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发酵罐热工设计计算

作者:发酵罐 时间:2018-04-11 08:40
发酵罐热工设计计算 一、计算依据 计采用A 3 刚作发酵罐材料,用8号槽钢做冷却夹套,分三段冷却,筒体二段,椎部一段,夹套工作压力为2.5kg/cm 2 冷媒为20%(V/V)酒精溶液,T 进 =-4℃,T 出 信息摘要:
发酵罐 热工设计计算 一、计算依据 计采用A 3 刚作发酵罐材料,用8号槽钢做冷却夹套,分三段冷却,筒体二段,椎部一段,夹套工作压力为2.5kg/cm 2 冷媒为20%(V/V)酒精溶液,T 进 =-4℃,T 出 为-2℃,麦汁发酵温度维持12℃(主要

发酵罐热工设计计算

食用菌液体菌种具有培养时间短,杂菌污染与否容易用显微技术观察,接种速度快,接种到栽培料上后萌发快、吃料快、抗杂菌能力强、生长速度快、培菌时间短、产量高等优点。所以食用菌菌种液体发酵技术从60年代开始便有人开始探索,至80年代开始用于生产实践,到目前为止,国内主要还是使用的在位灭菌气升式发酵罐,我们称之为第一代食用菌液体菌种发酵设备。几年前由于食用菌工厂化栽培的发展,一些有实力的厂家从韩国引进食用菌菌种液体发酵技术,这是一种将发酵罐整体放置于大型灭菌器中灭菌,然后再冷却并移出灭菌器在无菌程度很高的环境中接种、培养的方法,我们称之为第二代食用菌液体菌种发酵设备。

第一代食用菌液体菌种发酵设备目前推广的很多,尝试的很多,但几乎没有能成功的应用于连续的工厂化生产中者。究其原因,主要是可靠性差。食用菌工厂化栽培具有连续性,如果菌种出现污染就会使工厂停工,灭菌后的栽培料如果不能及时接种,也会增加污染的风险,而且几乎没有什么可靠的补救措施,唯一的办法就是尽可能提高液体菌种发酵成功的可靠性从而把液体菌种污染率降低到2%以下,并且还得有万一出现菌种污染后的应急措施。然而目前第一代食用菌液体菌种发酵设备的管道、阀门、安全阀、压力表、过滤器、取样口都易存在灭菌死角,而且操作过程十分复杂,稍有不慎,不锈钢发酵罐,会灭菌不彻底而前功尽弃,用其进行食用菌菌种液体发酵,其成功率远远达不到工厂化连续生产的要求,甚至很多根本就不能成功发酵出纯菌种来,只能用添加抑菌剂的办法来获得纯度并不高的食用菌液体菌种,而且这种方法也很不稳定。

第二代食用菌菌种液体发酵技术可靠性提高了,完全可以用于食用菌工厂化连续栽培中,但设备比较贵,使用起来也比较麻烦,对无菌条件要求比较高,难以走进中小食用菌企业。

为了解决第一代及第二代食用菌菌种液体发酵技术存在的缺陷,公司研发出了第三代食用菌液体菌种发酵设备及与之相配套的技术,具有可靠性高,操作简单,对环境的无菌条件要求不高,培养周期短,使用成本低,用液体菌种接种栽培瓶/袋时接种方便,比较容易实现自动化,安全性高等特点。相信在不远的将来,这项技术必将为食用菌行业的的发展做出巨大的贡献。

 

发酵罐热工设计计算

发酵罐热工设计计算

 

一、计算依据

计采用A3刚作发酵罐材料,用8号槽钢做冷却夹套,分三段冷却,筒体二段,椎部一段,夹套工作压力为2.5kg/cm2冷媒为20%(V/V)酒精溶液,T=-4℃,T为-2℃,麦汁发酵温度维持12℃(主要发酵5-6天,封头及筒体部分保温层厚度为200mm,椎底部分为98mm)

二、总发酵热计算

 

 

Q=q*v=119*70=8330kg/hr

 

 

q为每立方米发酵麦汁在主发酵期间每小时的放热量;

 

 

v为发酵麦汁量

1、冷却夹套型号选择

 

 

选取8号槽钢起截流面积为A=hb-截面积=8*4.3-10.24=24.16cm2

 

 

