发酵罐设计原则概要
啤酒发酵罐设计
啤酒发酵罐设计：一罐法发酵，即包括主、后发酵和贮酒成熟全部生产过程在一个罐内完成。
1）发酵罐容积的确定：根据设计，每个锥形发酵罐装四锅麦汁，则每个发酵罐装麦汁总量V＝59.35×4＝237.4 m3锥形发酵罐的留空容积至少应为锥形罐中麦汁量的25%，则发酵罐体积至少应为237.4(1＋25%)＝296.75 m3,为300 m3。
取发酵罐体积V全2）发酵罐个数和结构尺寸的确定：发酵罐个数N＝nt/Z＝8×17/4＝34 个式中n—每日糖化次数t—一次发酵周期所需时间Z—在一个发酵罐内容纳一次糖化麦汁量的整数倍锥形发酵罐为锥底圆柱形器身，顶上为椭圆形封头。
设H﹕D＝2.5﹕1，取锥角为70°，则锥高h＝0.714DV全＝лD2H/4＋лD2h/12＋лD3/24得D＝5.1 m H＝2.5D＝12.8 m h＝3.6 m查表知封头高h封＝h a＋h b＝1275＋50＝1325 mm罐体总高H总= h封＋H＋h＝1325＋12800＋3600＝17725 mm3）冷却面积和冷却装置主要结构尺寸确定：因双乙酰还原后的降温耗冷量最大，故冷却面积应按其计算。
已知Q＝862913 kJ/h发酵液温度14℃3℃冷却介质（稀酒精）-3℃2℃△t1＝t1－t2′＝14－2＝12℃△t2＝t2－t1′＝3－（-3）＝6℃平均温差△t m＝(△t1－△t2)/㏑(△t1/△t2)＝(12－6)/ ㏑(12/6)＝8.66℃其传热系数K取经验值为4.18×200 kJ/(m2﹒h﹒℃)则冷却面积F＝Q1/K△t m＝862913/（4.18×200×8.66）＝119.2 m2工艺要求冷却面积为0.45～0.72 m2/ m3发酵液实际设计为119.2/237.4＝0.50 m2/ m3发酵液故符合工艺要求。
选取Ф109×4.5半圆形无缝钢管作为冷却管，d内＝100mm,d平均＝105mm每米管长冷却面积F0＝105×10-3×1＝0.105 m2则冷却管总长度L＝F/ F0＝119.2/0.105＝1135 m筒体冷却夹套设置二段，且均匀分布。
发酵罐的设的原则
一、设计基本原则
设计好的发酵罐，在操作时应当是无杂菌的， 即保证发酵过程不被污染。
下面为发酵罐设计时的基本原则：
(1) 尽量减少法兰连接。因为设备震动和热膨胀， 会
引起法兰连接处移位，而导致〉亏染。
(2) 尽可能采用全部焊接结构。所有焊接点必须切 实
磨光，消除蓄积耐热菌的固体物质的场所。
产物生成—2(?作用物卞成
0发«=01：物+0搅拌-0蒸发-0榀射
•搅拌器所产生的热量可用下列近似公式 计算：
860X4.186=4.5X860X4.186
= 16203（千焦/小时） 式中戶一後拌功率（千瓦）
3600：机械能转变为热能的热功当量（11））
汽化热03的计算：
式中（?——空气的重量沫量（公斤/小时） ——进口空气的热焓（千焦/公斤） —出口空气的热焓（千焦/公斤）
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 ＞开孔及幵孔补强 ＞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。
（4^一冷却水积垢的热阻（米1•小时/0/千焦），一般可取米7•小时'0/ *千焦） •
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%,发酵罐的容轵为300«)\
发酵罐的设计与放大
发酵罐的组成
• 主要包括釜体、搅拌装置、传热装置、轴封 装置。还根据需要加其他的附件，如各种接 管(为了便于检修内件及加料、排料)，安装 温度计、压力表、视镜、安全泄放装置(为了 操作过程中有效地监视和控制物料的温度、 压力)等。
• 轴封装置为搅拌罐和搅拌轴间的密封，以防 止反应物料的逸出和杂物的渗入。通常采用 填料密封或机械密封。
• 发酵罐的特点 必须具备足够的强度、密封性、耐蚀性及稳定性。
发酵罐的工作要求
清洁卫生；反应过程能保持恒定的温度，以利于发 酵菌很好地进行发酵；搅拌器使物料混合均匀、加快反 应速度、缩短发酵周期、强化传热；将发酵过程中产生 的热量及时带走，保证反应正常进行。
• 减少工厂发酵设备投资约30％左右，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。
• 设备结构简单，溶氧效果高，能保证发酵 所需的空气，并能使气液分离细小，均匀 地接触，吸入空气中70-80%的氧被利用。 操作方便。
• 电量小
