发酵罐2计算
第六章 通风发酵设备 第二节搅拌器轴功率的计算
D——搅拌器的直径 m
Pg——通气情况下的轴功率 kw P0——不通气情况下的轴功率 kw
Michel等人用六平叶涡轮将空气分散于 液体之中，测量其输出功率，得到经验 式：
Pg=c[P02ND 3 / Q0.56]0.45
福田秀雄公式
Pg=f（P02ND 3 / Q0.08 ）
而胶体溶液、高分子溶液属于非牛顿型。
τ——剪应力 度）
dw/dr——剪切率（速度梯
非牛顿型流体的分类
我们接触的非牛顿型流体基本上为稳定的而此 类流体可按剪应力与剪切率之间的关系，分为 三类：
（1）拟塑性流体（分段型性流体）
=k(dw/dr)n
k——均匀性系数 n——流动性指数n＜1 大多数发酵液均属于此类。 特点：粘度随着剪切率下——而降低。
根据因次和谐的原则，等号两侧因次应相等： FL/T=(1/T)aLb(FT2/L4)c(FT/L2)d(L/T2)e 因次[F]: 1=c+d 因次[L]: 1=b-4c-2d+e 因次[T]: -1＝-a+2c+d-2e
共有变量数n＝6，基本因次m＝3，由上 述方程组
a＝3-d-2e b＝5-2d-e c＝1-d
牛顿型流体：粘度μ只是温度的函数，与 流动状态无关。服从牛顿粘性定律。
非牛顿流体：粘度μ不仅是温度的函数， 随流动状态而变化。
（一）非牛顿型发酵醪的流变 等特性
牛顿型流体的流态式为直线，服从牛顿特性定 律：
=dw/dr
所有气体以及大多数低分子量的液体都属于牛 顿型流体，如空气、水、有机溶剂及多数的水 溶液。
凡牛顿型性流体，服从
=/(dw/dr)
而对于非牛顿型流体
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。
发酵罐设计说明书
目录前言 (1)第一章、概述 (2)1.1、我酸 (2)1.2、賊酸的新工艺 (2)1.3、机械搅拌通风发酵罐 (3)1.3.1、通用型发酵罐的几彳可尺寸比例 (3)1.3.2、罐体 (3)133、搅拌器和挡板 (3)1.3.4、消泡器 (4)1.3.5、联轴器及轴承 (4)126、变速装置 (4)1.3.7、通气装置 (4)138、轴封 (5)139、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、圆筒体的径、高度与封头的高度 (5)2.1.2、圜筒体的壁厚 (7)2.1.3、封头的壁厚 (7)2.2、搅拌装置设计 (8)2.2.3、电痕率 (10)2.3、冷却装置设计 (10)2.3.1、 冷却方式 (10)2.3.2、 冷却水耗臺 (10)2.3.3、 冷却管组数和管径 (12)2.4零部件 (13)2.4.1人孔和视谯 (13)2.4.2 接管口 ................................................................. 13 243、梯子 (15)2.6支座的选型蹄总结 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―、课程设计题目”1000计的机械搅拌发酵罐”的设计。
2.5®体重 ..................................................................15 16 第三章、计算结果的总、结 ............................................................16 17二课程设计容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。
2010_第一章_发酵罐2-计算解读
经验系数K，m：由搅拌器的型式，挡板的尺寸及 流体的流态决定
3
P0
N 3 D 5
是一个无因次数，称为 功率准数 NP 。
d 2 N
是一个无因次数，称为 搅拌雷诺数 ReM
NP ~ ReM 的关系：实测找出规律，即经验系数K，m
当ReM＜10时，液体为层流状态，m=-1；
当ReM＞104时，液体为湍流状态， m=0；
3 5 3 5
推论： 对于相同d、N的三种涡轮搅拌器，在湍流状态时测量得：
复习前节课的结论：相同d、N的三种涡轮搅拌器，功率消耗 平叶＞弯叶＞箭叶
8
2. 搅拌功率的修正
若各种参数如D/d、HL/d等不符合所查图表中(在17页表中 表示为T/D, HL/D)的曲线特性，则先查出值，计算后再进 行修正：
P＊＝f×P0 其中，P0为按图查出的Np值算得的功率； f为修正系数，
1 f 3
D / d H L/ d
9
3.多层搅拌器的功率Pm计算
在单层搅拌器功率计算的基础上，乘上一个系数。 一种简单的估算方法是，
Pm P0.4 0.6m
Pm：多层搅拌器的功率， m：搅拌器的层数。
剪应力τ
拟塑性流：表观粘度随剪切梯度 的增加而减少－－多数发酵液。
速度梯度
表观粘度可看作曲线的斜率。
19
发酵罐的搅拌电机配置
每 m3 培养液 3 kW 电机功率左右 P电机＝（Pm＋PT）/η，其中PT为轴封的摩擦损失功率， η 为传动效率，按传动机构不同取 0.85－0.9。
第四章3(非牛顿流体特性对搅拌) (2)
发酵液流体特性
牛顿流体 彬汉塑性流体 拟塑性流体 以糖等原料培养的细菌醪和酵 母醪 黑曲霉、产黄青霉和灰色链霉 菌等丝状菌发酵液 多糖发酵液，许多丝状菌培养 液，高浓度的植物细胞、酵母 悬浮细胞 链霉菌、四环素和青大霉素的 前期发酵液
第三章 搅拌器轴功率计算 4
涨汉塑性流体
2019/2/10
表观粘度μa
• 表观粘度：非牛顿 流体没有确定的粘 度值，通常把一定 切变率下剪应力与 此切变率之比称为 表观粘度，即 • μa=τ/(dω/dγ) =K(dω/dγ)n-1 。
2019/2/10 第三章 搅拌器轴功率计算 5
非牛顿流体的搅拌功率
• 拟塑性流体的表观粘度随切变率的增大而减小， 涨塑性流体的表观粘度随切变率的增大而增大。 • 在同一搅拌转速下，培养液中的dω/dγ随着径向 离开搅拌涡轮的距离，按指数倍数降低。 • 粘度是温度的函数，即μ=K ea/T • 在搅拌罐中，罐内非牛顿流体的平均切变率与 搅拌速度成正比，即（dω/dγ）平=k N，k=11.5 （二档涡轮搅拌） • μa=τ/(dω/dγ) =K(dω/dγ)n-1
四、非牛顿流体特性对搅拌功率计算的影响
牛顿粘性定律
• 在切向力作用下平行板内流体层中产生速度分布 牛顿粘性定律 τ=F/A=μdω/dγ τ剪应力 ，N/m2或Pa；μ 粘度，Pa.s dω/dγ，速度梯度或切变率或剪应速率，s-1 作用力F；速度ω；距离γ；面积A；
2019/2/10 第三章 搅拌器轴功率计算 1
