机械搅拌通风发酵罐的设计
机械搅拌通风发酵罐设计
机械搅拌通风发酵罐设计(1). 设计题目50m3谷氨酸机械搅拌通风发酵罐系统的放大设计(2). 设计任务某厂在100L机械搅拌通风发酵罐中发酵生产谷氨酸生产试验，获得良好效果，拟放大到50m3生产罐，此发酵液为牛顿型流体，粘度m=2.0×10-3Pa·S，密度rL=1020kg/m3。
试验罐的尺寸为：直径D=375mm，搅拌叶轮Di=125mm，高径比H/D=2.4，液深HL=1.5D，4块档板的W/D=0.1，装液量为70L，通气强度VVm=1.0，使用两组圆盘六平直叶涡轮搅拌器，转速w=350r/min。
通过实验研究，表明此发酵为高耗氧的生物反应，现按体积溶氧系数相等之原则进行放大。
对生产罐的部份具体要求是：罐体材质为不锈钢，罐体上签证下封头为椭球体；用2组圆盘六平直叶涡轮搅拌器、搅拌转轴直径10cm；采用4组对称布置的竖式蛇管冷却器，蛇管材质为不锈钢管。
罐体表面加隔热层，故可不计罐体表面散热损失。
(3). 操作条件1）生产时，装料系数70%，发酵温度为32°C，保压为0.1Mpa（表压），罐内气体相对湿度为100%；进气压力为0.15Mpa（表压）、温度为25°C，相对湿度为70%；蛇管总传热系数K=3000KJ/(m2·h·°C)，冷却水进口温度为-10°C，出口温度为25°C。
主酵阶段最大耗糖速度每小时为发酵液量的0.7%，糖分消耗中发酵占80%，呼吸占20%，1kg糖发酵时产生的呼吸热为15660KJ（或产生的发酵热为4860KJ）。
同实验罐。
罐内灭菌时蒸汽压力为0.25Mpa（表压）。
2）培养基制备工艺流程采用水解设备流程（参见《发酵设备》P55）。
以淀粉为原料，采用分批式操作，分两批在8小时内装完一个发酵罐。
每一批操作中，调浆操作耗时30分钟，调浆后，粉浆密度为1084kg/m3，粉浆比热容为3.6KJ/(kg·k)，水解压力为0.25~0.26Mpa（表压），温度为95°C，水解维持时间约30min，水解液经过滤后用列管式冷却加拿大投资移民器（进水温度10°C，出水温度40°C）在60分钟内冷却到70°C后，送入一次中和罐，中和与脱色操作耗时30分钟。
5立方米机械搅拌通气发酵罐设计
5立方米机械搅拌通气发酵罐设计本文旨在介绍《5立方米机械搅拌通气发酵罐设计》的背景和目的。
发酵罐作为一种重要的工业设备，在许多领域中都有广泛的应用。
它用于制造食品、药品、酒精、生物质燃料等各种发酵产品。
发酵过程是一种生物化学过程，通过微生物或酵母菌将有机物质转化为其他化合物。
因此，设计一个有效和高效的发酵罐对于提高产品质量和产量具有重要意义。
本文的目的是介绍一种容量为5立方米的机械搅拌通气发酵罐的设计。
这种发酵罐结构合理、操作便捷，并且能够提供适宜的发酵环境。
设计一个合理的发酵罐可以有效控制温度、气体流动和营养物质供应等参数，从而促进微生物的生长和代谢过程。
通过对发酵罐的设计，可以提高发酵效率，降低生产成本，并保证产品的质量和安全性。
在接下来的章节中，我们将详细介绍这个发酵罐的设计方案，包括结构设计、搅拌系统、通气系统和控制系统等方面。
通过这些设计方案，我们可以实现高效、稳定和可控的发酵过程，为工业生产提供可靠的设备支持。
以上为《5立方米机械搅拌通气发酵罐设计》引言部分的内容。
本文档旨在详细描述《5立方米机械搅拌通气发酵罐设计》的要求和功能。
基本参数容量：5立方米材料：应选用符合食品安全要求的不锈钢材料外形尺寸：根据所需的工作场地尺寸调整，但需确保机械搅拌和通气系统的有效布置容量要求发酵罐容量需达到5立方米，以满足预定发酵过程的产量需求机械搅拌系统要求设备需具备可靠的机械搅拌系统，以确保发酵物料充分混合搅拌速度和时间可根据具体发酵要求进行调节和控制设备需具备均匀的搅拌效果，以避免发酵过程中出现死角通气系统要求设备需配备有效的通气系统，以提供足够的氧气供应和二氧化碳排放通气系统应可以根据发酵过程需要进行调节，以保持适当的通气速率和压力设备需具备良好的气密性，以防止气体泄漏和外界污染物的进入以上为《5立方米机械搅拌通气发酵罐设计》的要求和功能描述，详细设计应根据具体需求和工艺流程进行确定。
本文将提出针对《5立方米机械搅拌通气发酵罐设计》的具体设计方案。
机械搅拌通风发酵罐的设计
目录1 设计任务书： (1)2 设计概述与设计方案简介： (1)2.1味精生产工艺概述 (2)2.2 味精工厂发酵车间的物料衡算 (4)2.21 工艺技术指标及基础数据 (4)2.22 谷氨酸发酵车间的物料衡算 (3)2.3 机械搅拌通风发酵罐 (3)2.31 通用型发酵的几何尺寸比例 (4)2.32 罐体 (4)2.33 搅拌器和挡板 (4)2.34 消泡器 (4)2.35 联轴器及轴承 (5)2.36 变速装置 (5)2.37 空气分布装置 (5)2.38 轴封 (5)2.4 气升式发酵罐 (5)2.5 自吸式发酵罐 (5)2.6 高位塔式生物反应器 (6)3 工艺及主要设备、辅助设备的设计计算 (6)3.1发酵罐 (6)3.11发酵罐的选型 (6)3.12生产能力、数量和容积的确定 (6)3.13 主要尺寸的计算： (6)3.14冷却面积的计算 (7)3.2搅拌器计算 (7)3.21搅拌轴功率的计算 (8)3.3设备结构的工艺计算 (9)3.4 设备材料的选择[10] (11)3.5发酵罐壁厚的计算 (11)3.6接管设计 (12)3.7支座选择 (12)4设计结果汇总表 (13)5 设计评述 (13)6 参考资料 (13)致谢 (14)1 设计任务书：食品发酵工程课程设计任务书2 设计概述与设计方案简介：谷氨酸是一种氨基酸, 其用途非常广泛,可用于食品、医学、化妆品等。
谷氨酸生产，始于1910年日本的味之素公司用水解法生产谷氨酸。
1956年日本协和发酵公司分离得到谷氨酸棒杆菌，使发酵法生产谷氨酸成为可能，由于发酵法生产氨基酸具有生产能力大、成本低、设备利用率高等特点，使氨基酸工业得到突飞猛进的发展[1]。
我国1958年开始研究，1965年在上海天厨味精厂投产。
目前我国谷氨酸的年产量已达170万吨，产销量占世界第一位。
经过几十年的发展，在该行业诸多工程人员的努力研究下，使我国谷氨酸生产四大收率指标（糖化收率、发酵糖酸转化率和产酸率、提取收率、精制收率）均达到历史最好水平。
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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。
表 1-1 发酵罐主要设计条件
项目及代号
参数及结果
备注
发酵产物 工作压力 设计压力
糖化酶 0.2MPa 0.3MPa
根据参考文献[4]选取 设计任务 设计任务
由公称体积的近似公式 罐体直径圆整后 D=2400mm
罐体总高度
可以计算 ，
经查阅资料，当公称直径 DN=2400mm 时，标准椭圆封头的曲面高度 =600，直边高度
，总深度为 可得罐筒身高
mm，内表面积
，容积
发酵罐的全体积
拌叶直径取
搅拌叶间距
mm
底搅拌叶至底封头高度
挡板宽度
表 2-1 大中型发酵罐技术参数