采用不同型式、容积的自吸式发酵罐 生产葡萄糖酸钙、力复霉素、维生素C、酵 母、蛋白酶等，都取得了良好的效果。
1.5 固定化发酵罐
• 圆筒形的容器中填充固定化酶或固定化微 生物的设备。
• 生物利用率高
1.6 管道式发酵罐
• 利用液体的流动代替搅拌 作用，实现混合和传质的 目的。处于试验阶段。
改良通风式发酵罐
• (1)瓦尔德夫发酵罐，有独特的消泡装置。 • (2)一种带有上下两个分离搅拌器的发酵罐。上搅
自吸式发酵罐的结构
• 罐体 • 自吸搅拌器及导轮 • 轴封 • 换热装置 • 消泡器
自吸式发酵罐的充气原理 • 自吸式发酵罐的主要的构件是
通用式发酵罐的设计与计算资料
通用式发酵罐的设计与计算资料-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1通用式发酵罐的设计与计算2一、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 ＝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。
发酵罐设计说明书
发酵罐设计说明书(总23页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--目录前言 (1)第一章、概述 (2)、柠檬酸 (2)、柠檬酸的生产工艺 (2)、机械搅拌通风发酵罐 (3)、通用型发酵罐的几何尺寸比例 (3)、罐体 (3)、搅拌器和挡板 (3)、消泡器 (4)、联轴器及轴承 (4)、变速装置 (4)、通气装置 (4)、轴封 (5)、附属设备 (5)第二章、设备的设计计算与选型 (5)、发酵罐的主要尺寸计算 (5)、圆筒体的内径、高度与封头的高度 (5)、圆筒体的壁厚 (7)、封头的壁厚 (7)、搅拌装置设计 (8)、搅拌器 (8)、搅拌轴设计 (8)、电机功率 (10)、冷却装置设计 (10)、冷却方式 (10)、冷却水耗量 (10)、冷却管组数和管径 (12)零部件 (13)人孔和视镜 (13)接管口 (13)、梯子 (15)发酵罐体重 (15)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“1000m3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，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。
发酵罐毕业设计说明书
摘要发酵罐是化工生产中实现化学反应的主要设备。
其作用：①使物料混合均匀；②使气体在液相中很好分散；③使固体颗粒在液相中均匀悬浮；④使不均匀的另一液相均匀悬浮或充分乳化。
目前已广泛地用于制药、味精、酶制、食品行业等。
它的主要组成部分包括釜体、搅拌装置、传热装置、轴封装置。
还根据需要加其他的附件，如装焊人孔、手孔和各种接管(为了便于检修内件及加料、排料)，安装温度计、压力表、视镜、安全泄放装置(为了操作过程中有效地监视和控制物料的温度、压力)等。
釜体是由简体和两个封头组成，它的作用是为物料进行化学反应提供一定的空间。
搅拌装置是由传动装置，搅拌轴和搅拌器组成，它的作用是参加反应的各种物料均匀混合，使物料很好地接触而加速化学反应的进行。
搅拌装置可以分为非潜水型(仅驱动机和减速机及传动系统露在液体外面和潜水型(从驱动机至搅拌器全部潜入液体内)两种类型。
传热装置是在釜体内部设置蛇管或在釜体外部设置夹套，它的作用是使控制物料温度在反应所需要范围之内。
本发酵罐的设计容积是63立方米，属于大型罐设计，采用蛇管传热，三级搅拌。
关键词：搅拌罐；搅拌器；釜体；传热装置；轴封装置；人孔AbstractFermentation is a chemical reaction to achieve the production of major equipment. Its role is:①to mixed materials; ②the gas is well dispersed in the liquid phase; ③ making uniform solid particles suspended in liquid;④souneven suspension or other liquid emulsified in uniform。
