发酵罐设计要点
发酵罐设计要求
发酵罐设计要求
以下是 6 条关于发酵罐设计要求：
1. 发酵罐的容量可得合适啊，就像你做饭不能锅太大或太小一样。
你想想，要是容量不合理，要么生产效率低，要么浪费资源，那多不划算呀！比如做酸奶，一次做太少满足不了需求，一次做太多又浪费。
2. 温度控制多重要啊！嘿，这就跟人得保持合适体温似的。
温度不合适，发酵效果能好吗？比如酿酒，温度高了或低了，那酒的品质能有保障吗？
3. 搅拌系统可得靠谱呀！这就好比划船得有个好桨，不然怎么能搅拌均匀呢？你再想想，要是搅拌不均匀，那发酵能均匀进行吗？比如说做泡菜，搅拌不好不就有的地方太咸有的地方没味道啦！
4. 材质也得精挑细选呀！难道不是吗？这不像是造房子得选坚固的材料一样吗。
要是材质不行，容易坏不说，还可能影响发酵呢！就像用质量差的罐子腌咸菜，说不定会漏呢。
5. 密封性能可不能马虎啊！你说要是密封不好，那不就跟瓶子没盖紧一样嘛。
里面的东西不就容易坏或者受污染呀！比如发酵饲料，密封不好，不就白费劲啦！
6. 清洁维护得方便呀！这就跟你要经常打扫房间一样。
如果设计得不方便清洁维护，那时间久了多脏多乱呀，还怎么保证发酵质量呢！好像做面包的发酵罐，不清理干净下次做出来的面包能好吃吗？
我觉得好的发酵罐设计真的太重要啦，关系到最终产品的质量和成败呀！。
发酵罐的设的原则
一、设计基本原则
设计好的发酵罐，在操作时应当是无杂菌的， 即保证发酵过程不被污染。
下面为发酵罐设计时的基本原则：
(1) 尽量减少法兰连接。因为设备震动和热膨胀， 会
引起法兰连接处移位，而导致〉亏染。
(2) 尽可能采用全部焊接结构。所有焊接点必须切 实
磨光，消除蓄积耐热菌的固体物质的场所。
产物生成—2(?作用物卞成
0发«=01：物+0搅拌-0蒸发-0榀射
•搅拌器所产生的热量可用下列近似公式 计算：
860X4.186=4.5X860X4.186
= 16203（千焦/小时） 式中戶一後拌功率（千瓦）
3600：机械能转变为热能的热功当量（11））
汽化热03的计算：
式中（?——空气的重量沫量（公斤/小时） ——进口空气的热焓（千焦/公斤） —出口空气的热焓（千焦/公斤）
料和提供传热量的部件。
（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 ＞开孔及幵孔补强 ＞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。
（4^一冷却水积垢的热阻（米1•小时/0/千焦），一般可取米7•小时'0/ *千焦） •
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%,发酵罐的容轵为300«)\
发酵罐的设计范文
发酵罐的设计范文发酵罐是用来进行微生物发酵过程的设备，广泛应用于食品、医药、饲料、酒精等行业。
它的设计对于保证发酵过程的顺利进行具有重要意义。
首先，在设计发酵罐时，需要考虑容器的材质选择。
常见的发酵容器材质有玻璃、不锈钢、塑料等。
其中，不锈钢是目前最常用的材料，因为它具有良好的耐腐蚀性能和机械强度，能够适应不同的发酵工艺和条件。
此外，不锈钢材质还易清洗，能够保证发酵过程的卫生安全。
其次，发酵罐的设计应考虑容器的形状和尺寸。
一般而言，发酵罐的形状可以是圆柱形、椭圆形或立方形，尺寸则根据实际需要而定。
圆柱形发酵罐具有较小的基底面积，体积利用率较高，适用于大规模的发酵过程；而椭圆形发酵罐能够减小搅拌时的死角和液流的旋转，有利于发酵物料的均匀混合；立方形发酵罐则容易进行工艺控制和操作。
根据实际需要选择合适的形状和尺寸，以满足发酵工艺的要求。
同时，发酵罐的设计还需要考虑气体供应和排出的设施。
发酵过程中，微生物需要氧气进行呼吸，因此罐体需要有合适的进气装置，以保证微生物的正常生长。
常见的进气装置有机械式搅拌、气体通道等。
同时，还需要考虑废气的排出，避免微生物产生过量气体而影响发酵过程。
此外，温度和酸碱度是影响发酵过程的关键因素，因此在设计发酵罐时需要考虑温度和酸碱度的控制设备。
发酵罐通常会设置恒温装置，以保持适宜的发酵温度。
常见的恒温设备有水浴、电热传导等。
对于酸碱度的控制，可以通过添加酸碱溶液等方式进行调节。
最后，发酵罐的设计还需要考虑搅拌和控制系统。
搅拌过程有助于增加氧气传递、混合反应物料和促进产物的分散。
搅拌系统通常包括电机、搅拌桨和传动装置等。
对于控制系统，需要设置相应的传感器和控制器，以对温度、酸碱度、溶解氧等过程参数进行监测和控制。
总之，发酵罐的设计是一项复杂而重要的任务，需要考虑容器材质选择、形状尺寸、气体供应排出、温度酸碱度控制以及搅拌控制系统等方面。
只有合理设计，才能满足发酵过程的要求，保证产品的质量和产量。
发酵罐设计结果的讨论与说明
发酵罐设计结果的讨论与说明发酵罐设计结果的讨论与说明一、引言发酵罐是一种用于生物发酵过程的设备，广泛应用于食品、制药、化工等行业。
在发酵过程中，发酵罐的设计对产品质量和产量有着重要影响。
本文将对发酵罐设计结果进行讨论与说明。
二、发酵罐设计要求1. 容量：根据生产需求确定发酵罐的容量大小，确保能够满足预定产量。