2.2 几何尺寸的确定
根据工艺参数和高径比确定各部几何尺寸；高径比 H/D=2.2，则 H=2.2D
初步设计：设计条件给出的是发酵罐的装料体积（
）
公称体积 V－－罐的筒身（圆柱）体积和底封头体积之和
全体积 V0－－公称体积和上封头体积之和
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封头体积
（近似公式） 假设 /D=2.2，根据设计条件发酵罐的装料体积为 20M3
由 110KW 电动机驱动，轴封与罐体密封。冷却装置为
的冷却蛇管 160m，分 4
பைடு நூலகம்
组安装在罐内。最后绘制了该发酵罐的装配图。 关键词：机械搅拌发酵罐 封头 搅拌器 链霉素
1、设计方案的拟定
我们设计的是一台 20M3 机械搅拌通风发酵罐,发酵生产链霉素。 糖化酶生产菌重要的有：雪白根霉，德氏根霉，河内根霉，爪哇根霉，台湾根霉，臭曲霉， 黑曲霉，河枣曲霉，宇佐美曲霉，红曲霉，扣囊拟内孢霉，泡盛曲霉，头孢霉，甘薯曲霉， 罗耳伏革菌。 综合温度、PH 等因素选择黑曲霉 A.S.3.4309 菌株，该菌种最适发酵温度为 32-34℃，pH 为 4.5，培养基为玉米粉 2.5%,玉米浆 2%，豆饼粉 2%组成。 主要生产工艺过程为如下：菌种 用蔡式蔗糖斜面于 32℃培养 6 天后，移植在以玉米粉 2.5%,玉米浆 2%.组成的一级种子培养 基中，与 32℃摇瓶培养 24-36h，再接入（接种量 1%）种子罐（培养基成分与摇瓶发酵相同）， 并与 32℃通气培养搅拌 24-36h，然后再接入（接种量 5%-7%）发酵罐。发酵培养基由玉米 粉 2.5%,玉米浆 2%，豆饼粉 2%组成（先用 a-淀粉酶液化），发酵温度为 33℃，在合适的通 气搅拌条件下发酵 96 小时酶活性可达 6000u·ml-1 。 发酵液滤去菌体，如有影响糖化效率的葡萄糖甘转移酶存在， 则通过调节滤液 PH 等方法使 其除去，再通过浓缩将酶调整到一定单位，并加入防腐剂（如苯甲酸）。如制备粉状糖化酶， 则可通过盐析或加酒精使酶沉淀，沉淀经过压滤，滤泥再通过压条烘干，粉碎，即可制成商 品酶粉。 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 20M3 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、
5立方米机械搅拌通气发酵罐设计
5立方米机械搅拌通气发酵罐设计一、选型原则与背景通气发酵技术是一种较为成熟的生化处理技术之一，适用于含有大量难以降解有机物质的各种有机废弃物的处理，可将有机物质转化为厌氧菌、需氧菌等微生物的生物质，同时产生沼气和有机肥等价值产品。
通气发酵装置中，通气发酵罐作为关键设备之一，对于发酵过程的实施和低成本运营起着至关重要的作用。
通气发酵罐的选型应考虑适用性、可靠性、耐久性和安全性等因素。
首先，通气发酵罐的体积应适当，以容纳发酵物质和发酵气体，并且方便操作维护；其次，罐体应具有良好的耐久性和韧性，以承受发酵过程中的厌氧、需氧微生物的反复冲击；第三，通气发酵罐应具有高度的密闭性和前瞻性，以保证稳定的发酵过程和产量的提高；最后，通气发酵罐应具有高效的能耗和运营成本的控制，以确保经济性和可持续性。
为了满足上述设计原则，我们选用5立方米的机械搅拌通气发酵罐作为设计对象。
下面就机械搅拌通气发酵罐的选型原则和设计特点进行详细介绍。
二、设计特点1、通气式发酵罐通气发酵装置中，通气式罐具有高效、节能的特点。
因为相较于密闭式罐，通气式罐具有更快的反应速度和更高的气体转化率。
在罐体底部设置通气孔，以不间断地向罐内通入外部空气；同时，罐体顶端采用编织式气体松弛带，将罐内产生的气体排放至大气中，以保证罐内气体压力稳定。
这种通气式设计可以最大限度地提高罐体内的通气效率，加速发酵过程，提高产物的产率和质量。
2、机械搅拌方式机械搅拌是现代化通气式发酵装置的核心功能之一。
机械搅拌能充分混合罐内物料，使得各种生化因素得到更好的充分发酵，促进了微生物的生长和代谢，并提高了发酵物质的接触效率。
同时，机械搅拌还提高了罐内反应的均匀性，减少了底部物料的淤积，减轻了对发酵物进行柔性控制的工作量。
3、独立切换操作面板机械搅拌发酵罐的独立操作面板设计，方便了罐内各种参数的实时检测和调节。
面板设有可变频率、分析仪和控制器等多个功能区，能够给发酵罐低频、中频及高频的信号控制和调整能力，保证了反应的可靠性和生产品质的稳定性。
200立方米机械搅拌通风发酵罐设计方案(可编辑)24页
200立方米机械搅拌通风发酵罐设计方案200M3机械搅拌通风发酵罐设计方案1 设计方案的拟定我设计的是一台200M3机械搅拌通风发酵罐发酵生产有机酸设计基本依据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HD 17-40②搅拌器六弯叶涡轮搅拌器DidiLB 201954③搅拌器直径Di D3④搅拌器间距S 095-105D⑤最下一组搅拌器与罐底的距离C 08-10D⑥挡板宽度B 01D当采用列管式冷却时可用列管冷却代替挡板2反应器用途用于有机酸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050-065发酵罐065-08②发酵液物性参数密度1080kgm3粘度20×10-3Nsm2导热系数0621Wm℃比热4174kJkg℃③高峰期发酵热3-35×104kJhm3④溶氧系数种子罐5-7×10-6molO2com发酵罐6-9×10-6molO2com⑤标准空气通风量种子罐04-06vvm发酵罐02-04vvm3冷却水及冷却装置冷却水地下水18-20℃冷却水出口温度23-26℃发酵温度32-33℃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04MPa夹套025 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200M3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视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有机酸工作压力04MPa 由任务书确定设计压力 04MPa 由任务书确定发酵温度工作温度33℃根据任务书选取设计温度150℃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由工艺条件确定发酵液黏度由工艺条件确定2 罐体几何尺寸的确定21发酵反应釜的总体结构发酵反应釜主要由搅拌容器搅拌装置传动装置轴封装置支座人孔工艺接管和一些附件组成搅拌容器分罐体和夹套两部分主要由封头和筒体组成多为中低压压力容器搅拌装置由搅拌器和搅拌轴组成其形式通常由工艺设计而定传动装置是为为带动搅拌装置设置的主要由电机减速器联轴器和传动轴等组成轴封装置为动密封一般采用机械密封或填料密封它们与支座人孔工艺接管等附件一起构成完整的发酵反应釜22 