发酵罐70t设计

庆大霉素生产工艺流程图
①装料系数：一级种子罐65% 二级种子罐70% 发酵罐75%
②发酵液物性参数：密度1050kg/m3 粘度50（CP）比热4.18kJ/kg.℃
③Q p:发酵热 3500kcal/m3h=14700kJ/m3h
冷却装置：种子罐用夹套式冷却，发酵罐用列管冷却。

④连续灭菌系统
培养基灭菌处理量：20m3/h 连消灭菌温度：1350C
⑤接种量一级种子罐至二级种子罐按15%计算二级种子罐至发酵罐按15%计算
已知工艺条件
（1）年产量 ：G=70t(庆大霉素) （2）年工作日 M=300天 （3）发酵周期=6t 天 （4）发酵平均单位u1=1500单位/ 毫升 （5）成品效价u2=580单位/毫克 （6）提炼总效率=85% (7)装料系数=75% 工艺计算 V d =%
85*1500*300580*70*1000=106.14m 3
/d
V 0=0.75
*1106.14=141.53m 3
/d
0 3
每天放罐系数 1罐 发酵罐总台数n=1*6=6（台） 发酵周期=每罐批发酵时间+辅助时间 二级种子罐 (取损失比为15% ) 取周期为4天，则需发酵罐4台 V1=
7
.0)15.01(*15.0*14.106+=26.16m
3
一级种子罐 (取损失比为15% )
V2=65
.0)
15..01(*15.0*15.0*14.106+=4.23m 3
取周期为4天，则需发酵罐4台
发酵罐
（1）高径比H/D=2.0~3.5
（2）搅拌器：六弯叶涡轮搅拌器,Di:di:L:B=20:15:5:4 （3）搅拌器间距：S=（0.95-1.05）D （4）搅拌器直径：Di=D/3
（5）最下一组搅拌器与罐底的距离：C=（0.8-1.0）D （6）罐内0.4MPa ；夹套0.25 MPa
（7）挡板宽度：B=0.1D ，当采用列管式冷却时，可用列管冷却代替
设备框图
搅拌器
此发酵过程中有中间补料操作，对混合物要求较高，选用六弯叶涡轮搅拌器 N P=4.7，湍流
该搅拌器的各部尺寸与罐径D 有一定比例关系，六弯叶涡轮搅拌器,Di:di:L:B=20:15:5:4搅拌器叶径Di 为：
)m (67.1353D D i
=== 取1.7m 。

叶宽B 为： 弧长l 为：
)m (34.07.12.0D 2.0B i =⨯== )m (64.07.1375.0D 375.0l i =⨯==
底距C 为： 盘径di 为：
)
m (67.1353D C === 取1.7m 。

)m (275.17.175.0D 75.0d i i =⨯==
叶弧长L 为： 叶距Y 为：
)m (425.07.125.0D 25.0L i =⨯== )m (5D Y ==
弯叶板厚：δ=12（mm ）
取两挡搅拌，搅拌转速N 2可根据50m 3
罐，搅拌直径1.05m ，转速N 1=110r/min 。

以等P 0/V(单位体积液体所分配的搅拌轴功率相同)为基准放大求得.
3
22112d d n n ⎪
⎪⎭⎫
⎝⎛= 式中 n 2——放大的搅拌器的转速，r/min
n 1——模型搅拌器的转速，n=110r/min [1]
d 1——模型搅拌器直径，d=1.05m [1]
d 2——放大的搅拌器直径，d=1.7m 将各值代入上式
)s /r (33.1min)/r (78.797.105.1110d d n n 3
23
22112==⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=
取两档搅拌，搅拌转速79.78r/min 。

不通气条件下的轴功率计算：
ρ
=5
3p d n N P
式中 N p ——功率数,N p =4.7[3]
n ——搅拌器的转速，n=1.33r/s d ——搅拌器直径，d=1.7m ρ——流体密度，ρ=1050kg/m
3[3]
将各值代入上式
ρ=5
3p d n N P 164.85kw 164849.141050*1.75*1.333*4.7===W
通气发酵轴功率计算：
39
.008.03
23g Q
nd P 1025.2P ⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛⨯⨯=-
式中 P ——不通气条件下的轴功率，P=164.85KW n ——搅拌器的转速，n=79.78r/mim d ——搅拌器直径，d=170cm Q ——设通气量0.75VVM K 由仪器自身决定 Q=141.53*0.75=106.15*106
(ml/min) 将各值代入上式
求电机功率电P
01
.1P 3
21g
⨯=
ηηη电P
采用三角带传动η1=0.92；滚动轴承η2=0.99，滑动轴承η3=0.98；端面密封增加功
) KW ( 152.22 106150000 170
78 . 79 85 . 164 10 25 . 2 Q nd P 10 25 . 2 P 39 . 0 08 . 0 3 2 3 39 . 0 08 . 0 3 2 3 g = ⎪ ⎪ ⎭
⎫ ⎝ ⎛ ⨯ ⨯ ⨯ ⨯ = ⎪ ⎪ ⎭ ⎫ ⎝ ⎛ ⨯ ⨯ = - -
率为1%；代入公式数值得：
）
（电KW P 24.17201.198
.099.092.022
.152=⨯⨯⨯=
搅拌器个数=搅拌器间距发酵罐通体高度 =1
.1*25
.11=5.2 取6个
发酵罐冷却水量和冷却面积计算
Qp:发酵热 3500kcal/m3h=14700kJ/m 3
h 发酵液体积：142m 3
得出 Q 热=14700*142=2087400kJ/h
冷却水量的计算：发酵过程，冷却水系统按季节气温的不同，采用冷却水系统也不同，为了
保证发酵液生产，夏季必须使用冰水。