For the uniform reaction, now is widely used in pharmaceutical, monosodium glutamate, enzyme system and food industries. Its main components include the reactor body, mixing equipment, heat transfer equipment and seal device. Also add other accessories needed, such as assembly and welding manhole, hand hole and all over (in pieces for ease of maintenance and feeding, nesting), install thermometers, pressure gauges, mirrors, safety relief device (for operation effectively monitor and control the material temperature, pressure) and so on. Mixing device is a gear, shaft and agitator stirring composition, its role is to participate in a variety of materials, reaction mixed evenly, so that good contact material to accelerate the chemical reaction. Mixing devices can be divided into non-diving type (only driven machines and gear and transmission system disclosed in the liquid outside and dive type (from the driving machine to sneak into a liquid blender all) types. Heat transfer device is set in the interior of reactor body coil or external tank set up in the jacket, its role is to control the materials needed in the reaction temperature range.The design of the fermentation tank volume is 63 cubic meters,and this is a large tank design with coil heat transfer and three mixings.Key words:mixing tank；mixer；kettle body；heat transfer equipment；seal device；manhole.目录摘要 .......................................... 错误！未定义书签。
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。
发酵罐设计使用说明
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 (4)1.3.3、搅拌器和挡板 (4)1.3.4、消泡器 (4)1.3.5、联轴器及轴承 (5)1.2.6、变速装置 (5)1.3.7、通气装置 (5)1.3.8、轴封 (6)1.3.9、附属设备 (6)第二章、设备的设计计算与选型 (6)2.1、发酵罐的主要尺寸计算 (6)2.1.1、圆筒体的内径、高度与封头的高度 (6)2.1.2、圆筒体的壁厚 (8)2.1.3、封头的壁厚 (9)2.2、搅拌装置设计 (9)2.2.1、搅拌器 (9)2.2.2、搅拌轴设计 (10)2.2.3、电机功率 (12)2.3、冷却装置设计 (12)2.3.1、冷却方式 (12)2.3.2、冷却水耗量 (12)2.3.3、冷却管组数和管径 (14)2.4零部件 (15)2.4.1 人孔和视镜 (15)2.4.2 接管口 (16)2.4.3、梯子 (18)2.5发酵罐体重 (18)2.6支座的选型 (19)第三章、计算结果的总结 (20)设计总结 (21)附录 (23)符号的总结 (23)参考文献 (25)生物工程设备课程设计任务书一、课程设计题目“1000m3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，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。
