发酵罐设计
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！。
发酵罐设计实验报告
80m3 通用式发酵罐的设计第一章设计方案1.1发酵罐体积确实定1.2发酵罐散热方式确实定1.3搅拌桨的选择和搅拌层数确实定其次章设备参数确实定2.1发酵罐搅拌器搅拌功率的计算2.2发酵罐散热设备的计算第三章设计计算汇总表3.1 设计数据汇总表附图：80m3通用式发酵罐工艺条件图0 第一章 设计方案1.1 发酵罐体积确实定所设计发酵罐为通用式发酵罐，且公称容积为 80m ³。
公称容积近似为圆柱体容积，设 H =3D由于是通用式发酵罐，所以可得D =V =3√π D 2H 4V 0解得发酵罐直径D = 3.24m 取发酵罐直径D = 3.5m通用式发酵罐主要尺寸如下：0.785 × 31. 本设计取H 0 = 3即H = 3D = 10.5mD取发酵罐高H 0 = 10m 2. 搅拌器直径承受六弯叶涡轮搅拌器，直径为D i = D/3 = 3.5 ÷ 3 = 1.2m3. 相邻两组搅拌器的间距本设计S = 3D i = 3.5m 4. 下搅拌器与罐底距离：故本设计取C = D i = 1.2m 5. 挡板宽度和与罐壁距离挡板宽度：W = 0.1D i = 0.12m 挡板与罐壁的距离：B = W /5 = 0.02m 6. 封头高度h = h a + h b当封头公称直径2m 时，h b = 25mm当封头的公称直径大于2m 时，h b = 40mm 。
4本设计D ＞ 2m ，h b = 40mm式中，h a 当为标准封头时取h a = 0.25D = 3.5= 0.9 。
7. 装罐系数h = h a + h b = 0.04 + 0.9 = 0.94m本设计取装罐系数ŋ = 0.7 8. 液柱高度9. 椭圆封头容积H L = ŋH + h a + h b = 0.7 × 10 + 0.94 = 7.94mπ D π3.5 V 2 = 4 D 2(h b + 6) = 4 × 3.52 × (0.04 + 6) = 6m ³10. 全罐高度1.2 发酵罐散热方式确实定H = H 0 + 2h = 11.880m参考有关资料可知大于 5 m ³的发酵罐应承受列管式散热器。
发酵罐 设计
成套液体发酵设备一、种子罐20L（304/夹套/机械搅拌）（一）性能指标要求：1、罐体：公称容积：20L；装料系数70%；夹套控温。
设计压力：0.3MPa，工作压力：0.15Mpa设计温度：130℃，工作温度：121℃。
罐体材质：06Cr19Ni10（304）；夹套材质：06Cr19Ni10（304）罐体接口：专用放料阀（带蒸汽灭菌）、专用取样口（带蒸汽灭菌）、罐侧设有pH、DO、温度传感器接口、视镜视灯，补料接口、接种口、移种口、进气排气、压力表口、备用口等多个工艺标准接口。
表面处理：罐内无死角；可见焊缝磨平，角焊缝磨成光滑过度，无表面缺陷。
内精抛光，抛光精度Ra0.6um；外一次抛光。
灭菌方式：在位蒸汽灭菌，灭菌的同时可搅拌。
2、搅拌：搅拌形式：顶部直联机械搅拌系统搅拌轴：精密加工，具有理想的动平衡效果，长期使用不变形。
搅拌桨：CFD模拟优化设计搅拌桨。
罐内壁设有三块折流挡板。
机架：不锈钢机架机械密封：约翰克兰机械密封，德国技术，安全可靠。
电机：直流电机0.25KW，50-1000rpm。
3、空气：转子流量计显示和调节，需要的空气压力0.1～0.4Mpa；4、蒸汽：压力表显示管道压力，手动阀门开度调节。
蒸汽精过滤器（不锈钢壳体，聚四氟乙烯烧结滤芯，过滤精度：1μm，过滤能力：99%）5、排气：压力表显示罐压，手动阀门开度调节。
6、水：不锈钢热水箱，热水循环泵控制加热,冷水电磁阀控制冷却。
7、支管道：管路系统均符合微生物发酵要求，与物料接触管路均为304不锈钢无缝管，采用氩气保护无污染焊接配套规格硅熔胶铸造球阀、截止阀、针阀、隔膜阀、死角排气阀以及配件材质与相应管路材质相同。
（二）、发酵过程控制系统：1、温度自控（PT100/PID控制/独立热水箱）2、压力、通气量手控（压力表/转子流量计）3、消泡自控（消泡电极/PID控制）4、PH自控（梅特勒PH电极1-14）二、种子罐200L（304/夹套/机械搅拌）（一）性能指标要求：1、罐体：公称容积：200L；装料系数70%；夹套控温。