几何尺寸的确定根据工艺参数和高径比确定各部几何尺寸高径比HD 4则H 4D 初步设计设计条件给出的是发酵罐的公称体积200M3公称体积V－－罐的筒身圆柱体积和底封头体积之和全体积V0－－公称体积和上封头体积之和封头体积近似公式假设HLD 39根据设计条件发酵罐的公称体积为200M3由公称体积的近似公式可以计算出罐体直径D 3964mm罐体总高度H 4D 4×3964 15855mm查阅文献2 当公称直径Dn 4000mm时标准椭圆封头的曲面高度ha 1000mm直边高度hb 50mm总深度为Hf hahb内表面积Af 179㎡容积Vf 902m3可得罐筒身高HL H-2Hf 15855-2×1050 13755mm则此时与前面的假设不相近又设HLD 34所以则可知D 4306mm圆整取D 4140mmH 4D 4×4140 16560mmHL H-2Hf 16560-2×1050 14460mm与前面的假设相近故可认为D 4140mm是合适的发酵罐的全体积由V π4 D2HL2Vf得V 2074m3≈210 m3搅拌叶直径DiD 13Di 41403 1380mm搅拌叶间距S Di 1380mm底搅拌叶至底封头高度C Di 1380mm3 罐体主要部件尺寸的设计计算31 罐体考虑压力温度腐蚀因素选择罐体材料和封头材料封头结构与罐体连接方式因有机酸是偏酸性pH值为45对罐体不会有太大腐蚀所以罐体和封头都使用16MnR钢为材料封头设计为标准椭圆封头因 D 500mm所以采用双面缝焊接的方式与罐体连接32 罐体壁厚其中C为壁厚附加量C C1C2C3C1-钢板负偏差其范围为013-13取C1 1mmC2-为腐蚀裕量单面腐蚀取1mm双面腐蚀取2mmC3-加工减薄量对冷加工C3 0热加工封头C3 S0×10取C3 0代入上式C 120 3mmD－罐体直径mmp－耐受压强取04MPaφ－焊缝系数双面焊取08[σ ]－设计温度下的许用应力kgfc16MnR钢焊接压力容器许用应力为150℃170MPaC －腐蚀裕度选用10mm的16MnR钢板制作查附表17知D 414mS1 10mmH 1656m 每米筒重988㎏M筒 988×1656 1636128㎏33 封头壁厚计算圆整取S2 18mmD－罐体直径mmp－耐受压强取04MPay－开孔系数取23φ－焊缝系数双面焊取08[σ ] －设计温度下的许用应力16MnR钢焊接压力容器许用应力为150℃170MPa选取18mm的16MnR钢板制作34 搅拌器采用涡轮式搅拌器选择搅拌器种类和搅拌器层数根据d确定h和b的值尺寸六平叶涡轮式搅拌器已标准化称为标准型搅拌器搅动液体的循环量大搅拌功率消耗也大查阅文献[2]可知200m3发酵罐采用6-6-6弯叶式搅拌叶搅拌叶轮直径Di 1380mm盘径di 075Di 075×1380 1035mmDiL 4则叶长L Di4 13804 345mm叶宽B Di5 13805 276mm35人孔和视镜人孔的设置是为了安装拆卸清洗和检修设备内部的装置本次设计只设置了1个人孔标准号为人孔RFⅡR·G450-06 HG21522-1995公称直径450开在顶封头上位于左边轴线离中心轴750mm处视镜用于观察发酵罐内部的情况本次设计只设置了2视镜直径为DN80开在顶封头上位于前后轴线离中心轴750mm处标记为视镜ⅡPN10 DN80 HGJ501-86-1736接口管以进料口为例计算设发酵醪液流速为2h 排尽发酵罐装料液体积V1 210×075 1575物料体积流量Q V12 15752×3600 0022m3s则进料管截面积F QV 00221 0022㎡又得取无缝钢管查阅资料平焊钢管法兰GB8163-87取公称直径170mm φ180×5mm以排气管为例计算如下若压缩空气在04MPa以下支管气速为2025ms标准通风比为0204vvm为常温下20℃01Mpa下的情况要这算为04Mpa33℃下通风量Q1取大值Q1 V1×04 1575×04 63m3min 105 m3s利用气态方程式计算工作状态下的通风量Qf取风速风管截面积又则气管直径d气为因通风管也是进料管故取两者的大值取d 185×5mm无缝钢管可满足工艺要求复核物料流量管道截面积在相同流速下流过物料因管径较原来的计算结果大则相应的流速低则排料时间t 2×096 192h其他管道也是如此计算com 管道接口采用法兰接口进料口直径Φ180×5mm开在封头上排料口Φ180×5mm开在罐底进气口Φ180×5mm开在封头上排气口Φ180×5mm开在封头上冷却水进出口Φ127×3mm开在罐身补料口Φ180×5mm开在封头上取样口Φ180×5mm开在封头上com 仪表接口温度计装配式热电阻温度传感器Pt100型开在封头上液位计采用标准型号直径开在罐身上溶氧探头pH探头型4 冷却装置设计41 冷却方式发酵罐容量大罐体的比表面积小夹套不能满足冷却要求综合比较列管的冷却效果好在使用水作冷却介质时选用列管式冷却装置42 装液量设计发酵罐装料系数取75发酵罐装料液体积V1 210×75 1575m3不计算下封头时的装液体积1575-902 14848m3装液高度单位时间传热量＝发酵热×装料量即Q Q发×V1 35×104 ×1575 5512500KJh 43 冷却水耗量由实际情况选用进出口水温为℃℃则Q－单位时间传热量Cp－冷却水的平均比热取4186 kJ kg ·℃t2-t1－冷却水进出口温度差对数平均温度差由工艺条件知道℃t1－冷却水进口温度t2－冷却水出口温度－发酵温度44 冷却面积－对数平均温度差K－传热总系数取2090 kJ m2 ·h·℃冷却面积 A πdL冷却列管总长度 m冷却水的流量W 164611204㎏h则取冷却水在列管中的流速 1ms根据流体力学方程冷却管总截面积设冷却管管径为组数为n又取n 4则取Φ127×3mm无缝钢管d内 0121m 121mm取冷却管总高度为L取每组15根则每根长度冷却管的排列方式取管间距25d外 25×0121 03025m列管与罐内壁的最小间距为03m罐外径D 414m叶轮直径Di 138m叶轮外边沿到罐壁的距离为每组列管采用转角正三角形排列每边排则5根管复核正三角形的边长为4×03025×0127 01537 叶轮外边沿到罐壁的距离故采用转角正三角形符合要求且每组管管间距为03025m列管与罐壁的最小间距为03m四组管间采用转角正方形排列由于采用列管式冷却故无需挡板5 搅拌器轴功率的计算51不通气条件下的轴功率P0取发酵醪液黏度密度搅拌转速取两档搅拌搅拌转速N可根据50m3罐搅拌器直径105转速N1 110rmin以等P0V为基准放大则雷诺准数为湍流则搅拌功率准数Np 47 鲁士顿 Rushton J H 公式P0－无通气搅拌输入的功率W－功率准数是搅拌雷诺数ReM的函数圆盘六弯叶涡轮 NP≈47 －涡轮转速rmin－液体密度kgm3因发酵液不同而不同一般取800－1650 kgm3 本设计取－涡轮直径m52通气搅拌功率Pg的计算因为是非牛顿流体所以用以下公式计算－两层搅拌输入的功率kW－涡轮转速rmin－涡轮直径m138mQ－通气量已知标准通风比为0204vvm取低极限如果通风量变大变小为安全起见现取02vvm则计算53电机及变速装置选用根据搅拌功率选用电动机时应考虑传动装置的机械效率－搅拌轴功率－轴封摩擦损失功率一般为η－传动机构效率根据生产需要选择三角皮带电机三角皮带的效率是 