200立方米谷氨酸发酵罐设计

生物工程设备课程设计200m3谷氨酸发酵罐设计

院系：生物与化学工程学院

专业：生物工程

班级：

学号：

姓名：

指导老师：

日期：2012年5月11日

生物反应工程与设备课程设计任务书

—机械搅拌生物反应器设计

一、课程教学目标

生物反应工程与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，要求学生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，对培养学生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，对学生进行一次生化过程发酵设备设计的基本训练，使学生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。

二、课程设计题目

设计200m3谷氨酸机械搅拌通风反应器

三、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。

四、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。

3、绘制设备图一张

设备图绘制，应标明设备的主要结构与尺寸。

目录

第1章概述 (1)

1.1发酵罐设计前景 (1)

1.2微生物生物反应器的研究与应用概述 (1)

1.3微生物反应器的研究和应用进展 (2)

第2章设计依据 (3)

2.1、本次设计内容 (3)

2.2、基本参数 (3)

2.2.1 发酵罐的型式 (3)

2.2.2 发酵罐的用途 (3)

2.2.3冷却水及冷却装置 (4)

2.2.4设计压力 (4)

第3章通用发酵罐的系列参考尺寸 (5)

3.1.通用发酵罐的系列尺寸 (5)

3.2 发酵罐主要设计条件 (6)

第4章谷氨酸生产工艺流程简介 (7)

4.1谷氨酸发酵工艺技术参数 (7)

4.2谷氨酸生产原料及处理 (7)

4.3谷氨酸生产工艺流程图 (10)

第5章发酵罐选型及工艺计算 (11)

5.1 发酵罐的设计与选型 (11)

5.1.1 发酵罐的选型 (11)

5.1.2 生产容积的确定 (11)

5.2主要尺寸的计算 (11)

5.3 冷却面积的确定 (12)

5.4 搅拌器设计 (13)

5.5 、搅拌轴功率的确定 (15)

(15)

2.5.1 计算Re

m

5.5.2不通气条件下的轴功率计算 (16)

5.5.3 通气发酵轴功率计算 (16)

P (17)

5.5.4 求电机功率

电

5.6设备结构的工艺设计 (17)

5.7 竖直蛇管冷却装置设计 (18)

5.8备材料的选择 (21)

5.9 发酵罐壁厚的计算 (21)

5.10 接管设计 (23)

第6章设计结果与讨论 (25)

6.1发酵罐参数设计汇总 (25)

6.2 辅助设备有关参数 (26)

6.3 搅拌器有关参数 (27)

6.4主要符号说明 (27)

第7章发酵罐设计心得体会 (29)

参考文献 (30)

设计图 (31)

第1章概述

1.1发酵罐设计前景

生物反应器是多学科交叉的生物技术领域，是21世纪生物工程发展的重要前沿之一。近年来，国内外利用动物、植物和微生物生物反应器生产蛋白药物与其它重要产品的研究取得了令人瞩目的进展，特别是功能基因的高效表达技术与方法研究有了许多新的突破，不少产品已进入研究开发和产业化阶段。

生物反应器（bioreactor）是利用酶或生物体（如微生物）所具有的生物功能，在体外进行生化反应的装置系统，其设计、放大是生化反应工程的中心内容。从反应过程上看，生物反应器根据培养对象的不同可分为以下几种。①微生物反应器和酶反应器。微生物反应器是生产中最基本也是最主要的设备，其作用就是按照发酵过程的工艺要求，保证和控制各种生化反应条件，如温度、压力、供氧量、密封防漏、防止染菌等，促进微生物的新陈代谢，使之能在低消耗下获得较高的产量。酶反应器可分游离酶及固定化酶反应器两大类。②细胞生物反应器。动物细胞或植物愈伤组织培养条件苛刻，培养周期长，杂菌污染的危害性大，因此动植物细胞反应器的设计远较微生物反应器复杂。③转基因动植物生物反应器。目前，动物生物反应器中研究与应用较多的是乳腺生物反应器，该类反应器基于转基因技术平台，使源基因导入动物基因组中并定位表达于动物乳腺，利用动物乳腺天然、高效合成并分泌蛋白质的能力，在动物的乳汁中生产一些具有重要价值的产品。植物生物反应器主要是指利用转基因植物来生产蛋白质和次生代谢产物等工程产品。

1.2 微生物生物反应器的研究与应用概述

微生物反应器和酶反应器发展至今，已经形成了多种类型：在操作方式上，间歇式、连续式和半间歇式均已得到研究和应用；在反应器结构特征上，目前已发展了釜 / 罐式、管式、塔式、膜式等类型；在能量的输入方式上，目前已发展了通过机械搅拌输入能量的机械搅拌式、利用气体喷射动能的气升式和利用泵对液体的喷射作用而使液体循环的生物反应器等；在生物催化剂在反应器中的分布方式上，目前已发展了生物团块反应器和生物膜反应器，其中生物团块反应器根据催化剂相态的不同又发展了填充床、流化床、生物转盘等多种型式的生物反应器；在反应器内的流动和混合状态上，目前生物反应器已发展至全混流型生物反应器和活塞流型生物反应器。