发酵罐设计原则
二、机械搅拌发酵罐的设计
• 机械搅拌发酵罐主要由搅拌装置、轴封 和罐体三部分组成。三个组成部分各起 如下的作用:
–搅拌装置：由传动装置、搅拌轴、搅拌器组 成 ,由电动机和皮带传动驱动搅拌轴使搅拌 器按照一定的转速旋转 ,以实现搅拌的目的。 –轴封：为搅拌罐和搅拌轴之间的动密封 ,以 封住罐内的流体不致泄漏。 –罐体：罐体、加热装置及附件。它是盛放反 应物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。
Q发酵=Q生物+Q搅拌-Q蒸发-Q辐射
• 搅拌器所产生的热量可用下列近似公式 计算:
3600：机械能转变为热能的热功当量（kJ/kW.h））• 汽化热Q3的计算：
• 2、冷却面积的计算
根据经验： 蛇管的K值为4.186×(300~450)KJ／ m 3· h· ˚C. 如管壁较薄，对冷却水进行强制循环时， 根据查 定， K值约为4.186×(800~1000)KJ／m3 · h·˚ C。
设备的强度及稳定性检验
设备承受各种载荷的计算
• 设备重量载荷的计算 • 设备地震弯矩的计算 • 偏心载荷的计算
塔体强度及稳定性检验 裙座的强度计算及校核
• 裙座计算 • 地脚螺栓计算 等
裙座与筒体对接焊缝验算
9 微生物工程 第九章 发酵罐的设计与放大
④ 使不均匀的另一液相均匀悬浮或充分乳化；
⑤ 强化相间的传质；
⑥ 强化传热。
发酵罐的组成：
主要包括
釜体
搅拌装置
传热装置 轴封装置
其他的附件：
各种接管（为了便于检修内件及加料、排料）、 温度计、压力表、视镜、安全泄放装置等。
釜体：由筒体和两个封头组成。 作用：为物料进行化学反应提供一定的空间。 搅拌装置：由传动装置、搅拌轴和搅拌器组成。
④ 固定化发酵罐：
圆筒形的容器中填充固定化酶或固定 化微生物进行生物催化反应的的装置。
生物利用率高。
⑤ 自吸式发酵罐：
特点：不需其他气源提供压缩空气，搅拌器带有中
央吸气口。搅拌过程中自吸入过滤空气，适用于需
氧低的发酵。
与通用发酵罐的主要区别
① 特殊的搅拌器（由转子和定子组成）；
② 没有通气管。
叶尖端线速度
n1d 1 n 2d 2
n2 d 1 n1 d 2
放大方法
经验
放大法
量纲 分析法
时间 常数法
数学模型 放大法
某一变量与变化率之比
经验放大法
几何相似放大法
非几何相似法
(1)几何相似放大法：
放大后发酵罐的空气流量、搅拌转速和 消耗功率——操作参数的放大。
空气流
几何尺寸 的确定
右图为改进的 旋风式消泡器， 它可以和消泡 剂盒配合使用， 并根据发酵罐 内的泡沫情况 自动添加消泡 剂。
（5） 空气分布器
作用：吹入无菌空气，并使空气均匀分布。
形式：单管；环形管
空气由分布管喷出上升时，被搅拌器打碎成小气
泡，并与发酵液充分混合，增加了气液传质效果。
发酵罐的设计PPT演示课件
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。
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5 传动装置 （1）变速装置：无级变速与皮带轮变速。10级
(500)，八级(750)，六级(1000)，从主动轮直径比 要小于7，以增加吃带面积。另外拉大主、从动 轮间距也可增加吃带面积。
时自动吸入空气。
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2.2.2 定子与转子的结构与类型
将液转 气体子 体甩的 吸出作 入，用 。形：
成将 内转 部子 真内 空的 ，
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
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2.2.3 自吸式发酵罐的优缺点
优点: 不需另设空气制备系统,投资少,能耗低,吸 入的气泡小,溶氧效果好,是通用罐的3倍.