092滚动轴承的效率是 099滑动轴承的效率是098端面轴封摩擦损失功率为搅拌轴功率的 1则电机的功率6 附属设备1空气分布器对于好气发酵罐分布器主要有两种形式即多孔管和单孔管对通风量较小的如Q 0205mls的设备应加环形或直管型空气分布器而对通气量大的发酵罐则使用单管进风由于进风速度高又有涡轮板阻挡叶轮打碎溶氧是没有问题的本罐使用单管进风风管直径计算见接口管设计2密封方式本罐采用双端面机械密封方式处理轴与罐的动静问题3支座选择发酵工厂设备常用支座分为卧式支座和立式支座其中卧式支座又分为支腿圈型支座鞍型支座立式支座也分为三种即悬挂支座支撑支座和裙式支座对于75m3以上的发酵罐由于设备总重量较大应选用裙式支座本设计选用裙式支座7 自我评价在此次课程设计中我设计了机械通风发酵罐该反应器用于有机酸的生产发酵温度为33C反应器的材料为16MnR钢采用涡轮六弯叶式三层搅拌器利用160kw电动机通过120mm的轴驱动冷却方式为列管冷却冷却列管总长为660m分为4组这次生物工程设备课程设计是以小组为单位然后组员进行分工合作来查取资料进行过程和设备的计算并要对自己的选择做出论证和核算经过反复的分析比较择优选定最理想的设计通过本次设计我学会了根据工艺过程的条件查找相关资料并从各种资料中筛选出较适合的资料根据资料确定主要设备以及如何计算出主要设备及辅助设备的各项参数及数据学会怎么设计机械通风反应器并学会一些基本的设计的步骤以及认真的态度通过课程设计可以巩固对主体设备图的了解以及学习如何用CAD画设备图并对CAD 有一定的了解和简单的运用对生物工程设备设计的有关步骤及相关内容有一定的了解通过本次设计熟悉了生物工程设备课程设计的流程加深了对发酵设备的了解在设计的过程培养了大胆假设小心求证的学习态度通过本次课程设计我还认识到组员之间一定要多沟通多交流意见要不然一个人的能力再怎么强在团体工作中也是不能够出色完成设计任务但由于本课程设计时间比较仓促查阅文献有限本课程设计还不够完善不能够进行有效可靠的计算这次我的设计是由最开始的计算到数据的整理在到画图以及在后来的说明书的的拟订虽然是困难重重但终于完成了总的感觉就的好累啊可是深切体会到书到用时方恨少真的不能临时抱佛脚在这里要感谢的指导老师同学的帮助非常感谢我的同组人员正是有他们在一起讨论有了他们的帮助才使我更快更顺利地在较短时间内完成本设计参考文献齐香君现代生物制药工艺学[M] 北京化学工业出版社20199 潘红良赫俊文过程设备机械设计[M] 杭州华东理工大学出版社20194吴思芳发酵工厂工艺设计概论[M] 北京中国轻工业出版社20197郑裕国生物工程设备[M] 北京化学工业出版社2019郑裕国薛亚平金利群等生物加工过程与设备[M] 北京化学工业出版社20197李功样陈兰英崔英德常用化工单元设备的设计[M] 广州华南理工大学出版社2019陈英南刘玉兰常用化工单元设备的设计[M] 杭州华东理工大学出版社2019附录Ⅰ符号说明P压力KPa Q通风量m3sK总传热系数kJ m2 ·h·℃ Re雷诺准数A传热面积㎡ t冷却水进出口温度℃D罐内径mm 流速ms搅拌叶轮直径m V1装液体积m3 公称直径mm S壁厚㎡粘度密度㎏m3PgP0功率KW 搅拌功率准数H罐身高 m HL罐高mS搅拌叶间距m W质量流速㎏h平均温差℃ V S体积流量m3sC底搅拌叶轮至底封头高度mⅡ设计结果汇总表1 200m3发酵罐的几何尺寸项目及代号参数及结果备注200 设计条件全体积210 计算罐体直径 4140 计算发酵罐总高16560 计算发酵罐筒体高度 14460 计算搅拌叶直径1380 计算椭圆封头短半轴长1000 计算椭圆封头直边高度 50 计算底搅拌叶至封头高度1380 计算搅拌叶间距 1380 计算表2 发酵罐主要部件尺寸的设计计算结果项目及代号参数及结果备注16MnR钢由工艺条件确定焊接方式双面缝焊接由工艺条件确定罐体筒壁厚10mm 计算封头壁厚 18mm 计算搅拌器类型六弯叶涡轮式搅拌器根据参考文献[3]选取搅拌叶直径1380mm 计算搅拌器层数 2 由工艺条件确定人孔1个标准号HG21522-1995 根据参考文献[3]选取视镜2个标准号HGJ501-86-17 根据参考文献[3]选取进排料口直径Φ180×5mm 根据参考文献[3]选取进出气口直径Φ180×5mm 根据参考文献[3]选取冷却水进出口直径Φ127×3mm 由工艺条件确定补料口直径Φ180×5mm 根据参考文献[3]选取取样口直径Φ180×5mm 由工艺条件确定温度计装配式热电阻温度传感器Pt100型压力表液位计溶氧探头pH探头型表3 200发酵罐冷却装置设计计算结果项目及代号参数及结果备注75 由工艺条件确定装料体积 1575m3 计算装料高度 1104m3 计算总发酵热5512500㎏h 计算冷却水耗量164611204㎏h 计算冷却面积 25048㎡计算冷却列管总长度 660m 计算冷却列管总高度 11m 计算列管组数 4组由工艺条件确定每组列管数15根计算组内列管排列方式转角正三角形组间排列方式转正正方形表4 发酵罐搅拌功率的设计计算结果项目及代号参数及结果备注92 rmin 根据参考文献[3]选取不通气条件下的轴功率 9086 kW 计算两层搅拌器轴率18172 kW 通气量315×107mlmin 由工艺条件确定通气搅拌功率14108 kW 计算电机的功率15964 kW 计算电机的选择型号Y315L1-2功率160 kW转速2980 rmin 根据参考文献[3]选取轴径120mm 根据参考文献[3]选取传动装置三角皮带根据参考文献[3]选取三角皮带型号和根数D×6根根据参考文献[3]选取小皮带轮直径Φ300mm 根据参考文献[3]选取大皮带轮直径Φ1100mm 根据参考文献[3]选取Ⅲ设计任务书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任选一机械搅拌发酵罐 25m350m375m3100m3150m3200m3500m3三课程设计内容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DHHLVVLDi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五设计基本依据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HD 17-40②搅拌器六弯叶涡轮搅拌器DidiLB 201954③搅拌器直径Di D3④搅拌器间距S 095-105D⑤最下一组搅拌器与罐底的距离C 08-10D⑥挡板宽度B 01D当采用列管式冷却时可用列管冷却代替挡板2反应器用途用于有机酸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050-065发酵罐065-08②发酵液物性参数密度1080kgm3粘度20×10-3Nsm2导热系数0621Wm℃比热4174kJkg℃③高峰期发酵热3-35×104kJhm3④溶氧系数种子罐5-7×10-6molO2com发酵罐6-9×10-6molO2com⑤标准空气通风量种子罐04-06vvm发酵罐02-04vvm3冷却水及冷却装置冷却水地下水18-20℃冷却水出口温度23-26℃发酵温度32-33℃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04MPa夹套025 MPa五课程设计的基本环节1设计动员发题介绍设计题目的实际工业背景2阅读设计指导书查阅资料拟定设计程序和进度计划3调查收集有关数据了解设备制造安装和操作的有关知识奠定设计感性基础4设计计算绘图和编制设计说明书Ⅳ附图见后页10。