2. 材料：选择适合生物发酵过程的材料，如不锈钢等，具有良好的耐腐蚀性和可清洁性。
3. 结构：考虑到操作便捷性和安全性，发酵罐应具备合理的结构设计，包括进出料口、排气孔、温度控制装置等。
4. 混合方式：根据不同的发酵过程选择适当的混合方式，如机械搅拌、气体搅拌等。
5. 温度控制：提供恒定且可调节的温度控制系统，确保发酵过程中温度稳定。
三、设计结果讨论1. 容量选择：根据生产需求和经济成本考虑，发酵罐的容量应适当。
如果容量过大，会增加设备投资和能耗；如果容量过小，会限制产量。
在设计中，我们综合考虑了预定产量、产品特性和设备投资等因素，最终确定了合适的容量。
2. 材料选择：在发酵罐的材料选择上，我们优先考虑了不锈钢材料。
不锈钢具有良好的耐腐蚀性和可清洁性，能够满足生物发酵过程对材料的要求。
同时，不锈钢也具有较高的强度和耐用性，在使用寿命方面更加可靠。
3. 结构设计：为了提高操作便捷性和安全性，我们在发酵罐的结构设计上做出了一些改进。
在进出料口的设计上考虑了操作人员的便利性，并增加了相应的防护装置；在排气孔设置上采用了可调节大小的设计，以满足不同发酵过程中气体排放需求；在温度控制装置方面引入了自动化控制系统，可以实现精确且稳定的温度控制。
4. 混合方式选择：根据不同的发酵过程，我们选择了适当的混合方式。
对于一些需要较高氧气传递效率的发酵过程，我们采用了气体搅拌方式，通过增加气体流量和设计合理的搅拌装置来提高混合效果；对于一些需要较高剪切力的发酵过程，我们采用了机械搅拌方式，通过调节搅拌速度和设计合理的搅拌器形状来实现混合效果。
5m3发酵罐设计
5m³发酵罐设计1. 引言发酵罐是一种用于生物工程和生物技术领域的设备，用于促进微生物在控制条件下进行发酵过程。
本文将介绍一种容量为5m³的发酵罐的设计方案，包括材料选择、外观设计、结构设计、控制系统设计等。
2. 材料选择选取合适的材料对发酵罐的工作效果和使用寿命有着重要的影响。
根据容量为5m³的发酵罐的要求，我们建议采用以下材料：•不锈钢：选用优质的不锈钢作为发酵罐的主要材料，因其耐腐蚀、耐高温、易清洁等优点，可以满足发酵过程中的要求。
•聚碳酸酯：用于发酵罐的透明观察窗口，方便实时观察发酵过程。
3. 外观设计外观设计既要满足美观的要求，也要考虑到实际的工程需求。
以下为5m³发酵罐的外观设计要点：•圆筒形设计：采用圆筒形设计，使得罐体结构更稳定，利于均匀的液体和气体流动，减少死角的存在，方便清洁。
•防震设计：在设计中考虑到发酵罐可能遭受的外力，采用抗震设计，确保发酵过程中不会因外力干扰而产生异常。
•观察窗口：在发酵罐的一侧设置透明的观察窗口，方便运行人员观察发酵过程，随时掌握情况。
4. 结构设计结构设计主要包括发酵罐的支撑结构、搅拌装置和通气系统设计。
•支撑结构：发酵罐的底部采用锥形设计，以方便收集物质，并设置支撑脚，使罐体稳定地放置在地面上。
•搅拌装置：发酵过程中，需要对物质进行充分搅拌，以保证发酵效果。
设计中采用叶轮式搅拌器和电机驱动，使搅拌均匀而稳定。
•通气系统：发酵过程中需要控制罐内的氧气含量，设计中设置通气系统，包括进气孔和出气口，可根据需要进行调节。
5. 控制系统设计为了实现发酵过程的控制和监测，设计中含有一个完善的控制系统。
以下为主要的设计要点：•温度控制：通过温度传感器实时监测罐内温度，并根据设定值进行恒温控制，以保证发酵过程的稳定进行。
•pH值控制：使用pH传感器监测罐内pH值，并根据设定范围进行自动调节，以维持最适合微生物生长的环境。
•氧气含量控制：通过氧气传感器监测罐内氧气含量，并根据需要调节通气系统，以控制罐内的氧气含量。
25l发酵罐的结构和操作
25l发酵罐的结构和操作一、罐体设计1. 容积：25L，适合小规模发酵实验。
2. 材质：主体结构采用304不锈钢，具有良好的耐腐蚀性和高强度。
3. 结构设计：罐体分为上下两部分，上部为发酵区，下部为加热/冷却区。
4. 密封性：采用机械密封方式，确保发酵过程中无泄漏。
二、搅拌系统1. 搅拌桨：采用多层桨叶设计，能够提供良好的混合效果和溶氧能力。
2. 搅拌速度：可调，根据发酵工艺需要进行调整。
3. 搅拌电机：采用直流电机，稳定可靠，易于维护。
三、加热/冷却装置1. 加热方式：采用PTC加热元件，加热均匀，速度快。
2. 冷却方式：采用半导体制冷片，可实现快速降温。
3. 温度控制：采用PID温度控制器，精确控制发酵温度。
四、通风 system1. 空气过滤：为确保进入发酵罐的空气的洁净度，配置初效过滤器。
2. 通风量：配置了合适的风机，以提供足够的通风量。
3. 消音装置：为降低风机运行时的噪音，配置了消音装置。
五、消泡装置1. 消泡方式：采用机械消泡和化学消泡相结合的方式，有效降低泡沫的产生。
2. 消泡元件：搅拌桨上配置了消泡元件，可有效破碎气泡。
3. 消泡剂喷嘴：罐体上部安装了消泡剂喷嘴，可定时喷洒消泡剂。
六、控制系统1. 控制界面：采用触摸屏控制界面，操作简单直观。
2. 控制功能：可实现温度、湿度、通风量、搅拌速度等参数的实时监测和控制。