化工原理课程设计——发酵罐的设计
化工原理课程设计设计说明书设计题目：发酵罐设计姓名xxx班级XXX学号XXX完成日期XXX指导教师XXX目录第一章啤酒发酵罐结构与动力学特征 (4)一、概述 (4)二、啤酒发酵罐的特点 (4)三、露天圆锥发酵罐的结构 (5)3.1罐体部分 (5)3.2温度控制部分 (6)3.3操作附件部分 (6)3.4仪器与仪表部分 (6)四、发酵罐发酵的动力学特征 (7)第二章发酵罐的化工设计计算 (8)一、发酵罐的容积确定 (8)二、基础参数选择 (8)三、D、H的确定 (8)四、发酵罐的强度计算 (10)4.1 罐体为内压容器的壁厚计算 (10)五、锥体为外压容器的壁厚计算 (12)六、锥形罐的强度校核 (14)6.1内压校核 (14)6.2外压实验 (15)6.3刚度校核 (15)第三章发酵罐热工设计计算 (15)一、计算依据 (15)二、总发酵热计算 (16)第四章发酵罐附件的设计及选型 (20)一、人孔 (20)二、接管 (20)三、支座 (21)第五章发酵罐的技术特性和规范 (22)一、技术特性 (22)二、发酵罐规范表 (23)参考文献 (25)发酵罐设计实例第一章啤酒发酵罐结构与动力学特征一、概述啤酒是以大麦喝水为主要原料，大米、酒花和其他谷物为辅料经制麦、糖化、发酵酿制而成的一种含有二氧化碳、酒精和多种营养成分的饮料酒。
我国是世界上用谷物原料酿酒历史最悠久的国家之一，但我国的啤酒工业迄今只有100余年的历史。
改革开放以来，我国啤酒工业得到了很大的发展，生产大幅度增长，发展到现在距世界第二位。
由于啤酒工业的飞速发展，陈旧的技术，设备将受到严重的挑战。
为了扩大生产，减少投资保证质量，满足消费等各方面的需要，国际上啤酒发酵技术子啊原有传统技术的基础上有很大进展。
尤其是采用设计多种形式的大容量发酵和储酒容器。
这些大容器，不依靠室温调节温度，而是通过自身冷却来控制温度，具有较完善的自控设施，可以做到产品的均一性，从而降低劳动强度，提高劳动生产率。
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。
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
发酵罐设计计算内容简介
发酵罐设计计算内容简介孟根其其格(内蒙古石油化工学校) 摘 要 发酵罐是一种搅拌反应器,主要利用浆叶搅拌,使参加反应的物料混合均匀,使气体在液相中很好地分散、强化相间的传热、传质。
搅拌设备在工业生产中应用范围很广,尤其在化工生产过程中,它是重要的操作单元之一。
所以,简单地介绍一下,发酵罐的设计、计算内容。
本设计、计算内容的依据是国家及部一级具有权威的单位编制的设计用书及标准规范,如《化工设备设计全书》的《搅拌设备设计》手册,《钢制压力容器》等,都是在实践中证明了的正确的并具有实用价值的理论书籍。
关键词 结构 作用 内容 步骤 搅拌反应器主要由搅拌装置、轴封和搅拌罐三部分组成。
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。
搅拌罐: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。
搅拌设备设计包括化学工程和机械结构两个部分,化学工程设计提出了机械设计的原始条件,即给出生产量、操作方式、最大工作压力最高工作温度、工作介质物性和腐蚀情况等。
有时还需提出传热面的型式和传热面积、搅拌器的形式、搅拌的转速和功率,对于机械设计,应对搅拌设备的容积、搅拌装、传动装置和轴封装置进行合理的选型,强度计算和结构计算、设计。
设计、计算步骤如下:一、搅拌装置的设计11设计符号说明21传动装置的设计31搅拌轴的设计41联轴器的选取51轴承的选取及其轴承寿命的核算61密封装置的选取71搅拌器的设计81搅拌轴的临界转速二、设备本体的设计11计算符号说明21罐体的设计①筒体的设计、计算②封头的设计、计算③罐体压力试验时应力校核及容积验算31附件的选取①工艺接管及观测部件a1接管尺寸的选择b1法兰的选取c1开孔及开孔补强②人孔及其它③传热部件的计算④挡板、中间支承、扶梯的选取三、设备的强度及稳定性检验11设备承受各种载荷的计算①设备重量载荷的计算②设备地震弯矩的计算③偏心载荷的计算21塔体强度及稳定性检验31裙座的强度计算及校核①裙座计算②基础环的计算③地脚螺栓计算④裙座与筒体对接焊缝验算参考文献〔1〕《钢制压力容器》(一)(二)(三)〔2〕《搅拌设备设计》〔3〕《机械设计手册》(上)(中)(下)〔4〕《化工容器及设备简明设计手册》收稿日期:2002年1月5日28 内蒙古石油化工 第27卷 。
