机械搅拌通风发酵罐的设计
第十章 通风发酵的设备
第二节
通气与搅拌
一、搅拌器的型式及流型 1. 型式
机械搅拌器大致可分为：轴向推进、径向推进
（1） 螺旋桨式搅拌器
（2）圆盘平直叶涡轮搅拌器
（3）圆盘弯叶涡轮搅拌器
（4）圆盘箭叶涡轮搅拌器
2. 流型
（1）罐中心装垂直螺旋桨搅拌器的搅拌流型
（2）涡轮式搅拌器的流型
（3）装有套筒时的搅拌器搅拌流型
（9）发酵罐的换热装臵
①夹套式换热装臵
优点
结构简单； 加工容易，罐内无冷却设备，死角少，容易进行 清洁灭菌工作，有利于发酵。
缺点
传热壁较厚，冷却水流速低，发酵时降温效果差。
②竖式蛇管换热装臵
优点：冷却水在管内的流速大；传热系数高。
适用于冷却用水温度较低的地区 气温高的地区，应采用冷冻盐水或冷冻水冷却 。
E
A. 几种电解质的混合溶液
氧的溶解度根据溶液的离子强度计算：
lg CW hi I i *
*
C
e
i
hi：第I种离子的常数（m3/kmol） Ii：第I种离子的离子强度（kmol/m3）
B. 非电解质溶液
C lg C
*
*
W * n
K CN
C ：氧在在非电解质溶液中的溶解度（mol/m3）
③使菌体分散，同时减少菌体表面液膜的厚度，有
利于氧的传递；
④使发酵液产生湍流，降低气/液接触界面的液膜厚 度，减小氧传递过程的阻力，增大KLa值。
带有机械搅拌的通风发酵罐其搅拌器与氧传递
速率常数KLa的关系
Pg K L a k V
0.95
Vs0.65
机械搅拌通风发酵罐设计
机械搅拌通风发酵罐设计(1). 设计题目50m3谷氨酸机械搅拌通风发酵罐系统的放大设计(2). 设计任务某厂在100L机械搅拌通风发酵罐中发酵生产谷氨酸生产试验，获得良好效果，拟放大到50m3生产罐，此发酵液为牛顿型流体，粘度m=2.0×10-3Pa·S，密度rL=1020kg/m3。
试验罐的尺寸为：直径D=375mm，搅拌叶轮Di=125mm，高径比H/D=2.4，液深HL=1.5D，4块档板的W/D=0.1，装液量为70L，通气强度VVm=1.0，使用两组圆盘六平直叶涡轮搅拌器，转速w=350r/min。
通过实验研究，表明此发酵为高耗氧的生物反应，现按体积溶氧系数相等之原则进行放大。
对生产罐的部份具体要求是：罐体材质为不锈钢，罐体上签证下封头为椭球体；用2组圆盘六平直叶涡轮搅拌器、搅拌转轴直径10cm；采用4组对称布置的竖式蛇管冷却器，蛇管材质为不锈钢管。
罐体表面加隔热层，故可不计罐体表面散热损失。
(3). 操作条件1）生产时，装料系数70%，发酵温度为32°C，保压为0.1Mpa（表压），罐内气体相对湿度为100%；进气压力为0.15Mpa（表压）、温度为25°C，相对湿度为70%；蛇管总传热系数K=3000KJ/(m2·h·°C)，冷却水进口温度为-10°C，出口温度为25°C。
主酵阶段最大耗糖速度每小时为发酵液量的0.7%，糖分消耗中发酵占80%，呼吸占20%，1kg糖发酵时产生的呼吸热为15660KJ（或产生的发酵热为4860KJ）。
同实验罐。
罐内灭菌时蒸汽压力为0.25Mpa（表压）。
2）培养基制备工艺流程采用水解设备流程（参见《发酵设备》P55）。
以淀粉为原料，采用分批式操作，分两批在8小时内装完一个发酵罐。
每一批操作中，调浆操作耗时30分钟，调浆后，粉浆密度为1084kg/m3，粉浆比热容为3.6KJ/(kg·k)，水解压力为0.25~0.26Mpa（表压），温度为95°C，水解维持时间约30min，水解液经过滤后用列管式冷却加拿大投资移民器（进水温度10°C，出水温度40°C）在60分钟内冷却到70°C后，送入一次中和罐，中和与脱色操作耗时30分钟。
年产6万吨味精厂谷氨酸机械搅拌通风发酵罐设计
生物工程与设备课程设计说明书年产6万吨味精厂谷氨酸生产机械搅拌通风发酵罐设计专业班级：生物工程作者学号：201106011158作者姓名：张晓勇指导老师：王君高王兰芝设计日期:2013年6月18日至2013年6月21日山东轻工业学院课程设计任务书食品与生物工程学院11 级生物工程专业学生张晓勇题目：年产6万吨味精厂谷氨酸生产机械搅拌通风发酵罐设计一、主要内容：1、物料恒算，计算发酵罐总容积；2、求发酵罐个数，取单罐公称容积200m3；3、公称容积200m3发酵罐设计（罐体尺寸、壁厚、搅拌器类型选择及尺寸设计、搅拌功率计算、搅拌轴直径计算、冷却面积计算与设计）二、基本要求1、编写计算设计说明书（有前言、设计参数、物料恒算、发酵罐工艺设计，设计体会）2、用CAD绘出发酵罐结构图。
三、设计参数1、糖酸转化率61%2、发酵产酸水平11%3、发酵周期32小时4、发酵罐充满系数为0.75、味精分子式187.13（C5H8NO4Na）.H2O6、谷氨酸分子式147.13(C5H9NO4)7、谷氨酸密度取1.553g/cm3 8、残还原糖0.8%，干菌体1.7%9、谷氨酸提取率97.5%。
10、谷氨酸生产味精精制率为125%11、空罐灭菌压力0.25MPa 12、年工作日安330天计算四、主要参考资料〔1〕郑裕国《生物工程设备》化学工业出版社2007〔2〕高孔荣《发酵设备》轻工业出版社1991.10〔3〕梁世中《生物工程设备》轻工业出版社2002.2〔4〕化工设备设计全书编辑委员会编《搅拌设备设计》上海科学技术出版社1985〔5〕吴思方《发酵工厂工艺设计概论》中国轻工业出版社2007（6）化工工艺设计手册（7）于令信《味精工业手册》（8）张克旭《氨基酸发酵工艺学》轻工业出版社完成期限：自2013年6月18 日至2012 年 6 月21日指导教师：王君高王兰芝教研室主任：一、计算设计说明书前言机械搅拌式发酵设备和技术在整个制药、生物产品的开发过程中起着特别重要的作用。