3. 安全保护：配置了过温、过载等安全保护功能，确保设备安全运行。
七、清洗装置1. 清洗方式：采用自动清洗和手动清洗两种方式，方便快捷。
2. 清洗元件：配备高压喷头和刷子，可有效清洗罐体内外表面。
3. 清洗液：配置了专用清洗液，可有效去除残留物和生物污垢。
八、记录仪1. 数据记录：可记录温度、湿度、通风量、搅拌速度等参数的历史数据。
2. 数据导出：数据可通过USB接口导出，方便数据分析。
九、操作流程1. 准备阶段：在开始发酵前，确保所有设备都已清洗干净，并按照要求组装好。
发酵罐的设计原则
发酵罐的设计原则
发酵罐的设计原则主要包括以下几个方面：
合理性：发酵罐的设计应合理，既要满足工艺要求，又要符合实际生产需要。
罐体的尺寸和形状应符合生产规模和物料特性的要求，同时要便于操作和维护。
耐腐蚀性：发酵罐通常会接触各种酸、碱、盐等腐蚀性介质，因此罐体应选用耐腐蚀性强的材料，如不锈钢、玻璃钢等。
同时，对于与物料接触的部分，应选用符合食品卫生标准的材料，以保证产品的安全。
密封性：发酵罐应具有良好的密封性能，以防止气体和液体的泄漏。
密封结构应简单可靠，易于清洗和更换。
安全性：发酵罐应设计安全设施，如防爆阀、安全阀等，以防止超压和爆炸等事故的发生。
同时，罐体上应设有观察窗或摄像头等监控设施，以便实时监测罐内物料的状态和变化。
节能环保：发酵罐的设计应考虑节能环保的要求，如采用保温材料、降低能耗等措施。
同时，对于排放的废气和废水，应进行有效的处理，以符合环保标准。
可操作性：发酵罐的设计应便于操作和维护。
罐体的布局和结构应便于清洁和消毒，同时要便于设备的安装和拆卸。
总之，发酵罐的设计原则应综合考虑合理性、耐腐蚀性、密封性、安全性、节能环保和可操作性等方面，以确保发酵罐能够满足实际生产需要，提高生产效率和产品质量。
发酵罐设计原则
发酵罐设计原则
1. 合理的体积大小：发酵罐的体积应根据发酵物料的性质和产量需求进行合理设计，既要满足发酵过程中气体和液体的充分混合，又要确保发酵物料的充分接触和搅拌，提高发酵效果。
2. 适宜的温度控制：发酵罐应配备温控系统，能够在发酵过程中根据需要保持恒定的温度，以促进发酵菌的活动和产物的生成，并避免过高或过低的温度对发酵过程的负面影响。
3. 充分的气体供给和排除：发酵过程需要供给氧气和水分，同时需要排除产生的二氧化碳等废气。
因此，发酵罐应设计合理的通气设备和气体质量控制措施，保持适宜的气体浓度和流通。
4. 卫生安全性：发酵物料往往提供了微生物生长的条件，因此发酵罐的设计应注重卫生安全性，包括易清洗、无死角的设计，避免细菌和病原微生物的污染等。
5. 稳定的搅拌效果：发酵罐应具备良好的搅拌效果，保证物料的充分混合和均匀分布，提高发酵效果，并避免发酵物料结块、沉淀等现象的发生。
6. 方便的操作和监控：发酵罐应设计成方便操作和监控的形式，包括适当的开口、观察孔、配备自动化控制设备等，方便进行样品采集、监测发酵过程的关键指标，并能根据需要进行调整和控制。
7. 耐腐蚀和耐压性能：发酵罐的材质应具有良好的耐腐蚀性能，
能够抵御发酵过程中可能出现的酸碱腐蚀，同时还要具备足够的耐压性能，以承受发酵过程中产生的压力。
8. 可持续性设计：发酵罐的设计要考虑可持续性，包括节能、资源利用率高、低碳排放等方面的考虑，以降低对环境的影响。
生物发酵罐设计报告
生物发酵罐设计报告一、引言生物发酵是指利用微生物在适宜条件下进行代谢活动，产生有用物质的过程。
生物发酵技术在食品、饲料、医药、化工等行业有广泛应用。
发酵罐是生物发酵过程中装置的关键部分，设计合理的发酵罐能够提高发酵效果，降低能耗，提高生产效率。
本报告将对发酵罐的设计进行详细阐述。
二、设计目标1.提供合适的发酵环境：发酵罐内的温度、湿度、pH值等参数需要精确控制，以满足微生物生长的要求。
2.实现高效的氧气传递：发酵罐内需要保持充足的氧气供应，以促进微生物的代谢过程。
3.提供良好的搅拌效果：发酵过程中需要对培养基进行均匀的混合，以保证微生物充分接触到培养基。
4.实现可靠的物料输入和产物输出：发酵过程中需要定期添加原料和收集产物，设计合理的输入和输出系统能够提高生产效率。
三、发酵罐设计方案1.材料选择：发酵罐应采用耐腐蚀的材料，如不锈钢，以保证长期使用的稳定性。
2.结构设计：发酵罐采用立式圆筒形结构，底部设有锥形底板，以方便培养基的排出。
罐体上部设置天窗和进气口，方便观测和气体输入。
3.加热和冷却系统：发酵罐底部设有加热和冷却系统，通过控制加热和冷却介质的流动，实现对发酵罐内温度的精确控制。
4.pH调节系统：发酵罐内设有pH传感器和调节装置，可以根据实时监测到的pH值，自动调节pH值以满足微生物生长的需要。
5.搅拌系统：发酵罐内设有搅拌器，通过机械或气体动力驱动，实现对培养基的均匀搅拌，以确保微生物与培养基的充分接触。
6.氧气供应系统：发酵罐顶部设置氧气输入装置，并配备氧气流量计，根据不同微生物的需氧性，设定合理的氧气输入量。
7.输入和输出系统：发酵罐底部设有原料输入和产物输出口，通过泵或其他输送设备实现物料的输入和输出，可根据需要进行定时或连续操作。
