20 立方米机械搅拌通风发酵罐设计
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。
生物工程设备课程设计-机械通风发酵搅拌器的设计2
3.2 搅拌器的强度计算
搅拌器的强度计算主要目的是计算（校核）桨
叶的厚度。它是在决定了搅拌器的直径，宽度、数
量、材料并决定了搅拌器的计算功率后，分析叶片
的受力情况，找出危险面，定出安全系数，用计算
或校核的方法决定叶片的厚度，并考虑腐蚀裕量。
3.2.1 搅拌器强度计算中的计算功率
当搅拌装置的电机功率P选定后，还需考虑起动时电 机的过载及传动系统的效率。 Pj=kηP-Pm Pj搅拌器强度计算中的计算功率，KW； k启动时电机的过载系数，可从电机特性表中查得；
η传动系统的效率；
Pm轴封处的摩叶最常用。在强度计算时 以各种叶片受力相等处理，每个叶片的危险断面为
叶片与圆盘连接的根部，其弯矩为：
抗弯断面系数：
W b 6
2
M
II
9551 z1
r0 r3 x0
N· Pm
j
n
最大弯曲应力应满足：
4.2 减速器类型、标准及其选用
• 减速器的类型主要有：两级齿轮传动减速器、三角皮带减速
器、摆线针齿行星减速器、蜗杆传动减速器和谐波减速器。
• （1）首先根据反应器搅拌传动所需要的电机功率、搅拌轴转 速（即减速器输出轴的转速）。然后根据其他具体条件综合
考虑，类比确定较适用的减速器。
• （2）考虑其他具体条件有：对减速器有无防爆要求；是单相 还是双向传动；是连续还是间隙传动等;同时还要考虑维修条
普通V带设计举例见下表。已知某搅拌反应器采用V 带传动，选用Y132S-8电机，额定功率P=2.2KW,转速
n1=710转/分,搅拌转速n2=180转/分,试设计V带传动。
4.4 联轴器
• 电机与减速器输出轴及传动轴与搅拌轴之间的连
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。
发酵罐设计说明书
目录前言 (1)第一章、概述 (2)1.1、柠檬酸 (2)1.2、柠檬酸的生产工艺 (2)1.3、机械搅拌通风发酵罐 (3)1.3.1、通用型发酵罐的几何尺寸比例 (3)1.3.2、罐体 (3)1.3.3、搅拌器和挡板 (3)1.3.4、消泡器 (4)1.3.5、联轴器及轴承 (4)1.2.6、变速装置 (4)1.3.7、通气装置 (4)1.3.8、轴封 (5)1.3.9、附属设备 (5)第二章、设备的设计计算与选型 (5)2.1、发酵罐的主要尺寸计算 (5)2.1.1、圆筒体的内径、高度与封头的高度 (5)2.1.2、圆筒体的壁厚 (7)2.1.3、封头的壁厚 (7)2.2、搅拌装置设计 (8)2.2.1、搅拌器 (8)2.2.2、搅拌轴设计 (8)2.2.3、电机功率 (10)2.3、冷却装置设计 (10)2.3.1、冷去卩方式 (10)2.3.2、冷却水耗量 (10)2.3.3、冷却管组数和管径 (12)2.4零部件 (13)2.4.1 人孔和视镜 (13)2.4.2 接管口 (13)2.4.3、梯子 (15)2.5发酵罐体重 (15)2.6支座的选型 (16)第三章、计算结果的总结 (16)设计总结 (17)附录 (18)符号的总结 (18)参考文献 (20)生物工程设备课程设计任务书一、课程设计题目“ iooom的机械搅拌发酵罐”的设计。
二、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。
三、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, HL，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。
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。
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
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
工业发酵设备 机械搅拌通风发酵罐
6.2.1 机械搅拌通风发酵罐
（4）消泡器 作用：是将泡沫打破。 形式：锯齿形、梳状式及孔板式。 消泡器的长度约为罐径的0.65倍。 （5）联轴器及轴承 联轴器作用：大型发酵罐搅拌轴较长， 常分为2～3段，用联轴器使上下搅拌 轴成牢固的刚性联接。常用的联轴器 有鼓形及夹壳形两种。 轴承：为了减少震动，中型发酵罐装 有底轴承，大型发酵罐装有中间轴承。
6.2.1 机械搅拌通风发酵罐
二、发酵罐的基本组成与结构
基本组成：
① 罐体部分
机
罐体、进料口、接种口、排
械
料口、安全阀等
搅 拌
② 搅拌系统
通
电机、减速装置、搅拌轴、
风 发
轴封、挡板、连轴器、轴承
酵
③ 控制系统
罐 的
冷却管/夹套、空气进管、空
结
气分布器、空气出口、补料
构 图
口（营养、酸碱、消泡剂、
消泡器、取样口等）
②竖式蛇管换热装置：容积5 m3 以上的发酵罐，安装于发酵罐内， 四组、六组或八组不等 优点：水流速大，传热系数高， 用水量少。 缺点：弯曲位置容易蚀穿
③竖式列管换热装置 ：大型发酵 罐，以列管形式分组对称装于发 酵罐内。 优点：加工方便，可代替挡板的 作用 缺点：传热系数较蛇管低，用水 量较大
6.2.1 机械搅拌通风发酵罐
（2）搅拌器
作用--混合和传质 ①气泡与发酵液充分混合，提高 溶氧速率; ② 使细胞悬浮分散于发酵体系 中; ③ 强化传热过程。
形式：有轴向式（桨叶式、螺旋桨式）和径向式（涡轮式）两种
6.2.1 机械搅拌通风发酵罐
（3）挡板
作用：改变液流的方向，由径向流改 为轴向流，促使液体剧烈翻动，增加 溶解氧。