机械搅拌通风发酵罐的设计
课程设计任务书一、课程设计的内容1、通过查阅机械搅拌通风发酵罐的有关资料，熟悉基本工作原理和特点。
2、进行工艺计算3、主要设备工作部件尺寸的设计4、绘制装配图5、撰写课程设计说明书二、课程设计的要求与数据高径比为2.5，南方某地，蛇管冷却，初始水温18℃，出水温度26℃1．应用基因工程菌株发酵生产赖氨酸，此产物是初级代谢产物。
牛顿型流体，二级发酵。
学号末尾数为0 ： 15M3发酵罐；1号：50M3发酵罐；2号： 200 M3发酵罐2．应用基因工程菌株发酵生产柠檬酸，此产物是初级代谢产物。
牛顿型流体，二级发酵。
3号： 60M3发酵罐；4号 75M3发酵罐； 5号 100 M3发酵罐3．应用黑曲霉菌株发酵生产糖化酶，此产物是初级代谢产物。
非牛顿型流体，三级发酵。
6号： 15M3发酵罐； 7号: 20 M3发酵罐； 8号： 40 M3发酵罐； 9号：200 M3发酵罐(公称体积)三、课程设计应完成的工作1．课程设计说明书（纸质版和电子版）各1份2．设备装配图（A2号图纸420*594mm）1张四、课程设计进程安排五、应收集的资料及主要参考文献[1]郑裕国. 生物工程设备[M]. 北京：化学工业出版社，2007[2]李功样, 陈兰英, 崔英德. 常用化工单元设备的设计[M]. 广州：华南理工大学出版社，2006[3]陈英南, 刘玉兰. 常用化工单元设备的设计[M]. 杭州：华东理工大学出版社，2005[4]王福源主编.现代发酵技术(第二版)［M］. 北京：中国轻工业出版社，2004[5]潘红良，郝俊文主编.过程设备机械设计. 杭州：华东理工大学出版社，2006[6]吴思方主编.发酵工厂工艺设计概论［M］. 北京：中国轻工业出版社，2005[7]郑裕国主编，薛亚平副主编.生物工程设备［M］.北京：化学工业出版社，2007[8] 黄福源主编，生物工艺技术[M] .北京：中国轻工业出版社，2006摘要本文对黑曲霉菌株为原料生产柠檬酸的生产流程和主要反应设备作了设计和计算。
20立方米机械搅拌通风发酵罐设计
20立方米机械搅拌通风发酵罐设计设计20立方米机械搅拌通风发酵罐摘要：本文通过设计一个20立方米机械搅拌通风发酵罐，旨在提高发酵效率和产品质量。
设计主要包括罐体结构、机械搅拌装置、通风系统和温度控制等方面。
通过合理的设计和参数选取，可以实现发酵过程中的气体交换和温度控制，提高发酵罐的工作效率和产品质量。
关键词：机械搅拌、通风发酵、温度控制、罐体结构1.引言发酵技术在食品、化工、农业等领域有着广泛的应用和前景。
机械搅拌通风发酵罐作为一种常用的发酵设备，具有体积大、发酵效率高的特点。
本文旨在设计一个20立方米的机械搅拌通风发酵罐，以提高发酵效率和产品质量。
2.设计要求（1）罐体容积：20立方米；（2）机械搅拌工作效果好，能够均匀搅拌发酵物料；（3）通风系统能够满足发酵过程中气体交换的需要；（4）温度控制系统能够保持适宜的发酵温度。
3.罐体结构设计（1）罐体选材：选择耐腐蚀、食品级的不锈钢材料，以保证产品的卫生和安全。
（2）罐体结构：设计圆筒形罐体，通过计算得出合适的直径和高度，以满足20立方米的容积要求。
（3）支撑结构：罐体底部设计合适的支撑结构，确保整个罐体的稳定性和安全性。
4.机械搅拌装置设计（1）搅拌器选型：选择适用于发酵物料的机械搅拌器，要求能够均匀搅拌发酵物料，避免结块现象的发生。
（2）搅拌器位置：将搅拌器设置在罐体底部靠近中心位置，以实现更好的搅拌效果。
5.通风系统设计（1）气体进出口：设计合适的气体进出口，确保充分的气体交换和通风效果。
（2）通风装置：选取适当的风机和过滤装置，以保证通风系统的正常运行和清洁。
6.温度控制系统设计（1）温度传感器：在发酵罐中设置温度传感器，实时监测发酵过程中的温度变化。
（2）加热和降温装置：根据温度监测结果，通过加热和降温装置调节罐内温度，以保持适宜的发酵温度。
7.结论通过以上的设计和参数选取，可以实现20立方米机械搅拌通风发酵罐的设计。
该设计能够满足发酵过程中的气体交换和温度控制需求，提高发酵效率和产品质量。
5立方米机械搅拌通气发酵罐设计
5立方米机械搅拌通气发酵罐设计1. 简介本文档旨在介绍一种设计方案，用于制造带有机械搅拌和通气功能的5立方米发酵罐。
该发酵罐可用于生物工程、食品工业等领域的发酵过程。
我们将详细讨论发酵罐的结构、材料、机械搅拌装置、通气装置以及相关注意事项。
2. 发酵罐结构5立方米机械搅拌通气发酵罐的基本结构如下：•罐体：采用不锈钢材料制作，具有良好的耐腐蚀性和密封性。
罐体内部应进行表面处理，以确保发酵过程中不会发生不必要的化学反应。
•支撑结构：发酵罐需要具备良好的稳定性。
可以使用三脚架或更复杂的支撑结构来支撑罐体。
•排液装置：设计双层底部结构，以方便排除底部产生的液态废物。
•观察窗：设计透明的观察窗，以便操作人员观察发酵过程。
•杂质控制：设置进出口阀门和过滤器，以控制发酵罐中的杂质。
•控制系统：配备适当的控制系统，以实现对搅拌、通气过程的自动控制。
3. 机械搅拌装置机械搅拌装置对于发酵过程中的溶液混合至关重要。
以下为机械搅拌装置的设计要点：•搅拌器种类：推荐使用桨叶式搅拌器。
该种类型的搅拌器能够提供均匀的液体搅拌效果，避免局部过高的温度或浓度。
•运行速度：搅拌器的运行速度应根据具体的发酵工艺来确定。
通过调节搅拌器的转速，可以控制溶液的混合程度。
•安装位置：搅拌器应安装在发酵罐的底部，并与罐体平行，以确保搅拌的效果。
•搅拌器材质：搅拌器的材质应选择耐腐蚀、耐高温的材料，如不锈钢。
4. 通气装置通气装置对于发酵过程中的氧气供应和二氧化碳排放至关重要。
以下为通气装置的设计要点：•通气方式：采用气体进出口来实现通气的目的。
气体进口可以通过气体控制阀来调节进气量。
•进气过滤：通气装置应设置过滤器，以防止进入发酵罐的空气中含有杂质。
•二氧化碳排放：设计专门的排气管道，以排放掉发酵过程中产生的二氧化碳。
•氧气供应：注入适量的氧气至发酵罐中，以满足发酵过程中微生物的需求。
5. 注意事项在设计和使用5立方米机械搅拌通气发酵罐时，需要注意以下事项：•温度控制：通过适当的冷却装置和加热装置，及时控制发酵罐内的温度。
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。
5立方米机械搅拌通气发酵罐设计 案例范本
5立方米机械搅拌通气发酵罐设计案例范本