5
2.1 通风机械搅拌发酵罐
2.1.1罐体尺寸 2.1.2罐的结构 2.1.3罐容积的计算 2.1.4罐的优缺点
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2.1.2 罐的结构
图6-1 小型发酵罐结构图 1.三角皮带转轴；2.轴承支柱；3.联轴节； 4.轴封；5.窥镜；6.取样口；7.冷却水出口； 8.夹套；9.螺旋片；10.温度计；11.轴；12. 搅拌器；13.底轴承；14.放料口；15.冷水进 口；16.通风管；17.热电偶接口；18.挡板； 19.接压力表；20.手孔；21.电动机；22.排 气孔；23.取样口；24.进料口；25.压力表接 口；26.窥镜；27.手孔；28.补料口
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6 轴封
型式：端面轴封和填料函式轴封 作用：密封搅拌轴与罐顶（底）间的
缝隙，防止泄漏和染菌 组成：
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。
发酵罐的设计课程设计
发酵罐的设计 课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解发酵的基本原理，掌握发酵过程中关键因素的控制方法。
2. 学生能够了解发酵罐的结构、功能及其设计原理，掌握发酵罐操作的基本步骤。
3. 学生能够掌握发酵过程中常见问题的解决方法，提高对发酵工程的认识。
技能目标：1. 学生能够运用所学的发酵知识，设计并制作一个简单的发酵罐模型，提高动手实践能力。
2. 学生能够通过小组合作，完成发酵罐的设计、搭建和调试，培养团队协作能力和沟通技巧。
3. 学生能够运用所学知识，分析和解决发酵过程中出现的问题，提高问题解决能力。
情感态度价值观目标：1. 学生对发酵工程产生兴趣，认识到生物技术在生产生活中的重要作用，培养对生物工程的热爱。
2. 学生通过实践活动，增强对科学研究的信心，培养勇于探索、积极创新的科学精神。
3. 学生在小组合作中，学会尊重他人意见，培养合作精神，提高人际交往能力。
本课程针对高年级学生，结合发酵工程学科特点，注重理论联系实际，提高学生的实践操作能力。
课程设计以学生为主体，鼓励学生主动参与、积极思考，培养学生的创新意识和解决问题的能力。
通过本课程的学习，使学生能够在实际操作中巩固所学知识，提升技能，形成正确的价值观。
二、教学内容本课程教学内容主要包括以下三个方面：1. 发酵基本原理：- 发酵过程的定义、类型及特点- 发酵过程中微生物的生长规律- 发酵过程中关键因素（如温度、pH、溶氧等）的控制2. 发酵罐设计与操作：- 发酵罐的结构、功能及其设计原理- 发酵罐的选型与计算- 发酵罐的操作步骤及注意事项3. 发酵过程问题分析与解决：- 发酵过程中常见问题的原因分析- 发酵过程参数的检测与调整- 发酵过程中异常情况的处理方法教学大纲安排如下：第一周：发酵基本原理学习，了解发酵过程的关键因素；第二周：发酵罐的结构、功能及设计原理学习，进行发酵罐选型与计算；第三周：发酵罐操作步骤学习，实践操作发酵罐；第四周：发酵过程问题分析与解决，总结经验，提高发酵成功率。
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。
50L式厌氧发酵罐的设计
50L式厌氧发酵罐的设计引言厌氧发酵是一种利用微生物在无氧条件下产生能量和有机产物的生物过程。
在厌氧发酵中，微生物利用有机废弃物或底物产生生物气、有机酸等有用产物。
厌氧发酵具有高效、环保、低成本等优点，在环境保护和资源回收利用方面具有重要意义。
而厌氧发酵罐是进行厌氧发酵的重要设备，其设计合理与否直接影响发酵效果和设备使用寿命。
本文将介绍一个50L式厌氧发酵罐的设计方案，包括罐体结构设计、搅拌系统设计、温度控制系统设计、气体收集系统设计等方面，以期为厌氧发酵设备制造和应用提供一些参考和借鉴。
一、罐体结构设计1.1罐体材料选择1.2罐体结构设计1.3罐体底部设计罐体底部设计应考虑到搅拌系统的安装和运行，同时要保证气体收集管的畅通。
底部可设计为锥形，方便搅拌机械的工作，并具有排放废物、清洗设备等功能。
二、搅拌系统设计2.1搅拌机械选择2.2搅拌动力设计三、温度控制系统设计3.1传热方式选择3.2温度传感器选择温度传感器是温度控制系统的核心部件，应选用精度高、响应快、稳定性好的传感器。
常见的选择包括PT100、热电偶等。
3.3控制系统设计温度控制系统应包括温度传感器、控制器、执行器等部分，能够实现温度设定、监控、反馈等功能。
控制系统应稳定可靠，操作简便，对发酵过程的温度控制起到关键作用。
四、气体收集系统设计结论50L式厌氧发酵罐是一种小型的厌氧发酵设备，其设计合理与否直接关系到发酵效果和设备寿命。
本文介绍了50L式厌氧发酵罐的设计方案，包括罐体结构、搅拌系统、温度控制系统、气体收集系统等方面的设计要点，以期为相关设备制造和应用提供一些参考和借鉴。
