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. : 〃=(1・7~4)
:lo (2)
搅拌器直径：Di= — D©
3
(3) 相邻两组搅拌器的间距：S=3D 。

(4) 下搅拌器与罐底距离：C= (0.8~1.0) (5) 挡板宽度：W=0.1 Di,
挡板与罐壁的距离：B= (---) Wo
8 5
(6) 封头髙度：力=仏+加，
式中，对于标准椭圆形封头，仏=丄0。

当封头公称直径021】】时，加=251讪】；当封头的公称直径〉2 m 时，加=40 mm 。

(7) 液柱高度：弘=乩"+仏+屁，
式中，〃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，对于易产生泡沬的物料可取0.6倍。

2.发酵溝容积的计算 圆柱部分容积V 1:
2評弘
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：
V 2=J D 2h h
+ 壬 D% = ^-D\h h
+ 加)
4
6 4 6
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：
U 公才+岭斗"(仏+饨+：D )
4
o
罐的全容积Vo ：
D
D X 一挽并atm
S 一相邻丙爼揑拌胖闾距 H -ess®
Ho —回柱高建
如一渺柱高笑
C _F 组搅拝器与琨庇距肉 h 一封头髙皮
加一封头矩丰油誉皮 如一封头
苴边芸復
FT
5 一羽板与祓生的西宵
V 0=V,+ 2 匕=^-D 2
+ 2(他 +1D)]
4
o
如果填料高度为圆柱高度的"倍，那么液柱髙度为：
H L = H^ + h a +h h
装料容积V ：
宀呦+3評如+他+存)
装料系数//：
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
传动装坦、搅样釉、联轴器、轴承、密封装置、搅拌器、搅样轴的临界 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、備心载荷、塔体强度及稳定性、裙座的 强度、裙座与简体对接焊缝验算等
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 配备多少个发酵磯？
根据公式V = —4-1可知:
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。

【例2] 一年产5万吨柠檬酸的发酵厂，发酵产酸水平平均为14%,提取总收率90%, 年生产日期为300天，发酵周期为96小时。

问需要多少个发酵罐？
每日的产量：心=50000/3()0=166.7 (吨)
每日所需发酵液的量：V L =166.7/ (0.14X0.9) =1322.8 (m 3) 假定发酵罐的装液系数为85%,则每日所需发酵罐容积；
#总=1322.8/0.85=1556 (m 3)
取发酵罐的公称容积为250 则每日需要6个发酵罐，发酵周期为4天，考虑放罐
洗罐等辅助时间，整个周期为5天。

则所需发酵罐的总数「匸5X6+1=31个(其中一个备用)
3x80
24
+ 1 = 11 （个）
V
【例3】公称容积250nf 柠檬酸发酵罐单罐的结构尺寸及容积计算。

(1) 公称容积可近似为圆柱体的容积，设H 0=2.5D,贝IJ
V=( n /4) D 2 Ho n 250=0.78502 X 2.5 D
罐直径：D=[250/(0.785X2.5)]1/3=5.0 (in) 罐圆柱高：Hu =2.50=25X5=12.5 (m) (2) 搅拌器直径
采用六弯叶涡轮搅拌器，搅拌器直径为
D=D/3=5/3=l ・7 (m)
(3) 罐体总高及上下封头高
由于罐直径Z»2m, //b=40mm,则 封头高：〃=/s + 〃b=D/4 + 〃b=5/4 + 0・04=l ・3 (m) 罐总高:H=Ho + 2h = 12.5 + 2x1.29 = 15.1 (in) (4) 椭圆封头容积
V, =-D~h b + — D-h (l =-D\h h +-D) = 0.785 X 52 (0.04 + 5/6) =17.1 (in 3) 4 6 4 6 (5) 圆柱部分容积
Vi=(n /4) D 2 //o=O.785 X 52X 12.5 = 245 (m 3)
(6) 罐的全容积
Vo =V 1+2V 2=245 + 2X 17.1=279.2 (m 3)
(7)冷却面积
发酵罐采用内部列管式蛇仔换热，外部表面采用喷淋冷却方式。

按经验值，夏天主发酵时每小时发酵液升温Z/=12・C,液体比热容c 为4k.J ^-,-*C- S 装填系数"为0.7。

发酵液量：v= (245+17.1) x0.7=257 (m 3)
放出热量:Q=me At=251 x 1050 x 4 xl2=1.3xl07 (kj*h -1) 式中，发酵液密度Q 为1050 kg m-\ 采用井水或河水冷却，进水温度为20-C,出水温度为30・C,醪液温度不超过369。

对 数平
传热系数参考工厂测定值及设计数据，R 选用4.187x900 k.J in-2-ir 1-C-,p 故传热面积 F 为
若用外淋罐壁方式辅助冷却，效果相当50%的列管冷却面积，现圆筒外表面面积Fo 为：
Fo=TT DH O =3.14x5x 12.5 = 1963 (m 2)
相当于列管面积为：196.3x50% =98.2 (m 2)
所以，发酵罐内列管冷却面积为：338.2—98.2=240 (m 2)
设安排6组列管冷却，则每排列管冷却面积为：2404-6=40 (】昭) 根据上述数据，可绘制发酵罐的结构尺寸图。

1.3X107
4.187x900x10.2
= 338.2 (HP)。