生物工程设备课程设计-机械通风发酵搅拌器的设计2
3.2 搅拌器的强度计算
搅拌器的强度计算主要目的是计算（校核）桨
叶的厚度。它是在决定了搅拌器的直径，宽度、数
量、材料并决定了搅拌器的计算功率后，分析叶片
的受力情况，找出危险面，定出安全系数，用计算
或校核的方法决定叶片的厚度，并考虑腐蚀裕量。
3.2.1 搅拌器强度计算中的计算功率
当搅拌装置的电机功率P选定后，还需考虑起动时电 机的过载及传动系统的效率。 Pj=kηP-Pm Pj搅拌器强度计算中的计算功率，KW； k启动时电机的过载系数，可从电机特性表中查得；
η传动系统的效率；
Pm轴封处的摩叶最常用。在强度计算时 以各种叶片受力相等处理，每个叶片的危险断面为
叶片与圆盘连接的根部，其弯矩为：
抗弯断面系数：
W b 6
2
M
II
9551 z1
r0 r3 x0
N· Pm
j
n
最大弯曲应力应满足：
4.2 减速器类型、标准及其选用
• 减速器的类型主要有：两级齿轮传动减速器、三角皮带减速
器、摆线针齿行星减速器、蜗杆传动减速器和谐波减速器。
• （1）首先根据反应器搅拌传动所需要的电机功率、搅拌轴转 速（即减速器输出轴的转速）。然后根据其他具体条件综合
考虑，类比确定较适用的减速器。
• （2）考虑其他具体条件有：对减速器有无防爆要求；是单相 还是双向传动；是连续还是间隙传动等;同时还要考虑维修条
普通V带设计举例见下表。已知某搅拌反应器采用V 带传动，选用Y132S-8电机，额定功率P=2.2KW,转速
n1=710转/分,搅拌转速n2=180转/分,试设计V带传动。
4.4 联轴器
• 电机与减速器输出轴及传动轴与搅拌轴之间的连
发酵罐设计说明书
发酵罐设计说明书(总23页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--目录前言 (1)第一章、概述 (2)、柠檬酸 (2)、柠檬酸的生产工艺 (2)、机械搅拌通风发酵罐 (3)、通用型发酵罐的几何尺寸比例 (3)、罐体 (3)、搅拌器和挡板 (3)、消泡器 (4)、联轴器及轴承 (4)、变速装置 (4)、通气装置 (4)、轴封 (5)、附属设备 (5)第二章、设备的设计计算与选型 (5)、发酵罐的主要尺寸计算 (5)、圆筒体的内径、高度与封头的高度 (5)、圆筒体的壁厚 (7)、封头的壁厚 (7)、搅拌装置设计 (8)、搅拌器 (8)、搅拌轴设计 (8)、电机功率 (10)、冷却装置设计 (10)、冷却方式 (10)、冷却水耗量 (10)、冷却管组数和管径 (12)零部件 (13)人孔和视镜 (13)接管口 (13)、梯子 (15)发酵罐体重 (15)支座的选型 (16)第三章、计算结果的总结 (16)设计总结 (17)附录 (18)符号的总结 (18)参考文献 (20)生物工程设备课程设计任务书一、课程设计题目“1000m3的机械搅拌发酵罐”的设计。
二、课程设计内容1、设备所担负的工艺操作任务和工作性质，工作参数的确定。
2、容积的计算，主要尺寸的确定，传热方式的选择及传热面积的确定。
3、动力消耗、设备结构的工艺设计。
三、课程设计的要求课程设计的规模不同，其具体的设计项目也有所差别，但其基本内容是大体相同，主要基本内容及要求如下：1、工艺设计和计算根据选定的方案和规定的任务进行物料衡算，热量衡算，主体设备工艺尺寸计算和简单的机械设计计算，汇总工艺计算结果。
主要包括：（1）工艺设计①设备结构及主要尺寸的确定（D，H，H L，V，V L，Di等）②通风量的计算③搅拌功率计算及电机选择④传热面积及冷却水用量的计算（2）设备设计①壁厚设计（包括筒体、封头和夹套）②搅拌器及搅拌轴的设计③局部尺寸的确定（包括挡板、人孔及进出口接管等）④冷却装置的设计(包括冷却面积、列管规格、总长及布置等)2、设计说明书的编制设计说明书应包括设计任务书，目录、前言、设计方案论述，工艺设计和计算，设计结果汇总、符号说明，设计结果的自我总结评价和参考资料等。
100M3机械搅拌通风式发酵罐
=86.87(Nm) 抗弯断面模数W1： W1=
=1633(mm3)
式中, 表示搅拌桨叶的有效厚度； =7mm 弯曲应力 =
=53.2MPa< =170MPa 满足设计 2.2.3搅拌轴的设计： 搅拌轴的材料选择45 号钢，其力学性能如下表： 技术 条件 JB75585 界面 尺寸 mm ≤100 ＞ 100 δb MPa 588 588 δn MPa 294 284 δs % 15 15 αk J/cm2 39 HB [τ] MPa 30～ 40 A
H=H0+2ha=9.0+2×0.95=10.9m 忽略搅拌器的体积，假设发酵液最高不超过筒体上端，则发酵罐内溶 液体积满足： V‘h= Va +
式h中为筒体部分发酵液的高度，h取0.75
则有h=7.07m< H0= 9 m
说明假设成立。
发酵液高度 Hf=h+ha=7.07+0.95=8.02m 考虑压力，温度，腐蚀因素，选择罐体材料和封头材料，封头 结构、与罐体连接方式。罐体和封头都使用16MnR钢为材料，封头设计 为标准椭圆封头，因D>500mm，所以采用双面缝焊接的方式与罐体连 接。 2.1.2 壁厚计算 （1）筒体设计厚度δd 计算厚度计算式: δd =