四、结论在设计生物发酵罐时，需要充分考虑发酵环境、氧气传递、搅拌效果以及输入和输出系统等因素。
设计合理的发酵罐能够提高生物发酵过程的效率和产量，减少能耗，从而实现经济效益和环境友好性。
机械通风发酵罐设计心得体会
机械通风发酵罐设计心得体会
机械通风发酵罐的设计需要考虑多个方面，我从以下几个方面总结了一些心得体会：
1. 罐体结构设计：应根据发酵物质的特点，选择合适的罐体材料，并合理设计罐体的结构和尺寸，以保证罐体的强度和承载能力，同时使通风均匀、便于清洗和维护。
2. 通风系统设计：罐体内部的通风系统应根据所发酵物质的特点，选用合适的通风装置，并设计合理的通风管道，以保证通风效率和通风方式的合理性。
3. 控制系统设计：发酵罐的控制系统应具备良好的控制性能和可靠性，并根据所发酵物质的特点，合理设计控制策略和控制参数，以实现自动化控制。
4. 安全保护系统设计：应根据发酵罐的实际情况，设计合理的安全保护系统，以确保罐体运行的安全、稳定和可靠。
综上所述，机械通风发酵罐的设计需要全面考虑各个方面的因素，以保证罐体的实用性、可靠性和安全性。
课程设计书(70M3发酵罐)要点
第一章设计方案的分析、拟定我设计的是一台70M3机械搅拌通风发酵罐,发酵生产红霉素。
经查阅资料得知生产红霉素的菌种有红色链霉菌、红霉素链霉菌、红色糖多孢菌，综合最适发酵温度、PH、等因素选择红霉素链霉菌，该菌种最适发酵温度为31℃，pH为6.6~7.2，培养基为发酵培养基，主要成分为淀粉10%、黄豆饼粉5%、硫酸铵0.5%、磷酸二氢钾0.2%、碳酸钙2%。
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。
这次设计就是要对机械搅拌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。
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。
压力P——除注明外，压力均指表压力，单位用MPa表示。
工作压力——指在正常情况下，容器顶部可能达到的最高压力。
设计压力——指设定的容器顶部的最高压力。
它与设计温度一起作为设计载荷条件，其值不小于工作压力。
一般在装有安全阀时Pd=(1.05~1.1)Pw当无安全阀时，Pd=(1.0~1.05)*1、设计压力容器的设计压力是指相应的设计压温度下，用以确定壳体厚度的压力，其值不得小于最高工作压力。
容器的最高工作压力是指在正常操作情况下，容器顶部可能出现的最高表压力。
*2、设计温度设计温度是指容器在正常操作情况，在相应的设计压力下设定的受压元件的金属温度（沿元件金属截面的温度平均值）。
当元件的金属温度大于等于0℃时设计温度不得低于元件金属可能达到的最高温度，当元件金属温度低于0℃时设计温度不得高于元件金属可能达到的最低温度。
第二章 发酵罐的设计
3 消泡器
作用：打碎泡沫，防止逃逸
型式：锯齿状，梳状，孔板状，一般安装在搅拌轴上高出液
面的部位，随搅拌轴转动而转动，将泡沫打碎。 长度： L=0.65D
4 空气分布管
作用：使通入的空气均匀分布 型式： 单管式 正对罐底，距罐底 40mm，罐底衬不锈 钢圆板，防空气冲击
环
式
不常用，易堵。
5 传动装置
2.2 自吸式发酵罐
2.2.1特点 不用空压机，在搅拌时或液体高速喷射 时自动吸入空气。
2.2.2 定子与转子的结构与类型
将 气 体 吸 入 。
液 体 甩 出 ， 形 成 内 部 真 空 ， 转 子 的 作 用 ： 将 转 子 内 的 打体 定 碎混 子 ，匀 的 促， 作 进甩 用 溶出 ： 氧， 将 。将 气 大体 气与 泡液
排气 空气 分离 区
带隔 板的 上流 管
下流 管
冷却 水 压 缩空 气
图6-14 塔式发酵罐。
内循环气升式发酵罐
1-导流筒；2-筛板；3-分配器；4，
5-人孔
气升环流式生物反应器
优点: 结构简单，附件少，容易制造，维修和清洗。
取消了搅拌转动，减少了投资，节省动力约 50%，对菌体无损伤。密封性能好，不易染菌。 能自消泡，不须加消泡剂。装料系数高，可达 80%-90%。
对于碳钢的发酵罐,则要喷涂防腐涂料
图6-11 机械搅拌发酵罐的 几何尺寸
罐容积的计算
圆筒容积：V1=(π/4
)D2H0 (π/4) D2hb+ (π/6) D2ha = (π/4) D2(hb+1/6D)
椭圆封头容积：V2=
式中ha=1/4D
公称容积：V3=V1+V2（取整数） 全容积：V=V1+2V2
7-发酵罐的放大设计
7.3 发酵罐放大设计方法
一、以kLa为基准的比拟放大 在生物反应器的放大中，通常保持体积 氧传递系数(体积溶氧系数)的恒定。这巳 由需氧发酵的工业生产结果得到证实。 现在的主要问题是如何提供足够的氧。 虽然足够的氧供给并不意味着良好的混 合。
※发酵液的溶氧传质速率(OTR)
OTR=kl a c c 式中 kl a－以 c c 为推动力的 体积溶氧系数， 1/ h或1/ s; c－发酵液中溶氧浓度，mol/m3； c－相同温度和压强下 发酵液的饱和溶氧浓度，mol/m3 一般情况下 则 c 5％～10％c OTR 0.95kl a
