发酵罐设计参数及公式
发酵罐的工艺计算
第一节 发酵罐的化工设计计算一、发酵罐的容积确定需要选用V 全=30m 3的发酵罐 则V 有效= V 全*Φ=30*80%=24m 3二、基础参数选择1、D ：H ：选用D ：H=1：42、锥角：取锥角为7003、封头：选用标准椭圆形封头4、冷却方式：选取槽钢盘绕罐体的三段间接冷却（罐体两段，锥体一段，槽钢材料为A 3钢，冷却价质采用20%、-4℃的酒精溶液5、罐体所承受最大压力：2.5kg/cm 3 外压：0.3kg/cm 36、锥形罐材质A 3钢外加涂料，接管均用不锈钢7、保温材料：硬质聚氨酯泡沫塑料，厚度200mm8、内壁涂料：环氧树脂三、D 、H 的确定由D ：H=1：4，则锥体高度H 1=D/2tg350=0.714D 封头高度H 2=D/4=0.25D圆柱部分高度H3=（4.0-0.714-0.25）D=3.04D 又因为V 全=V 锥+V 封+V 柱=3π342414232XH D D H D⨯+⨯+⨯⨯ππ =0.187 D 3+0.13 D 3+1.60 D 3=30 得D=2.23m查JB1154-74《椭圆形封头和尺寸》取发酵直径D=2400mm 再由V 全=30m 3，D=2.4m 得径高比为： D ：H=1：3.32由D=2400mm 查表: 椭圆形封头几何尺寸为： h 1=600mm h 0=40mm F=6.52m 2 V=2.00m 3筒体几何尺寸为： H=5654mmF=7.55*5.654=42.69m 2 V=4.524*5.654=25,58m 3 锥体封头几何尺寸为： h0=40mm v=360mm H=2215mmF=22204.1064.0sin )3.07.0(4/m a COSa d =⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎢⎣⎡++-πV=[]32375.372.0/)cos 3.07.0(24/m tga a d =++π 则：锥形罐体总高： H=600+5654+40+40+2215=8549mm总容积：V=2+25.58+3.75=31.33m 3 实际充满系数%6.7633.31/24=：ψ 罐内液柱高：mm H 27034022151044.275.32422=++⨯⨯-='）（π 四、发酵的强度计算（一）罐体为内压容器的壁厚计算1、标准椭圆封头设计压力为1.1*2.5=2.75kg/cm 2[]C pPDgS t+-=ϕσ2 式中：P=2.75kg/cm 2[]t σ：A3钢工作温度下的许用力取1520.kgcm 2ϕ：焊接系数，本例采用双面对接焊作为局部无探伤0.9壁厚附加量：C=C 1+C 2+C 3查表得：C 1 ：钢板厚度的负偏差取0.8mm 负偏差C 2：腐蚀裕量取2mmC 2：制造减薄量取0.3mm则：mm S 814.54.375.29.015202240075.2=+-⨯⨯⨯=取S O =8mm直边高H O =40mm 校核⎭⎬⎫⎩⎨⎧=h D s PD 24中中σ =[]tσ≤=++12.369900*2)82400(*6*4)82400(*75.22、筒体2/42.361.05.2*1.1)(1.1cmkg P p p =+=+⨯=）（静工作没[]mmC C C C PPDS 2.62.342.39.0*1520*22400*42.3)6.0,2,6.0(2322=+-===+-=取ψσ取S=7mm 校核 []tsPD σψσ≤==0.58822中3、锥形封头1）过渡区壁厚[]CPDg KP S t+-=5.02ψσ没[]mmC PDgKP S K cm kg P t43.5369.026.0)74.3*5.09.0*1520*2/(2400*14.3*75.05.0275.0)9.0(/74.39.05.2*1.12=+++-=+-===+=ψσ没没为静压）（ （2）锥体[][]13.759.026.094.394.3)60.0(74.3*5.09.0*15202400*74.3*60.05.0*5.0*=+++=+==-=-=+-=C S S f PPDgf S C PPDgf S O t O t查表为ψσψσ取S=8mm h 0=40mm校核锥体所受最大应力处：[]tS PD σσ≤=+==14.68735cos *10*2)82400(*74.335cos 20中（二）、锥体为外压容器的壁厚计算1、标准椭圆封头 设S O =5mmR 内=0.9D g =0.9*2400=2160mm R 内/100S o =21600/100x5=4.32 查图表4-1及B=2.75[]220/3.0/64.02160/575.2/*cm kg cm kg R S B P =⨯==内满足要求取C 1=0.5mm ， C 2=2mm C 3=0.5mm 则S= S O +C=8mm2、筒体设S O =6mm L/D=0.69D=2400/6=600 查图表4-1及B=210[]]/3.0/35.02400/6*21022cm kg cm kg P ==S O =6mm故可取C 1=6mm ， C 2=2mm ，C 3=0.6 则S=S O +C=9.2mm 取S=10mm3、锥形封头因为：6050.2235 αα所以=按第四章发酵罐设计的中封头设计可知，加强圈间中锥体截面积最大直径为：mm tg 6.1918352/274020=⨯⨯取加强圈中心线间锥体长度为1370mm 设S O =6mmL/D=1370/2400=0.57 D/SO=2400/6=400 图表表4-1及B=320[]mmS C S S mm C mm C mm C mmS cm kg D BS P 102.92.366.0,2,66/3.080.02400/6*320/0321020==+=+========取所以故取综合前两步设计，取两者中较大的有生产经验确定 标准椭圆型封头厚度为8mm h o =40mm 圆筒壁厚 10mm标准形封头壁厚 10mm h o =40mm五、锥形罐的强度校核1、内压校核液压试验P 试=125P 设由于液体实验的存在，锥体部分为罐体受压最重之处即最危险 设计压力实验P=1.25p=4.68/cm 2查得A3钢3/2400cm kg =σ可见符合强度要求，试压安全2、外压实验以内压代替外压故可知试压安全内试试P cm kg P p cm kg P 22/8.225.1/25.2)2.13.0(*5.1*5.1===+=3、刚度校核本例中允许S=2*2400/1000=4.8mm而设计时取壁厚为S=10mm ，故符合刚度要求 （公式：10002内最小D S =）第二节 发酵罐热工设计计算[][]试试试）（σψσσ 2/19442400**9.0*9.09.0/52.640)2.312(2)2.312(240068.4)(2cm kg cmkg C S C S Dg P ===--+⨯=--+=一、计算依据计采用A 3钢作发酵材料，用8号槽钢做冷却夹套，分三段冷却，筒体二段，锥部一段，夹套工作压力为2.5kg/cmp 2 冷媒为20%（V/V ）酒精溶液，，为出进C T C T 002,4--麦汁发酵温度维持120（主发酵5-6天，封头及筒体部分保温层厚度为200mm ，锥底部分为98mm ）二、总发酵热计算Q=q*v=119*24=2856kg/hrQ 每立方米发酵麦汁在闰发酵期间每小时的放热量； V 为发酵麦汁量三、冷却夹套型号选择选取8号槽钢起截流面为A=hb —截面积=8*4-10.24=24.16cm 2 冷却剂流量为（三段冷却） 3*24.16*10-4*1=7.284*10-3=m 3/s查得20%（V/V ）酒溶液△t 平=-30C 下的 P=976kg/m 3Cp=1.04kcal/kg ●0 C 冷却剂的冷却能力为：Q=7.248X103X976X1.041X2X2400 =34430.8kcal/hr>8330kcal/hr 故可选取8号槽钢为冷却夹套。