=
=2.1（MPa） [ ] 因此，设计符合要求。 2.2.4 轴承的设计 轴承的安装选用推力滑动轴承。取d1=130mm，因此选用代号为81226 的8000 型轴承，基本参数如下：
轴颈采用未淬火钢，轴承采用轴承合金。查机械设计手册知：
[p]=4～5（MPa），[pv]=1～2.5（MPa·m/s）。 P=
常温下做水压试验，δe=5.0mm，查机械化工手册上常温下 16MnR 的许 用应力为170MPa，屈服极限
20 立方米机械搅拌通风发酵罐设计
-6-
发酵罐的装液量、冷却方式等进行冷却装置的设计、计算；根据上面的一系列计算选择适合
的搅拌装置，传动装置，和人孔等一些附件的确定,完成整个装备图，完成这次设计。
表 1-1 发酵罐主要设计条件
项目及代号
参数及结果
备注
发酵产物 工作压力 设计压力
糖化酶 0.2MPa 0.3MPa
根据参考文献[4]选取 设计任务 设计任务
由公称体积的近似公式 罐体直径圆整后 D=2400mm
罐体总高度
可以计算 ，
经查阅资料，当公称直径 DN=2400mm 时，标准椭圆封头的曲面高度 =600，直边高度
，总深度为 可得罐筒身高
mm，内表面积
，容积
发酵罐的全体积
拌叶直径取
搅拌叶间距
mm
底搅拌叶至底封头高度
挡板宽度
表 2-1 大中型发酵罐技术参数
2.2 几何尺寸的确定
根据工艺参数和高径比确定各部几何尺寸；高径比 H/D=2.2，则 H=2.2D
初步设计：设计条件给出的是发酵罐的装料体积（
）
公称体积 V－－罐的筒身（圆柱）体积和底封头体积之和
全体积 V0－－公称体积和上封头体积之和
-7-
封头体积
（近似公式） 假设 /D=2.2，根据设计条件发酵罐的装料体积为 20M3
由 110KW 电动机驱动，轴封与罐体密封。冷却装置为
的冷却蛇管 160m，分 4
பைடு நூலகம்
组安装在罐内。最后绘制了该发酵罐的装配图。 关键词：机械搅拌发酵罐 封头 搅拌器 链霉素
1、设计方案的拟定
我们设计的是一台 20M3 机械搅拌通风发酵罐,发酵生产链霉素。 糖化酶生产菌重要的有：雪白根霉，德氏根霉，河内根霉，爪哇根霉，台湾根霉，臭曲霉， 黑曲霉，河枣曲霉，宇佐美曲霉，红曲霉，扣囊拟内孢霉，泡盛曲霉，头孢霉，甘薯曲霉， 罗耳伏革菌。 综合温度、PH 等因素选择黑曲霉 A.S.3.4309 菌株，该菌种最适发酵温度为 32-34℃，pH 为 4.5，培养基为玉米粉 2.5%,玉米浆 2%，豆饼粉 2%组成。 主要生产工艺过程为如下：菌种 用蔡式蔗糖斜面于 32℃培养 6 天后，移植在以玉米粉 2.5%,玉米浆 2%.组成的一级种子培养 基中，与 32℃摇瓶培养 24-36h，再接入（接种量 1%）种子罐（培养基成分与摇瓶发酵相同）， 并与 32℃通气培养搅拌 24-36h，然后再接入（接种量 5%-7%）发酵罐。发酵培养基由玉米 粉 2.5%,玉米浆 2%，豆饼粉 2%组成（先用 a-淀粉酶液化），发酵温度为 33℃，在合适的通 气搅拌条件下发酵 96 小时酶活性可达 6000u·ml-1 。 发酵液滤去菌体，如有影响糖化效率的葡萄糖甘转移酶存在， 则通过调节滤液 PH 等方法使 其除去，再通过浓缩将酶调整到一定单位，并加入防腐剂（如苯甲酸）。如制备粉状糖化酶， 则可通过盐析或加酒精使酶沉淀，沉淀经过压滤，滤泥再通过压条烘干，粉碎，即可制成商 品酶粉。 发酵罐主要由罐体和冷却蛇管，以及搅拌装置，传动装置,轴封装置，人孔和其它的一些附 件组成。这次设计就是要对 20M3 通风发酵罐的几何尺寸进行计算；考虑压力，温度，腐蚀 因素，选择罐体材料，确定罐体外形、罐体和封头的壁厚；根据发酵微生物产生的发酵热、
发酵工程与设备第九章、第一讲-发酵放大与设计
气体吸入量与液体循环量之比较低，对于耗氧 量较大的微生物发酵不适宜。
机械搅拌通风发酵罐
（二） 罐体的尺寸比例
H----柱体高 (m) HL---液位高度（m） D----罐内径 (m) d----搅拌器直径 s----两搅拌器的间距 B----最下一组搅拌器距罐 底的距离 W----挡板宽度
H / D = 1.7 ～ 4 d / D = 1/2 ～ 1/3 W / D = 1/8 ～ 1/12 B / d = 0.8 ～1.0 (s/d)2 = 1.5 ～2.5 (s/d)3 = 1 ～2
用水量大
6、轴封、联轴器和轴承
上
下
传
传
动
动
1）轴封
作用： 使罐顶（或底）与搅拌轴间的缝隙密封； 防止泄漏和染菌
类型： 填料函 端面轴封
1 转轴 3 压紧螺栓 5 铜环
2 填料压盖 4 填料箱体 6 填料（石棉等）
填料函
构成 优点：结构简单、价格低
缺点： 易渗漏，寿命短 对轴磨损较重 摩擦功率消耗大
雷诺（Reynolds），英国，流型判别的依据 雷诺实验（1883年）表明，流动的几何尺寸（管内径d）、 流动的平均流速u及流体性质（密度ρ和粘度μ）对流型的变化 有很大影响。可以将这些影响因素综合成一个无因次的数群 作为流型的判据。
Re=d·u·ρ/μ
d—管内径； u—流动的平均流速 ρ—流体密度； μ—流体粘度
VL —— 发酵罐内发酵液量(m3) Qc —— 发酵液循环量(m3/s) d —— 环流管二内径(m)
—— 发酵液在环流管内流速(m/s)
2）压比、压差、环流量间的关系
发酵液的环流量与通风量之比称为气液比。
A = Qc / Q
200M3机械搅拌通风发酵罐(优选.)