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
发酵工程发酵罐放大与设计解读
几何尺寸放大
放大倍数m指罐的体积增加倍数，即 ∵几何相似，∴ H1 H 2 D1 D2
m V2 V1
则
V2 V1
4
D2 2 H 2
4
D12 H1
4
D2 2 D2
4
D12 D1
( D2 )3 D1
m
∴
H2 D2 3 m
传热工程
产热Q1 V罐体积
传热Q2 A罐表面积
V↑，
A V
1↓
R
∴除了筛选耐高温菌株外，改善发酵罐的传热性能十分关
键。
3.发酵罐设计的基本要求
发酵罐能在无杂菌污染条件下长期运转。搅拌器轴 封严密，减少泄漏；结构紧凑，附件少；无死角， 内壁光滑；管道等尽可能焊接，少用法兰；可维持 一定正压；取样口易于灭菌，各部分能单独灭菌。
传质效果好（传氧性能好，KLa大） 。 有足够的冷却面积（传热性能好，冷却能力强）。
功耗低（传递效率高，节能）。
采用不锈钢，耐腐蚀及可以高温灭菌。
应有基本控制系统（如T、pH、甚至DO2）。 具有消泡功能（机械消泡或补消泡剂）。 具有取样装置和冷却装置（防止水分损失）。 要求放料、清洗、维修等操作简便，劳动消耗低。 实验罐、中试罐应与生产罐有相似的几何形状，
5T以下用外夹套式，K传热系数=400-600kJ/m2 hr•℃
竖式蛇管(热交换强、蛇管设于罐内，不易清洁)
5T以上；K传热系数=1200-1890kJ/m2•hr•℃ 竖式列管（排管）：
传热系数较蛇管低，但冷却水流速较蛇管大，适用于气 温较高，水源充足的地区。
三、通用式发酵罐的设计与放大
发酵罐设计说明书
发酵罐设计说明书发酵罐设计说明书一、引言本文档是为了详细说明发酵罐的设计方案，包括设计目的、设计原则、设计要求和具体的设计方案等。
本文档的目标是确保发酵罐的设计满足生产需求，同时确保其安全性和可靠性。
二、设计目的发酵罐是用于发酵过程的容器，其设计目的是提供一个能够支持发酵过程的环境和设备，使得发酵过程能够顺利进行，同时确保产品质量和安全。
三、设计原则1.安全性：发酵罐的设计必须符合相关的安全标准和规范，确保操作人员和设备的安全。
2.可靠性：发酵罐的设计必须能够保证其正常运行和长期稳定性。
3.高效性：发酵罐的设计要考虑最大程度的提高发酵效率，提高生产效益。
4.可维护性：发酵罐的设计要考虑方便的维修和保养，降低维护成本。
四、设计要求1.容量要求：根据生产需求确定发酵罐的容量，确保足够的产能。
2.材料选择：选择适合发酵过程的材料，确保材料的耐腐蚀性和耐高温性。
3.冷却系统：设计合适的冷却系统，确保发酵过程中的温度控制。
4.气体控制系统：设计合适的气体控制系统，确保发酵过程中的气体供应和排放。
5.清洗系统：设计合适的清洗系统，确保发酵罐的清洁和卫生。
6.自动化控制系统：设计合适的自动化控制系统，确保发酵过程的自动化和监控。
五、设计方案1.发酵罐结构：设计合适的发酵罐结构，包括底部，侧壁，顶盖等部分。
2.冷却系统设计：设计合适的冷却系统，包括冷却介质循环系统和温度控制系统。
3.气体控制系统设计：设计合适的气体控制系统，包括气体供应和排放系统。
4.清洗系统设计：设计合适的清洗系统，包括清洗介质循环系统和清洗装置。
5.自动化控制系统设计：设计合适的自动化控制系统，包括传感器、控制器等设备。
六、附件本文档涉及的附件包括相关的设计图纸和技术参数表。
七、法律名词及注释1.安全标准：指根据相关法规和标准确定的保护人员和设备安全的要求。
2.耐腐蚀性：指材料对于化学物质的耐受性。
3.耐高温性：指材料对于高温环境的稳定性和可靠性。
发酵罐设计原则概要共30页PPT
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27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
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28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
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29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
