d內(nèi)=21.3-3*2.75=15.8mmd均=d外?d內(nèi)6.6.2種子罐冷卻管總長度豎式蛇管傳熱面積為1.07m2L=Fd均π=1.07π?1.8?10?2已知每組蛇管需接管1mL總=19+4=23m每組蛇管長=234