希望通过本文的介绍，可以为厌氧发酵设备的研发和应用提供一些有益的启示。
生物工程设备课程设计--75M3酶解发酵罐设计
生物工程设备课程设计--75M3酶解发酵
罐设计
一、设计背景
本生物工程设备课程设计的目的是掌握酶解发酵罐的设计原理和方法，为生物制药企业提供高质量的生产设备。
本次课程设计要设计容积为75m3的酶解发酵罐。
二、设计要求
1. 酶解发酵罐容积为75m3，有效直径不小于5m。
2. 设计压力为0.2MPa，最高使用温度为120℃。
3. 材料为316L不锈钢。
4. 设计要满足GMP要求。
三、设计方案
1. 选择有效直径为5.6m，总高度为19m的罐体结构，下封头采用标准半球形封头，上盖采用锥形封头。
这样设计可以保证罐体在压力和温度的作用下不会发生变形，符合设计要求。
2. 选择内衬316L不锈钢材料，提高罐体的耐腐蚀性，同时也符合GMP要求。
3. 设计罐体配有搅拌器，搅拌器可控制转速，保证发酵物质的均匀混合，提高反应效率。
另外，配备发酵锅加热器和冷却器，保证反应体系的温度控制，提高反应效果。
4. 选择集中控制系统，实现自动控制，可记录反应过程中的各种参数。
四、设计结论
本文针对生物工程设备酶解发酵罐的设计要求，提出了一种适合75m3容积的酶解发酵罐的设计方案，并且符合GMP要求。
该设计方案可满足生物制药企业75m3酶解发酵罐的生产需要。
50L发酵罐设计计算书
50L机械搅拌发酵罐设计机械搅拌发酵罐主要由发酵罐、搅拌装置、传动装置和轴封装置等部分组成。
发酵罐包括罐体和传热装置，他是提供反应空间和反应条件的部件。
搅拌装置由搅拌器和搅拌轴组成，靠搅拌轴传递动力，由搅拌器达到搅拌目的。
传动装置包括电动机、减速机及机座、连轴器和底座等附件，它为搅拌器提供搅拌动力和相应的条件。
轴封装置为发酵罐和搅拌轴之间的密封装置，以封住罐体内的流体不致泄漏,并使得罐内流体不受外界污染。
第一章发酵罐结构一,发酵罐结构选型机械搅拌发酵罐的主要部分是一圆柱形容器，其结构形式与传热方式有关。
常用的传热方式有夹套式壁外传热结构和罐体内部蛇管传热结构。
根据工艺要求，罐体上还需安装各种工艺接管。
根据已知条件：罐体全容积Ｖ＝50L，设计压力P=0.25Mpa，设计温度T=1300C查搅拌罐使用范围规格表得：选择41型搅拌罐，其罐底为焊接的标准椭圆型封头，顶盖为可拆连接的平盖，换热器型式为整体夹套式。
二，罐体尺寸确定发酵罐包括罐体和装焊在其上的各种附件。
１，罐体的高径比和装料量在知道发酵罐的全容积（Ｖ＝50Ｌ）以后，首先要选择适宜的高径比（H/D i）和装料量，确定筒体的直径和高度（1）罐体的高径比选择罐体的高径比应考虑的主要因素有三个方面：<1>，高径比对搅拌功率的影响一定结构形式搅拌器的浆叶直径同与其装配的搅拌罐罐体内径通常有一定的比例范围.随着罐体高径比的减小，即高度减小而直径放大，搅拌器浆叶直径也相应放大。
在固定的搅拌轴转数下，搅拌器功率与搅拌器浆叶直径的5次方成正比。
所以随着罐体直径的放大，搅拌器功率增加很多。
<2>，罐体高径比对传热的影响罐体高径比对夹套传热有显著影响。
容积一定时高径比越大则罐体盛料部分表面积越大，夹套的传热面积也越大。
同时高径比越大，则传热表面距离罐体中心越近，物料温度梯度就越小，有利于提高传热效果。
<3>，物料特性对罐体高径比的要求发酵罐的搅拌反应对罐体的高径比有着特殊要求，为了使通入罐内的空气与发酵液有充分的接触时间，需要有足够的高度，就希望高径比取的大一点。
发酵罐设计
发酵罐设计一．发酵罐的容积确定V全=60m3，容积系数Φ=75%，则V有效=V全*Φ=45m3二．基础参数选择1.D:H：选用D:H=1:32.锥角：取锥角为70°3.封头：选用标准椭圆形封头4.冷却方式：选取槽钢盘绕罐体的三段间接冷却(罐体两段，锥体一段，槽钢材料为A3钢，冷却介质采用20%、-4°C的酒精溶液)5.罐体所承受最大内压：2.5kg/㎝3外压：0.3kg/㎝36.锥形罐材质：A3钢外加涂料，接管均用不锈钢7.保温材料：硬质聚氨酯泡沫塑料，厚度200mm8.内壁涂料：环氧树脂三．D、H的确定由D:H=1:3，则锥高：H1=D/tan35°=0.714D封头高度H2=D/4=0.25D圆柱部分高度H3=（3.0-0.714-0.25)D=2.04D又因为V全=V锥+V封+V柱=0.187D3+0.43D3+1.60D3=60m3得D=3.00m查JB4746-02《椭圆形封头和尺寸》取发酵直径D=3000mm再由V全=60m2，D=3.0m得径高比为：D:H=1：3由D=3000mm查表得椭圆封头几何尺寸为：=750mmh1=40mmhA=10.13m2V=3.82m3筒体几何尺寸为：H=6120mmA=57.65m2V=43.24m3锥体的几何尺寸为：h=40mmr=450mmH=2759mmF=15.6m2V=7.25m2则：锥形罐总高：H=750+40+6120+40+2759=9709mm总容积：V=3.82+43.24+7.25=54.31m3实际充满系数ψ：45/54.31=82.85%罐内液柱高：H=[45-7.25]*1000/[3.14*3*3/4]+(2795+40)=8178 mm四．