2019/2/10 第三章 搅拌器轴功率计算 11
9
2019/2/10
第三章 搅拌器轴功率计算
10
习题
[应用]灭菌时间计算
![[应用]灭菌时间计算](https://img.taocdn.com/s3/m/66d27c9d6429647d27284b73f242336c1eb930a1.png)
灭菌时间计算【例1】 有一发酵罐内装40m 3培养基，在121℃进行实罐灭菌。
原污染程度为每1mL 有2×105个耐热细菌芽孢，121℃时灭菌速率常数为1.8min －1。
求灭菌失败机率为0.001时所需的灭菌时间。
【解】 N 0＝40×106×2×105＝8×1012 （个）N t ＝0.001（个） K ＝1.8min－1灭菌时间： t ＝K 303.2lg tN N 0＝8.1303.2lg 001.010812⨯＝20.34（min ）但实际上培养基在升温阶段就有部分菌被杀灭，特别是当培养基加热至100℃以上，这个作用较为显著。
因此保温灭菌时间实际比上述计算的要短，虽然在降温阶段也有杀菌作用，但降温时间较短，在计算时一般不考虑。
在升温阶段，培养基温度不断升高，菌死亡速率常数也不断增大，速率常数与温度的关系为式（3-3）或（3-4）。
当以某耐热杆菌的芽孢为灭菌对象时，此时A ＝1.34×1036s －1，E ＝2.84×104J/mol ，因此式（3-4）可写为：lg K ＝T14845-＋36.12 （3-8）利用式（3-8）可求得不同温度下的灭菌速率常数。
若欲求升温阶段（如温度从T 1升至T 2）的平均菌死亡速率常数，可用下式求得：K m ＝1221T T KdTT T-⎰ （3-9）式（3-9）中的积分值可利用图解法求得，见例3-2。
若培养基加热时间（一般以从100℃至保温的升温时间）t p 已知，K m 已求得，则升温阶段结束时，培养基中残留菌数N p 可从下式求得：N p ＝pm t K eN 0 （3-10）再由下式求得保温阶段所需时间：t ＝K 303.2lg tp N N （3-11）【例2】 在例3-1中，灭菌过程的升温阶段，培养基由100℃升至121℃共需15min 。
求升温结束时，培养基中芽孢数和保温所需时间。
味精工厂发酵车间的物料衡算
味精工厂发酵车间的物料衡算2 发酵罐及种子罐的设计与选型2.1 味精工厂发酵车间的物料衡算2.1.1 工艺技术指标及基础数据（1）查《发酵工厂工艺设计概论》P326表3 味精行业国家企业标准［5］，选用主要指标如表1表1 味精发酵工艺技术指标指标名称单位指标数生产规模t/a 15000（味精）生产方法中糖发酵，一次等电点提取年生产天数d/a 300产品日产量t/a 50产品质量纯度% 99倒灌率% 1.0发酵周期h 48发酵初糖Kg/m3 150淀粉糖转化率% 95糖酸转化率% 48麸酸谷氨酸含量% 90谷氨酸提取率% 80味精对谷氨酸产率% 112（2）主要原材料质量指标淀粉原料的淀粉含量为80%，含水14%。
（3）二级种子培养基（g/L）水解糖25，糖蜜20，尿素3.5，磷酸氢二钾1.0，硫酸镁0.6，玉米浆5~10，泡敌0.6，硫酸镁0.002，硫酸亚铁0.002。
（4）发酵培养基（g/L）水解糖150，糖蜜4，硫酸镁0.6，氯化钾0.8，磷酸氢二钠0.2，硫酸亚铁0.002，硫酸锰0.002，尿素（总尿）40，泡敌0.6，植物油1.0。
（5）接种量为2% 。
2.1.2 谷氨酸发酵车间的物料衡算首先计算生产1000kg纯度为100%的味精需耗用的原辅材料及其他物料量。
（1）发酵液量V1式中150——发酵培养基初糖浓度（kg/m3）48%——糖酸转化率80%——谷氨酸提取率99%——除去倒灌率1%后的发酵成功率112%——味精对谷氨酸的精制产率（2）发酵液配制需水解糖量G1以纯糖算，（3）二级种液量V2（4）二级种子培养液所需水解糖量G2式中25——二级种液含糖量（kg/m3）（5）生产1000kg味精需水解糖总量G为：（6）耗用淀粉原料量理论上，100kg淀粉转化生成葡萄糖量为111kg，故理论上耗用的淀粉量G淀粉为：式中80%——淀粉原料含纯淀粉量95%——淀粉糖转化率（7）尿素耗用量二级种液耗尿素量为V3发酵培养基耗尿素为V4故共耗尿素量为627.5kg（8）甘蔗糖蜜耗用量二级种液耗用糖蜜量V5发酵培养基耗糖蜜量V6合计耗糖蜜69.9kg（9）氯化钾耗量GKCl（10）磷酸氢二钠（Na2HPO4?7H2O）耗量G3（11）硫酸镁（MgSO4?7H2O）用量G4（12）消泡剂（泡敌）耗用量G5（13）植物油耗用量G6（14）谷氨酸（麸酸）量发酵液谷氨酸含量为：实际生产的谷氨酸（提取率80%）为：2.1.3 15000t/a味精厂发酵车间的物料衡算结果由上述生产1000kg味精（100%纯度）的物料衡算结果，可求得15000t/a味精厂发酵车间的物料平衡计算。
第2章发酵过程能量平衡和物质平衡
菌体生长的得率(yield)
以底物消耗为基准的菌体得率
• 微生物利用原料生长繁殖。测定生长前后 原料浓度和菌体浓度，菌体得率计算公式： • YX/S= -ΔX/ΔS (g/mol)
• 意义：原料消耗量与菌体生长量的关系； • 所消耗的原料，并非100%转变为菌体。 • YX/S与微生物，原料种类，培养条件有关。 • 同理：
菌体含碳量α2=12/(12+1.898+0.627×16+0.152×14)
×100%= 46.05%
•
碳源含碳量α1= 12/(12+4+16) ×100%=37.5%
• •可计算出菌体关于甲醇的得率是: Yx/s= Yx×(α1/α2)=0.13×0.375/0.4605 =0.106
同样，可得到产物血管生长抑制素关于甲醇的得率YP/M= 4.74×10-4 g/g。
• Yx是以元素为基准的菌体得率，与以底物消耗 为基准的菌体得率系数YX/S有如下关系： • Yx =(α2/α1)(Yx/s)
• Yx/s= Yx (α1/α2)
• Yp是以元素为基准的产物得率， 与以底物消 耗为基准的产物得率Yp/S有如下关系： • Yp =(α3/α1)(Yp/s)
• Yp/s= Yp (α1/α3)
氧的平衡式为：L+ 2b = nYX + sYp+ c + 2d
氢的平衡式为： m + 3a = gYx + rYp + 2c
2.2 物料平衡
• 例计算：
• 一株Muts(甲醇利用慢)表型的基因工程 菌巴斯德毕氏酵母，在甲醇为诱导剂诱 导下，生产“血管生长抑制素”这一产 品，生产阶段是在以甲醇为惟一碳源的 基本培养基（以NH3为氮源）中进行。 甲醇的流加通过一甲醇检测控制系统自 动进行，维持发酵液中甲醇浓度为5g/L， 在产物合成阶段，5L发酵罐中菌体生长 量为16.2g，消耗甲醇量为143g，生产 血管素为69mg，求化学平衡计量式。