冬季：气温小于17C 0
采用循环水 进口17℃ 出口20℃
冬季：气温大于17C 0
采用循环水 进口10
℃ 出口20℃
冬季冷却水循环水用量计算 Q 热
T1)-C(T2Q =冷却水人口温度）
比热（冷却水出口温度发酵热效应-2.1* =
)
1720(18.42087400
-=200t/h
夏季冷却水用量计算
=
)
1020(18.42087400
-=60t/h
取34C 0
为罐温 K:传热系数=300kcal/m 2
h ℃ 平均温差=2
)2034()1734(-+-=15.5
冷积面积F=
t K Q ∆=5
.15*18.4*3002087400=107.4m 2
取通风比为1:1.2 已知发酵罐200m 3
6台，装料系数75%,则压缩空气需要量： Q=200*6*0.75*1.2=1080m 3
/min
接管设计
（1）该罐实装料量107m 3
（2）设1小时排空，则物料体积流量
Q=
3600
107==0.0297m 3
/s 发酵；料流速取V=1m/s F 物 =0.0297/1=0.0297m
2
F 物 =0.785d
2
则管径d=
785.0F =785
.00297
.0=0.19m 查表选取D:219×6使用 若按通风管计算，压缩空气在0.4Mpa ，支气管气速为20m/s ，通风比1:1.2. 20℃,0.1Mpa 下,Q=107*1/1.2=89.16m 3
/min=1.49m 3
/s
计算到0.4Mpa ，30℃状态下：Q f =1.49*
4.01.0*20
27330273++=0.39m 3
/s 取风速v=20m/s,则风管截面积F f =
v Qf =20
39.0=0.0195m 2
F 物 =0.785d
2
则气管管径d=
785
.0F
=0.158m 取d=168*8无缝管，则满足工艺要求 物料流速V=1(m/s)，则管道截面积A 为： A=0.785*0.2072
=0.034m 3
由此可知：进（出）料口 D:219×6 进（排）气口d=168*8 椭圆入孔 300*400mm
蛇管的计算
取冷却水在竖直蛇管中流速为1m/s ，根据流体力学方程式
V
W A =
总 冬季最高峰时W=200t/h=55.56kg/s.则A 总=55.56*10-3m 2，
取n=9
进水总管直径d 总为 d 总=
785
.0*9A
=0.0887m 可取d=102*4
现取竖蛇管圈端部U 型弯管曲径为300mm ，则两直管距离为600mm ，两弯管总长度l 0 l 0=πD=3.14*600=1884mm
冷却管总长度L 计算 有前一直冷却管总面积108m
2
.现去无缝钢管102*4，每米长冷
却面积为F=3.14*0.094*1=0.29516m 2
则L=
29516
.0108=366m L 实际=366+4=370m
每组管长L 0为：L 0=n
L
=9366=40.67m
另需连接管1.8m ，
）（实m 87.388.167.408.10=-=-=L L
取管间距为0.6m 。

又两端弯管总长l 0为：
)m (884.16.014.3l 0
=⨯=
两端弯管总高0.6m,则直管高度：=1.884-0.6=1.284 则一圈管长 I=2h+I n =2*1.284+1.884=4.452m
每组管子圈数n 0为
n 0=
452
.47
.40=9.14 取n 0=9圈 现取管间距为：2.5*d=0.205 竖直蛇管与管壁的最小距离为0.15m,允许. 经计算，校核布置后冷却管的实际传热面积109.2M 2
大于F ，满足要求
发酵罐壁厚的计算
根据《压力容器安全技术监察规程》规定，发酵罐属于一级压力容器，因此，其设计、制造、安装以及使用均须遵照该规定。

设计计算须按GB150-1998《钢制压力容器》进行。

(1) 内压圆筒厚度计算：
[]2
1T i C C p 2pD ++-Φσ=δ
式中 δ——圆筒的设计厚度，mm p ——设计压力，p=0.4MPa D i ——圆筒的内直径，D i =5000mm
[σ]T
——设计温度下圆筒材料的许应用力，[σ]T
=124.5MPa [1]
φ——焊缝系数，φ=0.9[1]
C 1——钢板的厚度负偏差，C 1=0.8mm [1]
C 2——腐蚀裕量，C 2=1mm [2]
将各值代入上式
)m m (74.1018.04.09.05.12425000
4.0C C p ][2D p 2
1T i =++-⨯⨯⨯=++-Φσ=
δ
查附表可选用12mm 厚的碳钢钢板。

查附表知：公称直径为5000mm ，壁厚为12mm ，1m 高
发酵罐70t 设计
筒节钢板质量为1483kg (2) 椭圆形封头厚度计算：
[]p 5.02pD T i -Φσ=
δ
式中 δ——圆筒的设计厚度，mm p ——设计压力，p=0.4MPa Di ——圆筒的内直径，Di=5000mm
[σ]T ——设计温度下圆筒材料的许应用力，[σ]T=124.5MPa φ——焊缝系数，φ=0.9
将各值代入上式
)m m (93.84.05.09.05.12425000
4.00.5p -]2[pD T
i =⨯-⨯⨯⨯=Φσ=
δ
查附表可选用10mm 厚的碳钢钢板。

发 酵 罐
发酵罐选型 机械涡轮机搅拌通风发酵罐
发酵罐容积
2003
m 发酵罐总体积
2303
m
发酵罐直径D
5m
圆柱高H 10m
封头高H
1.3m
发酵管壁厚S 12mm
搅拌器选型 六弯叶涡轮搅拌器
弯叶板厚δ
12m
e m R
106。