发酵罐的强度计算（一）罐体为内压容器的壁厚计算1.标准椭圆封头设计压力为1.1⨯2.5=2.75kg/cm2S=式中：P=2.75 kg/cm2[]tσ：A3钢工作温度下的许用力取1520 kg/cm2ϕ：焊接系数，本例采用双面对接焊作为局部无探伤0.9壁厚附加量：C=C1+C2+C3查表得：C1;钢板厚度的负偏差取0.8mm负偏差C2:腐蚀裕量取2mmC3;制造减薄量取0.6则:S=[2.75⨯3000/(2⨯1520⨯0.9-2.75)]+3.4=6.42mm取S0=8mm直角边h0=40mm校核σ=(PD中/4S)⨯(D中/2h)=[2.75⨯(3000+8)/(4⨯8)]⨯[(3000+8)/(2⨯750)]=518.4≤[σ]t2.筒体P设=1.1⨯p工作=1.1⨯2.5=2.75kg/cm2S=[PD/(2[σ]φ-P)]+C（取C2=0.6,C2=2,C3=0.6）=[(2.75*3000)/(2*1520*0.9-2.75)]+3.2=6.2mmS=7mm/2S=667.1≤[σ]t校核σ =PD中3.锥形封头1）过渡区壁厚S=[(K P设Dg)/(2[σ]t-0.5P)]+CP设=1.1⨯2.5=2.75kg/cm2K=0.7161S=[(K P设Dg)/(2[σ]t-0.5P)]+C=(0.72⨯2.75⨯3000)/(2⨯1520⨯0.9-0.5⨯2.75)+C=2.17+C=2.17+0.6+2+0.217=4.99mm2）锥体S=[(f⨯P设Dg)/( [σ]t-0.5P)]+CS0=[(f⨯PDg)/([σ]t_0.5P)]=(0.577⨯2.75⨯3000)/(1520⨯0.9-0.5⨯2.75)(f查表为0.577)=3.5S=S0+C=3.5+0.6+2+0.217=6.32取S=10mm h0=40mm校核锥体所受的最大压力处σ=PD中/2Scos350=2.75⨯3000/2⨯10⨯cos350=503.7≤[σ]t(二).锥体为外压容器的壁厚计算1.标准椭圆封头设S=8mm S0=S—C=5mmD0=D i+2S=3000+16=3016mmR i=0.9D0=2714.4mmR i/S0=2714.4/5=542.88mm按外压球壳算法计算A= =0.121/542.88=0.00022查上表及B=300[P]=B⨯S0/ R i=300/542.88=0.553kg/cm2>0.3 kg/cm2满足要求取C1=0.5mm，C2=2mm，C3=0.5mm则S=S0+C=8mm2.筒体设S=13mmD0 =3000+2⨯13=3026mmS0=S—C=13—3.2=9.8mmL/D0=9709/3026=3.2D0/S0=3026/9.8=308.8A值取0.000792[P]= =2⨯0.000792*2.05*106/3⨯308.8=0.351 kg/㎠>0.3kg/cm2故可取C1=0.6mm,C2=2mm,C3=0.6mm则取S=13mm3.锥形封头因为：α=35°所以22.50°﹤α﹤60°按发酵罐设计的中封头设计可知，加强圈间中椎体截面积最大直径为：2⨯2759/2⨯tan35°=1931.5mm取加强圈中心线间椎体长度为1931.5mm设S0=9mm L/D=1370/3000=0.46D/ S0=3000/9=333.3查图表可知B=1200[P]=BS0/D=1200/333.3=3.6﹥0.3 kg/㎠故取S0=9mm C1=0.6mm，C2=2mm，C3=0.6mm所以S=S0+C=12.2mm综合前两步设计，取两者中较大的有生产经验确定标准椭圆型封头厚度为10mm h0=40mm圆筒壁厚13mm标准形封头壁厚13mm h0=40mm五.锥形罐的强度校核1.内压校核液压试验P试=1.25P设由于液体的存在，锥体部分为罐体受压最重之处即最危险设计压力P=2.75kg/cm2液压实验P试=1.25P=3.44KG/cm2查得A3钢σ=2400kg/cm2σ试=p试=3.44 ⨯=760.5kg/cm20.9φσ=0.9⨯0.9*2400=1944kg/cm2>σ试可见符合强度要求，试压安全2.外压实验以内压代替外压P=1.5⨯（0.3+1.2）=2.25kg/cm2P试=1.25P=2.8kg/cm2<P内试故可知试压安全3.刚度校核本例中允许S=2⨯3000/1000=6mm而设计时取壁厚为S=13mm，故符合刚度要求（公式：S最小= 2D内/1000）二.