发酵罐设计修改-2
103m³气升循环式发酵罐设计书院系：生命工程与食品工程学院班级：生工10级4班组别：第10组小组成员：熊君燕、蔡陈、裴昊宁、徐安全、罗伟2013.5目录一、绪论..................................................................................................................................................... - 1 -1．气升式发酵罐概况......................................................................................................................... - 1 -2.气升式发酵罐的类型及原理............................................................................................................ - 1 -3.气升式发酵罐特点............................................................................................................................ - 3 -4.气升式发酵罐的应用........................................................................................................................ - 4 -二、设计概况............................................................................................................................................ - 5 -1. 发酵设备课程设计的目的.............................................................................................................. - 5 -2.发酵设备课程设计步骤.................................................................................................................... - 5 -3.带控制点的工艺流程图的绘制........................................................................................................ - 5 -4.主体设备工艺条件图........................................................................................................................ - 6 -三、气升循环式发酵罐设计任务及要求 ......................................................................................... - 6 -1.课程设计题目.................................................................................................................................... - 6 -2. 气升循环式发酵罐设计要求.......................................................................................................... - 6 -3.设计基本依据.................................................................................................................................... - 7 -4.课程设计的基本环节........................................................................................................................ - 7 -四、反应器基本设计参数设计............................................................................................................ - 7 -1.液体喷射循环反应器基本设计参数................................................................................................ - 7 -2.液体喷射循环反应器的循环阻力.................................................................................................. - 10 -3. 驱动循环的功率和效率............................................................................................................... - 10 -五、设备工艺结构计算 ....................................................................................................................... - 10 -1.