发酵罐的选择与计算
4.1.2.1发酵罐个数的确定年产1000吨琥珀酸,全年的生产天数为330天，则每天产1000/330=3.03吨，需要发酵液的体积为：28*3.03=84.84(m^3)发酵罐的填充系数φ=70%；则每天总共有发酵罐的体积为V 0）（3m 2.1217.0/84.847.0/V 0== 发酵周期为48小时，生产周期为80小时发酵罐个数的确定：现选取公称体积为100m 3的发酵罐，总体积为118m 3（个））（）（总67.324*7.0*110/80*84.8424*V /V N 01===φτ取公称体积100m 3 发酵罐4个，其中1个留作备用。
实际产量验算：年）（吨/1059.09330/3.54%71%21.57.0110=⨯⨯⨯⨯⨯富裕量%91.5100010001059=- 能够满足生产需要。
4.1.2.2主要尺寸的计算公称容积，是指罐的圆柱部分和底封头容积之和。
并圆整为整数：上封头因无法装液，一般不计入容积。
罐的全容积，是指罐的圆柱部分和两封头容积之和。
1 罐径与罐体高度现在按公称容积100m3，全罐的体积为：118m3，取高径比为H ：D=2，封头与圆柱罐体的焊接处的直边高度不纳入体积，则：3m 118V 2V =+=封全筒V根据圆柱体体积与椭圆的体积计算公式有： ()3221182414314V m D D H D =⨯⨯⨯⨯+⨯⨯=ππ全 ()332118242785.0m D D D V =+⨯⨯=π全解方程得： ()333118242m D D =+ππ()m D 1.413241183=⨯⨯=π 直径计算出来后，应将其值圆整到接近的公称直径系数[12]，查吴思方的《生物工程工厂设计概论》2007年版，附表25（281）通用式发酵罐系列尺寸表，则D取4.0m ,H=2D=2×4.0＝8.0(m) 查阅文献，当公称直径D 为4.0m 时，标准椭圆封头的曲面高度H 为D/4，即1.0m ，焊接处的直边高度h 为0.05则总深度为：）（m 05.105.00.1h H =+=+ 封头容积 ：V 封）（封33m 38.80.424V =⨯=π 圆柱部分容积： ）（筒32m 53.1000.420.44V =⨯⨯⨯=π 两者之和为全容积全V ' 3m 118V 2V =+=封全筒V全全V V ≈'则设计的发酵罐其尺寸符合要求，能够满足生产工艺的需要。
发酵罐
2.2.1 发酵罐（1）发酵罐的选型选用机械涡轮搅拌通风发酵罐 （2）生产能力、数量和容积的确定 ①发酵罐容积的确定：选用200m 3罐 ②生产能力的计算：现每天生产99%纯度的味精50t ，谷氨酸的发酵周期为48h(包括发酵罐清洗、灭菌、进出物料等辅助操作时间)。
则每天需糖液体积为V 糖 。
每天产纯度为99%的味精50t ，每吨100%的味精需糖液15.66m 3()3m 775.17%995066.15=⨯⨯=糖V设发酵罐的填充系数υ=70%；则每天需要发酵需要发酵罐的总体积为V 0（发酵周期为48h ）。
()30m 4.11077.017.775/===υ糖V V③发酵罐个数的确定：公称体积为200m 3的发酵罐，总体积为230 m 3()个υτ总63.9247.023048775.1724V 01=⨯⨯⨯=∙=V N取公称体积200 m 3 发酵罐11个，其中一个留作备用。
实际产量验算：()a t /6.15580300%9966.1557.0230=⨯⨯⨯⨯富裕量%9.315000150006.15580=-能满足产量要求（3）主要尺寸的计算：取高径比 H ：D=2：1[6]；封筒全3230m 2=+=V V V则有：2302242785.032=⨯+⨯=D D D V π全 H=2D ；解方程得：23026.057.133=+D D()m D 004.583.12303==取D=5m H=2D=10m ；封头高：()mm h h H b a 1300=+=封封头容积 ：V 封=16.4（m3）圆柱部分容积：V 筒=197m 3验算全容积V 全：()3m 8.2294.1621972=⨯+=+=封筒‘全V V VV 全=V ’全符合设计要求，可行。
（4）冷却面积的计算对谷氨酸发酵，每1m 3发酵液、每1h 传给冷却器的最大热量约为4.18×6000kJ/(m 3·h) [5]。
发酵罐容积计算公式
发酵罐容积计算公式发酵罐是生物工程、食品工业等领域中常用的设备，而要准确计算发酵罐的容积，那可得有一套科学的方法。
咱们先来说说发酵罐容积计算的基本原理。
其实很简单，就像是计算一个大水桶能装多少水一样。
发酵罐的容积就是它内部能够容纳物质的空间大小。
那具体怎么算呢？假设我们有一个圆柱形的发酵罐，它的半径是r ，高度是 h 。
那它的容积 V 就可以用公式V = πr²h 来计算。
这里的π 呢，约等于 3.14 。
比如说，有一个发酵罐，半径是 2 米，高度是 5 米。
那咱们来算算，它的容积就是 3.14×2²×5 = 62.8 立方米。
可别以为这就完事儿了，实际情况往往比这复杂得多。
因为发酵罐里面可能还有搅拌装置、加热装置等等，这些都会占用一定的空间，所以在计算有效容积的时候，还得把这些因素考虑进去。
我记得有一次，我去一家小型的酒厂参观。
他们正在调试一个新的发酵罐，准备用来酿造一种特色的果酒。
技术人员拿着图纸，一边比划一边跟我解释容积计算的重要性。
他说，如果容积计算不准确，要么发酵的原料装不下，影响生产进度；要么装得太少，浪费了设备资源。
他们这个发酵罐设计得比较独特，不是标准的圆柱形，而是上宽下窄的形状。
这可把计算的难度提高了不少。
技术人员得先把这个不规则的形状分解成几个容易计算的部分，然后分别算出容积，再相加。
他满头大汗地在纸上写写算算，还时不时地去测量一下实际的尺寸。
我在旁边看着，都能感受到他的紧张和专注。
最后，经过一番努力，终于算出了准确的容积。
那一刻，他脸上露出了欣慰的笑容，我也不禁为他感到高兴。
再说回咱们的发酵罐容积计算，除了形状的影响，还有温度和压力的变化也得考虑。
因为在不同的温度和压力下，物质的体积会发生变化。
总之，发酵罐容积的计算可不是一件简单的事儿，需要综合考虑各种因素，运用正确的公式和方法，才能得到准确的结果。
这不仅关系到生产的效率和质量，还关系到企业的成本和效益。
发酵罐 设计
成套液体发酵设备一、种子罐20L（304/夹套/机械搅拌）（一）性能指标要求：1、罐体：公称容积：20L；装料系数70%；夹套控温。
设计压力：0.3MPa，工作压力：0.15Mpa设计温度：130℃，工作温度：121℃。
