发酵罐设计(同名24165)
发酵罐设计
第 7 章 设计结果的自我评价.......................................................................................... 错误!未定义书签。 第 8 章 参考文献........................................................................................................................................... 18 第 9 章 附录（附图纸）............................................................................................................................. 19
第 6 章 设计结果与讨论............................................................................................................................... 17 6.1 发酵罐参数设计汇总......................................................................................................17 6.2 搅拌器有关参数..............................................................................................................17
发酵罐设计
绪论氨基酸的制造是从1820年水解蛋白质开始的。
味精俗名又叫味素，英文为Mono Sodium Glutamte 简称MSG。
其化学名称是a_氨基戊二酸.1950年在实验室用化学方法合成氨基酸.以前1866年德国人Ritthansen利用硫酸水解小麦面筋.最先分离出谷氨酸.1872年Dittener推断出氨基酸的结构。
1908年日本人因菊君与铃木合作从海带中提取谷氨酸成功,并开始制造味之素产品.1910年日本味之素公司用水解发生生产谷氨酸.1936年美国人从甜菜中提取谷氨酸,直到1956年和协发酵公司开始以淀粉糖蜜为原料采用发酵法生产谷氨酸成功.1957年发酵法味精投入工业化生产.1966年采用醋酸发酵法生产谷氨酸.60年代后期各国味精工业兴起,均用发酵法生产味精.我国味精生产开始于1923年,由吴蕴初先生创办了上海天厨味精厂.该厂首先采用盐酸水解面筋生产味精.同年沈阳味精厂开始用豆粕水解生产味精.从1958年开始我国的味精生产进入转换期.开始研究发酵法制GLU的工艺.1964年上海天厨味精厂以黄色短杆菌617为生产菌株,采用发酵法生产GLU中型实验,获得成功,接着投入工业化生产.杭州味精厂与中科院微生物研究所等单位协作进行北京短棒杆菌As,2PP发酵法生产谷氨酸发酵实验1965年获得成功并投入工业生产.由发酵法生产味精并获得成功.原料由原来的植物性蛋白改变为淀粉质原料.我国淀粉资源丰富,为我国味精工业的发展开拓奠定了广阔的前景,并使得我国的味精工业迅速发展起来,产量占世界总产量的35.1%,我国成为世界上产味精最多的国家之一.当前我国味精行业提高经济效益的发展对策是:合理利用原料,采用高产酸新品种,采用新工艺,新技术,新设备,提高生产水平,防止噬菌体传染防止染杂菌,节能降耗,逐步实现自动化控制提高劳动生产率,全面降低成本,参与国际竞争,同时搞好废水处理,提高环境与社会效益.味精分子式与L型,分子量187.13比重1.65无色晶体,有特殊鲜味,味精作为调味品除了能增加食物的美味外,它在人体中具有特别的生理作用,活跃蛋白质代谢,维持细胞机能降低血液中的氨,防止氨中毒等作用国内味精规格有数种.以谷氨酸钠的含量分类有99%,95%,90%,80%四种.其中三种分别加如了景致的食盐以外观形状可分为结晶味精与粉状味精环境，环境问题是不可忽略的，味精行业是高污染的行业，废液的排出可能会对环境造成污染，污染类型可分为自然环境，生物环境和社会环境，环境是人类和生物赖以生存和发展的所有要素及条件的综合。
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：
发酵罐设计
1 前言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。
发酵罐是发酵设备中最重要、应用最广的设备，是发酵工业的心脏，是连接原料和产物的桥梁。
随着工业技术的发展，市面上出现了种类繁多、功能更加完备的新型发酵罐。
如何选择或者设计一种合适的发酵罐将会成为一个研究热点。
本文旨在通过相应的参数计算和设备计算完成年产20吨庆大霉素的机械通风发酵罐初步设计。
2 常见的发酵罐2.1机械搅拌通风发酵罐机械搅拌发酵罐是利用机械搅拌器的作用，使空气和发酵液充分混合，促使氧在发酵液中溶解，以保证供给微生物生长繁殖、发酵所需的氧气,又称通用式发酵罐。
可用于啤酒发酵、白酒发酵、柠檬酸发酵、生物发酵等。