最新文件---------------- 仅供参考--------------------已改成-----------word文本 --------------------- 方便更改赠人玫瑰，手留余香。
1 设计方案的拟定我设计的是一台200M3机械搅拌通风发酵罐,发酵生产有机酸。
设计基本依据（1）、机械搅拌生物反应器的型式通用式机械搅拌生物反应器，其主要结构标准如下：①高径比：H/D=1.7-4.0②搅拌器：六弯叶涡轮搅拌器,Di :di:L:B=20:15:5:4③搅拌器直径：Di=D/3④搅拌器间距：S=（0.95-1.05）D⑤最下一组搅拌器与罐底的距离：C=（0.8-1.0）D⑥挡板宽度：B=0.1D，当采用列管式冷却时，可用列管冷却代替挡板（2）、反应器用途用于有机酸生产的各级种子罐或发酵罐，有关设计参数如下：①装料系数：种子罐0.50-0.65发酵罐0.65-0.8②发酵液物性参数：密度1080kg/m3粘度2.0×10-3N.s/m2导热系数0.621W/m.℃比热4.174kJ/kg.℃③高峰期发酵热3-3.5×104kJ/h.m3/ml.min.atm④溶氧系数：种子罐5-7×10-6molO2/ml.min.atm发酵罐6-9×10-6molO2⑤标准空气通风量：种子罐0.4-0.6vvm发酵罐0.2-0.4vvm（3）、冷却水及冷却装置冷却水：地下水18-20℃冷却水出口温度：23-26℃发酵温度：32-33℃冷却装置：种子罐用夹套式冷却，发酵罐用列管冷却。
（4）、设计压力罐内0.4MPa；夹套0.25 MPa发酵罐主要由罐体和冷却列管，以及搅拌装置，传动装置,轴封装置，人孔和其它的一些附件组成。
这次设计就是要对200M3通风发酵罐的几何尺寸进行计算；考虑压力，温度，腐蚀因素，选择罐体材料，确定罐体外形、罐体和封头的壁厚；根据发酵微生物产生的发酵热、发酵罐的装液量、冷却方式等进行冷却装置的设计、计算；根据上面的一系列计算选择适合的搅拌装置，传动装置，和人孔等一些附件的确定,完成整个装备图，完成这次设计。
第四章 通风发酵设备1机械搅拌通风发酵罐
4.1 机械搅拌通风发酵罐
1－弹簧； 2－动环； 3－堆焊硬质合金； 4－静环； 5－“O”形圈
图4-4 端面机械轴封
4.1 机械搅拌通风发酵罐
端面机械轴封的优点是：（1）清洁；（2）密封可靠， 在一个较长的使用周期中，不会泄漏或很少泄漏；（3）无死 角，可以防止杂菌感染；（4）使用寿命长，质量好的可用 2～5年不需要维修；（5）摩擦功率耗损小；（6）轴或轴套 不受磨损；（7）对轴的精度和光洁度要求不很严格，对轴的 震动敏感性小。缺点是：结构比较复杂，装拆不便，对动环 和静环的表面光洁度及平直度要求高。
图4-1 机械搅拌通风发酵罐结构
4.1 机械搅拌通风发酵罐
下面对此类型发酵罐的主要部件加以说明。 1．罐体 罐体由罐身、罐顶、罐底组成，罐身为圆柱体，中大型 发酵罐罐顶、罐底和小型发酵罐罐底多采用椭圆形或碟形封 头通过焊接和罐身连接，而小型发酵罐罐顶却多采用平板盖 和罐身用法兰连接。罐顶装设视镜及灯镜、进料管、补料管、 排气管、接种管、压力表接管和快开手孔或快开人孔。罐身 上设有冷却水进出管、进空气管、温度计和检测仪表接口管。 取样管可装在罐侧或罐顶，视操作方便而定。
4.1 机械搅拌通风发酵罐
（a）旋风离心式； （b）叶轮离心式
图4-6 离心式消泡器
4.1 机械搅拌通风发酵罐
7．换热装置 （1）夹套式换热装置 这种装置多用于容积较小的发 酵罐或种子罐，夹套高度比静止液面稍高。优点为结构简单， 加工容易，罐内无冷却设备，死角少，容易清洗灭菌。 （2）竖式蛇管换热装置 这种装置的蛇管分组安装于发酵 罐内，有四组、六组或八组不等。该装置的优点是：冷却水 在管内的流速大，传热系数高，约为1200～1800 kJ／ （m2·h·℃），若管壁较薄，冷却水流速较大时，传热系 数可达4200 kJ／（m2·h·℃）。这种冷却装置适用于冷却 用水温度较低的地区，水的用量较少。
(完整word版)100M3机械搅拌通风式发酵罐
课程设计课程名称：机械搅拌通风式生物反应器学生学院：化学工艺与技术学院专业班级：生物工程0901学号：200922153035学生姓名：桂文涛指导教师：杨忠华2012 年10 月14 日目录设计任务书 ............................................设计方案的分析和拟定..................................................工艺设计...................................................1.反应器的总体结构设计...........................................2. 设备结构部件设计.........................................2.1罐体的设计.........................................2.2 搅拌装置设计.......................................2.3零部件..............................................2.4传热面积及冷却水用量的计算..............................2.5冷却装置....................................2.6 密封装置的选型设计....................................设计结果设计小结参考文献100m3 机械搅拌通风式生物反应器设计任务书设计者姓名：学号：班级：指导老师：日期：设计内容：1.设计一套机械搅拌通风式生物反应器。