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30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
30
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29、在一切能够接受法律支配的人类 的状态 中，哪 里没有 法律， 那里就 没有自 由。— —洛克
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30、风俗可以造就法律，也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊
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26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——我们像鹰一样，生来就是自由的 ，但是 为了生 存，我 们不得 不为自 己编织 一个笼 子，然 后把自 己关在 里面。 ——博 莱索
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27、法律如果不讲道理，即使延续时 间再长 ，也还 是没有 制约力 的。— —爱·科 克
•
28、好法律是由坏风俗创造出来的。 ——马 克罗维 乌斯
通用式发酵罐的设计与计算
一、通用式发酵罐尺寸及容积计算1. 发酵罐尺寸百分比不一样容积大小发酵罐，几何尺寸百分比在设计时已经规范化，具体设计时可依据发酵种类、厂房等条件做合适调整。
通用式发酵罐关键几何尺寸以下图。
（1）高径比：H 0︰D ＝(1.7~4)︰1。
（2）搅拌器直径：D i ＝31D 。
（3）相邻两组搅拌器间距：S ＝3D i 。
（4）下搅拌器和罐底距离：C ＝（0.8~1.0）D i 。
（5）挡板宽度：W ＝0.1 D i ，挡板和罐壁距离：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，通常情况下，装料高度取罐圆柱部分高度0.7倍，极少泡沫物料可达0.9倍，对于易产生泡沫物料可取0.6倍。
2. 发酵罐容积计算圆柱部分容积V 1：0214H D V π=式中符号所代表含义见上图所表示，下同。
椭圆形封头容积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，通常不计入上封头容积。
其计算公式以下：)6140221D h H D V V V b ++=+=（公π罐全容积V 0：)]61(2[4202210D h H D V V V b ++=+=π假如填料高度为圆柱高度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、通用式发酵罐设计和计算1. 设计内容和步骤通用式发酵罐设计已逐步标准化，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选择和计算 设备本体设计筒体、封头、罐体压力、容积等 附件设计和选择 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设计 传动装置、搅拌轴、联轴器、轴承、密封装置、搅拌器、搅拌轴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、裙座强度、裙座和筒体对接焊缝验算等 2. 发酵罐结构及容积计算【例1】某厂间歇式发酵生产，天天需用发酵罐3个，发酵罐发酵周期为80h ，问需配置多少个发酵罐？依据公式 N =11124803=+⨯（个）依据生产规模和发酵水平计算每日所需发酵液量，再依据这一数据确定发酵罐容积。
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（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。
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
（二）、发酵罐的结构计算
罐容积的计算 • 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。