图1 机械通风发酵罐2.2气升式发酵罐气升式发酵罐把无菌空气通过喷嘴喷射进发酵液中，通过气液混合物的湍流作用而使空气泡打碎，同时由于形成的气液混合物密度降低故向上运动，而含气率小的发酵液下沉，形成循环流动，实现混合与溶氧传质。
其结构简单、不易染菌、溶氧效率高和耗能低，主要类型有气升环流式、鼓泡式、空气喷射式等。
图2 气升式发酵罐原理图2.3自吸式发酵罐自吸式发酵罐是一种不需要空气压缩机，而在搅拌过程中自吸入空气的发酵罐。
叶轮旋转时叶片不断排开周围的液体使其背侧形成真空，由导气管吸入罐外空气。
吸入的空气与发酵液充分混合后在叶轮末端排出，并立即通过导轮向罐壁分散，经挡板折流涌向液面，均匀分布。
与机械发酵罐相比，有一个特殊的搅拌器，但没有通气管。
罐为负压，易染菌，当转速较大时，会打碎丝状菌。
图3 自吸式发酵罐3 已知工艺条件（1）年产量：G=20 t （庆大霉素） （2）年工作日：M=300天 （3）发酵周期：t=6天（4）发酵平均单位：μm =1400单位/毫升（5）成品效价：μp =580单位/毫克 （6）提炼总效率：ηp =87%（7）每年按300天计算，每天24小时连续运行。
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。
发酵罐设计设计说明书 14日
江西科技师范学院生物工程专业《化工原理课程设计》说明书题目名称22000L维生素A发酵罐的设计专业班级2009级生物工程2班学号学生姓名指导教师2011 年10 月31 日目录一、设计方案的拟定 (1)1.1设计条件 (1)1.2发酵工艺 (1)1.2.1主要生产工艺流程 (1)1.2.2培养基 (2)1.2.3发酵控制要点 (2)1.3发酵罐尺寸及整体设计 (2)1.3.1罐体几何尺寸的确定 (2)1.3.2罐体 (3)1.3.3罐体壁厚 (3)1.3.4封头壁厚计算 (3)1.4人孔及各管道接口的设计 (4)1.4.1人孔和视镜的设计 (4)1.4.2接口管 (4)1.4.3管道接口 (4)1.4.4仪表接口 (5)二、计算 (7)2.1通风量计算 (7)2.2传热量的计算 (7)三、设备选型 (9)3.1搅拌器的选择 (9)3.1.1不通气条件下的轴功率P0 (9)3.1.2通气搅拌功率P g的计算 (9)3.1.3电机及变速装置选用 (10)3.2换热器的选择 (10)3.2.1冷却方式 (10)3.2.2装液量 (10)3.2.3冷却水耗量 (10)3.2.4冷却面积 (11)四、附录 (12)五、总结 (15)六、参考文献 (16)一、设计方案的拟定维生素A 的化学名为视黄醇，是最早被发现的维生素。
维生素A 有两种。
一种是维生素A 醇（retionl ），是最初的维生素A 形态（只存在于动物性食物中）；另一种是胡萝卜素（carotene ），在体内转变为维生素A 的预成物质（provitaminA ，可从植物性及动物性食物中摄取）。
本论文针对β-胡萝卜素的发酵生产进行工艺计算、主要设备工作部件（如罐体、罐体壁厚、封头壁厚计算、搅拌器、仪表接口、人孔和视镜、管道接口等）尺寸的设计。
1.1设计条件22000L 机械搅拌通风式发酵罐发酵生产维生素A 。
1.2发酵工艺许多种微生物都能合成β-胡萝卜素，如接合笄霉、三孢布拉氏霉菌、好食链孢霉、耐盐杜氏藻和绿藻等菌丝中形成的大量类胡萝卜素都可应用于工业生产。
年产20吨硫酸庆大霉素发酵罐设计
1 前言生物反应工程与设备课程设计是生物工程专业一个重要地、综合性地实践教案环节，要求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，对培养我们全面地理论知识与工程素养，健全合理地知识结构具有重要作用.发酵罐是发酵设备中最重要、应用最广地设备，是发酵工业地心脏，是连接原料和产物地桥梁.随着工业技术地发展，市面上出现了种类繁多、功能更加完备地新型发酵罐.如何选择或者设计一种合适地发酵罐将会成为一个研究热点.本文旨在通过相应地参数计算和设备计算完成年产20吨庆大霉素地机械通风发酵罐初步设计.2 常见地发酵罐2.1机械搅拌通风发酵罐机械搅拌发酵罐是利用机械搅拌器地作用，使空气和发酵液充分混合，促使氧在发酵液中溶解，以保证供给微生物生长繁殖、发酵所需地氧气,又称通用式发酵罐.可用于啤酒发酵、白酒发酵、柠檬酸发酵、生物发酵等.图1 机械通风发酵罐2.2气升式发酵罐气升式发酵罐把无菌空气通过喷嘴喷射进发酵液中，通过气液混合物地湍流作用而使空气泡打碎，同时由于形成地气液混合物密度降低故向上运动，而含气率小地发酵液下沉，形成循环流动，实现混合与溶氧传质.其结构简单、不易染菌、溶氧效率高和耗能低，主要类型有气升环流式、鼓泡式、空气喷射式等.图2 气升式发酵罐原理图2.3自吸式发酵罐自吸式发酵罐是一种不需要空气压缩机，而在搅拌过程中自吸入空气地发酵罐.叶轮旋转时叶片不断排开周围地液体使其背侧形成真空，由导气管吸入罐外空气.吸入地空气与发酵液充分混合后在叶轮末端排出，并立即通过导轮向罐壁分散，经挡板折流涌向液面，均匀分布.与机械发酵罐相比，有一个特殊地搅拌器，但没有通气管.罐为负压，易染菌，当转速较大时，会打碎丝状菌.图3 自吸式发酵罐3 已知工艺条件（1）年产量：G=20 t（庆大霉素）（2）年工作日：M=300天（3）发酵周期：t=6天（4）发酵平均单位：μm=1400单位/毫升（5）成品效价：μp=580单位/毫克 （6）提炼总效率：ηp=87%（7）每年按300天计算，每天24小时连续运行.