2.设计参数和技术特征指标序号名称指标1工作压力罐内≤0.2MPa夹套内≤0.3MPa2工作温度罐内≤121℃夹套内＜150℃3工作介质罐内轻微腐蚀性物料夹套内蒸汽4公称容积（m3）1005传热面积（m2）1006搅拌器型式弯叶涡轮7搅拌器转速（/rmp）1308搅拌轴功率125Kw100m3机械搅拌通风式生物反应器课程设计说明书正文一：设计方案的分析和拟定设计的发酵罐公称容积为100m³。
200立方米机械搅拌通风发酵罐设计方案
200立方米机械搅拌通风发酵罐设计方案设计方案：200立方米机械搅拌通风发酵罐一、设计目标1.发酵罐容积为200立方米，确保能够达到大规模发酵的要求；2.设计可实现机械搅拌和通风两个功能，保证发酵过程中充分混合和氧气供应；3.确保发酵过程的操作简便、稳定可靠，并且具备良好的节能性能；4.满足卫生标准，保证发酵罐内部的洁净环境；5.设计具备可持续发展特点，符合环保要求。
二、设计内容1.发酵罐结构设计：a.发酵罐采用圆柱体结构，罐体材料选用不锈钢，具有良好的耐腐蚀性能；b.罐体壁厚度符合设计要求，保证罐体的强度和稳定性；c.设计合理的进出料口和观察窗口，方便操作和监测发酵过程；d.安装适当数量的温度传感器和pH传感器，实时监测发酵过程中的温度和酸碱度；e.罐顶设计可拆卸，方便维护和清洁。
2.机械搅拌设计：a.选择适当尺寸和功率的搅拌器，确保能够充分搅拌发酵物料；b.搅拌器安装在罐体底部，支持搅拌叶片可调节的设计，以适应不同的搅拌要求；c.搅拌器动力源采用电动机，具备可调速功能，以符合不同阶段的搅拌需求；d.搅拌器与罐壁的间隙适当，以减少搅拌时的能量损失。
3.通风设计：a.罐体设计适当数量和位置的通风口，以保证发酵物料在发酵过程中的氧气供应；b.通风设备采用低噪音、高效率的通风机，确保能够提供充足的氧气；c.设计合理的通风系统，保证发酵罐内对流的循环，并且可以适应不同阶段的通风需求。
4.温控系统设计：a.安装温度传感器和控制器，监测和调节发酵过程中的温度；b.配备加热装置和制冷设备，以实现对发酵物料温度的控制；c.控制系统具备自动控制和报警功能，以确保发酵过程的稳定性。
5.卫生设计：a.罐内表面设计光滑，易于清洗；b. 安装CIP(Cleaning In Place)系统，方便对罐内进行高效清洗和消毒；c.安装合适数量和位置的排污口，便于清除废液和残渣。
6.节能设计：a.选择高效的搅拌器和通风设备，以减少能量消耗；b.利用余热回收系统，将发酵产生的热能用于加热或其他用途。
发酵罐设计原则
(1)通过冷却水带走的热量进行计算 根据工艺 设计的要求，选定同类型的发酵罐，于气温最 热的季节，选择主发酵期产生热量最快最大的 时刻，测定冷却水进口的水温及冷却水出口的 水温，并测定此时每小时冷却水的用量，按下 式计算单位体积发酵液每小时传给冷却器的最 大热量。
（一）、设计内容和步骤： 设备本体的设计：
• 罐体的设计
筒体的设计、计算 封头的设计、计算 罐体压力试验时应力校核及容积验算
• 附件的设计选取
接管尺寸的选择 法兰的选取 开孔及开孔补强 人孔及其它 传热部件的计算 挡板、中间支承、扶梯的选取
搅拌装置的设计：
• • • • • • • 传动装置的设计、 搅拌轴的设计、 联轴器的选取、 轴承的选取及其轴承寿命的核算、 密封装置的选取、 搅拌器的设计、 搅拌轴的临界转速。
• 冷却排管的传热系数可按下式计算：
计算题：一个年生产10万吨赖氨酸的发酵工厂，发酵产酸水 平为15％，提取总收率为90％，年生产时间为300天， 发酵周期为48小时，洗罐准备时间为24小时，设发酵罐 的装罐系数为80％，发酵罐的容积为300m3。 问： 1、该工厂每日产量是多少？ 2、每日所需要的发酵液量是多少？ 3、每日所需要的发酵罐容积为多大？ 4、生产10万吨赖氨酸需要发酵罐a hb )
• 液柱高度：
H L H 0 ha hb 式中 ：装料高度与圆柱部分 高度的比例
（二）、附属结构的计算
• 挡板数量和尺寸计算
发酵罐第一节机械搅拌通风发酵罐
• 端面轴封——靠弹性元件（弹簧、波纹管等 ）的压力使垂直于轴线的动环和静环表面紧 密地相互贴合，并作相对转动而达到密封。
• 优点：
① 清洁； ② 密封可靠，使用时间较长，不会泄漏； ③ 无死角，可防止杂菌污染； ④ 寿命长，质量好的2～5年不需修理； ⑤ 摩擦功率耗损小； ⑥ 轴或轴套不受磨损； ⑦ 对轴的震动敏感性小。
• 对于大型发酵罐以及液体深度 HL较高的，可安装三组或三组 以上的搅拌桨叶。
