大型发酵罐设计及实例
发酵罐70t设计
庆大霉素生产工艺流程图①装料系数：一级种子罐65% 二级种子罐70% 发酵罐75%②发酵液物性参数：密度1050kg/m3 粘度50（CP）比热4.18kJ/kg.℃③Q p:发酵热 3500kcal/m3h=14700kJ/m3h冷却装置：种子罐用夹套式冷却，发酵罐用列管冷却。
④连续灭菌系统培养基灭菌处理量：20m3/h 连消灭菌温度：1350C⑤接种量一级种子罐至二级种子罐按15%计算二级种子罐至发酵罐按15%计算已知工艺条件（1）年产量 ：G=70t(庆大霉素) （2）年工作日 M=300天 （3）发酵周期=6t 天 （4）发酵平均单位u1=1500单位/ 毫升 （5）成品效价u2=580单位/毫克 （6）提炼总效率=85% (7)装料系数=75% 工艺计算 V d =%85*1500*300580*70*1000=106.14m 3/dV 0=0.75*1106.14=141.53m 3/d0 3每天放罐系数 1罐 发酵罐总台数n=1*6=6（台） 发酵周期=每罐批发酵时间+辅助时间 二级种子罐 (取损失比为15% ) 取周期为4天，则需发酵罐4台 V1=7.0)15.01(*15.0*14.106+=26.16m3一级种子罐 (取损失比为15% )V2=65.0)15..01(*15.0*15.0*14.106+=4.23m 3取周期为4天，则需发酵罐4台发酵罐（1）高径比H/D=2.0~3.5（2）搅拌器：六弯叶涡轮搅拌器,Di:di:L:B=20:15:5:4 （3）搅拌器间距：S=（0.95-1.05）D （4）搅拌器直径：Di=D/3（5）最下一组搅拌器与罐底的距离：C=（0.8-1.0）D （6）罐内0.4MPa ；夹套0.25 MPa（7）挡板宽度：B=0.1D ，当采用列管式冷却时，可用列管冷却代替设备框图搅拌器此发酵过程中有中间补料操作，对混合物要求较高，选用六弯叶涡轮搅拌器 N P=4.7，湍流该搅拌器的各部尺寸与罐径D 有一定比例关系，六弯叶涡轮搅拌器,Di:di:L:B=20:15:5:4搅拌器叶径Di 为：)m (67.1353D D i=== 取1.7m 。
10万吨12°淡色啤酒发酵罐的设计
10万吨12°淡色啤酒发酵罐的设计淡色啤酒是一种受欢迎的酒类产品，而发酵罐是酿造啤酒过程中至关重要的设备。
本文将对10万吨12°淡色啤酒发酵罐的设计进行详细阐述。
首先，10万吨12°淡色啤酒是一种大规模生产的产品，因此发酵罐的设计应考虑生产效率和质量稳定性。
用于生产大规模啤酒的发酵罐通常采用圆筒形状，并具有较大的容量。
在本设计中，我们将采用直径为15米，高度为30米的圆筒形发酵罐，以满足10万吨12°淡色啤酒的生产需求。
在设计过程中，我们还要考虑发酵罐内的温度和压力控制。
淡色啤酒的酿造过程中，酵母菌在发酵罐中完成发酵过程，其中温度和压力的控制非常重要。
为了确保发酵进程顺利进行，我们将在发酵罐上安装温度和压力传感器，并连接到一个智能控制系统上，以监控和调节发酵罐内的温度和压力。
此外，发酵罐内的清洁和灭菌也是一项重要的考虑因素。
为了确保酿造过程的卫生和产品质量，我们将在发酵罐内设置喷淋系统，并使用恰当的清洁剂进行定期清洗。
此外，发酵罐还将配备灭菌设备，以确保酵母菌的活性和产品的稳定性。
关于材料选择，发酵罐的主体部分可以采用不锈钢材料。
不锈钢具有良好的耐腐蚀性和耐高温性能，非常适合用于酿造过程中的发酵罐。
与此同时，不锈钢材料也易于清洁和维护。
最后，发酵罐的维护和保养也是一项重要的工作。
为了延长发酵罐的使用寿命并保持其正常运行，我们将建议定期对发酵罐进行检修和保养工作。
这包括定期清洁、润滑、管道检查和主体结构的安全评估等。
总结起来，10万吨12°淡色啤酒的发酵罐设计应考虑生产效率、质量稳定性以及温度和压力控制等因素。
它应采用圆筒形状，并具有较大的容量。