（8）装料系数：Φ=75% 4 工艺计算4.1 由年产量决定每天放罐发酵液体积d Vημμpmp dM GV1000=%871400300580201000⨯⨯⨯⨯=75.31=d m 34.2 发酵罐公称容积0V 和台数地确定φ⋅=d d n V V 0=75.0175.31⨯=42.43m 按照国内发酵罐系列取3050m V =d n ：每天放罐系数，取d n =1罐；φ：发酵罐装料系数，φ=75%；发酵罐总台数n=d n ⨯发酵周期n=1⨯6=6(台）发酵周期=每罐批发酵时间+辅助时间辅助时间=进料时间+灭菌操作时间+移种时间+放罐压料时间+清洗检修时间 4.3 发酵罐实际产量吨58.23204.4250=⨯ 年，台千克6.78300100058.23=⨯4.4 每吨产品需要地发酵液量 10.4770786.075.050=⨯t m /34.5 机械通风发酵罐地高度和直径322.1275.12.1—时，—时，一般使用==D H D D H D确定发酵罐地高度和直径：设发酵罐地圆筒体积为筒V ，封底体积为底V0V =筒V +底V 0V =322424D H D ππ+取H=1.95D即5024214.395.1414.333=⨯+⨯D D m D=3.1m H=6.0m其中，D 为发酵罐公称直径，H 是发酵罐圆筒高. 4.6机械发酵罐壁厚地计算 4.6.1计算法确定发酵罐地壁厚1S ）（】【cm C P2PDS 1+-=ϕσ式中，P —设计压力，取最高工作压力地1.05倍，P=0.4MpaD —发酵罐内径，D=310cm【σ】—A3钢地许用应力，【σ】=127Mpa φ焊缝系数，取φ=0.7C —壁厚附加量321C C C C ++=1C —钢板负偏差，取m m 8.0C 1= 2C —为腐蚀欲量，取2C =2mm3C —加工减薄量，取3C =0，代入上式得mm 28.0028.0C C C C 321=++=++=cm98.028.04.07.012723104.0S 1=+-⨯⨯⨯=4.6.2封头壁厚计算b h -椭圆封头地直边高度m ，取b h =0.05ma h -椭圆封头短半轴长度，a h =77.041=D标准椭圆封头地厚度计算公式如下：）（】【cm C P2PDS 2+-=ϕσ式中，P=0.4Mpa ，D=310cm ，【σ】=127Mpa1C =0.08cm ，2C =0.2cm ，3C =0.1cm38.0C C C C 321=++=cm ，ϕ=0.7代入上式，得 :cm 07.138.04.07.012723104.0S 2=+-⨯⨯⨯=查钢材手册圆整为2S =12mm. 4.7 发酵罐搅拌装置计算和轴功率计算 4.7.1 搅拌装置发酵罐地搅拌器一般都采用圆盘地涡轮搅拌器，搅拌叶地形式有平叶、弯叶、箭叶三种，其外形见下图：图4 三种常用涡轮搅拌器搅拌叶形式地选择是发酵罐设计中地一个关键.本次设计，由于庆大霉素发酵过程有中间补料操作，对混合要求较高，因此选用六弯叶涡轮搅拌器.该搅拌器地各部分尺寸与罐径D 有一定比例关系，现将主要尺寸列出： 搅拌器叶径d i =D/3=3.1/3=1.03m 取d i =1.m挡板宽 B=0.1 d i =0.1×1=0.1m底距 C=d i =1.0m 搅拌叶间距 S=D=3.1m弯叶板厚 δ=12mm4.7.2 搅拌轴功率地计算 4.7.2.1 不通风情况地搅拌轴功率 不通风情况地搅拌轴功率随着液体地性质、搅拌器地形式、罐地结构尺寸地不同而不同.经过大量实验可得功率准数（p N ）和搅拌雷诺指数（e R ）之间地函数关系：p N =)(e R f =53iD n pρ -------------① P=53i p D n N ρ其中：p ：搅拌功率（公斤⋅米）（1千瓦=102公斤⋅秒米） n ：搅拌器转速（秒转）i D ：搅拌器直径（M ）ρ：液体密度（公斤/3m ）由化工原理可知：e R 410≥ 湍流e R 10≤ 滞流101010≤≤e R 过渡流图5 曲线e p R N -上式公式①只适用于湍流和滞留，过渡流时p N 不是一个常数，必须从e p R N ∝曲线查询.当e R 410 ，属于湍流区.此时地流体（见图5）称为牛顿型流体，由上图实验得出地曲线来看，该区p N 不随e R 地增加而增加，基本上趋于水平线，也就是说p N 为一常数.六平叶涡轮浆 p N =6.0 六弯叶涡轮浆 p N =4.7六箭叶涡轮浆 p N =3.7工作状态时，通常发酵罐内发酵液都需要处于湍流状态，因此使用e p R N -曲线图，线图计算无通气时地搅拌率比较方便，算出e R ，并查地p N 值，则搅拌功率即可由下式计算（生物工厂设计）1,1.03,353====⋅⋅⋅=i i i p D B D W D D D H D N N p 上式是根据ρ 若不符合上述条件，可用下面公式校正：P D H D D P i ⋅⨯=33))(i （实功率计算：已知n=170转/分 （工厂提供数据）3131-21/,03.1i ，本设计取一般米==D D D i 42/10781.91050米秒公斤⋅===g r ρ（305.1米吨=r ，工厂测定数据）p N =4.7由公式kWskgm P 5.110/52.1326003.1601701077.4533==⨯⨯⨯= 