设计背景：
一家食品加工厂需要生产一种高品质的酸奶产品，为了保证酸奶的质量和口感，需要使用机械搅拌通气发酵罐进行生产。
本设计将针对这种需求进行5立方米机械搅拌通气发酵罐的设计。
设计方案：
1.设计容积：5立方米
2.设计压力：常压
3.设计温度：35-45℃
4.设计材料：不锈钢304
5.设计结构：圆柱形，底部为圆锥形
6.设计特点：
（1）机械搅拌：采用机械搅拌方式，保证酸奶在发酵过程中的均匀性和稳定性。
（2）通气系统：采用通气系统，保证酸奶在发酵过程中的氧气供应，促进酸奶的发酵过程。
（3）温度控制：采用温度控制系统，保证酸奶在发酵过程中的温度稳定。
（4）清洗系统：采用清洗系统，保证酸奶罐的卫生和清洁。
7.设计参数：
（1）罐体直径：Φ1.5m
（2）罐体高度：2.5m
（3）罐体壁厚：3mm
（4）底部锥角：60度
（5）搅拌电机功率：1.5KW
（6）通气装置：1组
（7）温度控制系统：1套
（8）清洗系统：1套
8.设计标准：GB150-2011《钢制压力容器》
设计结果：
本设计方案中的5立方米机械搅拌通气发酵罐，采用不锈钢304材料，具有机械搅拌、通气、温度控制和清洗等多种功能，符合国家标准GB150-2011《钢制压力容器》的要求，能够满足食品加工厂对高品质酸奶产品的生产需求。
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
发酵罐第一节机械搅拌通风发酵罐
• 端面轴封——靠弹性元件（弹簧、波纹管等 ）的压力使垂直于轴线的动环和静环表面紧 密地相互贴合，并作相对转动而达到密封。
• 优点：
① 清洁； ② 密封可靠，使用时间较长，不会泄漏； ③ 无死角，可防止杂菌污染； ④ 寿命长，质量好的2～5年不需修理； ⑤ 摩擦功率耗损小； ⑥ 轴或轴套不受磨损； ⑦ 对轴的震动敏感性小。
• 对于大型发酵罐以及液体深度 HL较高的，可安装三组或三组 以上的搅拌桨叶。
• 最下面一组搅拌器与风管出口 较接近为好，与罐底的距离C一 般等于搅拌器直径Di，不宜小 于0.8Di，否则会影响液体的循 环。
发酵罐第一节机械搅拌通风发酵罐
（二）搅拌器
• 搅拌器的作用：
–打碎气泡，使空气与溶液均匀接触，使氧溶解于发 酵液中；
第五章 发酵罐
第一节 机械搅拌通风发酵罐 第二节 其他类型发酵罐 第三节 厌氧发酵设备
发酵罐第一节机械搅拌通风发酵罐
第一节 机械搅拌通风发酵罐
一、设计要求
（一）基本要求
1. 发酵罐应具有适宜的径高比。径高比一般为1.7-4 倍左右，越悬殊，氧的利用率较高，发酵效率越 高。
2. 因用到高压蒸汽灭菌，发酵罐应有一定的耐压能 力。
215.0
二、发酵罐主体结构
• 罐体 • 搅拌器和挡板 • 消泡器 • 联轴器及轴承 • 变速装置 • 空气分布装置 • 轴封 • 冷却装置
发酵罐第一节机械搅拌通风发酵罐
（一）罐体
• 罐体由圆柱体或碟形封头焊接而成，材料为碳钢或不锈钢， 大型发酵罐可用衬不锈钢或复合钢板制成，衬里不锈钢厚度 为2～3 mm。
• 缺点：
– 结构比填料密封复杂，装拆不便； – 对动环及静环的表面光洁度及平直度要求高。
机械搅拌通风发酵罐的设计
机械搅拌通风发酵罐的设计机械搅拌通风发酵罐是一种用于发酵有机物质的设备。
它又被称为机械通风式发酵罐，常用于有机肥料生产、沼气发酵、生物质能源发酵等领域。
设计一台高效的机械搅拌通风发酵罐需要考虑以下因素：1. 设计容积机械搅拌通风发酵罐的设计容积需要考虑到原料预处理后的固态密度，发酵过程中的充分膨胀及发酵物料的密实度。
通常，机械搅拌通风发酵罐设计的容积应该在15~100m3之间。
2. 结构设计机械搅拌通风发酵罐的结构设计需要考虑到其承受能力、外部环境的要求以及运输的方便性。
常用的材料有钢材、玻璃钢、混凝土等，强度越高的材料越适合用于制作机械搅拌通风发酵罐。
另外，罐体需要具有重量轻、强度高、隔热性好、抗腐蚀和易清洗等特点。
3. 搅拌系统设计机械搅拌通风发酵罐的搅拌系统需要具有均匀、高效、节能等特点。
常用的搅拌方法有机械式搅拌和气力式搅拌，其中机械式搅拌通常是通过叶轮或圆盘搅拌器进行搅拌，气力式搅拌则是通过喷射压缩空气来实现搅拌。
搅拌器应避免对发酵物料的损害，杜绝沉淀现象，同时要保证罐内发酵物料的均匀性。
机械搅拌通风发酵罐的通风系统设计应考虑到通风量、风机的型号和数量、排气要求等因素。
罐内氧气的供应和二氧化碳的排放是保证酵素的正常活动和防止罐体产生过高压力的重要手段。
通风系统应该灵活，能够随时调整通风量大小以适应发酵过程中不同的需求。
机械搅拌通风发酵罐的控制系统设计应考虑到参数监测、温度控制、气气体控制等方面。
为了保证罐内发酵物料的均匀性和质量，应安装相应的检测仪器并设定最优参数。
同时，为了保证工作效率和生产安全，控制系统还应能够实现远程监控和故障自诊断及报警等功能。
机械搅拌通风发酵罐的设计需要从多个角度出发，并针对具体应用领域进行优化。
在实际生产应用中，还需要根据特定的发酵物料和生产工艺进行相应的调整和优化，提高发酵效率和生产质量。
200立方米机械搅拌通风发酵罐设计方案(可编辑)资料
－液体密度kgm3因发酵液不同而不同一般取800－1650 kgm3 本设计取
－涡轮直径m
52通气搅拌功率Pg的计算
因为是非牛顿流体所以用以下公式计算
－两层搅拌输入的功率kW
－涡轮转速rmin
－涡轮直径m138m
Q－通气量已知标准通风比为0204vvm取低极限如果通风量变大
变小为安全起见现取02vvm
③搅拌器直径Di D3
④搅拌器间距S 095-105D
⑤最下一组搅拌器与罐底的距离C 08-10D
⑥挡板宽度B 01D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
用于有机酸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050-065
发酵罐065-08
②发酵液物性参数密度1080kgm3
搅拌叶直径DiD 13
Di 41பைடு நூலகம்03 1380mm
搅拌叶间距S Di 1380mm
底搅拌叶至底封头高度C Di 1380mm
3 罐体主要部件尺寸的设计计算
31 罐体
考虑压力温度腐蚀因素选择罐体材料和封头材料封头结构与罐体连接方式因有机酸是偏酸性pH值为45对罐体不会有太大腐蚀所以罐体和封头都使用16MnR钢为材料封头设计为标准椭圆封头因D 500mm所以采用双面缝焊接的方式与罐体连接
这次生物工程设备课程设计是以小组为单位然后组员进行分工合作来查取资料进行过程和设备的计算并要对自己的选择做出论证和核算经过反复的分析比较择优选定最理想的设计