• 最下面一组搅拌器与风管出口 较接近为好，与罐底的距离C一 般等于搅拌器直径Di，不宜小 于0.8Di，否则会影响液体的循 环。
发酵罐第一节机械搅拌通风发酵罐
（二）搅拌器
• 搅拌器的作用：
–打碎气泡，使空气与溶液均匀接触，使氧溶解于发 酵液中；
第五章 发酵罐
第一节 机械搅拌通风发酵罐 第二节 其他类型发酵罐 第三节 厌氧发酵设备
发酵罐第一节机械搅拌通风发酵罐
第一节 机械搅拌通风发酵罐
一、设计要求
（一）基本要求
1. 发酵罐应具有适宜的径高比。径高比一般为1.7-4 倍左右，越悬殊，氧的利用率较高，发酵效率越 高。
2. 因用到高压蒸汽灭菌，发酵罐应有一定的耐压能 力。
215.0
二、发酵罐主体结构
• 罐体 • 搅拌器和挡板 • 消泡器 • 联轴器及轴承 • 变速装置 • 空气分布装置 • 轴封 • 冷却装置
发酵罐第一节机械搅拌通风发酵罐
（一）罐体
• 罐体由圆柱体或碟形封头焊接而成，材料为碳钢或不锈钢， 大型发酵罐可用衬不锈钢或复合钢板制成，衬里不锈钢厚度 为2～3 mm。
• 缺点：
– 结构比填料密封复杂，装拆不便； – 对动环及静环的表面光洁度及平直度要求高。
机械搅拌通风发酵罐的设计
机械搅拌通风发酵罐的设计机械搅拌通风发酵罐是一种用于发酵有机物质的设备。
它又被称为机械通风式发酵罐，常用于有机肥料生产、沼气发酵、生物质能源发酵等领域。
设计一台高效的机械搅拌通风发酵罐需要考虑以下因素：1. 设计容积机械搅拌通风发酵罐的设计容积需要考虑到原料预处理后的固态密度，发酵过程中的充分膨胀及发酵物料的密实度。
通常，机械搅拌通风发酵罐设计的容积应该在15~100m3之间。
2. 结构设计机械搅拌通风发酵罐的结构设计需要考虑到其承受能力、外部环境的要求以及运输的方便性。
常用的材料有钢材、玻璃钢、混凝土等，强度越高的材料越适合用于制作机械搅拌通风发酵罐。
另外，罐体需要具有重量轻、强度高、隔热性好、抗腐蚀和易清洗等特点。
3. 搅拌系统设计机械搅拌通风发酵罐的搅拌系统需要具有均匀、高效、节能等特点。
常用的搅拌方法有机械式搅拌和气力式搅拌，其中机械式搅拌通常是通过叶轮或圆盘搅拌器进行搅拌，气力式搅拌则是通过喷射压缩空气来实现搅拌。
搅拌器应避免对发酵物料的损害，杜绝沉淀现象，同时要保证罐内发酵物料的均匀性。
机械搅拌通风发酵罐的通风系统设计应考虑到通风量、风机的型号和数量、排气要求等因素。
罐内氧气的供应和二氧化碳的排放是保证酵素的正常活动和防止罐体产生过高压力的重要手段。
通风系统应该灵活，能够随时调整通风量大小以适应发酵过程中不同的需求。
机械搅拌通风发酵罐的控制系统设计应考虑到参数监测、温度控制、气气体控制等方面。
为了保证罐内发酵物料的均匀性和质量，应安装相应的检测仪器并设定最优参数。
同时，为了保证工作效率和生产安全，控制系统还应能够实现远程监控和故障自诊断及报警等功能。
机械搅拌通风发酵罐的设计需要从多个角度出发，并针对具体应用领域进行优化。
在实际生产应用中，还需要根据特定的发酵物料和生产工艺进行相应的调整和优化，提高发酵效率和生产质量。
200立方米机械搅拌通风发酵罐设计方案(可编辑)资料
－液体密度kgm3因发酵液不同而不同一般取800－1650 kgm3 本设计取
－涡轮直径m
52通气搅拌功率Pg的计算
因为是非牛顿流体所以用以下公式计算
－两层搅拌输入的功率kW
－涡轮转速rmin
－涡轮直径m138m
Q－通气量已知标准通风比为0204vvm取低极限如果通风量变大
变小为安全起见现取02vvm
③搅拌器直径Di D3
④搅拌器间距S 095-105D
⑤最下一组搅拌器与罐底的距离C 08-10D
⑥挡板宽度B 01D当采用列管式冷却时可用列管冷却代替挡板
2反应器用途
用于有机酸生产的各级种子罐或发酵罐有关设计参数如下
①装料系数种子罐050-065
发酵罐065-08
②发酵液物性参数密度1080kgm3
搅拌叶直径DiD 13
Di 41பைடு நூலகம்03 1380mm
搅拌叶间距S Di 1380mm
底搅拌叶至底封头高度C Di 1380mm
3 罐体主要部件尺寸的设计计算
31 罐体
考虑压力温度腐蚀因素选择罐体材料和封头材料封头结构与罐体连接方式因有机酸是偏酸性pH值为45对罐体不会有太大腐蚀所以罐体和封头都使用16MnR钢为材料封头设计为标准椭圆封头因D 500mm所以采用双面缝焊接的方式与罐体连接
这次生物工程设备课程设计是以小组为单位然后组员进行分工合作来查取资料进行过程和设备的计算并要对自己的选择做出论证和核算经过反复的分析比较择优选定最理想的设计
通过本次设计我学会了根据工艺过程的条件查找相关资料并从各种资料中筛选出较适合的资料根据资料确定主要设备以及如何计算出主要设备及辅助设备的各项参数及数据学会怎么设计机械通风反应器并学会一些基本的设计的步骤以及认真的态度通过课程设计可以巩固对主体设备图的了解以及学习如何用CAD画设备图并对CAD有一定的了解和简单的运用对生物工程设备设计的有关步骤及相关内容有一定的了解通过本次设计熟悉了生物工程设备课程设计的流程加深了对发酵设备的了解在设计的过程培养了大胆假设小心求证的学习态度通过本次课程设计我还认识到组员之间一定要多沟通多交流意见要不然一个人的能力再怎么强在团体工作中也是不能够出色完成设计任务但由于本课程设计时间比较仓促查阅文献有限本课程设计还不够完善不能够进行有效可靠的计算这次我的设计是由最开始的计算到数据的整理在到画图以及在后来的说明书的的拟订虽然是困难重重但终于完成了总的感觉就的好累啊可是深切体会到书到用时方恨少真的不能临时抱佛脚在这里要感谢的指导老师同学的帮助非常感谢我的同组人员正是有他们在一起讨论有了他们的帮助才使我更快更顺利地在较短时间内完成本设计