罐体材质：06Cr19Ni10（304）；夹套材质：06Cr19Ni10（304）罐体接口：专用放料阀（带蒸汽灭菌）、专用取样口（带蒸汽灭菌）、罐侧设有pH、DO、温度传感器接口、视镜视灯，补料接口、接种口、移种口、进气排气、压力表口、备用口等多个工艺标准接口。
表面处理：罐内无死角；可见焊缝磨平，角焊缝磨成光滑过度，无表面缺陷。
内精抛光，抛光精度Ra0.6um；外一次抛光。
灭菌方式：在位蒸汽灭菌，灭菌的同时可搅拌。
2、搅拌：搅拌形式：顶部直联机械搅拌系统搅拌轴：精密加工，具有理想的动平衡效果，长期使用不变形。
搅拌桨：CFD模拟优化设计搅拌桨。
罐内壁设有三块折流挡板。
机架：不锈钢机架机械密封：约翰克兰机械密封，德国技术，安全可靠。
电机：直流电机0.25KW，50-1000rpm。
3、空气：转子流量计显示和调节，需要的空气压力0.1～0.4Mpa；4、蒸汽：压力表显示管道压力，手动阀门开度调节。
蒸汽精过滤器（不锈钢壳体，聚四氟乙烯烧结滤芯，过滤精度：1μm，过滤能力：99%）5、排气：压力表显示罐压，手动阀门开度调节。
6、水：不锈钢热水箱，热水循环泵控制加热,冷水电磁阀控制冷却。
7、支管道：管路系统均符合微生物发酵要求，与物料接触管路均为304不锈钢无缝管，采用氩气保护无污染焊接配套规格硅熔胶铸造球阀、截止阀、针阀、隔膜阀、死角排气阀以及配件材质与相应管路材质相同。
（二）、发酵过程控制系统：1、温度自控（PT100/PID控制/独立热水箱）2、压力、通气量手控（压力表/转子流量计）3、消泡自控（消泡电极/PID控制）4、PH自控（梅特勒PH电极1-14）二、种子罐200L（304/夹套/机械搅拌）（一）性能指标要求：1、罐体：公称容积：200L；装料系数70%；夹套控温。
发酵罐体积计算公式
发酵罐体积计算公式发酵罐是生物工程、食品工程等领域常用的设备，要想准确计算它的体积，咱可得好好说道说道。
先来说说发酵罐体积计算的重要性吧。
就拿我曾经遇到的一件事儿来说，有一次在一个小型食品加工厂实习，厂里准备扩大生产规模，要新购置一批发酵罐。
这时候，如果算不准发酵罐的体积，那可就麻烦大了。
买小了，产量跟不上；买大了，又浪费资源和空间。
所以，准确计算发酵罐体积那是相当关键！发酵罐的体积计算，其实就是一个几何问题。
常见的发酵罐形状有圆柱体和球体两种。
咱们先从圆柱体的发酵罐说起。
对于圆柱体的发酵罐，体积计算公式是：V = πr²h 。
这里的 V 表示体积，r 是圆柱体底面半径，h 是圆柱体的高度。
比如说，有一个圆柱体发酵罐，底面半径是 2 米，高度是 5 米。
那它的体积就是：π×2²×5 = 20π（立方米）。
这时候要注意啦，计算的时候单位一定要统一。
要是半径用米，高度用厘米，那可就乱套了。
再来说说球形发酵罐的体积计算。
球形发酵罐体积的计算公式是：V = 4/3πr³ 。
假设一个球形发酵罐的半径是 3 米，那它的体积就是：4/3×π×3³ =36π（立方米）。
在实际计算中，可不能光会套公式，还得考虑一些实际情况。
比如说，发酵罐里面可能会有搅拌装置、温度传感器等部件，这些部件会占据一定的空间，所以在计算体积的时候，要适当留出一些余量。
还有啊，不同的发酵工艺对发酵罐的体积要求也不一样。
有的发酵过程需要较大的空间让微生物充分生长，有的则不需要那么大。
这都得根据具体的生产需求来灵活计算。
另外，在计算发酵罐体积的时候，还得考虑到材料的厚度。
比如说，发酵罐的罐体是用不锈钢做的，不锈钢板有一定的厚度，如果不把这个厚度考虑进去，算出来的体积就会有偏差。
总之，计算发酵罐体积这事儿，看起来简单，实际上有不少需要注意的地方。
得把各种因素都考虑周全，才能算出准确又实用的体积。
发酵罐的选择与计算
4.1.2.1发酵罐个数的确定年产1000吨琥珀酸,全年的生产天数为330天，则每天产1000/330=3.03吨，需要发酵液的体积为：28*3.03=84.84(m^3)发酵罐的填充系数φ=70%；则每天总共有发酵罐的体积为V 0）（3m 2.1217.0/84.847.0/V 0== 发酵周期为48小时，生产周期为80小时发酵罐个数的确定：现选取公称体积为100m 3的发酵罐，总体积为118m 3（个））（）（总67.324*7.0*110/80*84.8424*V /V N 01===φτ取公称体积100m 3 发酵罐4个，其中1个留作备用。
实际产量验算：年）（吨/1059.09330/3.54%71%21.57.0110=⨯⨯⨯⨯⨯富裕量%91.5100010001059=- 能够满足生产需要。
4.1.2.2主要尺寸的计算公称容积，是指罐的圆柱部分和底封头容积之和。
并圆整为整数：上封头因无法装液，一般不计入容积。
罐的全容积，是指罐的圆柱部分和两封头容积之和。
1 罐径与罐体高度现在按公称容积100m3，全罐的体积为：118m3，取高径比为H ：D=2，封头与圆柱罐体的焊接处的直边高度不纳入体积，则：3m 118V 2V =+=封全筒V根据圆柱体体积与椭圆的体积计算公式有： ()3221182414314V m D D H D =⨯⨯⨯⨯+⨯⨯=ππ全 ()332118242785.0m D D D V =+⨯⨯=π全解方程得： ()333118242m D D =+ππ()m D 1.413241183=⨯⨯=π 直径计算出来后，应将其值圆整到接近的公称直径系数[12]，查吴思方的《生物工程工厂设计概论》2007年版，附表25（281）通用式发酵罐系列尺寸表，则D取4.0m ,H=2D=2×4.0＝8.0(m) 查阅文献，当公称直径D 为4.0m 时，标准椭圆封头的曲面高度H 为D/4，即1.0m ，焊接处的直边高度h 为0.05则总深度为：）（m 05.105.00.1h H =+=+ 封头容积 ：V 封）（封33m 38.80.424V =⨯=π 圆柱部分容积： ）（筒32m 53.1000.420.44V =⨯⨯⨯=π 两者之和为全容积全V ' 3m 118V 2V =+=封全筒V全全V V ≈'则设计的发酵罐其尺寸符合要求，能够满足生产工艺的需要。
发酵罐设计计算20151114
500l发酵罐技术参数
500l发酵罐技术参数
500L发酵罐的技术参数包括以下几个方面：
1. 容积：500升（容积可以根据实际需求进行调整）
2. 材质：不锈钢（通常为304或316L材质）
3. 外形尺寸：根据具体设备设计，通常为直立圆柱形
4. 内胆设计：内胆通常为一体成型设计，无焊接接缝或角焊缝，以减少细菌或杂质滋生的可能性
5. 内部表面处理：内部表面均要进行抛光处理，以确保无菌环境
6. 植物细胞种植量：根据具体需求，通常为300g/L - 800g/L
之间，可根据具体产品进行调整
7. 酵母发酵量：根据具体需求，通常为50g/L - 200g/L之间，
可根据具体产品进行调整
8. 发酵温度范围：通常为20℃ - 45℃之间，可根据具体发酵
物种和产品要求进行调整
9. 发酵时间：通常为24小时以上，具体时间根据发酵物种和
产品要求而定
10. 搅拌方式：通常为机械搅拌，可根据具体需求进行调整，
手动或自动调节搅拌速度
11. 气体控制：通常包括气体通入量、通入方式和通入时间等