发酵罐第一节机械搅拌通风发酵罐
动力。 （4）设备结构简单，溶氧效果高，操作方便。 （5）酵母发酵周期短，发酵液中酵母浓度高，分离酵母
后的废液量少。
发酵罐第一节机械搅拌通风发酵罐
三、通风固相发酵设备（自学） • 自然通风固体曲发酵设备 • 机械通风固体曲发酵设备
3. 合理的通风设计，保证发酵液必需的溶解氧。 4. 发酵罐应具有足够的冷却面积，保证制冷效果。 5. 发酵罐内应尽量减少死角，保证灭菌能彻底。 6. 搅拌器的轴封应严密，防止泄露，避免染菌。
发酵罐第一节机械搅拌通风发酵罐
（二）参数设计
1. 小型机械搅拌通风 发酵罐主要用于实 验室小试、中试和 种子罐。
接种瓶密封、耐高压；接种瓶口要旋紧、塞子塞 紧，防止漏气染菌；进气口压力表一定不能超过1 kg/cm2（否则接种瓶会爆炸）；反复两三次直至 全部种子液发接酵罐入第罐一节内机械为搅止拌通。风发酵罐
（二）移种（压力差法） 种子罐→发酵罐
• 移种管灭菌：进入罐的管道阀门要关好，移种管中 压力>2kg/cm2，灭菌15 min，关蒸气。
二、啤酒发酵罐（C.C.T）
• 外筒体蝶形或拱形盖 ，锥体底，罐筒体壁 和锥底有冷却夹套。
发酵罐第一节机械搅拌通风发酵罐
无菌室
拉门
缓冲间
消毒间 更衣室
拱形顶，水滴会滑下来， 不会直接滴下来
高度：一人加一手， 便于消毒清扫； 墙面涂上漆，最好 不锈钢材料，光滑； 顶上安紫外灯，高 出操作台30cm。
– 空气从底部进入，与料液充分混合 后，携带料液沿上导管上升，排除 废气后沿下导管返回底部，如此循 环。
– 内循环、外循环
发酵罐第一节机械搅拌通风发酵罐
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
发酵罐计算举例
2、发酵热Q
通气发酵过程总热量为：Q = Q1+Q2-Q3
Q1—生物合成热 Q2—机械搅拌放热，且 Q2＝3600Pgη
Pg—搅拌功率，kW； η—功热转化率，经验值为η＝0.92；
(kJ)；
Q3—发酵过程排气带出的水蒸汽的热量，以及发酵 罐壁对环境的辐射热量。 通常可取 Q3≈20%Q1。
常是已知装液量与VVM值，不知Q值。
此时先算出Q0，再按前页公式转换计算出Q， 才可代入Pg计算公式。
24
如已知 例1.3 中通气量Q＝1.40米3／分，则代入 上式得，Pg=10.82 KW＜P0＝12.9 KW 单位换算
通气量增大，搅拌功率下降 例：30立方罐体，55kw电机，180rpm下，不通气
0.1013 0.1013 ( P 1 g H ) 10 6 t L 2
HL：m； Pt：表压，Pa
t：度； 密度：kg/m3；
因分子单位为Mpa，故分母上有10-6
23
通气比 VVM
定义：每分钟的通气体积（以标准状态计，即为 Q0）与实际料液体积之比。 1/min
4.K值的计算
K 1 1 1 S 1
1
2
1 1 1 0.0035 1 2700 1450 188 16750
= 1.931×103 kJ/(M2 〃h〃℃)
10
5.冷却面积
Q A K t m
5.0 2 1 05 2 3.8 5( M 1 9 3 1 1 0.9
2
)
根据生产实际情况取整： A = 25 M2
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。
机械搅拌通风发酵罐的节能设计
３ 工作与节能原理
发酵罐工作时，具有一定压力的无菌空气（表压一般大于 0.2MPa）引入罐内从喷嘴高速喷射出，进入混合管同时也将混 合管入口处的发酵液卷吸入混合管，高速的空气喷射流和被卷 吸入的发酵液在混合管内强烈混合，空气得到有效分散[4]。空气 和发酵液在混合管内充分混合后从混合管流出，切线进入循环 上升管底端并在管内进一步混合溶氧。由于循环上升管内的气 液混合体的密度比管外的发酵液的密度低，形成循环推动力， 推动发酵罐底部的发酵液循环混合。从循环管出来的气液混合
有限公司，浙江 温州 325024）
【摘 要】 目的：据数据统计，机械搅拌通风发酵罐搅拌所消耗的能源占发酵全过程的一半左右，提出了一种在机械搅拌通
风发酵罐内增加射流混合来强化通风发酵罐溶氧过程和降低其发酵能耗的设计；方法 ：用由喷嘴、混合管和循环管组成的射流混
合器来强化机械搅拌通风发酵罐的第一次气体分散，从而可减少发酵罐最低层的搅拌器，同时根据混合的要求合理设计其余各层
（3）一组测定结果
图 3 激光器光源电路 （4）微型激光器、三极管 9014 组成光源 微型激光器为三极管 9014 集电极负载，组成恒定光源。微 型激光器由半导体激光二极管、聚焦透镜和驱动电路组成。 半导体激光二极管其光束的发散角 θ∥×θ⊥大约在 5° ~10°×30°~50°左右，聚焦透镜对激光束准直或聚焦；选择 较大相对孔径 D/f 的透镜，调整合适的透镜与半导体激光二极 管的相对位置 h，可得到发散小的具有极好方向性和极高光亮 度的激光细光束。
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-6-
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
-7-
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、
学生姓名：
课程设计题目：
指导教师评语：
学号：
专业班级： 生物工程 1002 班
成绩：
指导教师： 年
月日
目录
-4-