发酵罐直径...................................................................................................................................... - 10 -2．发酵罐总高................................................................................................................................... - 11 - 3．发酵罐的材料............................................................................................................................... - 11 - 4．椭圆封头的设计........................................................................................................................... - 11 - 5．圆柱筒体的设计........................................................................................................................... - 14 -六、辅助设备设计选型 ....................................................................................................................... - 16 -1.正压保护阀...................................................................................................................................... - 16 -2.真空阀.............................................................................................................................................. - 16 -3.CIP清洗装置 .................................................................................................................................. - 16 -4.温度传感器...................................................................................................................................... - 16 -5.液位高度传感器.............................................................................................................................. - 16 -6.压力传感器...................................................................................................................................... - 16 -7.最低液位和最高液位探头.............................................................................................................. - 16 -8.人孔.................................................................................................................................................. - 17 -9.视镜.................................................................................................................................................. - 17 -10.洗涤液接管.................................................................................................................................... - 17 -11.CO2回收压缩空气接管 ................................................................................................................ - 17 -12.冷却剂进出接管............................................................................................................................ - 17 -13.出料管............................................................................................................................................ - 17 -14.支座............................................................................................................................................... - 17 -H及提升高度'h.................................................................................................... - 18 -15.上升管高度e16.喷嘴直径....................................................................................................................................... - 18 -七、热量衡算.......................................................................................................................................... - 18 -1.冷却面积的确定............................................................................................................................. - 19 -2.冷却水耗量的计算......................................................................................................................... - 19 -八、设计数据.......................................................................................................................................... - 20 -九、设计总结.......................................................................................................................................... - 20 - 参考文献............................................................................................................................... - 21 -一、绪论：1．气升式发酵罐概况生化反应过程大都是需氧过程，通风发酵设备是需氧生化反应设备的核心和基础。
发酵罐的设计与放大
I
目录
1. 前 言......................................................................................................................... 1 2. 设计依据................................................................................................................... 2
2.1 相似性放大的内容.......................................................................................... 2 2.2 相似性放大的依据.......................................................................................... 2 2.3 相似性放大和它的基本方法.......................................................................... 2 2.4 发酵过程的控制和检测.................................................................................. 2
2.4.1 发酵过程的参数检测意义................................................................... 2 2.4.2 发酵过程监控的主要指标................................................................... 3 2.4.3 监控的方式........................................................................................... 3 2.5 发酵罐结构...................................................................................................... 4 2.6 机械搅拌罐放大流程...................................................................................... 4 3. 工艺设计内容（计算及论述分析）....................................................................... 5 3.1 依据几何相似原则计算发酵罐尺寸.............................................................. 5 3.2 试验罐各参数的计算...................................................................................... 6 3.2.1 搅拌雷诺数 ReM.................................................................................. 6 3.2.2 不通气时的搅拌功率........................................................................... 