参数，可根据具体需求进行调整
12. 酸碱调节：通常通过自动或手动加入酸碱溶液进行控制，
可根据具体要求进行调整
13. pH值控制：通常通过自动调节加入酸碱溶液进行控制，可根据具体要求进行调整
以上是一般500L发酵罐的技术参数，实际情况可能因不同厂家和产品而有所差异。
通用式发酵罐的设计与计算
一、通用式发酵罐的尺寸及容积计算1. 发酵罐的尺寸比例不同容积大小的发酵罐，几何尺寸比例在设计时已经规范化，具体设计时可根据发酵种类、厂房等条件做适当调整。
通用式发酵罐的主要几何尺寸如下图。
（1）高径比：H0︰D ＝(1.7~4)︰1。
（2）搅拌器直径：D i ＝31D 。
（3）相邻两组搅拌器的间距：S ＝3D i 。
（4）下搅拌器与罐底距离：C ＝（0.8~1.0）D i 。
（5）挡板宽度：W ＝0.1 D i ，挡板与罐壁的距离：B ＝（81~51）W 。
（6）封头高度：h ＝h a ＋h b ，式中，对于标准椭圆形封头，h a ＝41D 。
当封头公称直径≤2 m 时，h b ＝25 mm ；当封头的公称直径＞2 m 时，h b ＝40 mm 。
（7）液柱高度：H L ＝H 0η＋h a ＋h b ，式中，η为装料系数，一般情况下，装料高度取罐圆柱部分高度的0.7倍，极少泡沫的物料可达0.9倍，对于易产生泡沫的物料可取0.6倍。
2. 发酵罐容积的计算圆柱部分容积V 1：0214H D V π=式中符号所代表含义见上图所示，下同。
椭圆形封头的容积V 2：)61(4642222D h D h D h D V b a b +=+=πππ公称容积是指罐圆柱部分和底封头容积之和，其值为整数，一般不计入上封头的容积。
其计算公式如下：)6140221D h H D V V V b ++=+=（公π 罐的全容积V 0： )]61(2[4202210D h H D V V V b ++=+=π如果填料高度为圆柱高度的η倍，那么液柱高度为：b a L h h H H ++=η0装料容积V ：)61(40221D h H D V V V b ++=+=ηπη 装料系数η：0V V =η二、通用式发酵罐的设计与计算 1. 设计内容和步骤通用式发酵罐的设计已逐渐标准化，其设计内容及构件见表6-6。
表6-6 发酵罐设计内容及构件设计内容构件的选取与计算 设备本体的设计筒体、封头、罐体压力、容积等 附件的设计与选取 接管尺寸、法兰、开孔及开孔补强、人孔、传热部件、挡板、中间轴承等搅拌装置的设计 传动装置、搅拌轴、联轴器、轴承、密封装置、搅拌器、搅拌轴的临界转速等设备强度及稳定性检验设备重量载荷、设备地震弯矩、偏心载荷、塔体强度及稳定性、裙座的强度、裙座与筒体对接焊缝验算等 2. 发酵罐的结构及容积的计算【例1】某厂间歇式发酵生产，每天需用发酵罐3个，发酵罐的发酵周期为80h ，问需配备多少个发酵罐？根据公式 N =11124803=+⨯（个）根据生产规模和发酵水平计算每日所需发酵液的量，再根据这一数据确定发酵罐的容积。
发酵设计相关计算
发酵罐的工艺尺寸常用的机械通风发酵罐的结构和主要几何尺寸已标准化设计。
其几何尺寸比例如下：H0/D=1.7～3.5 H/D=2～5 d/D=1/3～1/2 W/D=1/12～1/8B/D=0.8～1.0 h/D=1/4 单位全部为m发酵罐大小用公称体积表示，V0=∏D2×H/4+0.15D3其中：H0-发酵罐圆柱形筒身高度D-发酵罐内径H-罐顶到罐底的高度D-搅拌器直径W-挡板宽度B-下搅拌器距罐底的距离S-搅拌器间距h-底封头或顶封头高度香菇多糖包括胞内与胞外多糖，以每100ml发酵液中菌丝体干重2.5克计，则每100ml发酵液中粗多糖总量为52.2mg即0.522kg/m3 。
按标准曲线绘制方法，依据粗多糖在蒸馏水中的吸光度可知，其纯多糖含量为80.96％，最终纯化产品纯度96％。
年生产香菇多糖1吨，年生产日300天，发酵周期为96h,清理及维修发酵罐的总时间为1天，则总的发酵时间为5天，装料系数为70%。
一年需放罐的次数：300/5=60次所需发酵罐体积：1000/60/0.522/70％/80.96％×96％=54.09m3所以选用V=10m3发酵罐，则需6个。
发酵罐中，高径比为1.74，取H/D=2.5；搅拌器直径为1/3直径；取d/D=1/3；档板为0.1倍直径，取d1/D=0.1；下部搅拌器到底部距离为：B/D=1；S/D=2.5；W/D=1/8由公式V全=πD2[H+2(hb+D/6)]/4，H=2D， hb可忽略， V全=10m3，代入得2.224D3=10，得出：D=1.65mH=2×1.7=3.4md=1.65/3=0.55md1=0.1×1.7=0.17mW=1.7/8=0.2125mB=D=1.65S=2×1.65/3=1.1mh=D/4=0.4125液面高度=0.7×（H+h）=2.66875m本发酵过程中选用机械搅拌式发酵罐，国内普遍采用六弯叶或六箭叶圆盘涡轮式，本设计中因罐小要求加强轴向混合，故选用六箭叶圆盘涡轮式。
啤酒发酵罐设计
啤酒发酵罐设计：一罐法发酵，即包括主、后发酵和贮酒成熟全部生产过程在一个罐内完成。
1）发酵罐容积的确定：根据设计，每个锥形发酵罐装四锅麦汁，则每个发酵罐装麦汁总量V＝59.35×4＝237.4 m3锥形发酵罐的留空容积至少应为锥形罐中麦汁量的25%，则发酵罐体积至少应为237.4(1＋25%)＝296.75 m3,为300 m3。
取发酵罐体积V全2）发酵罐个数和结构尺寸的确定：发酵罐个数N＝nt/Z＝8×17/4＝34 个式中n—每日糖化次数t—一次发酵周期所需时间Z—在一个发酵罐内容纳一次糖化麦汁量的整数倍锥形发酵罐为锥底圆柱形器身，顶上为椭圆形封头。
设H﹕D＝2.5﹕1，取锥角为70°，则锥高h＝0.714DV全＝лD2H/4＋лD2h/12＋лD3/24得D＝5.1 m H＝2.5D＝12.8 m h＝3.6 m查表知封头高h封＝h a＋h b＝1275＋50＝1325 mm罐体总高H总= h封＋H＋h＝1325＋12800＋3600＝17725 mm3）冷却面积和冷却装置主要结构尺寸确定：因双乙酰还原后的降温耗冷量最大，故冷却面积应按其计算。
已知Q＝862913 kJ/h发酵液温度14℃3℃冷却介质（稀酒精）-3℃2℃△t1＝t1－t2′＝14－2＝12℃△t2＝t2－t1′＝3－（-3）＝6℃平均温差△t m＝(△t1－△t2)/㏑(△t1/△t2)＝(12－6)/ ㏑(12/6)＝8.66℃其传热系数K取经验值为4.18×200 kJ/(m2﹒h﹒℃)则冷却面积F＝Q1/K△t m＝862913/（4.18×200×8.66）＝119.2 m2工艺要求冷却面积为0.45～0.72 m2/ m3发酵液实际设计为119.2/237.4＝0.50 m2/ m3发酵液故符合工艺要求。
选取Ф109×4.5半圆形无缝钢管作为冷却管，d内＝100mm,d平均＝105mm每米管长冷却面积F0＝105×10-3×1＝0.105 m2则冷却管总长度L＝F/ F0＝119.2/0.105＝1135 m筒体冷却夹套设置二段，且均匀分布。
发酵罐计算举例
Re M
nd 2
2.5 0.7 2 1050 1.29104 104 0.1
18