发酵罐热工设计计算一、计算依据计采用A3钢作发酵罐材料，用8号槽钢做冷却夹套，分三段冷却，筒体二段，锥部一段，夹套工作压力为2.5kg／cm2冷媒为20%（v／v）酒精溶液，T进=-4℃，T出为-2℃，麦汁发酵温度维持12o（主发酵5-6天，封头及筒体部分保温层厚度为200mm，锥底部分为98mm）二、总发酵热计算Q=q*v=119*45=5535kg/hrq每立方米发酵麦汁在主发酵期间每小时的放热量；v为发酵麦汁量三、冷却夹套型号选择选取8号槽钢起截流面积为A=hb-截面积=8*4.3-10.24=24.16cm2冷却剂流量为（三段冷却）3*24.16*10-4*1=7.284*10-3m3/s查得20%（v／v）酒精溶液△t平=-3℃下的=976kg/m 3C=1.04kcal/kg ·o C冷却剂的冷却能力为：Q=7.248×103×976×1.041×2×3600=53021.4kcal/hr ﹥8330kcal/hr故可选取8号槽钢为冷却夹套四、 发酵罐冷却面积的计算考虑生产过程中，随着技术的改进，工艺曲线可能更改，按目前我国工艺曲线看，日降温量较大的为13℃→5℃，为了将来工艺更改留下余量，设计取13-5=8℃为设计的日降温量，取0.6℃/hr 为设计的小时降糖量，则由Q6=KA △t m 求得冷却面积。
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：H0︰D ＝(1.7~4)︰1。
（2）搅拌器直径：D i ＝31D 。
（3）相邻两组搅拌器的间距：S ＝3D i 。
（4）下搅拌器与罐底距离：C ＝（0.8~1.0）D i 。
（5）挡板宽度：W ＝0.1 D i ，挡板与罐壁的距离：B ＝（81~51）W 。
（6）封头高度：h ＝h a ＋h b ，式中，对于标准椭圆形封头，h a ＝41D 。
当封头公称直径≤2 m 时，h b ＝25 mm ；当封头的公称直径＞2 m 时，h b ＝40 mm 。
（7）液柱高度：H L ＝H 0η＋h a ＋h b ，式中，η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，对于易产生泡沫的物料可取0.6倍。
2. 发酵罐容积的计算圆柱部分容积V 1：0214H D V π=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：)61(4642222D h D h D h D V b a b +=+=πππ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：)6140221D h H D V V V b ++=+=（公π 罐的全容积V 0： )]61(2[4202210D h H D V V V b ++=+=π如果填料高度为圆柱高度的η倍，那么液柱高度为：b a L h h H H ++=η0装料容积V ：)61(40221D h H D V V V b ++=+=ηπη 装料系数η：0V V =η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 传动装置、搅拌轴、联轴器、轴承、密封装置、搅拌器、搅拌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、偏心载荷、塔体强度及稳定性、裙座的强度、裙座与筒体对接焊缝验算等 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罐？根据公式 N =11124803=+⨯（个）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。
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安徽工程大学课程设计任务书班级：课题名称：生物反应器设计（啤酒露天发酵罐设计）学生姓名：指定参数：1．全容：50m32．容积系数：75%3．径高比：1：24．锥角：9005．工作介质：啤酒设计内容：纸打印）1．完成生物反应器设计说明书一份（要求用A41)封面2)设计任务书3)生物反应器设计化工计算4)完成生物反应器设计热工计算5)完成生物反应器设计数据一览表纸打印）2．完成生物反应器总装图一份（用CAD绘图A4设计主要参考书：1．生物反应器课程设计指导书2．化学工艺设计手册3．机械设计手册4．化工设备5．化工制图接受学生承诺：本人承诺接受任务后，在规定的时间内，独立完成任务书中规定任务接受学生签字：生物工程教研室2010-11-15啤酒露天发酵罐设计第一节 发酵罐的化工设计计算一、发酵罐的容积确定在选用时V 全=50m 3的发酵罐则V 有效=Ｖ全×∅=50×75%= 37.5m 3（∅为容积系数）二、基础参数选择1．D:H: 选用D:H=1:2 2．锥角： 取锥角为900 3．封头：选用标准椭圆形封头4．冷却方式：选取槽钢盘绕罐体的三段间接冷却（罐体两段，锥体一段，槽钢材料为A 3钢，冷却介质采用20%、-4℃的酒精溶液 5．罐体所承受最大内压：2.5㎏/㎝3 外压：0.3㎏/㎝36．锥形罐材质：A3钢外加涂料，接管均用不锈钢 7．保温材料：硬质聚氨酯泡沫塑料，厚度200㎜ 8．