6 3.2.3 通气时的搅拌功率............................................................................... 6 3.2.4 空气截面气速....................................................................................... 7 3.2.5 体积溶氧系数....................................................................................... 7 3.3 生产罐的各参数计算...................................................................................... 7 3.3.1 空气截面气速的计算........................................................................... 7 3.3.2 生产罐的通气速率............................................................................... 8 3.3.3 通气强度............................................................................................... 8 3.3.4 搅拌器线速度....................................................................................... 8 3.3.5 搅拌器转速........................................................................................... 8 3.3.6 雷诺准数 ReM 计算............................................................................. 8 3.3.7 不通气时的搅拌功率........................................................................... 9 3.3.8 通气时的搅拌功率............................................................................... 9 3.3.9 生产罐的体积溶氧系数 KLα .............................................................. 9 3.4 试验罐与放大计算结果比较.......................................................................... 9 4 附属零件的计算....................................................................................................... 11 4.1 计算挡板数量和尺寸.................................................................................... 11 4.1.1 挡板宽度............................................................................................. 11
6-2发酵罐及其附属设备
(二)后发酵设备
主要完成嫩啤酒的继续发酵，并饱和二氧化碳，促 进啤酒的稳定、澄清和成熟。 根据工艺要求，贮酒室内要维持比前发酵室更低的 温度，一般要求 0-2℃，特殊产品要求达到 -2℃左 右。 后发酵过程残糖较低，发酵温和，故槽内一般无须 再装置冷却蛇管。 贮酒室的建筑结构和保温要求，均不能低于前发酵 室，室内低温的维持，是借室内冷却排管或通入冷 风循环而得。
2．旋转式：旋转式固体发酵罐有鼓形和管形，培养过
程中，整个发酵罐以低速间歇旋转，罐内的小固体颗粒会 沿着罐壁滑动，达到散热和与空气接触之目的。
3．厚层式：固体发酵床的底部为多孔筛板，风
道倾斜形，可使平行流动的气流变成垂直流动。 曲层厚度可以是300-350mm。无菌的压缩空气需调 节好温度和湿度，空气的相对湿度一般为92％， 空气风压常为200mmHg，这种装置的进出料和翻曲 可以实现机械化和自动化，在工业生产上已有应 用。
(一)前发酵设备
传统的前发酵槽均置于发酵室内，发酵槽大部分为开口 式。 前发酵槽可为钢板制，常见的采用钢筋混凝土制成，也 有用砖砌、外面抹水泥的发酵槽。
形式以长方形或正方形为主。
前发酵槽内要涂布一层特殊涂料作为保护层。采用不饱 和聚脂树脂、环氧树脂或其他特殊涂料较为广泛，但 还未完全符合啤酒低温发酵的防腐要求。
后发酵槽是金属的圆筒形密闭容器，有卧式和立式两种。 工厂大多数采用卧式。 发 酵 过 程 中 需 饱 和 CO2 ， 后 发 酵 槽 应 制 成 耐 压 0.10.2MPa表压的容器。 后发酵槽槽身装有人孔、取样阀、进出啤酒接管、排出 二氧化碳接管、压缩空气接管、温度计、压力表和安全 阀等附属装置。
第六章 发酵罐及其附属设施
食品工厂水,汽用量的计算
汽化热 、溶解 热、结
晶热
J/(k g·K
)
⑦加热（或冷却）介质传入（或带出）的热量Q2对于热计算的 设计任务， Q2是待求量，也称为有效热负荷。若其为正值，则 过程需加热，若其为负值，则需冷却。 最后，根据Q2来确定加热（或冷却）介质及其用量。
注意的几个问题：
确定热量计算系统所涉及的所有热量或可能转 化成热量的其他能量，不要遗漏，但为简化 计算，对计算影响很小的项目可忽略不计。
（１）糖化耗水量计算：100kg混合原料大约需 用水量400kg。
糖化用水量＝1421×400／100＝5684（kg）
糖化用水时间设为0.5ｈ，故：
每小时最大用水量＝5684／0.5＝11370（kg／ h）
（２）洗槽用水： 100kg原料约用水450kg，则 需用水量：
1421×450／100＝6394.5（kg）
洗槽水耗热量Q5： 设洗槽水平均温度为80℃，每100kg原料用水450kg， 则用水量为：
⑥麦汁煮沸过程耗热量Q6：