NP 由查ReM ~ Np图表 （中的3号曲线） 得 4.7，即
P0 N p 3 5 4.7 n d
故不通气下的搅拌功率 ：
p0 4.7 n d 4.7 2.5 0.7 1050 12960 瓦
4.K值的计算
K 1 1 1 S 1
1
2
1 1 1 0.0035 1 2700 1450 188 16750
= 1.931×103 kJ/(M2 〃h〃℃)
10
5.冷却面积
Q A K t m
5.0 2 1 05 2 3.8 5( M 1 9 3 1 1 0.9
q为热流密度，W/m2
3
则在稳定传热时，有发酵罐所需传的热量Q＝q1=q2=q3,即有：
t 3 t1 t 2 t 3 Am (T t ) t1 t 2 T t Q 1 s 1 1 s 1 1 s 1 1 s 1 Am ( ) 1 A1 Am 2 A2 1 A1 Am 2 A2 1 A1 Am 2 A2 1 A1 Am 2 A2
要求计算Pg
27
其它注意事项
非牛顿流体的搅拌轴功率的计算
粘度随搅拌转速而变化
计算思路：
先知道粘度与搅拌速度的关系
计算不同搅拌速度下的粘度，和Rem 再根据实验绘出其 Np-Rem曲线。
28
牛顿型流体与非牛顿型流体
dw 牛顿型流体：剪切力与速度梯度（ ）成正比 dn dw
发酵罐设计
发酵罐设计一．发酵罐的容积确定V全=60m3，容积系数Φ=75%，则V有效=V全*Φ=45m3二．基础参数选择1.D:H：选用D:H=1:32.锥角：取锥角为70°3.封头：选用标准椭圆形封头4.冷却方式：选取槽钢盘绕罐体的三段间接冷却(罐体两段，锥体一段，槽钢材料为A3钢，冷却介质采用20%、-4°C的酒精溶液)5.罐体所承受最大内压：2.5kg/㎝3外压：0.3kg/㎝36.锥形罐材质：A3钢外加涂料，接管均用不锈钢7.保温材料：硬质聚氨酯泡沫塑料，厚度200mm8.内壁涂料：环氧树脂三．D、H的确定由D:H=1:3，则锥高：H1=D/tan35°=0.714D封头高度H2=D/4=0.25D圆柱部分高度H3=（3.0-0.714-0.25)D=2.04D又因为V全=V锥+V封+V柱=0.187D3+0.43D3+1.60D3=60m3得D=3.00m查JB4746-02《椭圆形封头和尺寸》取发酵直径D=3000mm再由V全=60m2，D=3.0m得径高比为：D:H=1：3由D=3000mm查表得椭圆封头几何尺寸为：=750mmh1=40mmhA=10.13m2V=3.82m3筒体几何尺寸为：H=6120mmA=57.65m2V=43.24m3锥体的几何尺寸为：h=40mmr=450mmH=2759mmF=15.6m2V=7.25m2则：锥形罐总高：H=750+40+6120+40+2759=9709mm总容积：V=3.82+43.24+7.25=54.31m3实际充满系数ψ：45/54.31=82.85%罐内液柱高：H=[45-7.25]*1000/[3.14*3*3/4]+(2795+40)=8178 mm四．发酵罐的强度计算（一）罐体为内压容器的壁厚计算1.标准椭圆封头设计压力为1.1⨯2.5=2.75kg/cm2S=式中：P=2.75 kg/cm2[]tσ：A3钢工作温度下的许用力取1520 kg/cm2ϕ：焊接系数，本例采用双面对接焊作为局部无探伤0.9壁厚附加量：C=C1+C2+C3查表得：C1;钢板厚度的负偏差取0.8mm负偏差C2:腐蚀裕量取2mmC3;制造减薄量取0.6则:S=[2.75⨯3000/(2⨯1520⨯0.9-2.75)]+3.4=6.42mm取S0=8mm直角边h0=40mm校核σ=(PD中/4S)⨯(D中/2h)=[2.75⨯(3000+8)/(4⨯8)]⨯[(3000+8)/(2⨯750)]=518.4≤[σ]t2.筒体P设=1.1⨯p工作=1.1⨯2.5=2.75kg/cm2S=[PD/(2[σ]φ-P)]+C（取C2=0.6,C2=2,C3=0.6）=[(2.75*3000)/(2*1520*0.9-2.75)]+3.2=6.2mmS=7mm/2S=667.1≤[σ]t校核σ =PD中3.锥形封头1）过渡区壁厚S=[(K P设Dg)/(2[σ]t-0.5P)]+CP设=1.1⨯2.5=2.75kg/cm2K=0.7161S=[(K P设Dg)/(2[σ]t-0.5P)]+C=(0.72⨯2.75⨯3000)/(2⨯1520⨯0.9-0.5⨯2.75)+C=2.17+C=2.17+0.6+2+0.217=4.99mm2）锥体S=[(f⨯P设Dg)/( [σ]t-0.5P)]+CS0=[(f⨯PDg)/([σ]t_0.5P)]=(0.577⨯2.75⨯3000)/(1520⨯0.9-0.5⨯2.75)(f查表为0.577)=3.5S=S0+C=3.5+0.6+2+0.217=6.32取S=10mm h0=40mm校核锥体所受的最大压力处σ=PD中/2Scos350=2.75⨯3000/2⨯10⨯cos350=503.7≤[σ]t(二).锥体为外压容器的壁厚计算1.标准椭圆封头设S=8mm S0=S—C=5mmD0=D i+2S=3000+16=3016mmR i=0.9D0=2714.4mmR i/S0=2714.4/5=542.88mm按外压球壳算法计算A= =0.121/542.88=0.00022查上表及B=300[P]=B⨯S0/ R i=300/542.88=0.553kg/cm2>0.3 kg/cm2满足要求取C1=0.5mm，C2=2mm，C3=0.5mm则S=S0+C=8mm2.筒体设S=13mmD0 =3000+2⨯13=3026mmS0=S—C=13—3.2=9.8mmL/D0=9709/3026=3.2D0/S0=3026/9.8=308.8A值取0.000792[P]= =2⨯0.000792*2.05*106/3⨯308.8=0.351 kg/㎠>0.3kg/cm2故可取C1=0.6mm,C2=2mm,C3=0.6mm则取S=13mm3.锥形封头因为：α=35°所以22.50°﹤α﹤60°按发酵罐设计的中封头设计可知，加强圈间中椎体截面积最大直径为：2⨯2759/2⨯tan35°=1931.5mm取加强圈中心线间椎体长度为1931.5mm设S0=9mm L/D=1370/3000=0.46D/ S0=3000/9=333.3查图表可知B=1200[P]=BS0/D=1200/333.3=3.6﹥0.3 kg/㎠故取S0=9mm C1=0.6mm，C2=2mm，C3=0.6mm所以S=S0+C=12.2mm综合前两步设计，取两者中较大的有生产经验确定标准椭圆型封头厚度为10mm h0=40mm圆筒壁厚13mm标准形封头壁厚13mm h0=40mm五.锥形罐的强度校核1.内压校核液压试验P试=1.25P设由于液体的存在，锥体部分为罐体受压最重之处即最危险设计压力P=2.75kg/cm2液压实验P试=1.25P=3.44KG/cm2查得A3钢σ=2400kg/cm2σ试=p试=3.44 ⨯=760.5kg/cm20.9φσ=0.9⨯0.9*2400=1944kg/cm2>σ试可见符合强度要求，试压安全2.外压实验以内压代替外压P=1.5⨯（0.3+1.2）=2.25kg/cm2P试=1.25P=2.8kg/cm2<P内试故可知试压安全3.