通过本次设计我学会了根据工艺过程的条件查找相关资料并从各种资料中筛选出较适合的资料根据资料确定主要设备以及如何计算出主要设备及辅助设备的各项参数及数据学会怎么设计机械通风反应器并学会一些基本的设计的步骤以及认真的态度通过课程设计可以巩固对主体设备图的了解以及学习如何用CAD画设备图并对CAD有一定的了解和简单的运用对生物工程设备设计的有关步骤及相关内容有一定的了解通过本次设计熟悉了生物工程设备课程设计的流程加深了对发酵设备的了解在设计的过程培养了大胆假设小心求证的学习态度通过本次课程设计我还认识到组员之间一定要多沟通多交流意见要不然一个人的能力再怎么强在团体工作中也是不能够出色完成设计任务但由于本课程设计时间比较仓促查阅文献有限本课程设计还不够完善不能够进行有效可靠的计算这次我的设计是由最开始的计算到数据的整理在到画图以及在后来的说明书的的拟订虽然是困难重重但终于完成了总的感觉就的好累啊可是深切体会到书到用时方恨少真的不能临时抱佛脚在这里要感谢的指导老师同学的帮助非常感谢我的同组人员正是有他们在一起讨论有了他们的帮助才使我更快更顺利地在较短时间内完成本设计
机械搅拌通风发酵罐的设计
课程设计报告题目：学院专业班级姓名学号指导老师年月日目录第一章前言青霉素是一类抗生素的总称。
自从被发现以来，就被人们广泛应用于医疗行业。
是用应得最多的一类抗生素，从此很多医学难题迎刃而解。
也使人们致力于青霉素及其相关技术的研究。
青霉素是一种高效、低毒、临床应用广泛的重要抗生素。
它的研制成功大大增强了人类抵抗细菌性感染的能力，带动了抗生素家族的诞生。
它的出现开创了用抗生素治疗疾病的新纪元。
通过数十年的完善，青霉素针剂和口服青霉素已能分别治疗肺炎、肺结核、脑膜炎、心内膜炎、白喉、炭疽等病。
继青霉素之后，链霉素、氯霉素、土霉素、四环素等抗生素不断产生，增强了人类治疗传染性疾病的能力。
青霉素发酵是通气发酵[2]，该生产工艺和设备具有很强的典型性，本设计对味青霉素发酵罐的选型及计算作简要介绍，以期有助于了解通气发酵工艺和主要设备的有关知识。
第二章绪论2．1 青霉素的概述.青霉素(Benzylpenicillin / Penicillin)又被称为青霉素G、peillin G、盘尼西林、配尼西林、青霉素钠、苄青霉素钠、青霉素钾、苄青霉素钾。
青霉素是抗菌素的一种，是指从青霉菌培养液中提制的分子中含有青霉烷、能破坏细菌的细胞壁并在细菌细胞的繁殖期起杀菌作用的一类抗生素，是第一种能够治疗人类疾病的抗生素。
青霉素类抗生素是β-内酰胺类中一大类抗生素的总称。
2.2 青霉素的应用青霉素类抗生素的毒性很小，由于β-内酰胺类作用于细菌的细胞壁，而人类只有细胞膜无细胞壁，故对人类的毒性较小，除能引起严重的过敏反应外，在一般用量下，其毒性不甚明显，是化疗指数最大的抗生素。
临床应用：主要控制敏感金黄色葡糖球菌、链球菌、肺炎双球菌、淋球菌、脑膜炎双球菌、螺旋体等引起感染，对大多数革兰氏阳性菌（如金黄色葡萄球菌）和某些革兰氏阴性细菌及螺旋体有抗菌作用。
青霉素针剂和口服青霉素能分别治疗肺炎、肺结核、脑膜炎、心内膜炎、白喉、炭疽等病。
工业应用：可用于生产柠檬酸、延胡索酸、葡萄糖酸等有机酸和酶制剂。
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课程设计课程名称:生物工程设备课程设计题目名称:100M3机械搅拌通风发酵罐班级:学号:姓名:指导老师：年月日大学课程设计任务书一、课程设计的内容机械搅拌发酵罐、气升式发酵罐、动植物细胞培养反应器，或者产品分离设备等的设计（任选一）。
机械搅拌发酵罐：25m3,50m3,75m3,100m3,125m3,150m3气升式发酵罐: 50m3,75m3,100m3,125m3,150m3,200m3气升式光生物反应器：15升，30升，50升。
该设备可以用于发酵生产以下产品：PHA，谷氨酸，柠檬酸，淀粉酶，糖化酶，抗生素，抗体及紫草细胞等（任选一）。
也可以进行相应分离设备的设计。
根据设备所担负的工艺操作任务和工作性质，确定工作参数；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；动力消耗、设备结构的工艺设计。
二、课程设计的要求与数据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）人员分组及分工建议以4－6人一小组，每组题目略有不同，每组完成全部设备工艺设计，每人应当完成一个主体设备的工艺及结构设计，若干典型辅助设备选型设计。
2）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。
3）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。
绘制设备图一张。
设备图采用工程制图或计算机AUTOCAD绘制。
简装图应标明设备的主要结构与尺寸。
三、课程设计应完成的工作1．课程设计说明书（纸质版和电子版）各1份2．设备装配图（A2号图纸420*594mm）1张四、课程设计进程安排五、应收集的资料及主要参考文献1、梁世中.生物工程设备.北京，中国轻工业出版社，20042、徐清华.生物工程设备.北京，科学出版社，20063、贾士儒.生物反应工程原理.北京，科学出版社，20034、陈宁. 氨基酸工艺学. 北京，中国轻工业出版社，20065、熊昌绪．发酵调味品工艺学．乌鲁木齐：新疆科技卫生出版社，19946、姚汝华.微生物工程工艺原理.广州：华南理工大学出版社，19967、俞俊棠，唐孝宣，邬行彦等.新编生物工艺学.北京：化学工业出版社，20038、金其荣，张继民，徐勤.有机酸发酵工艺学.北京：轻工业出版社，19899、章克昌.酒精与蒸馏酒工艺学.北京：中国轻工业出版社，200210、管敦仪.啤酒工业手册.北京：轻工业出版社，198611、化学工程手册.北京，化学工业出版社，198912、化工设备设计手册（2，金属设备）.上海，上海人民出版社，197513、化工制图.北京，人民教育出版社，198014、发酵设备.北京，中国轻工业出版社，1991目录1.前言 62.设计基本依据 62.1柠檬酸的用途 62.2柠檬酸的发酵方法 63.工艺设计73.1 夹套反应釜的总体结构73.2设备结构及主要尺寸的确定 73.3搅拌功率计算与电机的选择 83.4传热面积及冷却水用量的计算 84.设备设计114.1罐体壁厚 114.2封头壁厚 114.3搅拌器设计 124.4入孔和视镜 125.对本设计的小结136.参考文献147.设计图纸1.前言通过发酵工业化生产的几十年实践，人们逐步认识到发酵工业过程是一个随着时间变化的（时变的）、非线性的、多变量输入和输出的动态的生物学过程，按照化学工程的模式来处理发酵工业生产（特别是大规模生产）的问题，往往难以收到预期的效果。
从化学工程的角度来看，发酵罐也就是生产原料发酵的反应器，发酵罐中培养的微生物细胞只是一种催化剂，按化学工程的正统思维，微生物当然难以发挥其生命特有的生产潜力。
于是，追溯到作坊式的发酵生产技术的生物学内核（微生物），返璞归真而对发酵工程的属性有了新的认识。
发酵工程的生物学属性的认定，使发酵工程的发展有了明确的方向，发酵工程进入了生物工程的范畴。
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。
一个优良的生物反应器应具有良好的传质传热和混合的性能；结构严密，内壁光滑，易清洗，检修维护方便；有可靠的检测及控制仪表；搅拌及通气所消耗的动力要少；能获得最大的生产效率与最佳的经济效益。