内壁涂料：环氧树脂三、D 、H 的确定由D:H=1：2，则锥体高度H 1=D/2tan450=D/2(450为锥角的一半) 封头高度H 2=D/4=0.25D圆柱部分高度H 3=（2-0.5-0.25）D=1.25D 又因为V 全=V 锥+V 封+V 柱=3π×D 2/4×H 1+24π×D 3+ 4π×D 2×H 3=50 m 3 得D=3.43m查JB-T4746-2002《椭圆形封头和尺寸》取发酵直径D=3400mm 再由V 全=50m 3，D=3.4m得径高比为： D: H=1:2由D=3400mm 查表得 椭圆封头几何尺寸为：h 1=850mm h 0=50mm F=13.0m 2 V=5.60m 3 筒体几何尺寸为： H=4137mm F=38.115m 2 V=44.856m 3 锥体的几何尺寸为： h 0=50mm r=471mm H=1895mm F=()220.70.3cos 0.644sin d a a ππ⎡⎤-++⎢⎥⎣⎦=19.43m 2V=()230.70.3cos 0.7224d a tga ππ⎡⎤++⎢⎥⎣⎦=9.74m 3则：锥形罐总高：H=850+50+4137+50+1895=6982mm 总容积：V=5.60+44.856+9.74=60.196 实际充满系数ψ：37.5/60.196=62.3% 罐内液柱高：H 丿=4/6.3*74.95.372π-*102+(3002+50)=6706.3mm 四、发酵罐的强度计算（一）罐体为内压容器的壁厚S 计算 1.标准椭圆封头设计压力为P=1.1*2.5=2.75kg/cm2S 0=PPD-ϕσ][2内+C式中：P=2.75 kg/cm2[]tσ：A3钢工作温度下的许用力取1520 kg/cm2ψ：焊接系数，本例采用双面对接焊作为局部无探伤ψ=0.9壁厚附加量：C=C1+C2+C3查表得：C1：钢板厚度的负偏差取0.8㎜负偏差C2：腐蚀裕量取2㎜C3：制造减薄量取0.6㎜则：S=[2.75*2700/(2*1520*0.9-2.75)]+3.4=6.1㎜取S=8mm直角边h=40mm校核σ=(PD中/4S)*(D中/2h1)=[2.75*(3400+8)/4*8]*[(3400+8)/（2*850）] =587.12<=[σ]t2.筒体P设=1.1*p工作=1.1*2.5 =2.75kg/cm2S=[PD/(2[σ]φ-P)]+C （C1=0.6,C2=2,C3=0.6）=[(2.75*3400)/(2*1520*0.85-2.75)]+3.2 =6.8 mm取S=7mm校核σ2=P设D中/2S=7*2)73400(*75.2+=669.23<=[σ]t φ 3．锥形封头 1）过渡区壁厚S=[（K P 设Dg ）/(2[σ]t φ-0.5P)]+C P 设=1.1*2.5=2.75kg/cm 2 折边锥体的系数K 值 K=0.7161S=[（K P 设Dg ）/(2[∂]t φ-0.5P)]+C=(0.7161*2.75*3400)/(2*1520*0.9-0.5*2.75)+C=2.45+C=2.45+0.6+2+0.369 =5.42mm 2）锥体S=[（f* P Dg ）/( [∂]t φ-0.5P)]+C S 0=[（f* P 设Dg ）/( [∂]t φ-0.5P)]= (0.577*2.75*3400)/(1520*0.9-0.5*2.75) =3.95mmS=S 0+C=3.95+0.6+2+0.217 =6.767mm 取S=10mm h 0=40mm 校核锥体所受的最大压力处 σ=PD 中/2Scos450=2.75*3400/2*10* cos450=935<=[σ]t(二)、锥体为外压容器的壁厚计算 1．标准椭圆封头设S=8mm S 0=S -C=5mm D 0=D i +2S=3400+16=3416mm R i =0.9D 0=3074.4mm R i /S 0=3074.4/5=614.88mm 按外压球壳算法计算 A= =0.121/614.88=0.000200023AE D S查上表得B=300[P]=B*S 0/ R 内300*5/3060=0.49kg/cm 2>0.3 kg/cm 2 满足要求取C 1=0.5㎜，C 2=2㎜，C 3=0.5㎜ 则S=S 0+C=8㎜ 2．筒体设S=13㎜ D 0=3400+2*6=3412 S 0=S-C=13-3.2=9.8mm L/D 0=6982/3412=2.05 D 0/S 0=3412/9.8=348.2 A 值取0.000792[P]=（R i /S 0）=2*0.000792*2.05*(106/3)*348.2=0.379kg/cm 2>0.3kg/cm2故可取C 1=0.6㎜，C 2=2㎜,C 3=0.6㎜ 则取S=13mm 3．锥形封头 因为：ａ=450所以22.500<ａ<600按第四章发酵罐设计的中封头设计可知，加强圈间中锥体截面积最大直径为：2*1895/2*tan450=1895㎜取加强圈心线间椎体长度为950㎜设S=6㎜L/D=950/3400=0.28D/S=3400/6=566.7查表的B=110[P]=BS/D=110*6/566.7=1.16kg/cm2>0.3㎏/㎝2故取S=6㎜C 1=0.6㎜，C2=2㎜，C3=0.6㎜所以S=S+C=9.2mm取S=10㎜综合前两步设计，取两者中较大的有生产经验确定标准椭圆型封头厚度为10㎜ h=50㎜圆筒壁厚 13㎜锥形封头壁厚 12㎜ h=50㎜五．