刚度校核本例中允许S=2⨯3000/1000=6mm而设计时取壁厚为S=13mm，故符合刚度要求（公式：S最小= 2D内/1000）二.发酵罐热工设计计算一、计算依据计采用A3钢作发酵罐材料，用8号槽钢做冷却夹套，分三段冷却，筒体二段，锥部一段，夹套工作压力为2.5kg／cm2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12o（主发酵5-6天，封头及筒体部分保温层厚度为200mm，锥底部分为98mm）二、总发酵热计算Q=q*v=119*45=5535kg/hrq每立方米发酵麦汁在主发酵期间每小时的放热量；v为发酵麦汁量三、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△t平=-3℃下的=976kg/m 3C=1.04kcal/kg ·o C冷却剂的冷却能力为：Q=7.248×103×976×1.041×2×3600=53021.4kcal/hr ﹥8330kcal/hr故可选取8号槽钢为冷却夹套四、 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℃→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 为设计的小时降糖量，则由Q6=KA △t m 求得冷却面积。
发酵罐的工艺计算
第一节 发酵罐的化工设计计算一、发酵罐的容积确定需要选用V 全=30m 3的发酵罐 则V 有效= V 全*Φ=30*80%=24m 3二、基础参数选择1、D ：H ：选用D ：H=1：42、锥角：取锥角为7003、封头：选用标准椭圆形封头4、冷却方式：选取槽钢盘绕罐体的三段间接冷却（罐体两段，锥体一段，槽钢材料为A 3钢，冷却价质采用20%、-4℃的酒精溶液5、罐体所承受最大压力：2.5kg/cm 3 外压：0.3kg/cm 36、锥形罐材质A 3钢外加涂料，接管均用不锈钢7、保温材料：硬质聚氨酯泡沫塑料，厚度200mm8、内壁涂料：环氧树脂三、D 、H 的确定由D ：H=1：4，则锥体高度H 1=D/2tg350=0.714D 封头高度H 2=D/4=0.25D圆柱部分高度H3=（4.0-0.714-0.25）D=3.04D 又因为V 全=V 锥+V 封+V 柱=3π342414232XH D D H D⨯+⨯+⨯⨯ππ =0.187 D 3+0.13 D 3+1.60 D 3=30 得D=2.23m查JB1154-74《椭圆形封头和尺寸》取发酵直径D=2400mm 再由V 全=30m 3，D=2.4m 得径高比为： D ：H=1：3.32由D=2400mm 查表: 椭圆形封头几何尺寸为： h 1=600mm h 0=40mm F=6.52m 2 V=2.00m 3筒体几何尺寸为： H=5654mmF=7.55*5.654=42.69m 2 V=4.524*5.654=25,58m 3 锥体封头几何尺寸为： h0=40mm v=360mm H=2215mmF=22204.1064.0sin )3.07.0(4/m a COSa d =⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎢⎣⎡++-πV=[]32375.372.0/)cos 3.07.0(24/m tga a d =++π 则：锥形罐体总高： H=600+5654+40+40+2215=8549mm总容积：V=2+25.58+3.75=31.33m 3 实际充满系数%6.7633.31/24=：ψ 罐内液柱高：mm H 27034022151044.275.32422=++⨯⨯-='）（π 四、发酵的强度计算（一）罐体为内压容器的壁厚计算1、标准椭圆封头设计压力为1.1*2.5=2.75kg/cm 2[]C pPDgS t+-=ϕσ2 式中：P=2.75kg/cm 2[]t σ：A3钢工作温度下的许用力取1520.kgcm 2ϕ：焊接系数，本例采用双面对接焊作为局部无探伤0.9壁厚附加量：C=C 1+C 2+C 3查表得：C 1 ：钢板厚度的负偏差取0.8mm 负偏差C 2：腐蚀裕量取2mmC 2：制造减薄量取0.3mm则：mm S 814.54.375.29.015202240075.2=+-⨯⨯⨯=取S O =8mm直边高H O =40mm 校核⎭⎬⎫⎩⎨⎧=h D s PD 24中中σ =[]tσ≤=++12.369900*2)82400(*6*4)82400(*75.22、筒体2/42.361.05.2*1.1)(1.1cmkg P p p =+=+⨯=）（静工作没[]mmC C C C PPDS 2.62.342.39.0*1520*22400*42.3)6.0,2,6.0(2322=+-===+-=取ψσ取S=7mm 校核 []tsPD σψσ≤==0.58822中3、锥形封头1）过渡区壁厚[]CPDg KP S t+-=5.02ψσ没[]mmC PDgKP S K cm kg P t43.5369.026.0)74.3*5.09.0*1520*2/(2400*14.3*75.05.0275.0)9.0(/74.39.05.2*1.12=+++-=+-===+=ψσ没没为静压）（ （2）锥体[][]13.759.026.094.394.3)60.0(74.3*5.09.0*15202400*74.3*60.05.0*5.0*=+++=+==-=-=+-=C S S f PPDgf S C PPDgf S O t O t查表为ψσψσ取S=8mm h 0=40mm校核锥体所受最大应力处：[]tS PD σσ≤=+==14.68735cos *10*2)82400(*74.335cos 20中（二）、锥体为外压容器的壁厚计算1、标准椭圆封头 设S O =5mmR 内=0.9D g =0.9*2400=2160mm R 内/100S o =21600/100x5=4.32 查图表4-1及B=2.75[]220/3.0/64.02160/575.2/*cm kg cm kg R S B P =⨯==内满足要求取C 1=0.5mm ， C 2=2mm C 3=0.5mm 则S= S O +C=8mm2、筒体设S O =6mm L/D=0.69D=2400/6=600 查图表4-1及B=210[]]/3.0/35.02400/6*21022cm kg cm kg P ==S O =6mm故可取C 1=6mm ， C 2=2mm ，C 3=0.6 则S=S O +C=9.2mm 取S=10mm3、锥形封头因为：6050.2235 αα所以=按第四章发酵罐设计的中封头设计可知，加强圈间中锥体截面积最大直径为：mm tg 6.1918352/274020=⨯⨯取加强圈中心线间锥体长度为1370mm 设S O =6mmL/D=1370/2400=0.57 D/SO=2400/6=400 图表表4-1及B=320[]mmS C S S mm C mm C mm C mmS cm kg D BS P 