发酵罐内应配备温度和压力传感器，以及智能控制系统来监控和调节发酵罐内的温度和压力。
此外，定期的清洁、灭菌和维护工作也是必不可少的。
通过合理的设计和维护，我们可以确保10万吨12°淡色啤酒的生产顺利进行，并保证产品的质量稳定性。
10万吨11°淡色啤酒发酵罐的设计
10万吨11°淡色啤酒发酵罐的设计前言本设计为顺应近几年来啤酒工业飞速发展的需求，在啤酒工艺成熟的基础上，同时体现了啤酒酿造的新工艺，为企业的开源节流提供了新的依据。
设计题目为年产10万吨11度淡色啤酒厂发酵罐设计，此啤酒的酿造方法使用70%的麦芽，30%的大米，经过淋入，糖化，煮熟，过滤器，加热，蒸煮而变成。
蒸煮设备使用圆筒体锥底发酵罐，蒸煮周期就是17天。
本设计内容主要包含物料钢料，热量钢料，冷耗钢料和设备选型的排序及重点设备选型及排序。
糖化方法使用双醪干料糖化法，蒸煮方法使用下面发酵法。
本设计的图纸主要为发酵罐装配图。
本文对啤酒生产线工艺设计中的关键部分―原料的淋入、糖化、麦汁过滤器、煮熟、啤酒过滤器及其设备选型展开了粗略研究。
对蒸煮过程及其设备选型展开了较为详尽的深入探讨。
关键词：啤酒工艺；设备选型；技术经济；发酵；糖化；发酵罐.1第1章绪论1.1设计选题的目的目前，世界上啤酒市场的竞争日益激烈，广大消费者对啤酒品种结构和产品质量的要求也越来越高，相应的新品种也层出不穷。
因而，很有必要将这方面得计书加以科学地总结和分析以推动啤酒产品多样化在广度和深度上的健康发展，随着人们生活水平的提高，饮食消费结构的不断改变，啤酒已进入了千家万户。
但是我国人均啤酒的消费还没有达到世界平均水平。
所以建设新的、大型的啤酒厂，增加产量，就可以满足人们将来物质生活的需求。
所以，设计啤酒厂是有意义有必要的。
另外，此次选题是教研室下达的任务。
是根据教学的实际需求来选定的。
1.2设计工作的意义啤酒含有17种氨基酸，多种维生素及碳水化合物、矿物盐等物质、每升啤酒的热量可达430卡，相当于6-7枚鸡蛋，0．75升牛奶或50克奶油，被世界营养协会组织列为营养食品，素有“液体面包”之誉。
现代科学研究表明，啤酒中所含各种成份、既有较高的营养价值又具良好的药疗效果，啤酒中酒精含量较低，10度黄啤酒含酒精3％左右，非但对胃和肝脏无损害，而且可平缓地促进人体血液循环；维生素b1、b6已能维持心脏正常活动，而烟酸则能扩张血管，故它们对心血管系统有益，可加速新陈代谢。
年产2万吨谷氨酸厂发酵罐设计
长江师范学院年产2万吨谷氨酸厂发酵罐设计说明书设计人: 龙丹学号: 200909021120班级: 2009级生物工程1班设计时间:2011.12.5~12.25指导老师: 陈今朝成绩:目录1 前言 (1)2 设计理念与方案 (3)3 任务书设计主体 (4)3.1谷氨酸生产工艺流程、工艺技术指标及基础数据 (4)3.1.1谷氨酸发酵工艺流程示意图 (4)3.1.2工艺技术指标及基础数据 (5)3.1.3 谷氨酸发酵车间的物料衡算 (5)3.1.4 20000 t/a谷氨酸厂发酵车间的物料衡算表 (7)3．2 发酵罐的设计与选型 (8)3．2．1发酵罐的选型 (8)3．2.2 发酵罐的生产能力、容积及个数的确定 (8)3．2.3 主要尺寸的计算............................................................ (8)3.2.4冷却面积的确定 (9)3.2.5 搅拌器设计 (10)3.2.6 搅拌轴功率的确定 (11)3.2.7 设备结构的工艺设计 (12)3.2.8 竖直蛇管冷却装置设计 (12)3.2.9 设备材料的选择 (15)3.2.10 发酵罐壁厚的计算 (15)3.2.11 接管设计 (16)4 设计结果与讨论 (18)1 前言味精，又名为谷氨酸钠，是烹饪中常用的一种鲜味调味品。