7.4 发酵罐设计步骤
1、设计任务与要求 2、设计说明及计算 ⑴物料衡算及热量衡算、反应器尺寸； ⑵反应器的初步设计计算； ⑶发酵工艺改进规划； ⑷优化设计； ⑸有关改进设计的补充说明。
7.5 发酵罐设计时应该注意的几个问题：
1、培养系统的已灭菌部分与末灭菌部分之 间不能直接连通，与发酵罐相通的任何 连接都应蒸汽密封，防止死角、裂缝等； 2、某些部分应能单独灭菌； 3、尽可能采用全部焊接结构，尽量减少法 兰连接； 4、设备和管道易于清洗和维修； 5、反应器应保持正压。
第七章 发酵罐的放大设计
7.1 发酵罐设计的目标
1、严密的结构，较好的无菌条件，良好的液 体混合性能，较高的传质、传热性能； 2、产品的质量高、成本低，适合工艺要求； 3、好的过程控制，配套而又可靠的检测和控 制仪表，多样化、大型化和高度自动化。
7.2 发酵罐的设计依据
1、生物反应动力学，它是进行生物反应器定量 研究的基础； 2、流体的输送及混合，核心问题是流体之间动 量的传递、机械能的守恒和转化； 3、热量的传递，主要是考虑发酵热的传出及发 酵罐温度的控制； 4、物质的传递，主要有细胞内外物质的交换、 营养物到细胞的传递、氧从气泡到细胞的传递、 二氧化碳从细胞到气泡的传递。 （生物反应器设计和操作的限制因素主要是传质 和传热。）
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
发酵工程发酵罐放大与设计解读
几何尺寸放大
放大倍数m指罐的体积增加倍数，即 ∵几何相似，∴ H1 H 2 D1 D2
m V2 V1
则
V2 V1
4
D2 2 H 2
4
D12 H1
4
D2 2 D2
4
D12 D1
( D2 )3 D1
m
∴
H2 D2 3 m
传热工程
产热Q1 V罐体积
传热Q2 A罐表面积
V↑，
A V
1↓
R
∴除了筛选耐高温菌株外，改善发酵罐的传热性能十分关
键。
3.发酵罐设计的基本要求
发酵罐能在无杂菌污染条件下长期运转。搅拌器轴 封严密，减少泄漏；结构紧凑，附件少；无死角， 内壁光滑；管道等尽可能焊接，少用法兰；可维持 一定正压；取样口易于灭菌，各部分能单独灭菌。
传质效果好（传氧性能好，KLa大） 。 有足够的冷却面积（传热性能好，冷却能力强）。
功耗低（传递效率高，节能）。
采用不锈钢，耐腐蚀及可以高温灭菌。
应有基本控制系统（如T、pH、甚至DO2）。 具有消泡功能（机械消泡或补消泡剂）。 具有取样装置和冷却装置（防止水分损失）。 要求放料、清洗、维修等操作简便，劳动消耗低。 实验罐、中试罐应与生产罐有相似的几何形状，
5T以下用外夹套式，K传热系数=400-600kJ/m2 hr•℃
竖式蛇管(热交换强、蛇管设于罐内，不易清洁)
5T以上；K传热系数=1200-1890kJ/m2•hr•℃ 竖式列管（排管）：
传热系数较蛇管低，但冷却水流速较蛇管大，适用于气 温较高，水源充足的地区。
三、通用式发酵罐的设计与放大
啤酒发酵罐设计总结
啤酒发酵罐设计总结
啤酒发酵罐是啤酒酿造过程中至关重要的设备之一，其设计要考虑到以下几个方面。
1. 容量：发酵罐的容量要根据啤酒酿造的规模来确定。
一般来说，大规模的啤酒厂需要更大容量的发酵罐，以满足产量需求。
2. 材质：发酵罐通常采用不锈钢材质，因为不锈钢具有耐腐蚀、易清洁等特点，能够保证啤酒的质量和卫生安全。
3. 结构：发酵罐一般为圆筒形，并配有上下两个圆形封头。
上部封头上通常有一些用于通气、取样和观察的口，下部封头上则有一个出口用于排出废物和收集啤酒。
4. 控温系统：发酵罐需要能够控制温度，以提供适合酵母发酵的条件。
一般会在发酵罐上安装温度探头，并配备温度控制系统，可以根据需要调节发酵罐内的温度。
5. 搅拌系统：发酵罐内的液体需要经常搅拌，以保证酵母均匀分布和氧气供应。
因此，发酵罐设计中需要考虑搅拌系统的安装位置和方式。
6. 清洗系统：发酵罐需要经常清洗，以去除残留物和细菌。
因此，设计中需要考虑清洗系统的设置，以确保能够方便有效地进行清洗操作。
7. 安全措施：发酵罐设计中需要考虑安全措施，如安装压力表、安全阀等，以避免因压力过高造成的危险。
啤酒发酵罐的设计需要考虑到容量、材质、结构、控温系统、搅拌系统、清洗系统和安全措施等方面，以确保啤酒酿造过程的顺利进行。
发酵罐设计说明书
发酵罐设计说明书发酵罐设计说明书一、引言本文档是为了详细说明发酵罐的设计方案，包括设计目的、设计原则、设计要求和具体的设计方案等。
本文档的目标是确保发酵罐的设计满足生产需求，同时确保其安全性和可靠性。
二、设计目的发酵罐是用于发酵过程的容器，其设计目的是提供一个能够支持发酵过程的环境和设备，使得发酵过程能够顺利进行，同时确保产品质量和安全。
三、设计原则1.安全性：发酵罐的设计必须符合相关的安全标准和规范，确保操作人员和设备的安全。
2.可靠性：发酵罐的设计必须能够保证其正常运行和长期稳定性。
3.高效性：发酵罐的设计要考虑最大程度的提高发酵效率，提高生产效益。
4.可维护性：发酵罐的设计要考虑方便的维修和保养，降低维护成本。
四、设计要求1.容量要求：根据生产需求确定发酵罐的容量，确保足够的产能。