102.92.366.0,2,66/3.080.02400/6*320/0321020==+=+========取所以故取综合前两步设计，取两者中较大的有生产经验确定 标准椭圆型封头厚度为8mm h o =40mm 圆筒壁厚 10mm标准形封头壁厚 10mm h o =40mm五、锥形罐的强度校核1、内压校核液压试验P 试=125P 设由于液体实验的存在，锥体部分为罐体受压最重之处即最危险 设计压力实验P=1.25p=4.68/cm 2查得A3钢3/2400cm kg =σ可见符合强度要求，试压安全2、外压实验以内压代替外压故可知试压安全内试试P cm kg P p cm kg P 22/8.225.1/25.2)2.13.0(*5.1*5.1===+=3、刚度校核本例中允许S=2*2400/1000=4.8mm而设计时取壁厚为S=10mm ，故符合刚度要求 （公式：10002内最小D S =）第二节 发酵罐热工设计计算[][]试试试）（σψσσ 2/19442400**9.0*9.09.0/52.640)2.312(2)2.312(240068.4)(2cm kg cmkg C S C S Dg P ===--+⨯=--+=一、计算依据计采用A 3钢作发酵材料，用8号槽钢做冷却夹套，分三段冷却，筒体二段，锥部一段，夹套工作压力为2.5kg/cmp 2 冷媒为20%（V/V ）酒精溶液，，为出进C T C T 002,4--麦汁发酵温度维持120（主发酵5-6天，封头及筒体部分保温层厚度为200mm ，锥底部分为98mm ）二、总发酵热计算Q=q*v=119*24=2856kg/hrQ 每立方米发酵麦汁在闰发酵期间每小时的放热量； V 为发酵麦汁量三、冷却夹套型号选择选取8号槽钢起截流面为A=hb —截面积=8*4-10.24=24.16cm 2 冷却剂流量为（三段冷却） 3*24.16*10-4*1=7.284*10-3=m 3/s查得20%（V/V ）酒溶液△t 平=-30C 下的 P=976kg/m 3Cp=1.04kcal/kg ●0 C 冷却剂的冷却能力为：Q=7.248X103X976X1.041X2X2400 =34430.8kcal/hr>8330kcal/hr 故可选取8号槽钢为冷却夹套。
发酵罐计算举例
2、发酵热Q
通气发酵过程总热量为：Q = Q1+Q2-Q3
Q1—生物合成热 Q2—机械搅拌放热，且 Q2＝3600Pgη
Pg—搅拌功率，kW； η—功热转化率，经验值为η＝0.92；
(kJ)；
Q3—发酵过程排气带出的水蒸汽的热量，以及发酵 罐壁对环境的辐射热量。 通常可取 Q3≈20%Q1。
常是已知装液量与VVM值，不知Q值。
此时先算出Q0，再按前页公式转换计算出Q， 才可代入Pg计算公式。
24
如已知 例1.3 中通气量Q＝1.40米3／分，则代入 上式得，Pg=10.82 KW＜P0＝12.9 KW 单位换算
通气量增大，搅拌功率下降 例：30立方罐体，55kw电机，180rpm下，不通气
0.1013 0.1013 ( P 1 g H ) 10 6 t L 2
HL：m； Pt：表压，Pa
t：度； 密度：kg/m3；
因分子单位为Mpa，故分母上有10-6
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通气比 VVM
定义：每分钟的通气体积（以标准状态计，即为 Q0）与实际料液体积之比。 1/min
4.K值的计算
K 1 1 1 S 1
1
2
1 1 1 0.0035 1 2700 1450 188 16750
= 1.931×103 kJ/(M2 〃h〃℃)
10
5.冷却面积
Q A K t m
5.0 2 1 05 2 3.8 5( M 1 9 3 1 1 0.9
2
)
根据生产实际情况取整： A = 25 M2
最新发酵罐的工艺计算
精品资料发酵罐的工艺计算........................................第一节 发酵罐的化工设计计算一、发酵罐的容积确定需要选用V 全=30m 3的发酵罐则V 有效= V 全*Φ=30*80%=24m 3二、基础参数选择1、D ：H ：选用D ：H=1：42、锥角：取锥角为7003、封头：选用标准椭圆形封头4、冷却方式：选取槽钢盘绕罐体的三段间接冷却（罐体两段，锥体一段，槽钢材料为A 3钢，冷却价质采用20%、-4℃的酒精溶液5、罐体所承受最大压力：2.5kg/cm 3外压：0.3kg/cm 36、锥形罐材质A 3钢外加涂料，接管均用不锈钢7、保温材料：硬质聚氨酯泡沫塑料，厚度200mm8、内壁涂料：环氧树脂三、D 、H 的确定由D ：H=1：4，则锥体高度H 1=D/2tg350=0.714D封头高度H 2=D/4=0.25D圆柱部分高度H3=（4.0-0.714-0.25）D=3.04D又因为V 全=V 锥+V 封+V 柱 =3π342414232XH D D H D ⨯+⨯+⨯⨯ππ =0.187 D 3+0.13 D 3+1.60 D 3=30得D=2.23m查JB1154-74《椭圆形封头和尺寸》取发酵直径D=2400mm再由V 全=30m 3，D=2.4m得径高比为：D ：H=1：3.32由D=2400mm 查表:椭圆形封头几何尺寸为：h 1=600mmh 0=40mmF=6.52m 2V=2.00m 3筒体几何尺寸为：H=5654mmF=7.55*5.654=42.69m 2V=4.524*5.654=25,58m 3锥体封头几何尺寸为：h0=40mmv=360mmH=2215mm F=22204.1064.0sin )3.07.0(4/m a COSa d =⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎢⎣⎡++-π V=[]32375.372.0/)cos 3.07.0(24/m tga a d =++π则：锥形罐体总高： H=600+5654+40+40+2215=8549mm总容积：V=2+25.58+3.75=31.33m 3实际充满系数%6.7633.31/24=：ψ 罐内液柱高：m m H 27034022151044.275.32422=++⨯⨯-='）（π 四、发酵的强度计算（一）罐体为内压容器的壁厚计算1、标准椭圆封头设计压力为1.1*2.5=2.75kg/cm 2[]C p PDgS t +-=ϕσ2式中：P=2.75kg/cm 2[]t σ：A3钢工作温度下的许用力取1520.kgcm 2ϕ：焊接系数，本例采用双面对接焊作为局部无探伤0.9壁厚附加量：C=C 1+C 2+C 3查表得：C 1 ：钢板厚度的负偏差取0.8mm 负偏差C 2：腐蚀裕量取2mmC 2：制造减薄量取0.3mm 则：mm S 814.54.375.29.015202240075.2=+-⨯⨯⨯=取S O =8mm直边高H O =40mm校核 ⎭⎬⎫⎩⎨⎧=h D s PD 24中中σ =[]t σ≤=++12.369900*2)82400(*6*4)82400(*75.22、筒体2/42.361.05.2*1.1)(1.1cm kg P p p =+=+⨯=）（静工作没[]m m C C C C P PD S 2.62.342.39.0*1520*22400*42.3)6.0,2,6.0(2322=+-===+-=取ψσ 