烹调时在菜里或汤里略加少许味精，立刻可使菜肴的味道更佳鲜香浓郁、味美可口。
2004年全球的味精市场约为1700000t，其年增长率预计为4%，2010年已达到2100000t[1]。
由于我国味精产量增加，各项技术指标提高幅度大，产品成本降低，在国际市场上具有较强竞争力，2005年出口味精达100000t[2]。
1909年味精作为商品问世以来已有102年历史[3]。
早期味精是由酸法水解蛋白质进行制造的，自从1956年日本协和发酵公司用发酵法生产以后，发酵法生产迅速发展，目前世界各国均以此法进行生产[4]。
年产5.3万吨一水柠檬酸工厂发酵罐的设计(附发酵罐图,工艺流程图)
❈生化工程课程设计❈课题名称：年产5.3万吨柠檬酸发酵工厂发酵罐设计学生姓名：冯佩全学号：14801056专业：生物工程班级：14生物本2成绩：指导老师：杨立、龚乃超设计时间：2017年4月10日~ 2017年4月21日目录摘要 (I)Abstract ........................................................ I I 前言. (1)1.1柠檬酸的性质和用途 (1)1.2柠檬酸的来源和发展情况 (1)生产工艺 (2)1.3生产方法 (2)1.4工艺流程 (2)1.5操作工艺 (3)1.5.1原料的处理 (3)1.5.2发酵工序 (3)1.5.3醪液处理工序 (4)1.5.4提取工段 (4)1.5.5精制工段 (4)工艺计算书 (5)1.6物料衡算 (5)1.6.1工艺技术指标及基础数据 (5)1.6.2原料消耗计算（基准：一吨成品柠檬酸） (5)1.6.3发酵醪量的计算 (6)1.6.4接种量 (6)1.6.5液化醪量计算 (6)1.6.6成品柠檬酸 (7)1.6.7淀粉质原料年产1.4万吨一水柠檬酸厂总物料衡算 (7)1.7热量衡算 (8)1.7.1液化热平衡计算 (8)1.7.2发酵过程中的蒸汽耗量的计算 (8)1.7.3发酵过程中的冷却水耗量计算 (10)1.7.4发酵过程中的无菌空气耗用量的计算 (11)1.8发酵罐的选型 (11)1.8.1发酵罐容积和台数的确定 (12)1.8.2主要尺寸的计算 (13)1.8.3发酵罐冷却面积的计算 (13)1.8.4发酵罐搅拌器的设计 (14)1.8.5发酵罐设备结构的工艺设计 (15)1.8.6发酵罐设备材料的选择 (17)1.8.7发酵罐壁厚的计算 (17)1.8.8发酵罐接管设计 (18)1.8.9发酵罐支座的选择 (19)1.9贮罐选型 (19)1.9.1发酵成熟醪贮罐 (19)1.9.2硫酸銨贮罐 (19)结论： (21)参考文献 (22)附录1 (23)附录2 (24)年产5.3万吨一水柠檬酸工厂发酵罐的设计摘要本设计采用薯干原料发酵，只需将薯干磨成粉，加水调浆，直接加入少量α－淀粉酶液化后灭菌、冷却即可接种发酵。
年产100000吨酒精发酵罐的设计
《生物工程设备》课程设计说明书100000t/a酒精发酵罐的设计年产100000吨酒精发酵罐的设计摘要发酵设备是发酵工厂中的主要设备，发酵设备必须具有适宜微生物生长和形成产物的各种条件，促进微生物的新陈代谢，使之能在低耗能下获得较高产品。
因此发酵设备必须具备微生物生长的基本条件。
发酵主要分为嫌弃发酵和好气发酵两大类，根据发酵微生物的不同特性我们可以选择与之相对应的不同的发酵设备来进行所需要的发酵过程。
酒精发酵属于嫌弃发酵过程，所以酒精发酵罐也需设计制造成嫌弃发酵罐来进行发酵。
酒精发酵罐除了满足微生物生产和代谢的基本条件外，发酵微生物热的释放和冷却设备及发酵废液的排放等一系列工艺条件也必须满足。
本次设计的酒精发酵罐为年产100000吨，95%的酒精，针对500m3的锥形酒精发酵罐的基本尺寸进行设计的。