2.材料选择：选择适合发酵过程的材料，确保材料的耐腐蚀性和耐高温性。
3.冷却系统：设计合适的冷却系统，确保发酵过程中的温度控制。
4.气体控制系统：设计合适的气体控制系统，确保发酵过程中的气体供应和排放。
5.清洗系统：设计合适的清洗系统，确保发酵罐的清洁和卫生。
6.自动化控制系统：设计合适的自动化控制系统，确保发酵过程的自动化和监控。
五、设计方案1.发酵罐结构：设计合适的发酵罐结构，包括底部，侧壁，顶盖等部分。
2.冷却系统设计：设计合适的冷却系统，包括冷却介质循环系统和温度控制系统。
3.气体控制系统设计：设计合适的气体控制系统，包括气体供应和排放系统。
4.清洗系统设计：设计合适的清洗系统，包括清洗介质循环系统和清洗装置。
5.自动化控制系统设计：设计合适的自动化控制系统，包括传感器、控制器等设备。
六、附件本文档涉及的附件包括相关的设计图纸和技术参数表。
七、法律名词及注释1.安全标准：指根据相关法规和标准确定的保护人员和设备安全的要求。
2.耐腐蚀性：指材料对于化学物质的耐受性。
3.耐高温性：指材料对于高温环境的稳定性和可靠性。
发酵罐标准
发酵罐标准
1、生物发酵罐应具有适宜的高径比。
2、发酵罐应能承受一定压力。
由于发酵罐在消毒及正常工作时,罐内有一定的压力和温度,因此罐体各部件要有一定的强度,能承受一定的压力。
3、生物发酵罐的搅拌装置和通风装置要能使气泡分散细碎,气液充分混合,以保证氧的溶解,提高氧的利用率。
4、发酵罐要有加热和冷却装置,应具有足够的冷却面积。
微生物生长代谢过程放出大量的热量,为了控制发酵过程不同阶段所需的温度,发酵罐应有足够的冷却面计。
5、生物发酵罐内应抛光,尽量减少死角,确保灭菌*。
6、搅拌器的轴封应严密、尺量减少泄漏。
发酵罐应该具备有良好的气一液一固接触和混合性能与高效的热量、质量、动量传递性能；在保持生物反应要求的前提下，降低发酵罐能耗；有良好的热量交换性能，以维持生物反应适温度；有可行的管路比例和仪表控制，适用于灭菌操作和自动化控制。
发酵罐设计要点
目录前言 (2)设计方案的拟定 (3)(1) ......................................................................................................................................... 、机械搅拌生物反应器的型式 ................................................... .3(2) ......................................................................................................................................... 、反应器用途 . (3)(3) ......................................................................................................................................... 、冷却水及冷却装置 ........................................................ ..3(4)、设计压力罐内0.4MPa；夹套0.25 Mpa (4)表-发酵罐主要设计........ (4)工艺设计及计算 ........................................................... ..5(1)生产能力、数量和容积的确定 (5)(2)主要尺寸计算 (5)(3)冷却面积的计算 (6)(4)搅拌器设计 (6)(5)搅拌轴功率的计算 (7)(6)i求最高热负荷下的耗水量W ....................................................................... .8ii 冷却管组数和管径 (9)iii冷却管总长度L计算 (10)iv每组管长I o和管组高度 (10)V 每组管子圈数n0 (10)Vi 校核布置后冷却管的实际传热面积 (10)(7)设备材料的选择 (10)(8)发酵罐壁厚的计算 (11)(9)接管设计 (12)(10)支座选择 (13)设计结果汇总 (14)参考资料 (14)发酵罐设计心得体会 (15)附录及设计图刖言生化工程设备课程设计是生物工程专业一个重要的、综合性的实践教学环节，要求我们综合运用所学知识如生化反应工程与生物工程设备课程来解决生化工程实际问题，对培养我们全面的理论知识与工程素养，健全合理的知识结构具有重要作用。
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。