校正得：kW P 3.1545.11033)03.16(03.11.3=⨯⨯=）（实 根据一般搅拌器之间地距离S=1.5-2.5i D 搅拌器个数=搅拌器间距发酵罐筒体高度=03.126⨯=2.9个 取3个一般，三个搅拌器为单个搅拌器地2倍： 6.30823.154=⨯=实P kW 4.7.2 通风条件下地搅拌功率①由风速估计通风情况下地搅拌功率将下降，当风速大于30M/小时，通风功率仅为不通风地40-50% 则实P =kW 9.138%456.308=⨯. ②由经验公式估计密氏公式（生物工厂设计）45.056.032)(QnD P K P i g = 其中K=0.156=45.056.032))2.175.050(03.11706.308(156.0⨯⨯⨯⨯ =109.1kW设机械传动效率为0.8 则 kW P g 4.1368.02.109==从上面可以看出，基本功率约为137kW. 4.8 发酵罐冷却水量和冷却面积计算 4.8.1 发酵热效应1V Q Q P ⋅=热其中热Q ：发酵热效应 KJ/hp Q ：发酵热3500kCal/h m 3=14700KJ/h m 31V :发酵液体积 323mh J Q /k 4704003214700=⨯=热各种发酵液发酵热见下表： v 4.8.2 冷却水量地计算发酵过程，冷却水系统按季节气温地不同，采用冷却水系统也不同，为了保证发酵液生产，夏季必须使用冰水.冬季：气温oC 17 时采用循环水进口17o C ，出口20oC .夏季：气温oC 17 时采用循环水进口10oC ，出口20oC . 冬季冷却水循环水用量计算：h t t C Q W /t 452.117-2018.4470400-2.1)(12=⨯=⨯=-=）（冷却水入口温度）比热（冷却水出口温度发酵热效应冷夏季冷却水用量计算：ht t C Q W /t 5.132.101-2018.4470400-2.1)(12=⨯=⨯=-=）（冷却水入口温度）比热（冷却水出口温度发酵热效应冷取14吨/时.4.8.3 冷却器面积计算Ch m C K h J Q tk Q F o 2/al k 450-200:/k 470400:传热系数发酵热效应∆=取K=300C h m kCal o2/2)t -t t -t 出罐进罐（）（平均温差+==∆t 22.245.1518.43004704005.152)2034()1734(m t K Q F =⨯⨯=∆==-+-=取252m4.9 蒸汽消耗量计算发酵罐蒸汽消毒有三种方法：实消、连消、空消.庆大霉素常常采用实消方法.实消蒸汽用量最大，蒸汽直接通入罐内与发酵液等一起加热，使罐温从80-90C o迅速升温至120C o以达到灭菌地效果.保温时间内蒸汽用量按升温用汽量地30-50%进行计算.4.9.1 直接蒸汽混合加热蒸汽消耗量地计算：)1()()(2121η+⋅⋅--=Ct i t t GC D1D ：蒸汽消耗量 kgG ：被加热料液量 kg ，已知为323m2t ：加热结束时地料液温度120C o 1t ：加热开始时地料液温度35C oI ：蒸汽焓KJ/kg ，0.4MPa 焓为650kCal/kg η：热损失5-10%，取5%()kg D 1.5658)05.01(18.412018.46503512018.433600=+⨯-⨯-⨯⨯=4.9.2 灭菌保温时间内地蒸汽用量2D2D =0.51D 05.28291.56585.0=⨯=kg4.10 发酵罐发酵过程中需要压缩地空气量 4.10.1 通风比计算法发酵工厂压缩空气量一般都是根据实际生产经验以通风比来决定，如庆大霉素工厂提供地通风比1:1.2--1.5已知发酵罐503m 6台，装料系数75%，取通风比为1:1.2，则压缩空气需要量：m in /2702.175.06503m Q =⨯⨯⨯=4.10.2 耗氧率地计算方法各种微生物地耗氧率因种类地不同而不同，其范围大致为25-100mgmol/l.h(庆大霉素生产取38mg-mol/l.h)，根据抗生素生产工艺学）P103(7-30)公式：耗氧率=单位时间内进口空气中氧地含量—单位时间内出口空气中氧地含量发酵液的体积1⨯VC C G 1-(104.221603⨯⨯⨯⨯=）出进γ γ：耗氧速率mg-mol/l.hG ：空气流量min /3m进G ：进口空气含量 21%出G ：出后空气含量 19.8%（工厂数据）min/266)198.021.0(10604.22675.05038)198.021.0(10604.22333m V r G =-⨯⨯⨯⨯⨯⨯=-⨯⨯⨯=计算结果和通风比计算结果非常接近，进一按通风比计算切合实际. 5 管道设计 5.1 接管设计①接管地长度h 设计各接管地长度h 根据直径大小和有无保温层，一般取100~200mm②接管直径地确定主要根据流体力学方程式计算.已知物料地体积流量，又知各种物料在不同情况下地流速，即可求出管道截面积，计算出地直径再休整到相近地钢管尺寸即可.③ 通风管地管径计算该罐实装醪量323m④设1h 内排空，则物料体积流量s /m 0088.01360032Q 3=⨯=发酵醪流速取V=1m/s 则排料管截面积为物F 2m 0088.010088.0V Q F ===物2785.0F d =物则管径m 11.0785.00088.0785.0===物F d 取无缝钢管Ф121x4适用.