通常将进行大规模悬浮培养微生物的反应器统称为发酵罐。
2.设计基本依据：2.1柠檬酸的用途用于香料或作为饮料的酸化剂，在食品和医学上用作多价螯合剂，也是化学中间体。
柠檬酸与钙离子结合则成可溶性络合物，能缓解钙离子促使血液凝固的作用，可预防和治疗高血压和心肌梗死，所以可以起抗凝血作用，柠檬酸钠和草酸钠被称为抗凝血剂。
柠檬酸促进脂肪分解，快速实现减肥。
2.2柠檬酸的发酵方法发酵有固态发酵、液态浅盘发酵和深层发酵 3种方法。
固态发酵是以薯干粉、淀粉粕以及含淀粉的农副产品为原料，配好培养基后，在常压下蒸煮，冷却至接种温度，接入种曲，装入曲盘，在一定温度和湿度条件下发酵。
液态浅盘发酵多以糖蜜为原料，其生产方法是将灭菌的培养液通过管道转入一个个发酵盘中，接入菌种，待菌体繁殖形成菌膜后添加糖液发酵。
发酵时要求在发酵室内通入无菌空气。
深层发酵生产柠檬酸的主体设备是发酵罐。
微生物在这个密闭容器内繁殖与发酵。
种为产黑曲霉（Aspergillus niger ）。
本设计使用黑曲霉CO827。
3.工艺设计3.1夹套反应釜的总体结构夹套反应釜主要由搅拌容器，搅拌装置，传动装置，轴封装置，支座，人孔，工艺接管和一些附件组成。
搅拌容器分罐体和夹套两部分，主要由封头和筒体组成，多为中、低压压力容器；搅拌装置由搅拌器和搅拌轴组成，其形式通常由工艺设计而定；传动装置是为为带动搅拌装置设置的，主要由电机，减速器，联轴器和传动轴等组成；轴封装置为动密封，一般采用机械密封或填料密封；它们与支座，人孔，工艺接管等附件一起，构成完整的夹套反应釜。
3.2设备结构及其主要尺寸根据工艺参数和高径比确定各部几何尺寸；高径比H/D=1.7～3，则取H/D ＝2.5。
初步设计：设计条件给出的是发酵罐的公称体积（100m3） 设备结构及主要尺寸的确定（D 、H 、HL 、V 、VL 、Di 等）。
H/D=1.7～3,取H/D=2.532013.04D h H D V b ++=π=1003mbh 取25mm D =3.6m H =9m查《有机酸生产与应用手册》，由发酵罐公称直径可得封头尺寸如下公称直径D 曲面直度ha 直边高度hb 内表面Af 容积Vf3.6m0.90m0.05m14.62m6.623m已知31~21=D d 取搅拌器直径d=0.4D=1.44m ，圆整到1.5m 已知121~81=D W ,取挡板宽度W=101D=0.36m ，圆整到0.4m 已知0.1~8.0=d B，取下搅拌器距底间距B=1.0d=1.5m 已知5.2~5.1=d S, 取两搅拌器间距S=1.6d=2.4m 3213.04D h D V b b +=π（bh 取25mm ）326.313.0025.06.34⨯+⨯⨯=πb V =6.323m发酵液的圆柱体积V 柱=151/3－6.32=44.683m发酵液的柱体高h= =⨯2)2(68.44D π 4.4m假设用两层搅拌器，所以上搅拌器距离液面距离S1=4.4－2.4=2.0m 检验：S1/d=2.0/1.5=1.333在1~2范围内。
3.3搅拌轴的轴功率计算与选择据《化工工艺设计手册》查得，所选用的搅拌器轴功率为110kW 搅拌轴转速为100r/min.3.4传热面积及冷却水用量的计算以一个发酵罐为单位计算，每个发酵罐料液为51t = 5.1⨯410kg选用发酵罐的传热总面积为：F=筒身面积 + 封头面积 =DH π+14.6 =3.14×3.6×9+14.6=116.342m已知G=1000×51=51000kg ，1t =25℃，2t =121℃，c=4.2kJ/(kg·℃)，s t=158℃，查表得r=2087.1。
灭菌过程中需要把温度从25℃升至121℃，并保温20分钟，则需要能量为：t cm Q ∆==4.2×5.1×104×（121﹣25）= 2.01×710kJ夹套平均传热系数K=830～1250 kJ/(⋅⋅h m 2℃)，取K=1250kJ/(⋅⋅h m 2℃)，则加热所需时间τ为：τ= 21ln t t t t KF Gc s s -- =12115825158ln 99.9512502.451000--⨯⨯⨯ = 2.3h加热段所需蒸汽量S ：（设加热时蒸汽热损失为5%）t r t t Gc S 35.10)05.01(1.2087)25121(2.451000)1()(12=+⨯-⨯⨯=+-=η15821==T T ℃, 251=t ℃, 1212=t ℃, 03.75ln)()(21122112=-----=∆t T t T t T t T t m ℃3.203.7512501001.27⨯⨯⨯=∆=τm t K Q A =93.182m ＜116.342m 符合设计要求保温阶段：（保温时间为20min = 1/3 h ）经验计算S=（30%～50%）×直接加热蒸汽消耗量 = 0.35×10.35t =3.62t 蒸汽总用量：3.62 + 10.35 = 13.97t 冷凝水用量 冷却要求：冷却水st 2=27℃将料液从st 1=121℃降至发酵温度ft 1=35℃冷凝水和料液比热：==21c c 4.2kJ/(kg·℃)冷却水流量2121/2t t t t e A sWc KF --== = 3512127121--=1.09=⨯⨯== 4.2).0995.99/(ln11250)/(ln 2Ac KF W 331.51t/h=--⨯⨯=---=273527121ln 09.009.151.33151ln 1212121s f s s t t t t A A Wc Gc τ 4.6hτ–冷却所用时间，hW –冷却水用量，kg/h1c -料液的比热容2c -冷凝水的比热容 s t 1-料液冷却前的温度 ft 1-料液冷却后的温度 s t 2-冷凝水进口温度 st 2-冷凝水进口温度1t -料液冷却过程中某时刻的温度 2t -对应料液1t 温度时冷凝水出口温度G –料液质量，tK –平均传热系数，1250kJ/(kg·℃) F –传热系数 验算传热面积：冷却释放热量：t cm Q ∆==4.2×5.1×410×（121-35）= 1.84×710kg1211=T ℃, 352=T ℃，271=t ℃, 322=t ℃, 62.33ln)()(21122112=-----=∆t T t T t T t T t m ℃冷去面积：=⨯⨯⨯=∆=6.462.3312501084.17τm t K Q A 95.22m 取整100m2 冷却管总长度：L ＝d πA ＝8.004.13100⨯＝398.09m 取整L 为400m分为20组，每组长L 0＝20m管内径：d ＝外径－壁厚 取φ57×3.5mm （径取50－80mm ，壁厚取3.5－5mm ）每圈冷却管长度：9.42l m===D －管圈直径，3mhp －管圈之间的距离，取0.15m每组管圈数：Np ＝l Lo＝20/9.42＝2.12≈3圈总圈数为：3×20=60圈冷却管总高度：H ＝(Np －1)hp ＝(60－1)×0.15＝8.85m4.设备设计罐体：考虑压力，温度，腐蚀因素，选择罐体材料和封头材料，封头结构、与罐体连接方式。