(4)发酵系统的某些部分能单独灭菌。 (5)与发酵罐相通的任何连接都应蒸汽密封，如采样口的阀 门在不使用时，其出口处应有流动蒸汽通过。 (6)所用阀门应易于清洗、维修和灭菌。 (7)发酵罐应始终保持正压以排除渗漏。 (8)几乎所有的发酵罐都由玻璃或不锈钢制成。玻璃只限用 在小于20～30L的发酵罐。 (9)多数发酵罐的底部和顶部都是碟形或椭圆形，小于500L 的发酵罐也可用平顶，但必须符合压力标准的规定。过去 丙酮丁醇发酵罐容积在400m3以上，40年代抗生素的发酵 罐一般采用40～60m3的不锈钢发酵罐，目前常采用200m3 或更大的发酵罐。 (10)发酵罐的功率输入为：实验室小型罐为8～10W/L，中间 工厂中型罐为3～5W／L，工厂大型罐为1～3W／L
二、机械搅拌发酵罐的设计
• 机械搅拌发酵罐主要由用:
–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。
• 发酵罐罐体的尺寸比例 Di = 1/3D Ho = 2 D B = 1/8--1/12 D S = 2—5 Di C = 0.8-1.0Di • H = 1.7-3.5 D
Di-搅拌器叶轮直径 D-罐径 Ho-罐高 B-挡板高 C –下搅拌叶轮与罐底距 S- 相邻搅拌叶轮间距
（三）、冷却面积的计算
第二节：机械搅拌通风发酵罐设计
一、设计基本原则
设计好的发酵罐，在操作时应当是无杂菌的， 即保证发酵过程不被污染。 下面为发酵罐设计时的基本原则：
(1)尽量减少法兰连接。因为设备震动和热膨胀， 会引起法兰连接处移位，而导致污染。 (2)尽可能采用全部焊接结构。所有焊接点必须切 实磨光，消除蓄积耐热菌的固体物质的场所。 (3)防止死角、裂缝，因为固体物质可在这些地方 蓄积，为污染菌提供避开灭菌的绝热环境。
2
• 发酵罐总高度
H H 0 2(ha 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
• 搅拌器的设计计算 首先根据生产菌种 和发酵类型选定搅拌 器的类型，再从已计 算出的发酵罐的直径 计算搅拌器相应的结 构尺寸。
2 2 2 1 V2 D h D h D ( h b a b 4 6 4 6 D)
式中 ha : 椭圆短半轴长度，对标 准椭圆型封头 ha 1 4 D hb : 椭圆封头的直边高度 D : 罐的内径
• 罐的全容积
V0 V1 2V2
4
D [ H0 2(hb 1 6 D)]
(2)通过发酵液的温度升高进行计算 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，通过罐温的自动控制，先使罐温达到恒定， 关闭冷却水，观察罐内发酵液在半小时内上升 的温度，再换算为一小时内上升的温度，则可 按下式计算出单位体积发酵液每小时放出最大 热量的近似值。
• 例如，一年产5万柠檬酸的发酵厂，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。 • 每日的产量=50000/300=166.7 t • 每日所需发酵液的量=166.7/（0.14×0.9） =1322.8 m3 • 假定发酵罐的装液系数为85% • 则每日所需发酵罐容积=1322.8/0.85=1556m3
• 取发酵罐的公称容积为250米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1天，整个周期为5天。 • 则所需发酵罐的总数=5×6+1=31 个
2、结构尺寸的计算 • 根据已确定的 发酵罐公称容积， 可由下式计算发酵 罐圆柱体的直径。
V1 H0 D
1 4
2
• 封头的容积的计算 椭圆形封头的容积可查手册或按下式计算：
1、发酵过程的热量计算 通常以一年中最热的半个月中每小时放出的 热量作为设计冷却面积的根据。 发酵过程中 放出热量的计算方法有： • 通过冷却水带走的热量进行计算； • 通过发酵液的温度升高进行计算； • 通过生物合成热进行计算； • 通过燃烧热进行计算
(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。
• 根据不同类型的发酵液测得每m3发酵液每小时传给冷却器 最大的热量为： –对青霉素的发酵约为4.186×6000KJ／m3· h， –对链霉素的发酵约为4.186×4500KJ／米3 · h，对四环 素发酵约为4.186×5000KJ／m· h， –对肌苷发酵约为4.186×4200KJ／m3.h， –对谷氨酸发酵约为4.186×7500KJ／m3 · h。