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發酵罐熱工設計計算

作者:發酵罐 時間:2018-04-11 08:40
發酵罐熱工設計計算 一、計算依據 計采用A 3 剛作發酵罐材料,用8號槽鋼做冷卻夾套,分三段冷卻,筒體二段,椎部一段,夾套工作壓力為2.5kg/cm 2 冷媒為20%(V/V)酒精溶液,T 進 =-4℃,T 出 信息摘要:
發酵罐 熱工設計計算 一、計算依據 計采用A 3 剛作發酵罐材料,用8號槽鋼做冷卻夾套,分三段冷卻,筒體二段,椎部一段,夾套工作壓力為2.5kg/cm 2 冷媒為20%(V/V)酒精溶液,T 進 =-4℃,T 出 為-2℃,麥汁發酵溫度維持12℃(主要

發酵罐熱工設計計算

食用菌液體菌種具有培養時間短,雜菌汙染與否容易用顯微技術觀察,接種速度快,接種到栽培料上後萌發快、吃料快、抗雜菌能力強、生長速度快、培菌時間短、產量高等優點。所以食用菌菌種液體發酵技術從60年代開始便有人開始探索,至80年代開始用於生產實踐,到目前為止,國內主要還是使用的在位滅菌氣升式發酵罐,AG亚游集团稱之為第一代食用菌液體菌種發酵設備。幾年前由於食用菌工廠化栽培的發展,一些有實力的廠家從韓國引進食用菌菌種液體發酵技術,這是一種將發酵罐整體放置於大型滅菌器中滅菌,然後再冷卻並移出滅菌器在無菌程度很高的環境中接種、培養的方法,AG亚游集团稱之為第二代食用菌液體菌種發酵設備。

第一代食用菌液體菌種發酵設備目前推廣的很多,嚐試的很多,但幾乎沒有能成功的應用於連續的工廠化生產中者。究其原因,主要是可靠性差。食用菌工廠化栽培具有連續性,如果菌種出現汙染就會使工廠停工,滅菌後的栽培料如果不能及時接種,也會增加汙染的風險,而且幾乎沒有什麽可靠的補救措施,唯一的辦法就是盡可能提高液體菌種發酵成功的可靠性從而把液體菌種汙染率降低到2%以下,並且還得有萬一出現菌種汙染後的應急措施。然而目前第一代食用菌液體菌種發酵設備的管道、閥門、安全閥、壓力表、過濾器、取樣口都易存在滅菌死角,而且操作過程十分複雜,稍有不慎,不鏽鋼發酵罐,會滅菌不徹底而前功盡棄,用其進行食用菌菌種液體發酵,其成功率遠遠達不到工廠化連續生產的要求,甚至很多根本就不能成功發酵出純菌種來,隻能用添加抑菌劑的辦法來獲得純度並不高的食用菌液體菌種,而且這種方法也很不穩定。

第二代食用菌菌種液體發酵技術可靠性提高了,完全可以用於食用菌工廠化連續栽培中,但設備比較貴,使用起來也比較麻煩,對無菌條件要求比較高,難以走進中小食用菌企業。

為了解決第一代及第二代食用菌菌種液體發酵技術存在的缺陷,公司研發出了第三代食用菌液體菌種發酵設備及與之相配套的技術,具有可靠性高,操作簡單,對環境的無菌條件要求不高,培養周期短,使用成本低,用液體菌種接種栽培瓶/袋時接種方便,比較容易實現自動化,安全性高等特點。相信在不遠的將來,這項技術必將為食用菌行業的的發展做出巨大的貢獻。

 

發酵罐熱工設計計算

發酵罐熱工設計計算

 

一、計算依據

計采用A3剛作發酵罐材料,用8號槽鋼做冷卻夾套,分三段冷卻,筒體二段,椎部一段,夾套工作壓力為2.5kg/cm2冷媒為20%(V/V)酒精溶液,T=-4℃,T為-2℃,麥汁發酵溫度維持12℃(主要發酵5-6天,封頭及筒體部分保溫層厚度為200mm,椎底部分為98mm)

二、總發酵熱計算

 

 

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

 

 

q為每立方米發酵麥汁在主發酵期間每小時的放熱量;

 

 

v為發酵麥汁量

1、冷卻夾套型號選擇

 

 

選取8號槽鋼起截流麵積為A=hb-截麵積=8*4.3-10.24=24.16cm2

 

 

冷卻劑流量為(三段冷卻)

 

 

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·℃

冷卻劑的冷卻能力為:

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

故可選取8號鋼槽為冷卻夾套。

2、發酵罐冷卻麵積的計算

 

 

考慮生產過程中,隨著技術的改進,工藝曲線可能更改,按目前我國工藝曲線看,日降溫量較大的為13℃到5℃,為了將來工藝更改留下餘量,設計取13-5=8℃為設計的日降溫量,取0.6℃/hr為設計的小時降溫量,則由Q=KAΔtm求得冷卻麵積。

2.1傳熱係數K的確定

2.1.1醪液α1的計算

α1=0.64*C*=0.64*185*=185.3kcal/m2·h·℃

 

 

2.1.2冷卻夾套的α2的計算

濕潤周邊=80+(80+4*8.0)+2*(43-1)

de=(4*流體流動截麵麵積)/濕潤周邊

=204mm=20.4cm

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

20%(V/V)酒精在定性溫度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

故可視為強製湍流流動得n=0.4

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

因為計算時冷卻盤管為直管的,先修正:

α=α(1+1.77d/R)

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

=1410.3kcal/hr·m·℃

 

 

 

 

 

  1.  

    筒體部分傳熱係數K

 

 

 

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

 

 

代入數據可得:

 

 

1/K=7.325*10-3

 

 

所以:K=136.5kcal/m2·℃

 

 

注:h為假設夾套高度(m)

3、錐形罐筒體需冷卻的熱量

1)醪液放熱 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)外界與罐體的傳熱量

a. 封頭部分Q1= KF(t外平+t0附-t

帶入數據得KF=0L.2

Q1= KF(t外平+t0附-t

=2.02×(10%+1)×(32+8.5-5)

78.72kcal / hr

b. 筒體部分:

帶入數據:

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、筒體冷卻麵積A初定

Q=KAΔtm

A=40716.8/136.5×11.3=26.4m2

則醪液的冷卻負荷為:

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

故冷卻麵積能夠滿足要求。

5、發酵罐冷卻麵積的確定

 

 

 

 

 

  1.  

    筒體部分

 

由前麵敘述可知,筒體部分相同的冷卻段,選用8#槽鋼筒體冷卻段麵積為26.4m2,則槽鋼長=26.4/0.08=330

取相鄰兩槽鋼間距為40mm

一圈槽鋼長:

l0=[(3.14×3.62)2+0.122]1/2= 11.367m

330m長的槽鋼可繞圈數330/11.367 ≈30圈

則二段各繞15圈

冷卻段高度為:

15×(80+40)-40=1760mm

筒體時機冷卻麵積為:

30×11.367×0.08=1.439m2/T

 

 

 

 

 

  1.  

    錐底部分

 

錐體部分醪液量為4.91×1.0484=5.32

錐體部分冷卻麵積為

5.32×0.439=2.33m2

則槽鋼長為2.33/0.08=29.1m

繞製高度為1000mm

 

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