锥形罐的强度校核1．内压校核液压试验 P试=1.25P设由于液体的存在，锥体部分为罐体受压最重之处即最危险设计压力P设=3.74kg/cm2液压实验P试=1.25P=4.68kg/cm2查得A3钢σ=2400kg/cm2σ试=、[]()2()Dg S CS C⎛⎫+-⎪-⎝⎭=4.68 ⨯)2.312(*2)] 2.312( 3400[--+=906cm20.9ϕσ=0.9*0.9*2400=1944>σ试可见符合强度要求，试压安全2、外压实验以内压代替外压P=1.5*（0.3+1.2）=2.25kg/cm2P试=1.25P=2.8kg/cm2<P内试故可知试压安全3．刚度校核本例中允许S=2*3400/1000=6.8mm而设计时取壁厚为S=10m，故符合刚度要求（公式：S最小=21000D内）第二节发酵罐热工设计计算一、计算依据计采用A3钢作发酵罐材料，用8号槽钢做冷却夹套，分三段冷却，筒体两段，锥部一段，夹套工作压力为2.5㎏/㎝2冷媒为20%（V/V）酒精溶液，T进=-4℃，T出为-2℃，麦汁发酵温度维持12°主发酵5-6天，封头及筒体部分保温层厚度为200㎜，锥底部分为98㎜）二、总发酵热计算Q=q*v=119*37.5=4462.5㎏/hrq每立方米发酵麦汁在主发酵期间每小时的放热量v为发酵麦汁量三、冷却夹套型号选择选取8号槽钢起截流面积为A=h b--截面积8*4.3-10.24=24.16㎝2冷却剂流量为（三段冷却） u=1m/s3*24.164*10-4*1=7.284*10-3m3/s查得20%（V/V ）酒精溶液△t 平=-3℃下的 ρ=976kg/m 3 C P =1.04kcal/kg ·℃ 冷却剂的冷却能力为: Q=7.248*10-3*976*1.04*2*3400 =50027.7kcal/hr>4462.5kcal/hr 故可选取8号槽钢为冷却夹套 四、发酵罐冷却面积的计算考虑生产过程中，随着技术的改进，工艺曲线可能更改，按目前我国工艺曲线看，日降温量较大的为13℃→5℃，为了将来工艺更改留下余量，设计取13-5=8℃为设计的日降温量，取0.6℃/hr 为设计的小时降糖量，则由Q 0=KA △t m 求的冷却面积。
1．传热系数K 的确定 1）醪液а1的计算 а1=0.64*C*421t t - =0.64*185*4513- =199.1kcal/m 2·h ·℃ 2)冷却夹套的а2的计算湿润周边=80+（80+4*8.0）+2*（43-1）=276mm=27.6cm De=湿润周边流体流动截面面积*4de=4*24.16/27.6=0.035m20%(V/V)酒精在定性温度t=(-4-2)/2=-3℃下 µ=5.05*103Pa ·sλ=0.402kcal/hr ·m ·℃=0.468W/m ·℃ C ρ=1.041kcal/kg ·℃=4.358*103J/kg ·℃ ρ=976kg/m 3 u=1m/sRe=du ρ/µ=9160=104故可视为强制湍流流动得n=0.4 а2=0.023λ/d(Re)0.8(C ｐµ/λ)0.4 =1348.4kcal/hr ·m ·℃因为计算时冷却盘管为直管的，先修正： а=а2（1+1.77d/R ）=1348.4*(1+12) *0.0474/1.829 =1410.3kcal/hr ·m ·℃ 3)筒体部分传热系数K21KA =111A a +11A Rs +2A b λ+321A α+32A Rs 带入数据可得：K 1=h h 304.11*3.1853554.11+h h 304.113354.11*000675.0+562.14*54.401.0+562.14*4.206564.14 +h 562.14564.14*000307.0=7.352*10-3所以：K=136.02kcal/㎡·℃ 注：h 为假设夹套高度（m ） 2.锥形罐筒体需冷却的热量 1）醪液放热 Q 醪=Q 1+Q 2Q 1=41323*0.055*10-2*146.6=3331.9kcal/hr Q 2=41323*0.95*0.6=39256.9kcal/hr所以 Q 醪=Q 1+Q 2=42588.8kcal/hr 2）外界与罐体的传热量 A.封头部分Q 1=KF(t 外平+t 0附-t 内)带入数据得KF=2.02 Q 3=KF(t 外平+t 0附-t 内) =78.8kcal/hr B.筒体部分：带入数据到下式：123112233405111KF A A A A A δδδαλλλα=++++得：KF=15.67kcal/K ℃ Q 4=1.1KF(t 外平+t 0附-t 内) =6119kcal/hr 3.筒体冷却面积A 初定 由Q=KA △tm 的式中K 为传热系数kcal/m 2h ℃ △ tm=2121ln t t t t ∆∆∆-∆=11.30C A=42588.8/136.5*11.3=35.2m 2 则醪液的冷却负荷为：35.2/41323 =0.852m 3/T>0.3 m 3/T 故冷却面积能够满足要求。