若按通风管计算，压缩空气在0.4Mpa 下，支气管气速为20m/s ，通风比 1:1.2.20C 0，0.1Mpa 下：Q=32x1/1.2=25.8s /m 43.0min /m 33=计算到0.4Mpa ，30C 0状态下：s /m 11.020273302734.01.043.0Q 3f =++⨯⨯=取风速v=20m/s ，则风管截面积f F 为：2f f m 0055.02011.0v Q F ===2f d 785.0F 气=，则气管直径气d 为： m 083.0785.00055.0d ==气取d=Ф95x4无缝管，则满足工艺要求. 由此可知：则进料口： d=Ф121x4 封头 排料口： d=Ф121x4 罐底 进气口： d=Ф95x4 封头 排气口： d=Ф95x4 罐底椭圆人孔： 300x400mm 封头 5.2 蛇管地计算 ①冷却管总面积冬季最高峰时w=45t/h=12.5Kg/s ，冷却水体积流量为12.5Kg/s ，取冷却水在竖直蛇管中流速1m/s ，根据流体力学方程式，冷却管总截面积总S 为：v w=总S 式中： W ：冷却水体积流量，w=12.5×103-m³/sV ：冷却水流速，v=1m/s 代入上式，总S =12.5×103-㎡②冷却管组数和管径 设管径为0d ，组数为n ，则总S =n.0.785.d 2根据本罐情况，取n=3，求管径，由上式得：m0728.0785.03105.12n 785.0S d 30=⨯⨯==-总查金属材料表选取不锈钢无缝钢管表，选取Ф83×4无缝管，内d =75mm ，0d d >内，满足要求，平均平d =77mm.现取竖蛇管圈端部u 型弯管曲径为250mm ，则两直管距离为500mm ，两端弯管总长度0l ）（m m 157050014.3D l 0=⨯==π ③冷却管总长度L 计算有前知冷却管总面积F=25㎡现取无缝钢管Ф83×4，每M 长冷却面积为20m 24.01077.014.3F =⨯⨯=则m L 2.10424.025F F 0===4+=L L 实际=104.2+4=108.2m冷却管占有体积V=0.785×0.0732×104.2=0.44m³ ④每组管长0L 和管组高度m 8.3433.104n L L 0===两端弯管总长0L =1570mm ，两端弯管总高为500mm ，则直管部分高度：h=H-500=3400-500=2900（mm ），则一圈管长m m 7370157029002l 2h l 0=+⨯=+=⑤每组管子圈数0n圈537.78.34L L n 00===现取管间距m 19.0077.05.22.5D =⨯=外，竖直蛇管与罐壁地最小距离为0.15m ，则可计算出与搅拌器地距离在允许范围内（不小于200mm ）.⑥校核布置后冷却管地实际传热面积 2m 272.108079.0L nd F =⨯⨯=⨯=π实平均实而前有F=25.7㎡，实F ＞F ，μ可满足要求.5.3支座选择发酵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，鞍型支座三种.立式支座也分为三种即：悬挂支座，支撑式和裙式支座. 对于3m 75以上地发酵罐，由于设备总重量较大，应选用裙式支座.本设计V=350m 选用支撑式支座.6 参考文献【1】郑裕国.生物工厂设备[M]北京.化学工业出版社，2007 【2】吴思芳.发酵工厂工艺设计概论[M]北京.轻工业出版社，2006 【3】梁世忠.生物工程设备2009,7【4】曲文海，朱有庭化工设备设计手册[M].2005,6【5】陈乙崇等搅拌设备设[M].1988,1设计结果汇总10.7mm夏季冷却水用量W45t/h 封头壁厚S2人孔300X400mm冬季冷却水用量W14t/h 冷却管总长1082000mm冷却器面积F252m 蛇管直管高度2900mm蛇管弯管高度500mm进/出料口Ф121x4mm进/出气口Ф95x4mm蛇管直径Ф83×4mm搅拌器挡板宽100mm搅拌器挡板长200mm。
发酵罐设计说明书讲解
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、冷却方式 (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“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，HL ，V，VL，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。
发酵罐的设计与放大
2.按照发酵设备特点分类
• 机械搅拌通风发酵罐和非机械搅拌通风发酵罐。 前者包括循环式，如伍式发酵罐、文氏管发酵罐、 以及非循环式的通风发酵罐和自吸式发酵罐。后 者包括循环式的气提式、液提式发酵罐以及非循 环式的排管式和喷射式发酵罐。
• 特点：采用不同的手段使发酵 罐内的气、固、液三相充分混 合，从而满足微生物生长和产 物形成对氧的需求。
• 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。
• 对于大型发酵罐可用衬不锈钢板或复合不锈钢 制成，衬里用的不锈钢板厚为2~3毫米。为了 满足工业要求，在一定压力下操作、空消或实 消，罐为一个受压容器，通常灭菌的压力为 2.5公斤/厘米2（绝对压力）。