麦汁升温至沸点耗热量Q6： 由啤酒糖化物料衡算表可知，100kg混合原料可得到598.3kg 的热麦汁，并经过滤完毕麦汁温度为70℃，则进入煮度10%，时间1.5h，则蒸发
3.8.1.1 管路设计与布置的内容 主要包括管路的设计计算和管路的布置两部分。 3.8.1.2 管路设计与布置的步骤 （1）选择管路材料 （2）选择介质的流速 （3）确定管径 （4）确定管理厚度 （5）确定管路连接方式 （6）选择阀门和管件 （7）选管路的热补偿器
（9）管路布置 （10）计算管路的阻力损失 （11）选择管架及固定方式 （12）确定管架跨度 （13）选定管道固定用具 （14）绘制管道图 （15）编制管材、管件、阀门、管架及绝热 材料综合汇总表
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
5
各类发酵液的发酵热 Q
序号 发酵液名称
发酵热 KJ/(m3 h) Kcal/(m3 h)
1 青霉素丝状菌 23000
5500
2 青霉素球状菌 13800
3000
3 链霉素
18800
4500
4 四环素
25100
6000
5 红霉素
26300
6300
6 谷氨酸
29300
7000
7 赖氨酸
33400
8000
一、传热系统计算
1、传热公式的推导
冷却水
T
t
热
冷
流 体
流 体
T
TW
平
平
均
均
温 度
温 dQ
度
tW t
壁温TW
壁温tW
1
分三段计算传热：管外、管壁、管内
A1、A2 、Am分别为管外、内壁表面积，管壁平均表面积，α1、α2为管 外、内流体的传热系数，则：
✓ 管外热流体对外壁的对流传热为： q1 1 A1 T Tw
8 柠檬酸
11700
2800
9 酶制剂
1470018800
35004500
－－唐孝宣，《发酵工厂工艺设计》
6
例1.2 冷却面积计算举例
某抗菌素厂30M3种子罐，装料系数为60%，已计算出主发酵 期生物合成热Q1=4.4×105kJ/h，搅拌热Q2=7.2×104 kJ/h， 查有关资料得汽化热及辐射损失Q3 =1×104 kJ/h。发酵温度 为32℃，冷却水进口温度为16℃，出水温度为25℃，冷却水 的平均比热取为4.186 kJ/ (kg·℃)， 罐内采用竖式蛇管 冷却，蛇管规格为 53/60 (mm)，壁厚3.5mm，其导热系数 λ=188 kJ/ (m·h·℃)，根据经验数据取传热系数α1和α2分 别为 2.7×103和1.45×103 kJ/(m2·h·℃) ，另外，管壁水 垢层的热阻 δ ＝16750 kJ /(m2·h ·℃) ，试求发酵罐冷却 水耗量、冷却面积以及竖式蛇管总长度。
14
由搅拌雷诺数ReM，可查图表得到的搅拌功率准数NP。
15
故，常用到的搅拌轴功率计算公式为：
P0 = NP d5 N3 ρ = K d5 N3 ρ
16
例1.3
问题1. 今有一发酵罐，内径为2米，安装一个六弯叶涡轮搅 拌器，搅拌器直径为0.7米，转速为150转/分，设发酵液密度 为1050 kg/m3，粘度为0.1Pa*s，试求不通气状态下搅拌器功 率。
11
1.单层搅拌器、不通气条件下输入搅拌液体的功率计算
搅拌器所输入搅拌液体的功率取决于下列因素：
搅拌罐直径 D
搅拌器直径d 液体高度 HL
前三项都可用d 来表示
搅拌转速 N
液体粘度 μ 液体密度 ρ
搅拌器形式、有无档板等
P＝F（N，d, ρ， μ ）
12
在全档板条件下，对于牛顿型流体，由因次分析与实验验
7
解:
1.总的热量
Q=Q1+Q2-Q3 =4.4×105+7.2×104-1×104
=5.02×105(kJ/h)
2.冷却水耗量
W
Q
5.02 10 5
C p (t2 t1 )
4.186 (25 16)
=1.33×104 (kg/h)
8
3.对数平均温度差
tm
(tF t1 ) (tF t2 ) 2.303 lg tF t1
T t
Am (T t)
1 1 A1
s Am
1 2 A2
1s 1 1 A1 Am 2 A2
1s 1 1 A1 Am 2 A2
Am
(1 1 A1
s Am
1 2 A2
)
A(T t) 即： Q 1 s 1
1 2
其中，A即为平均传热面积 Am。
定义
K
1 1 1 S1
为总传热系数。
1 2
考虑到管内垢层传热，设垢层的热阻为δ
4
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。
证，得：
K ( ) P0
N 3d 5
d 2N m
式中
P0：不通气时搅拌器的功率（瓦，即牛.米/秒） ρ：液体的密度（公斤/米3） μ：液体的粘度（牛.秒/米2，即 帕.秒）或公斤.秒/米2 d：搅拌器涡轮直径（米） N：转速（转/秒）
经验系数K，m：由搅拌器的型式，挡板的尺寸及 流体的流态决定136.冷却蛇总长度L Ad
25
3.14 0.0565
=140.17
(m)
10
二、搅拌功率计算
搅拌器轴功率
电机功率
搅拌器以既定的速度转动时，用以克服介质的阻力 所需要的功率，即搅拌器输入搅拌液体的功率。
提纲： 单层搅拌、不通气条件下输入搅拌液体的功率计算 功率计算的修正 多层搅拌器的功率计算 通气搅拌功率的计算
t1 1
1 A1
✓ 设λ为管壁的导热系数，s为管壁厚，则管壁间的传导热为：
q2
Am Tw
tw
t 2 s
Am
✓ 内管壁对管内冷流体的对流传热为
q3 2 A2 tw t
t3 1
q为热流密度，W/m2
2 A2
2
则在稳定传热时，有发酵罐所需传的热量Q＝q1=q2=q3,即有：
Q t1 t2 t3 t1 t2 t3
10.9(oC)
tF t2
4.K值的计算
K
1
1 1 S1
1 2
1
1 1 0.0035 1
2700 1450 188 16750
= 1.931×103 kJ/(M2 ·h·℃)
9
5.冷却面积
A
Q
K t m
5.02 10 5 23 .85(M 2 ) 1931 10 .9
根据生产实际情况取整： A = 25 M2
P0 是一个无因次数，称为 功率准数 NP 。
N 3 D5
d 2 N
是一个无因次数，称为 搅拌雷诺数 ReM
NP ~ ReM 的关系：实测找出规律，即经验系数K，m
当ReM＜10时，液体为层流状态，m=-1；
当ReM＞104时，液体为湍流状态， m=0；
多数发酵罐搅拌器在此范围，故Np=常数＝K，查图得Np 。
3
对于进出口温度不同的冷却蛇管而言，其传热面积计
算公式应为： A Q
K t m
对数平均温差：
tm
(tF t1) (tF t2 ) 2.303 lg tF t1
tF t2
tF、t1、t2分别为发酵液温度、冷却水进口温度、冷却水
出口温度。
对于蛇管冷却，有：A
dm
l
d1
2
d2
l
其中d1、d2为管内外直径。