关键字：锥形，酒精，发酵罐，设计目录1 前言------------------------------------------------------------------------3 1.1 酒精发酵罐设计的目的和意义----------------------------------------------41.2 技术背景----------------------------------------------------------------52 基本工艺条件----------------------------------------------------------------7 2.1 生产规模----------------------------------------------------------------72.2 物料参数----------------------------------------------------------------73 设备设计计算及说明----------------------------------------------------------8 3.1 发酵罐罐数的确定--------------------------------------------------------8 3.2 发酵罐几何尺寸的确定----------------------------------------------------8 3.3 酒精发酵罐的换热装置设计------------------------------------------------9 3.4 设备材料的选择----------------------------------------------------------11 3.5 发酵罐的壁厚计算--------------------------------------------------------11 3.6 接管设计----------------------------------------------------------------113.7 支座的选择--------------------------------------------------------------124 附录------------------------------------------------------------------------15主体设备化工设备图（或设备流程图）5 参考文献--------------------------------------------------------------------161 前言酒精学名乙醇，是由碳、氢、氧3种元素组成的化合物，结构是C H OH,相对分子质量为46.酒即是食品、化工、医药、染料、国防等工业十分重要的基础原料，又是可再生的清洁能源。
发酵罐设计实验报告
80m3 通用式发酵罐的设计第一章设计方案1.1发酵罐体积确实定1.2发酵罐散热方式确实定1.3搅拌桨的选择和搅拌层数确实定其次章设备参数确实定2.1发酵罐搅拌器搅拌功率的计算2.2发酵罐散热设备的计算第三章设计计算汇总表3.1 设计数据汇总表附图：80m3通用式发酵罐工艺条件图0 第一章 设计方案1.1 发酵罐体积确实定所设计发酵罐为通用式发酵罐，且公称容积为 80m ³。
公称容积近似为圆柱体容积，设 H =3D由于是通用式发酵罐，所以可得D =V =3√π D 2H 4V 0解得发酵罐直径D = 3.24m 取发酵罐直径D = 3.5m通用式发酵罐主要尺寸如下：0.785 × 31. 本设计取H 0 = 3即H = 3D = 10.5mD取发酵罐高H 0 = 10m 2. 搅拌器直径承受六弯叶涡轮搅拌器，直径为D i = D/3 = 3.5 ÷ 3 = 1.2m3. 相邻两组搅拌器的间距本设计S = 3D i = 3.5m 4. 下搅拌器与罐底距离：故本设计取C = D i = 1.2m 5. 挡板宽度和与罐壁距离挡板宽度：W = 0.1D i = 0.12m 挡板与罐壁的距离：B = W /5 = 0.02m 6. 封头高度h = h a + h b当封头公称直径2m 时，h b = 25mm当封头的公称直径大于2m 时，h b = 40mm 。
