圆筒体锥底发酵罐的计算.PPT

第九章厌氧发酵设备 发酵设备是发酵工厂中主要的设备，它提供了一个适应微生物生命活动和生物代谢的场所。 由于微生物分厌氧和通风两大类， 故供微生物生存和代谢的生产设备也就各不相同。 不论厌氧或通风发酵设备，除了满足微生物培养所必要的工艺要求外，还得考虑材质的要求以及加工制造难易程度等因素。 本章主要讲述的内容 第一节 酒精发酵设备及计算 满足酒精发酵的工艺要求 满足酒精酵母生长和代谢的必要工艺条件 将发酵产生的热量及时移走 有利于发酵液的排出，设备的清洗、维修以及设备制造安装方便等问题。 一、酒精发酵罐的结构 1，基本结构 酒精发酵罐筒体为圆柱形 底盖和顶盖均为碟形或锥形的立式金属容器 罐顶装有废汽回收管，进料管，按种管，压力表、各种测量仪表接口管及供观察清洗和检修罐体内部的人孔等 罐底装有排料口和排污口对于大型发酵罐，为了便于维修和清洗，往往在近罐底也装有人孔 罐身上下部装有取样口和温度计接口 2，发酵罐的冷却装置 中小型发酵罐：多采用罐顶喷水淋于罐外壁表面进行膜状冷却； 大型发酵罐：由于罐外壁冷却面积不能满足冷却要求，所以，罐内装有冷却蛇管或罐内蛇管和罐外壁喷洒联合冷却装置。 此外，也有采用罐外列管式喷琳冷却的方法，此法具有冷却发酵液均匀、冷却效率高等优点。 3，发酵罐的洗涤装置 大型酒精发酵罐采用水力喷射洗涤装置 二、酒精发酵罐的计算 1，发酵罐结构尺寸的确定 发酵罐全容积的计算： 式中：V-发酵罐的全容积（米3） V0-发酵罐中的装液量（米3） φ-装液系数（一般取0.85~0.90） 带有锥形底、盖的圆柱形发酵罐全容积为： 式中 D：罐的直径(米) H：罐的圆柱部分高度(米) h1：罐底高度(米) h2：盖高度(米) 通常：H=1.1~1.5D, h1=0.1~0.4D, h2=0.05~0.1D 2，发酵罐罐数的确定 对于间歇发酵，发酵罐罐数可按下式计算： 式中 N：发酵罐个数（个） n：每24小时内进行加料的发酵罐数 t：发酵周期（小时） 3，发酵罐冷却面积的计算 发酵罐冷却面积的计算可按传热基本方程式来确定，即： 式中 F：冷却面积(米2) Q：总的发酵热(焦耳/小时) K：传热总系数(焦耳/米2.小时.?C) Δtm：对数平均温度差(?C) （1）总发酵热的估算 微生物在厌氧发酵过程中总的发酵热，一般由生物合成热Q1，蒸发热损失Q2， 罐壁向周围散失的热损失Q3等三部分热量所组成。即： Q= Q1 -（ Q2 + Q3 ） Q1的估算 按发酵最旺盛时单位时间糖度降低的百分值来计算 计算方法：在发酵最旺盛时，测定小型试验箱冷却水的进出口温度和单位时间内的耗水量，从而得出其放热量（Q1’）。 由Q1’扩大到生产罐，则生产罐的Q1为： Q2一般取Q1的5%~6%左右。 Q3这部分热量由对流和辐射组成，可查阅相关手册。 （2）对数平均温度差Δtm的计算 tF：主发酵时的发酵温度（?C） t1：冷却水进口温度（?C） t2：冷却水出口温度（?C） （3）传热总系数K值的确定 传热总系数可由两部分组成： 发酵液到蛇管壁的传热分系数α1 从冷却管壁到冷却水的传热系数α2 α2可分为两种情况计算： 若采用蛇管冷却，以水为冷却剂： α2 ：蛇管的传热分系数（千焦/米2.小时.?C ） A：常数，在水温为20 ?C时，可取6.45 ρ：水的密度（公斤/米3） ω：蛇管内水的流速（米/秒） d：蛇管直径（米） R：蛇管圈半径（米） 若采用罐外壁喷淋冷却，则α2为： G：喷淋密度（公斤/米.小时） Dm：罐外径（米） 本公式适应范围：喷淋密度在100~1500公斤/米.小时。 三、计算举例 某酒精工厂，每发酵罐的进料量为24吨／小时，每4小时盛满一罐，发酵周期为72小时，冷却水的初、终温分别为20?C和25 ?C，若罐内采用蛇管冷却，试确定： 发酵罐的结构尺寸， 罐数， 冷却水耗量， 冷却面积和冷却装置的主要结构尺寸。(糖化醪密度