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目录前言 (2)设计方案的拟定 (3)(1) ......................................................................................................................................... 、机械搅拌生物反应器的型式 ................................................... .3(2) ......................................................................................................................................... 、反应器用途 . (3)(3) ......................................................................................................................................... 、冷却水及冷却装置 ........................................................ ..3(4)、设计压力罐内0.4MPa；夹套0.25 Mpa (4)表-发酵罐主要设计........ (4)工艺设计及计算 ........................................................... ..5(1)生产能力、数量和容积的确定 (5)(2)主要尺寸计算 (5)(3)冷却面积的计算 (6)(4)搅拌器设计 (6)(5)搅拌轴功率的计算 (7)(6)i求最高热负荷下的耗水量W ....................................................................... .8ii 冷却管组数和管径 (9)iii冷却管总长度L计算 (10)iv每组管长I o和管组高度 (10)V 每组管子圈数n0 (10)Vi 校核布置后冷却管的实际传热面积 (10)(7)设备材料的选择 (10)(8)发酵罐壁厚的计算 (11)(9)接管设计 (12)(10)支座选择 (13)设计结果汇总 (14)参考资料 (14)发酵罐设计心得体会 (15)附录及设计图刖言生化工程设备课程设计是生物工程专业一个重要的、综合性的实践教学环节，要求我们综合运用所学知识如生化反应工程与生物工程设备课程来解决生化工程实际问题，对培养我们全面的理论知识与工程素养，健全合理的知识结构具有重要作用。
在本课程设计中，通过生化过程中应用最为广泛的设备，如机械搅拌发酵罐、气升式发酵罐、动植物细胞培养反应器，蒸发结晶设备、蒸馏设备等的设计实践，对我们进行一次生化过程发酵设备设计的基本训练，使我们初步掌握发酵设备设计的基本步骤和主要方法，树立正确的设计思想和实事求是，严肃负责的工作作风，为今后从事实际设计工作打下基础。
设计方案的拟定我们设计的是一台25M机械搅拌通风发酵罐，发酵生产味精。
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，D i：d i：L:B=20:15:5:4③搅拌器直径：D i =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）、反应器用途用于味精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/m32粘度2.0 x 10-3N.s/m导热系数0.621W/m「C比热4.174kJ/kg. C③高峰期发酵热3-3.5 x104kJ/h.m3④溶氧系数：种子罐5-7 x 10-6molQ/ml.min.atm发酵罐6-9x10-6molO2/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18-20C冷却水出口温度：23-26C发酵温度：32-33C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25M3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。
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-发酵罐主要设计条件项目及代号参数及结果备注发酵产品味精工作压力0.4MPa由任务书确定设计压力0.4MPa由任务书确定发酵温度33 r根据任务书选取（工作温度）设计温度150C由工艺条件确定冷却方式列管冷却由工艺条件确定发酵液密度1080Kg /m3由工艺条件确定发酵液黏度 3 22.0 10 3N ?s/m2由工艺条件确定25m3机械搅拌发酵罐的设计工艺设计及计算：(1) 生产能力、数量和容积的确定①发酵罐容积V=25m 3②生产能力计算：现每天产99%屯度的味精2t，谷氨酸发酵周期为48h (包括发酵罐清洗、灭菌、进出物料等辅助操作时间)，则每天需糖化液体积为V糖。