• 1帕斯卡=1牛顿/平方米(1N/㎡) • 1兆帕=1000000帕 • 大气压：压强的一种计量单位。其值等于
拌采用螺旋桨，用以加强轴向流动；下搅拌采用 涡轮桨分散气体，可以提高氧传递效率。这种设 计方法充分发挥了这两种搅拌桨的各自特长。
• (3)完全填充反应器是一种比通气搅拌罐能更有效 地提高氧传递效率的发酵罐。混合时间短，即使 对十分黏稠的液体也有同样效果，消除了罐顶的 空间，空气在罐内的滞留时间比通气搅拌罐长。 改良型通风式发酵虽然有一些改进，但是它 的实际应用却远没有通风发酵广泛。
罐体的尺寸比例
✓ 罐体各部分的尺寸有一定的比例， 罐的高度与直径之比一般为 1.7~3左右。(为何不能再高？氧 利用率高)
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 (4)1.3.4、消泡器 (4)1.3.5、联轴器及轴承 (4)1.2.6、变速装置 (5)1.3.7、通气装置 (5)1.3.8、轴封 (5)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 (8)2.2、搅拌装置设计 (9)2.2.1、搅拌器 (9)2.2.2、搅拌轴设计 (9)2.2.3、电机功率 (11)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 (17)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 (19)设计总结 (21)附录 (22)符号的总结 (22)参考文献 (24)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。
发酵罐设计
机械搅拌通风发酵罐的设计生物反应器是生物加工过程的关键设备。
我们将通过一个实际设计的过程来考察同学们对本节的掌握情况。
发酵罐设计基本原则（１）在发酵系统的已灭菌部分与未灭菌部分之间不应直接连通。
（２）尽量减少法兰连接。
（３）尽可能采用全部焊接结构（４）防止死角，裂缝，因为固体物质可在这些地方蓄积，为污染菌提供避开菌的绝热环境。
（５）发酵系统的某些部分能单独灭菌。
（６）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。
（７）所用阀门应易于清洗，维修和灭菌。
（８）发酵罐始终保持正压以排除渗漏。
（９）几乎所有的发酵罐都有由玻璃或不钢制成。
（１０）多数发酵罐的底部和顶部都有是碟形或椭圆形。
（１１）由罐顶部进入的轴由于轴较长容易颤抖。
因而往往采用底式搅拌轴，应很好地解决渗漏和污染问题。
（１２）发酵罐的功率输入为：实验室小型罐为8～10 W/L，中型罐3～5 W/L，大型罐1～3 W/L。
设计要求:1. 几何尺寸的确定2. 罐体壁厚（见P22)3. 冷却面积计算4. 搅拌轴功率的计算并确定轴径（略）5. 选用电机及变速装置（估选）生物工程：高径比为2.5，南方某地，初始水温：18℃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。
1-4号：3000L种子罐；5-8号：50M3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。
9-12号：5000L 种子罐13-16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。
17-20号：500L 种子罐21-24号20 M3发酵罐25-27号：200 M3发酵罐制药一；生技高径比为2，南方某地，初始水温：20℃1．应用基因工程菌株发酵生产庆大霉素产品，此产物是次级代谢产物。
非牛顿型流体，三级发酵。
1-4号：2000L种子罐；5-8号：30M3发酵罐：9-12号：300 M3发酵罐2．应用基因工程菌株发酵生产右旋葡萄糖苷，此产物是初级代谢产物。
发酵罐的设计
目录第一章啤酒发酵罐结构与动力学特征 (3)一、概述 (3)二、啤酒发酵罐的特点 (3)三、露天圆锥发酵罐的结构 (4)3.1罐体部分 (4)3.2温度控制部分 (5)3.3操作附件部分 (5)3.4仪器与仪表部分 (5)四、发酵罐发酵的动力学特征 (6)第二章发酵罐的化工设计计算 (7)一、发酵罐的容积确定 (7)二、基础参数选择 (7)三、D、H的确定 (7)四、发酵罐的强度计算 (9)4.1 罐体为内压容器的壁厚计算 (9)五、锥体为外压容器的壁厚计算 (11)六、锥形罐的强度校核 (13)6.1内压校核 (13)6.2外压实验 (14)6.3刚度校核 (14)第三章发酵罐热工设计计算 (14)一、计算依据 (14)二、总发酵热计算 (15)第四章发酵罐附件的设计及选型 (19)一、人孔 (19)二、接管 (19)三、支座 (20)第五章发酵罐的技术特性和规范 (21)一、技术特性 (21)二、发酵罐规范表 (22)参考文献 (24)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。
就发酵罐的外形来分，主要有圆柱锥形底罐、圆柱蝶形罐、圆柱加斜底的朝日罐和球形罐等。