机械搅拌通气发酵罐PPT课件
搅拌功率
PFAF
A
F/A：施加液体内的剪切应力 ω：液体的平均流速 ωA：搅拌器对液体的翻动量 F：搅拌器施加于液体的力 A：叶片的面积
搅拌技术
〔1〕：不变速搅拌技术 〔2〕：变速搅拌技术
〔四〕挡板
1：防止搅拌器运转时发酵液产生旋涡 2：全挡板条件
到达消除液面旋涡的最低条件，在一定的转速下面增加罐内附件而轴功率保 持不变。满足全挡板条件的挡板数和宽度可以由下式来计算。
一：发酵罐的分类
〔一〕通风发酵罐 1：机械搅拌通气发酵罐 2：机械搅拌自吸式发酵罐 3：气升式发酵罐 4：喷射自吸式发酵罐
〔二〕厌氧发酵罐
二：机械搅拌通气发酵罐
〔一〕：结构特点 机械搅拌通气发酵罐的主要部件包括罐体、搅拌器、轴封、消泡器、联轴器、空气 分布器、挡板、冷却装置
〔二〕：罐体
1：结构和材料
2：罐体的参数
〔1〕容积 〔2〕高径比 〔3〕罐壁厚度
S 式中：S:受内压的罐壁厚度
PD C
P:罐表压 ，kg/cm2 230 [ ] P
D:罐C<10时，C=3mm
[σ]：许用应力，σ/n，35kg/mm2，n=4〔t<250℃〕
S2 P4 D 1 0 1P D H H C
式中：S:受外压的罐壁厚度 P:外受压力，kg/cm2 α：系数 H:圆筒高度，mm
〔三〕：搅拌器和搅拌轴
目的:〔1〕打碎空气气泡 〔2〕使发酵液充分混合
〔三〕：搅拌器和搅拌轴
〔1〕平叶搅拌器 〔2〕弯叶搅拌器 〔3〕箭叶搅拌器
叶片形状对搅拌的影响
〔1〕粉碎气泡：平叶>弯叶>箭叶 〔2〕翻动流体：箭叶>弯叶>平叶
〔1〕：径向流搅拌器
200M3机械搅拌通风发酵罐设计方案
1 设计方案的拟定我设计的是一台200M3机械搅拌通风发酵罐,发酵生产有机酸。
设计基本依据（1）、机械搅拌生物反应器的型式通用式机械搅拌生物反应器，其主要结构标准如下：①高径比：H/D=1.7-4.0②搅拌器：六弯叶涡轮搅拌器,Di :di:L:B=20:15:5:4③搅拌器直径：Di=D/3④搅拌器间距：S=（0.95-1.05）D⑤最下一组搅拌器与罐底的距离：C=（0.8-1.0）D⑥挡板宽度：B=0.1D，当采用列管式冷却时，可用列管冷却代替挡板（2）、反应器用途用于有机酸生产的各级种子罐或发酵罐，有关设计参数如下：①装料系数：种子罐0.50-0.65发酵罐0.65-0.8②发酵液物性参数：密度1080kg/m3粘度2.0×10-3N.s/m2导热系数0.621W/m.℃比热4.174kJ/kg.℃③高峰期发酵热3-3.5×104kJ/h.m3④溶氧系数：种子罐5-7×10-6molO2/ml.min.atm发酵罐6-9×10-6molO2/ml.min.atm⑤标准空气通风量：种子罐0.4-0.6vvm发酵罐0.2-0.4vvm（3）、冷却水及冷却装置冷却水：地下水18-20℃冷却水出口温度：23-26℃发酵温度：32-33℃冷却装置：种子罐用夹套式冷却，发酵罐用列管冷却。
（4）、设计压力罐内0.4MPa；夹套0.25 MPa发酵罐主要由罐体和冷却列管，以及搅拌装置，传动装置,轴封装置，人孔和其它的一些附件组成。
这次设计就是要对200M 3通风发酵罐的几何尺寸进行计算；考虑压力，温度，腐蚀因素，选择罐体材料，确定罐体外形、罐体和封头的壁厚；根据发酵微生物产生的发酵热、发酵罐的装液量、冷却方式等进行冷却装置的设计、计算；根据上面的一系列计算选择适合的搅拌装置，传动装置，和人孔等一些附件的确定,完成整个装备图，完成这次设计。
这次设计包括一套图样，主要是装配图，还有一份说明书。
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课程设计报告
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第一章前言
青霉素是一类抗生素的总称。
自从被发现以来，就被人们广泛应用于医疗行业。
是用应得最多的一类抗生素，从此很多医学难题迎刃而解。
也使人们致力于青霉素及其相关技术的研究。
青霉素是一种高效、低毒、临床应用广泛的重要抗生素。
它的研制成功大大增强了人类抵抗细菌性感染的能力，带动了抗生素家族的诞生。
它的出现开创了用抗生素治疗疾病的新纪元。
通过数十年的完善，青霉素针剂和口服青霉素已能分别治疗肺炎、肺结核、脑膜炎、心内膜炎、白喉、炭疽等病。
继青霉素之后，链霉素、氯霉素、土霉素、四环素等抗生素不断产生，增强了人类治疗传染性疾病的能力。
青霉素发酵是通气发酵[2]，该生产工艺和设备具有很强的典型性，本设计对味青霉素发酵罐的选型及计算作简要介绍，以期有助于了解通气发酵工艺和主要设备的有关知识。
第二章绪论
2．1 青霉素的概述.