每天产纯度为99%勺味精2t，每吨100%勺味精需糖液15.66m3。
V糖=15.66 X 2X 99%=3im设发酵罐填充系数© =70%则每天需要发酵罐的总容积为V。
(发酵周期为48h)V 0= V糖/ © =31/0.7=44.3m 3③发酵罐个数的确定：计算发酵罐容积时有几个名称需明确。
a 装液高度系数，指圆筒部分高度系数，封底则与冷却管、辅助设备体积相抵消。
b、公称容积，指罐的圆柱部分和底封头容积之和，并圆整为整数。
c、罐的全容积，指罐的圆柱部分和两封头容积之和。
本次设计所需发酵罐个数为：N=V总24 =3.5个取圆整得：N=4个实际产量验算：25 0.7 2300=677.42t/a15.5富裕量：677・42 600 100% =12.9% 能满足产量要求。
600(2) 主要尺寸计算发酵罐全体积为V0=25n3椭圆形封头体积：乂=—D2h b -D2h a4 6式中：h b-椭圆封头的直边高度，m h b=0.05mh a-椭圆封头短半轴长度，h a=-D4而，V°=—D2H 2V1 一 D2H 0.26D3（忽略h b）=254 4将H/D=2代入上式得：D=2.4m H=2D=4.8mV 1= D 2h a -D 2h b -2n3 6 46公称体积V N = =V 0-V 封=25-2=23n3验算全容积V 全： 全"筒+2 V 封=D?H 2 (—D?h b D 2h a ) 4 4 6 = D (1.2 0050.2 )2 〜25.7 (3) 冷却面积的计算：为了保证发酵罐在最旺盛、微生物消耗基质最多 以及环境气温最高时也能冷下来，必须按发酵生成热量高峰、一年 中最热的半个月的气温下，冷却水可能达到最高温度的恶劣条件 下，设计冷却面积。
计算冷却面积使用牛顿传热定律公式，即：F= Q 总 k m发酵过程的热量计算有许多方法，但在工程计算时更可靠的方法仍然是实际测得的每1晦发酵液在每1h 传给冷却器的最大热量。
对谷氨酸发酵：高峰期发酵热，3X 104KJ/h.m3采用竖式蛇管换热器，取经验值K=4.18 X 500KJ/ ( m3.h. C)t 1 t 2 Int 23220代入 C — 32 r J 26 C 12 612 6△ t m =^^ =8.656 CIn : 6 对总容量为25n3的发酵罐，每罐实际装液量为 V °=31/2=15.5m3Q总=QX 15.5=3 X 104 KJ/h.m3X 15.5m3 =4.65 X 105KJ换热面积: F=—总4.65 105 k t m 4.18 500 8.656 =25.7 m 23 (4) 搅拌器设计机械搅拌通风发酵管的搅拌涡轮有三种形式，可根据发酵特点、基质以及菌体特性 7选用。
本次设计，由于谷氨酸发酵过程有中间补料操作，对混合要求较高，因 此选用六弯叶涡轮搅拌器。
该搅拌器的各部分尺寸与罐径 D 有一定比例关系，现将主要尺寸列出：搅拌器叶径 D j =D/3=2.4/3=0.8m取 d=0.8m 叶宽B=0.2 D i =0.2 X 0.8=0.16m 弧长l=0.375d=0.375 X 0.8=0.3m 底距 C=0.8D=0.8 X 2.4=1.9m盘径 d i =0.75 X D i =0.75 X 0.8=0.6m叶弦长 L=0.25D=0.25 X 0.8=0.2m 叶距 S=D=2.4m弯叶板厚 S =12mm取两档搅拌，搅拌转速N 2可根据50n3罐，搅拌器直径1.05m,转速N,=110r/min ， (5) 搅拌轴功率的计算通风搅拌发酵罐，搅拌轴功率的计算有许多种方法，现用修正的迈 凯尔式求搅拌轴功率，并由此选择电机。
淀粉水解糖液低浓度细菌醪，可视为牛顿流体，计算步骤如下：① 计算R emR2 = D 2NPem — 式中 D —搅拌器直径，D=0.8m N---搅拌器转速， N=132r/hP ---醪液密度， p =1080Kg/m3卩一醪液粘度，卩=2.0 X 10 3N.S/ m 2 104视为湍流② 计算不通气时的搅拌轴功率P 0 :以等P 0/V 为基准放大求得: "2="罟)D 2 110 罟))=132( r/min )2 将数代入上式：R em =D ^P20.8 132 1080 =4.56 X 107 > 2.0 10P o，N p N3D57式中N p --------------------- 在湍流搅拌状态时其值为常数4.7N ——搅拌转速，N=132r/hD=0.8m , p =1080Kg/n3代入上式，得：F0,= 4.7 2.23 0.85 1080 17.7Kw 两档搅拌：F0=2F0,=35.42Kw③计算通风时的轴功率P g：P g 2.25 10 3（摆）0.39（KWQ式中，P 0――不通风时轴功率（KW, P0=35.42KwQ ---------- 通风量（ml/min），取通风比为0.2，则Q=0.2X 15.5 x 106=3.1 x 106ml/min Q 0.08=3.306代入上式，得P g 2.25 10 3（卩吧）。