取S=7mm校核 []ts PD σψσ≤==0.58822中3、锥形封头1）过渡区壁厚 []CP DgKP S t +-=5.02ψσ没[]m mCPDg KP S K cm kg P t 43.5369.026.0)74.3*5.09.0*1520*2/(2400*14.3*75.05.0275.0)9.0(/74.39.05.2*1.12=+++-=+-===+=ψσ没没为静压）（ （2）锥体[][]13.759.026.094.394.3)60.0(74.3*5.09.0*15202400*74.3*60.05.0*5.0*=+++=+==-=-=+-=C S S f PPDgf S CP PDgf S O t O t 查表为ψσψσ 取S=8mm h 0=40mm校核锥体所受最大应力处：[]t S PD σσ≤=+==14.68735cos *10*2)82400(*74.335cos 20中（二）、锥体为外压容器的壁厚计算1、标准椭圆封头设S O =5mmR 内=0.9D g =0.9*2400=2160mmR 内/100S o =21600/100x5=4.32查图表4-1及B=2.75[]220/3.0/64.02160/575.2/*cm kg cm kg R S B P =⨯==内满足要求取C 1=0.5mm ， C 2=2mm C 3=0.5mm则S= S O +C=8mm2、筒体设S O =6mmL/D=0.69D=2400/6=600查图表4-1及B=210[]]/3.0/35.02400/6*21022cm kg cm kg P ==S O =6mm故可取C 1=6mm ， C 2=2mm ，C 3=0.6则S=S O +C=9.2mm 取S=10mm3、锥形封头因为：0006050.2235 αα所以=按第四章发酵罐设计的中封头设计可知，加强圈间中锥体截面积最大直径为：mm tg 6.1918352/274020=⨯⨯取加强圈中心线间锥体长度为1370mm设S O =6mmL/D=1370/2400=0.57D/SO=2400/6=400图表表4-1及B=320[]m m S C S S m mC m m C m m C m mS cm kg D BS P 102.92.366.0,2,66/3.080.02400/6*320/0321020==+=+========取所以故取综合前两步设计，取两者中较大的有生产经验确定标准椭圆型封头厚度为8mm h o =40mm圆筒壁厚 10mm标准形封头壁厚 10mm h o =40mm五、锥形罐的强度校核1、内压校核液压试验P 试=125P 设由于液体实验的存在，锥体部分为罐体受压最重之处即最危险设计压力实验P=1.25p=4.68/cm 2查得A3钢3/2400cm kg =σ可见符合强度要求，试压安全2、外压实验以内压代替外压故可知试压安全内试试P cm kg P p cm kg P 22/8.225.1/25.2)2.13.0(*5.1*5.1===+=3、刚度校核本例中允许S=2*2400/1000=4.8mm而设计时取壁厚为S=10mm ，故符合刚度要求（公式：10002内最小D S =） 第二节 发酵罐热工设计计算一、计算依据计采用A 3钢作发酵材料，用8号槽钢做冷却夹套，分三段冷却，筒体二段，锥部一段，夹套工作压力为2.5kg/cmp 2 冷媒为20%（V/V ）酒精溶液，，为出进C T C T 002,4--麦汁发酵温度维持120（主发酵5-6天，封头及筒体部分保温层厚度为200mm ，锥底部分为98mm ）二、总发酵热计算[][]试试试）（σψσσ 2/19442400**9.0*9.09.0/52.640)2.312(2)2.312(240068.4)(2cm kg cmkg C S C S Dg P ===--+⨯=--+=Q=q*v=119*24=2856kg/hrQ 每立方米发酵麦汁在闰发酵期间每小时的放热量；V 为发酵麦汁量三、冷却夹套型号选择选取8号槽钢起截流面为A=hb —截面积=8*4-10.24=24.16cm 2冷却剂流量为（三段冷却）3*24.16*10-4*1=7.284*10-3=m 3/s查得20%（V/V ）酒溶液△t 平=-30C 下的P=976kg/m 3Cp=1.04kcal/kg ●0 C冷却剂的冷却能力为：Q=7.248X103X976X1.041X2X2400=34430.8kcal/hr>8330kcal/hr故可选取8号槽钢为冷却夹套。
通用式发酵罐的设计与计算
一、通用式发酵罐的尺寸及容积计算1. 发酵罐的尺寸比例不同容积大小的发酵罐，几何尺寸比例在设计时已经规范化，具体设计时可根据发酵种类、厂房等条件做适当调整。
通用式发酵罐的主要几何尺寸如下图。
（1）高径比：H 0︰D ＝(1.7~4)︰1。
（2）搅拌器直径：D i ＝31D 。
（3）相邻两组搅拌器的间距：S ＝3D i 。
（4）下搅拌器与罐底距离：C ＝（0.8~1.0）D i 。
（5）挡板宽度：W ＝0.1 D i ，挡板与罐壁的距离：B ＝（81~51）W 。
（6）封头高度：h ＝h a ＋h b ，式中，对于标准椭圆形封头，h a ＝41D 。
当封头公称直径≤2 m 时，h b ＝25 mm ；当封头的公称直径＞2 m 时，h b ＝40 mm 。
（7）液柱高度：H L ＝H 0η＋h a ＋h b ，式中，η为装料系数，一般情况下，装料高度取罐圆柱部分高度的0.7倍，极少泡沫的物料可达0.9倍，对于易产生泡沫的物料可取0.6倍。
2. 发酵罐容积的计算 圆柱部分容积V 1：214H D V π=式中符号所代表含义见上图所示，下同。
椭圆形封头的容积V 2：)61(4642222D h D h D h D V b a b +=+=πππ公称容积是指罐圆柱部分和底封头容积之和，其值为整数，一般不计入上封头的容积。
其计算公式如下：)6140221D h H D V V V b ++=+=（公π罐的全容积V 0：)]61(2[4202210D h H D V V V b ++=+=π如果填料高度为圆柱高度的η倍，那么液柱高度为：b a L h h H H ++=η0装料容积V ：)61(40221D h H D V V V b ++=+=ηπη 装料系数η：0V V =η二、通用式发酵罐的设计与计算1. 设计内容和步骤通用式发酵罐的设计已逐渐标准化，其设计内容及构件见表6-6。
表6-6 发酵罐设计内容及构件设计内容 构件的选取与计算设备本体的设计 筒体、封头、罐体压力、容积等附件的设计与选取接管尺寸、法兰、开孔及开孔补强、人孔、传热部件、挡板、中间轴承等搅拌装置的设计传动装置、搅拌轴、联轴器、轴承、密封装置、搅拌器、搅拌轴的临界转速等设备强度及稳定性检验设备重量载荷、设备地震弯矩、偏心载荷、塔体强度及稳定性、裙座的强度、裙座与筒体对接焊缝验算等2. 发酵罐的结构及容积的计算【例1】某厂间歇式发酵生产，每天需用发酵罐3个，发酵罐的发酵周期为80h ，问需配备多少个发酵罐？根据公式 N =11124803=+⨯（个）根据生产规模和发酵水平计算每日所需发酵液的量，再根据这一数据确定发酵罐的容积。