冷却剂流量为(三段冷却)

 

 

3*24.16*10-4*1=7.284*10-3m3/s

 

 

查得20%(V/V)酒精溶液Δt平=-3℃下的ρ=976kg/m3

 

 

Cρ=1.04kcal/kg·℃

冷却剂的冷却能力为:

Q=7.248*103*976*1.041*2*3400=49131.3kcal/hr

故可选取8号钢槽为冷却夹套。

2、发酵罐冷却面积的计算

 

 

考虑生产过程中,随着技术的改进,工艺曲线可能更改,按目前我国工艺曲线看,日降温量较大的为13℃到5℃,为了将来工艺更改留下余量,设计取13-5=8℃为设计的日降温量,取0.6℃/hr为设计的小时降温量,则由Q=KAΔtm求得冷却面积。

2.1传热系数K的确定

2.1.1醪液α1的计算

α1=0.64*C*=0.64*185*=185.3kcal/m2·h·℃

 

 

2.1.2冷却夹套的α2的计算

湿润周边=80+(80+4*8.0)+2*(43-1)

de=(4*流体流动截面面积)/湿润周边

=204mm=20.4cm

de=4*24.16/20.4=4.74cm=0.0474m

20%(V/V)酒精在定性温度t=(-4-2)/2=-3℃下

μ=5.05CP=5.05*103Pa·s

λ=0.402kcal/hr·m·℃=0.468W/m·℃

Cp=1.041kcal/kg·℃=4.358*103J/kg℃

ρ=976kg/m2

μ=1m/s

Re=duρ/μ=9160=104

故可视为强制湍流流动得n=0.4

α2=0.023λ/d(Re)0.8(Cpμ/λ)0.4=1348.4kcal/hr·m·℃

因为计算时冷却盘管为直管的,先修正:

α=α(1+1.77d/R)

=1348.4*(1+12)*0.0474/1.829

=1410.3kcal/hr·m·℃

 

 

 

 

 

  1.  

    筒体部分传热系数K

 

 

 

1/KA2=1/α1A1+Rs1/A1+b/λA2+1/α2A3+Rs2/A3

 

 

代入数据可得:

 

 

1/K=7.325*10-3

 

 

所以:K=136.5kcal/m2·℃

 

 

注:h为假设夹套高度(m)

3、锥形罐筒体需冷却的热量

1)醪液放热 Q=Q1 + Q2

Q1= 62110×0.055×146.6 = 4552.7kcal / hr

Q2= 62110×0.9519×0.6 = 35473kcal / hr

所以,Q =Q1+Q2= 40026kcal / hr

2)外界与罐体的传热量

a. 封头部分Q1= KF(t外平+t0附-t

带入数据得KF=0L.2

Q1= KF(t外平+t0附-t

=2.02×(10%+1)×(32+8.5-5)

78.72kcal / hr

b. 筒体部分:

带入数据:

1/KF=1/αA1+ δ11A222A232A4+1/αA5

得: KF = 15.67kcal/K·°C

Q2=KF(t外平+t0附-t

=1.1×15.6(32+8.5-5)

= 6119kcal/hr

4、筒体冷却面积A初定

Q=KAΔtm

A=40716.8/136.5×11.3=26.4m2

则醪液的冷却负荷为:

26.4/62110=0.425m2/T>0.3m3/T

故冷却面积能够满足要求。

5、发酵罐冷却面积的确定

 

 

 

 

 

  1.  

    筒体部分

 

由前面叙述可知,筒体部分相同的冷却段,选用8#槽钢筒体冷却段面积为26.4m2,则槽钢长=26.4/0.08=330

取相邻两槽钢间距为40mm

一圈槽钢长:

l0=[(3.14×3.62)2+0.122]1/2= 11.367m

330m长的槽钢可绕圈数330/11.367 ≈30圈

则二段各绕15圈

冷却段高度为:

15×(80+40)-40=1760mm

筒体时机冷却面积为:

30×11.367×0.08=1.439m2/T

 

 

 

 

 

  1.  

    锥底部分

 

锥体部分醪液量为4.91×1.0484=5.32

锥体部分冷却面积为

5.32×0.439=2.33m2

则槽钢长为2.33/0.08=29.1m

绕制高度为1000mm

 

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文章标题:发酵罐热工设计计算

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