最新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 0︰D ＝(1.7~4)︰1。

（2）搅拌器直径：D i ＝3
1D 。

（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 ＝4
1D 。

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：
)6
1(4642222D h D h D h D V b a b +=+=π
π
π
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：
)6
140221D h H D V V V b ++=
+=（公π 罐的全容积V 0： )]6
1(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 ：
)6
1(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 =11124
803=+⨯（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。

【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：m 0＝50000/300=166.7（吨）
每日所需发酵液的量：V L ＝166.7/（0.14×0.9）=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：
V 总＝1322.8/0.85=1556（m 3）
取发酵罐的公称容积为250 m 3，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：n =5×6+1=31个（其中一个备用）
【例3】公称容积250m 3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 ，则
V ＝(π/4) D 2 H 0 ⇒ 250＝0.785D 2×2.5 D
罐直径：D ＝[250/(0.785×2.5)]1/3＝5.0（m ）
罐圆柱高：H 0 ＝2.5 D ＝2.5×5＝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 i ＝D /3＝5/3＝1.7（m ）
（3）罐体总高及上下封头高
由于罐直径D ＞2 m ，h b ＝40 mm ，则
封头高：h ＝h a ＋h b ＝D /4＋h b ＝5/4＋0.04＝1.3（m ）
罐总高：H ＝H 0＋2h ＝12.5＋2×1.29＝15.1（m ）
（4）椭圆封头容积
)6
1(4642222D h D h D h D V b a b +=+=π
π
π
＝0.785×52 (0.04＋5/6)＝17.1（m 3） （5）圆柱部分容积
V 1＝(π/4) D 2 H 0＝0.785×52×12.5＝245（m 3）
（6）罐的全容积
V 0 ＝V 1＋2V 2＝245＋2×17.1＝279.2（m 3）
（7）冷却面积
发酵罐采用内部列管式蛇管换热，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⊿t ＝12℃，液体比热容c 为4 kJ·kg －1·℃
－1，装填系数η为0.7。

发酵液量：V ＝（245+17.1）×0.7＝257（m 3）
放出热量：Q ＝mc ⊿t ＝257 × 1050 × 4 ×12＝1.3×107（kJ·h －1）
式中，发酵液密度ρ为1050 kg·m －3。

采用井水或河水冷却，进水温度为20℃，出水温度为30℃，醪液温度不超过36℃。

对数平均温差⊿t m
传热系数参考工厂测定值及设计数据，k 选用4.187×900 kJ·m 2·h 1·℃－
1。

故传热面积F 为
m 2） 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F 0为：
F 0＝πDH 0＝3.14×5×12.5＝196.3（m 2）
相当于列管面积为：196.3×50%＝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：240÷6＝40（m 2）
根据上述数据，可绘制发酵罐的结构尺寸图。

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肖明君
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