4本设计D ＞ 2m ，h b = 40mm式中，h a 当为标准封头时取h a = 0.25D = 3.5= 0.9 。
7. 装罐系数h = h a + h b = 0.04 + 0.9 = 0.94m本设计取装罐系数ŋ = 0.7 8. 液柱高度9. 椭圆封头容积H L = ŋH + h a + h b = 0.7 × 10 + 0.94 = 7.94mπ D π3.5 V 2 = 4 D 2(h b + 6) = 4 × 3.52 × (0.04 + 6) = 6m ³10. 全罐高度1.2 发酵罐散热方式确实定H = H 0 + 2h = 11.880m参考有关资料可知大于 5 m ³的发酵罐应承受列管式散热器。
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。
20000吨啤酒发酵罐的设计
1前言1.1 设计目的目前，世界上啤酒市场的竞争日益激烈，广大消费者对啤酒品种结构和产品质量的要求也越来越高，相应的新品种也层出不穷。
因而，很有必要将这方面的技术加以科学地总结和分析，以推动啤酒产品多样化在广度和深度上的健康发展，随着人们生活水平的提高，饮食消费结构的不断改变，啤酒已进入了千家万户。
但是我国人均啤酒的消费还没有达到世界平均水平。
所以建设新的、大型的啤酒厂，增加产量，就可以满足人们将来物质生活的需求。
所以，设计啤酒厂是有意义有必要的。
1.2 技术背景啤酒发酵过程是啤酒酵母在一定的条件下，利用麦汁中的可发酵性物质而进行的正常生命活动，其代谢的产物就是所要的产品--啤酒。
由于酵母类型的不同，发酵的条件和产品要求、风味不同，发酵的方式也不相同。
根据酵母发酵类型不同可把啤酒分成上面发酵啤酒和下面发酵啤酒。
一般可以把啤酒发酵技术分为传统发酵技术和现代发酵技术。
现代发酵主要有圆柱露天锥形发酵罐发酵、连续发酵和高浓稀释发酵等方式，目前主要采用圆柱露天锥形发酵罐发酵。
传统发酵技术的生产工艺流程：充氧冷麦汁→发酵→前发酵→主发酵→后发酵→贮酒→鲜啤酒。
现代发酵技术主要包括大容量发酵罐发酵法（其中主要是圆柱露天锥形发酵罐发酵法）、高浓糖化后稀释发酵法、连续发酵法等。
传统啤酒是在正方形或长方形的发酵槽（或池）中进行的，设备体积仅在5～30m3，啤酒生产规模小，生产周期长。
20世纪50年代以后，由于世界经济的快速发展，啤酒生产规模大幅度提高，传统的发酵设备已满足不了生产的需要，大容量发酵设备受到重视。
所谓大容量发酵罐是指发酵罐的容积与传统发酵设备相比而言。
大容量发酵罐有圆柱锥形发酵罐、朝日罐、通用罐和球形罐。
圆柱锥形发酵罐是目前世界通用的发酵罐，该罐主体呈圆柱形，罐顶为圆弧状，底部为圆锥形，具有相当的高度（高度大于直径），罐体设有冷却和保温装置，为全封闭发酵罐。
圆柱锥形发酵罐既适用于下面发酵，也适用于上面发酵，加工十分方便。
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。
新型大容积酒精发酵罐的设计(1)
文章编号:1002-8110(2001)02-0078-02收稿日期:2001-02-132作者简介:李盛贤,1950年生,男,汉族,辽宁人,副教授,主要从事生物工程,生物化学方向的研究。
新型大容积酒精发酵罐的设计李盛贤1,杨宝庭2,艾 冬3,贾树彪1(1 黑龙江大学,哈尔滨150080;2 大庆石油学院,黑龙江安达161400;3 黑龙江省农恳总局环保局齐齐哈尔分局,齐齐哈尔161005)摘 要 设计了一种适于现代酒精发酵工艺的连续发酵大型斜底自循环冷却发酵罐,提出了设计要点并对新型发酵进行了适用性分折。