青霉素(Benzylpenicillin/Penicillin)又被称为青霉素G、peillin G、盘尼西林、配尼西林、青霉素钠、苄青霉素钠、青霉素钾、苄青霉素钾。
青霉素是抗菌素的一种，是指从青霉菌培养液中提制的分子中含有青霉烷、能破坏细菌的细胞壁并在细菌细胞的繁殖期起杀菌作用的一类抗生素，是第一种能够治疗人类疾病的抗生素。
青霉素类抗生素是β-内酰胺类中一大类抗生素的总称。
2.2 青霉素的应用
青霉素类抗生素的毒性很小，由于β-内酰胺类作用于细菌的细胞壁，而人类只有细胞膜无细胞壁，故对人类的毒性较小，除能引起严重的过敏反应外，在一般用量下，其毒性不甚明显，是化疗指数最大的抗生素。
临床应用：主要控制敏感金黄色葡糖球菌、链球菌、肺炎双球菌、淋球菌、脑膜炎双球菌、螺旋体等引起感染，对大多数革兰氏阳性菌（如金黄色葡萄球菌）和某些革兰氏阴性细菌及螺旋体有抗菌作用。
青霉素针剂和口服青霉素能分别治疗肺炎、肺结核、脑膜炎、心内膜炎、白喉、炭疽等病。
工业应用：可用于生产柠檬酸、延胡索酸、葡萄糖酸等有机酸和酶制剂。
2.3 青霉素的发酵工艺流程
（1）丝状菌三级发酵工艺流程
冷冻管（25°C，孢子培养，7天）——斜面母瓶（25°C，孢子培养，7天）——大米孢子（26°C，种子培养56h,1:1.5vvm）——一级种子培养液（27°C，种子培养，24h,1:1.5vvm）——二级种子培养液（27~26°C,发酵,7天,1:0.95vvm）——发酵液
（2）球状菌二级发酵工艺流程
冷冻管（25°C，孢子培养，6~8天）——亲米（25°C，孢子培养，8~10天）——生产米（28°C，孢子培养，56~60h,1:1.5vvm）——种子培养液（26~25-24°C，发酵，7天，1：0.8vvm）——发酵液
第三章设计方案的分析、拟定
青霉素发酵是好氧发酵，而我设计的是一台高径比为2.5,50m3通风机械搅拌发酵罐。
经查阅资料[1]可知生产青霉素的菌种主要是产黄青霉菌，该菌种的最适发酵温度在20～27℃,最适pH6.5～6.9，培养基的主要成分包括碳源、氮源、无机盐（包括微量元素）和前体等。
这次设计包括一套图样，主要是装配图，还有一份说明书。
而绘制装配图是生物工程设备的机械设计核心内容，绘制装配图要有合理的选择基本視图，和各种表达方式，有合理的选择比例，大小，和合理的安排幅面。
说明书就是要写清楚设计的思路和步骤。
表3-1发酵罐主要设计条件
项目及代号参数及结果备注
发酵菌种产黄青霉菌根据参考文献[1]选取
工作压力0.3MPa 由工艺条件确定
设计压力0.4MPa 由工艺条件确定发酵温度（工作温度）20～30℃根据参考文献[1]选取设计温度150℃由工艺条件确定
冷却方式蛇管冷却由工艺条件确定
培养基根据参考文献[1]选取
发酵液密度由工艺条件确定
发酵液黏度 由工艺条件确定
第四章 机械通风发酵罐的设计 4.1机械搅拌发酵罐的总体结构
发酵罐主要由罐体、搅拌装置、传动装置、轴封装置、支座、人孔、工艺接管和一些附件组成。
罐体主要由封头和筒体组成，多为中、低压压力容器；搅拌装置有搅拌器和搅拌轴组成；传动装置是为为带动搅拌装置设置的，主要由电机、减速器、联轴器和传动轴组成；轴封装置为动密封，一般采用机械密封或填料密封；它们与支座、人孔、工艺接管等一些附件，构成了完整的通风机械搅拌发酵罐。
4.2 几何尺寸的确定
根据工艺参数和高径比确定各部几何尺寸；高径比H/D=2.5，则H=2.5D
初步设计：设计条件给出的是发酵罐的公称体积（50m 3） 公称体积V －－罐的筒身（圆柱）体积和底封头体积之和 全体积V 0－－公称体积和上封头体积之和
封头体积 ()2
1
4h )6
b V D D π=+封（
发酵罐全体积 V 0=（π/4）D 2H+0.15D 3
假设H 0/D=2，根据设计条件发酵罐的公称体积为50m 3 由公称体积的近似公式 V 1=(π/4) D 2H 0+015D 3
可以计算出 罐体直径D=3074.30㎜ 近似为3100mm 罐体总高度 H=2.5D=2.5×3074.30㎜=7685㎜
取整为7685mm
查阅文献【2】 ，当公称直径DN=3100mm 时，标准椭圆封头的曲面高度h a =775mm ，直边高度40b h mm =，总深度为H f =815mm ，内表面积A f =10.8m 2，容积V f =4.2m 3
可得罐筒身高 H 0=H-2H f =7685-2×815=6055mm 则此时H 0/D=6055/3100=1095322 ，与前面的假设相近， 故可认为D=3100mm 是合适的
发酵罐的全体积 V 1=(π/4) D 2H 0+2V f =55.195m 3≈56 m 3 搅拌叶直径取Di=1000mm ，其中Di/D=1000/3100=0.32符合
/(0.30.4)i D D =
搅拌叶间距S=2Di=1000×2=2000mm 底搅拌叶至底封头高度c=Di=1000mm 挡板高度B=0.1D=310mm
椭圆封头短半轴的长度ha=0.25D=775mm
表4-1大中型发酵罐技术参数
公称容量
3m
筒体高度 H(mm)
筒体直径 mm
换热面积
2m
转速 r/min
电机功率 kw
10
3200
1800
12
150
7.5
2 1
47
00
2200 21 15
4
30
3 0
66
00
2400 34 18
45
5 0
70
00
2800-3
000
38-
60
16
55
6 0
80
00
3000-3
200
65 16
65
7 5
80
00
3200 84 16
5
10
1 00
94
00
3600 114 17
13
2 00
115
00
4600 221 14
2
21
5 表4-2 200m3发酵罐的几何尺寸
项目及代号参数及结
果
备注
公称体积3
m50 设计条件全体积3
m56 计算
罐体直径mm3100 计算
发酵罐总高mm7685 计算
发酵罐筒体高度mm6055 计算
搅拌叶直径mm1000 计算
椭圆封头短半轴长mm775 计算
椭圆封头直边高度mm40 计算
底搅拌叶至封头高度mm1000 计算
搅拌叶间距mm2000 计算
5 罐体主要部件尺寸设计与计算
5.1 罐体
考虑压力、温度、腐蚀因素，选择罐体材料和封头材料，封头结构与罐体连接方式。
因为青霉素发酵是在弱酸性条件下进行的，对罐体不会造成太大地腐蚀，所以罐体和封头都选择16Mn不锈钢作为材料，封头设计为标准椭圆封头，因D>500mm，所以采用双面缝焊接的方式与罐体连接。
5.2 罐体壁厚
5.3 封头壁厚
5.4 人孔和视镜
为了方便发酵罐内部附件安装、修理及对内部设备的检查、清洗，根据任务目标要求，选用回转盖式人孔。
查相关手册选用DN500mm 人孔，密封面形式为突面，安装位置在上封头处。
考虑到增加开孔会降低罐体强度，因此将人孔也当手孔。
选择DN100试镜，其中之一为带灯试镜，分别安装在上封头对称的两侧。
5.5 接管口
以进料口为例计算，设发酵醪液流速v=1m/s，2h排尽。
发酵罐料液体积：V1=56×0.75=42m³，
物料体积流量Q=42/（3600×2）=0.00583m³/s，
则排料管截面积F=Q/v=0.00583m2，又F=0.785d2，得d=m。
取无缝钢管，查GB/8163-87，。