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食品深加工类机械与设备工艺设计（装料量53m机械搅拌发酵罐设计）设计小组：第2组组长：张超组员：田林亮王金凯张亮专业：食品科学与工程部门：生物研发部日期： 2013年7月20日德州市鸿泰环保设备有限公司研发部目录一、设计任务 (2)二、设计要求 (3)三、概述 (3)四、总体结构设计 (4)4.1罐头设计 (4)4.2罐头及封头的几何尺寸的计算 (4)4.3罐头压力测试 (6)4.4确定夹套的几何尺寸的计算 (7)4.5夹套压力试验 (8)五、搅拌装置及附件设计 (8)5.1搅拌轴计算 (8)5.2搅拌器选型及分布 (12)六、传动装置的设计 (14)6.1电动机选型 (15)6.2减速器选型 (16)6.3联轴器选型 (20)七、其他辅助设备的选型 (21)7.1支座的选择 (21)7.2人孔的选择 (23)7.3视镜的选择 (23)7.4无菌空气通风管设计 (23)7.5消泡器 (24)八、各自的设计任务 (24)一、设计任务装料量53m机械搅拌发酵罐设计接管建议（推荐）二、设计要求1.机械搅拌发酵罐计算及整体结构设计，完成设计说明书。
（1）进行罐体及夹套（或内部蛇管）设计计算；（2）进行搅拌装置设计：搅拌器的选型设计；选择轴承、联轴器，罐内搅拌轴的结构设计，搅拌轴计算和校核；（3）传动系统的设计计算：尽可能采用V带传动，进行传动系统方案设计；进行带传动设计计算；（4）密封装置的选型设计；（5）选择支座形式并计算；（6）手孔或人孔选型；（7）选择接管、管法兰、设备法兰；（8）设计机架结构；（9）设计凸缘及安装底盖结构；（10）视镜的选型设计；（11）消泡装置设计；（12）无菌空气分布管设计。
2.绘制搅拌罐装配图(2号或3号图纸)。
三、概述机械搅拌发酵罐是生物制药工厂常用类型之一，它是利用机械搅拌器的作用，使空气和醪液充分混合促使氧在醪液中溶解，以保证供给微生物生长繁殖、发酵所需要的氧气。
机械搅拌发酵罐可用于生产药用酵母、饲料酵母、活性干酵母、液体曲、谷氨酸、柠檬酸、抗生素、维生素、酶制剂、食用醋、赖氨酸等。
机械搅拌发酵罐其实就是一种生物反应器，生物反应器是指为活细胞或酶提供适宜的反应环境，让他们进行细胞增殖或生产的装置系统。
生物反应器为细菌的生长和繁殖提供适宜的生长环境，促进菌体生产人们需要的产物。
广泛应用于乳制品、饮料、生物工程、制药、精细化工等行业，罐体设有夹层、保温层、可加热、冷却、保温。
罐内壁经镜面抛光处理，无卫生死角，而全封闭设计确保物料始终处一无污染的状态下混合、发酵，设备配备空气呼吸孔，CIP 清洗喷头，人孔等装置。
机械搅拌发酵罐主要由罐体、封头、夹套、联轴器、传动系统、消泡器等结构构成。
机械搅拌发酵罐的基本要求：（1）机械搅拌通风发酵罐应具有适宜的径高比。
罐身越高，氧的利用率较高； （2）机械搅拌通风发酵罐能承受一定的压力； （3）要保证发酵液必须的溶解氧；（4）机械搅拌通风发酵罐应具有足够的冷却面积；（5）机械搅拌通风发酵罐内应尽量减少死角，避免藏垢积污，灭菌能彻底，避免染菌；（6）搅拌器的轴封应严密，防病量减少泄漏。
罐体的材料要根据发酵液对钢材腐蚀的程度来选择，此款机械搅拌发酵罐主要是用于食品的加工，其腐蚀程度相对较低，我们选择16Mn 材料制作罐体、封头、夹套等。
四、总体结构设计4.1罐体设计4.1.1确定罐头上下封头的形式搅拌罐为立式容器,上封头选用标准椭圆形封头,下封头为了考虑排料选用无折边的锥形封头,并选取筒体高度H 与筒体半径D1的比值为2:1；上、下封头也可相同。
4.2罐体及封头的几何尺寸的计算4.2.1确定罐体的内径D （公称直径）和筒体的高度H选取搅拌罐装料系数为8.0=η,已知装料量305m V V ==η总 可得设备总容积3025.68.05m V V ===η总 对于机械搅拌发酵罐，取高径比为2/=D H初选筒体直径取D=1500mm,查手册mm D 1500=的标准椭圆形封头的封头容积为3513.0m V b =，则公称容积3737.5513.025.6m V =-= 估算筒体的内径mm D H V D 1540214.3737.54/433=⨯⨯==π 将计算结果圆整至公称直径标准系列，取筒体内径D=1500mm ，查手册D=1500mm 的标准椭圆形封头曲面高度h1=400mm ，直边高度h2=40mm ，封头容积Vb=0.513m3,表面积Fb=2.62m2,查手册得一米高筒体容积V1=1.767m3,表面积F1=4.71m3m V V V H b 897.2767.1617.0737.51=-=-=筒体高度圆整为2.9m演算实际高径比H/D=2.9/1.5≈1.93 复核结果基本接近2，满足要求。
4.2.2确定筒体的厚度食品液体对钢材的腐蚀性不大，温度不高，压力为低压，故可选用16Mn 钢材, 查表16MnR 钢σb =510MPa ，查表得厚度mm 16~6 设计温度121℃的许应力为170MPa 。
选取筒体内设计压力MPa P P 33.03.01.11.1max =⨯==，同时还需判断是否需要考虑液体静压力：m V V V H b 539.2767.1513.0510=-=-=料 MPa gH P 027.0539.28.91076=⨯⨯==料物料ρ，超过设计压力的5%，应计算在内MPa P P P 357.0=+=物料内筒体的焊缝采用单面对接焊缝，局部无损伤，焊缝系数8.0=φ。