1 设计方案的拟定 --------------------------------------------------6 2 罐体几何尺寸的确定------------------------------------------------7 2.1 夹套反应釜的总体结构---------------------------------------------7 2.2 几何尺寸的确定--------------------------------------------------7 3 罐体主要部件尺寸的设计计算----------------------------------------8 3.1 罐体------------------------------------------------------------9 3.2 罐体壁厚 ------------------------------------------------------9 3.3 封头壁厚计算---------------------------------------------------10 3.4 搅拌器---------------------------------------------------------10 3.5 人孔和视镜------------------------------------------------------10 3.6 接口管----------------------------------------------------------11 3.6.1 管道接口-----------------------------------------------------11 3.6.2 仪表接口-----------------------------------------------------11 4 冷却装置设计 ----------------------------------------------------12 4.1 冷却方式 -----------------------------------------------------12 4.2 装液量---------------------------------------------------------13 4.3 冷却水耗量-----------------------------------------------------13 4.4 冷却面积 -----------------------------------------------------13 5 搅拌器轴功率的计算 ----------------------------------------------14 5.1 不通气条件下的轴功率 P0 计算-------------------------------------15 5.2 通气搅拌功率 Pg 的计算-------------------------------------------15 5.3 电机及变速装置选用----------------------------------------------15 5.4 支座的选取------------------------------------------------------16 5.5 传动装置和减速装置----------------------------------------------17 5.5.1 传动装置------------------------------------------------------18 5.5.2 减速装置------------------------------------------------------20 6 设计小结---------------------------------------------------------21 7 参考文献---------------------------------------------------------21 8 设计装配图---------------------------------------------------------------22
基本清楚
不清楚
工作态度情况（学生对设计的认真程度、纪律及出勤情况）：
认真
较认真
一般
不认真
图面是否清晰 清晰
比较清晰
基本清晰
不清晰
计算是否正确
设计（论文）是否符合规范要求
成绩评定:
优秀
良好
正确 规范
基本正确 基本规范
不正确 不规范
中等
及格
不及格
指导教师签字：
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年月日
西南科技大学课程设计成绩评定表
发酵温度（工作温度）
33℃
根据参考文献[4]选取
设计温度
150℃
由工艺条件确定
冷却方式
蛇管冷却
由工艺条件确定
培养基
葡萄糖 4%，黄豆饼粉 0.8%，玉米浆 1.5%，（NH4）
根据参考文献[4]选取
2SO4 0.5%
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
2.1 夹套反应釜的总体结构
1
工作压力 罐内
≤0.2MPa
夹套 ≤0.3MPa
（蛇
管）内
2
工作温度 罐内
≤121℃
夹套 <150℃
（蛇
管）内
3
工作
罐内
介质 夹套内 （或蛇管）蒸汽
4
体积
装料体 20M3
积
5
面积
传热面 24M2 积
6
产物
糖化酶
7
搅拌器
直叶涡轮
8
搅拌转速 /rmp 200
9
挡板 全挡板 四块
10 罐体材料 型号 16MnR 钢
第八组：装料量为 20M3 机械搅拌通风发酵罐
姓名
班级
学号
备注
潘华国
生工 1002 班
20103115
设计，计算
胡博强
生工 1002 班
20103110
收集资料
胡华鑫
生工 1002 班
20103111