[]mm ppD t td 97.1357.08.017021500357.02=-⨯⨯⨯=-=φσ 因为市面上所出售的材料其厚度最小为3mm ，所以我们取筒壁厚mm t d 3= 设钢板厚度在mm 5.5~5.4，则取负偏差mm c 2.01= 双面腐蚀度22=c mm2.221=+=c c c mm[]mm c ppDt td 2.52.232=+=+-=φσ 考虑安全裕量，取筒体的厚度为6mm4.2.3确定上封头的厚度所选取的筒体的上封头为标准椭圆形封头[]pKpDt t5.02-=φσ上 对标准椭圆形封头 K=1 821.133.05.08.01702150033.01=⨯-⨯⨯⨯⨯=上t mm负偏差2.01=c 上封头由于外无夹套，故无物料腐蚀，1c c =[]mm c pKpDt t2.42.0135.02=++=+-=φσ上 为了便于制造和焊接，封头常与筒体的厚度相同，即筒体和封头的厚度都为6mm 。
4.2.4下封头的厚度与高度根据公称直径查相应标准椭圆封头的相关参数： 曲面盖度：mm h 4001= 直面高度：mm h 402=下封头装液的高度mm h h H H 2979404002539212=++=++=料MPa g H p 031.08.9979.2107622=⨯⨯==ρ，超过设计压力的5%，应计算在内 MPa p p p 361.0031.033.02=+=+=真[]mm p D Kp t t99.1361.05.08.017021500361.05.02=⨯-⨯⨯⨯=-=真真下φσ由结果取厚度附加量负偏差2.01=c 双面腐蚀度mm c 22= 2.221=+=c c c[]mm c p DKp t 2.52.235.02=+=+-=真真下φσ为了便于制造和焊接，封头常与筒体的厚度相同，即筒体和封头的厚度都为6mm4.3罐体压力试验采用水压试验，试验压力公式为[][]a tT Mp pp 446.0170170357.025.125.1=⨯⨯==σσ()[]()[]()a n n T Mp c t c t D p 07.1828.02.25.422.25.41500446.0)(2=⨯-⨯-+⨯=--+=φσ屈服点强度Mpa s 345=σ，Mpa s 5.3103459.09.0=⨯=σ 可见s σσ9.0<压力试验强度足够4.4确定夹套的几何尺寸的计算 4.4.1确定夹套的直径和高度表 夹套内径2D mm1D 500-600 700-1800 2000-30002D1D +50 1D +100 1D +200对于筒体内径Di=700—1800mm ，夹套的内径mm D D j 16001001500100=+=+=，符合压力容器公称直径。
根据夹套内径估算夹套高度:m DV V V V V H b mb540.25.14513.025.68.0422=⨯-⨯=-=-≈ππηη夹m V V V H b 539.2767.1513.0510=-=-=料，料夹H H 〉，故符合。
4.4.2确定夹套的材料和壁厚为便于制造，同样选用16Mn 为夹套材料，查表得厚度为6—16mm 罐内温度150℃的许应力[σ]t =170MPa ，选取夹套设计压力MPa P P 55.05.01.11.1max =⨯==, 夹套的焊缝采用单面对接焊缝，局部无损伤，焊缝系数8.0=φ。
取负偏差 c 1=0.6mm ，单面腐蚀取腐蚀余量c 2=1mm 。
6.121=+=c c c mmδd =[]mm c ppDj t84.46.10.55-0.8170216000.552=+⨯⨯⨯=+-ϕσ 考虑安全裕量，选取夹套的壁厚为6mm 。
4.4.3确定夹套封头的厚度采用标准椭圆形封头，壁厚附加量取c=1.6mm Δd 封=[]mm c ppDj t838.46.10.50.55-0.8170200610.555.02=+⨯⨯⨯⨯=+-ϕσ 考虑安全裕量，圆整到钢板规格厚度，并查阅封头标准，选取夹套的筒体和封头的壁厚均为6mm 。
4.5夹套压力试验采用水压试验，试验压力公式为[]Mpa pp tT 6875.017017055.025.125.1=⨯⨯==σσ ()[]()[]()an n j T Mp c t c t D p 67.1568.06.1626.1616006875.0)(2=⨯-⨯-+⨯=--+=ϕσ屈服点强度Mpa s 345=σ，Mpa s 5.3103459.09.0=⨯=σ 可见s σσ9.0<压力试验强度足够五、搅拌装置及附件设计5.1 搅拌轴计算搅拌装置的主要作用是混合和传质，即使通入的空气分散成气泡并与发酵罐充分混合，气泡细碎以增大气—液界面，获得所需要的溶氧速率，并使生物细胞悬浮于发酵体系中，以维持适当的气—液—固（细胞）三相的混合与质量传递，同时强化传热过程。
为实现这些目的，搅拌装置的设计应使发酵液有足够的径向流动和适度的轴向流动。
5.1.1搅拌器的结构形式与安装根据设计任务要求，我们采取推进式搅拌器，中心式安装。
由于5.02.0〈〈D D J ，取33.0=DDJ 搅拌器直径为mm D D J 495150033.033.0=⨯==，圆整取mm D J 500= 根据发酵罐尺寸关系：3/12/1/-=D d 12/18/1/-=D W 0.18.0/-=D B 5.25.1/-=d S 我们通过初步计算，确定搅拌器层数为2层。