关键词 酒精;发酵罐;连续发酵;滞留中图分类号:TS262.2;TS261.3 文献标识码:A发酵罐是一切发酵过程的心脏,这是因为发酵周期和发酵成熟醪液的质量均决定于发酵罐设计水平及相应工艺过程。
厌氧、短发酵周期的酒精发酵罐虽不象需氧量极大、发酵周期较长的青霉素发酵罐那样复杂,但酒精发酵罐也越来越体现其独特性,现在运行的酒精发酵罐其容积已达1500m3或更大,远比青霉素发酵罐容积大几倍。
大型生物反应器的研究是生物化学工程中四大问题之一[1],是生物工程技术中的一个重要组成部分。
1 决定酒精发酵罐大小和功能的因素1.1 企业生产能力目前先进国家用大型酒精发酵罐生产酒精的工艺已经充分成熟,大型酒精发酵罐发酵失败(严重杂菌污染、出酒率极低等)的现象已很少见。
这是因为生物化学工程技术已经能很充分控制发酵全过程。
大型酒精生产企业均采用容积500m3以上的发酵罐。
这是因为大规模生产企业经济效益明显提高(投资相对可降低20%-30%,占地面积少)。
1.2 制造大型酒精发酵罐的能力过去酒精发酵罐容积小,在设备工厂制造完毕才能运到酒精工厂,这样就受到车辆运载能力、运输沿途道路和桥梁承受能力、装卸能力等方面的限制。
随着对发酵罐功能的深入理解和工艺生产实践增加,现在大型酒精发酵罐都已到酒精厂现场制做,制做的质量也明显提高,不仅罐容已突破2000m3,发酵罐布局的合理性也容易做到。
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。
200立方米谷氨酸发酵罐设计
生物工程设备课程设计200m3谷氨酸发酵罐设计院系：生物与化学工程学院专业：生物工程班级：学号：姓名：指导老师：日期：2012年5月11日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、课程设计题目设计200m3谷氨酸机械搅拌通风反应器三、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（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。
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。
50L式厌氧发酵罐的设计
50L式厌氧发酵罐的设计引言厌氧发酵是一种利用微生物在无氧条件下产生能量和有机产物的生物过程。
在厌氧发酵中，微生物利用有机废弃物或底物产生生物气、有机酸等有用产物。
厌氧发酵具有高效、环保、低成本等优点，在环境保护和资源回收利用方面具有重要意义。
而厌氧发酵罐是进行厌氧发酵的重要设备，其设计合理与否直接影响发酵效果和设备使用寿命。
本文将介绍一个50L式厌氧发酵罐的设计方案，包括罐体结构设计、搅拌系统设计、温度控制系统设计、气体收集系统设计等方面，以期为厌氧发酵设备制造和应用提供一些参考和借鉴。
一、罐体结构设计1.1罐体材料选择1.2罐体结构设计1.3罐体底部设计罐体底部设计应考虑到搅拌系统的安装和运行，同时要保证气体收集管的畅通。
底部可设计为锥形，方便搅拌机械的工作，并具有排放废物、清洗设备等功能。
二、搅拌系统设计2.1搅拌机械选择2.2搅拌动力设计三、温度控制系统设计3.1传热方式选择3.2温度传感器选择温度传感器是温度控制系统的核心部件，应选用精度高、响应快、稳定性好的传感器。
常见的选择包括PT100、热电偶等。
3.3控制系统设计温度控制系统应包括温度传感器、控制器、执行器等部分，能够实现温度设定、监控、反馈等功能。
控制系统应稳定可靠，操作简便，对发酵过程的温度控制起到关键作用。
四、气体收集系统设计结论50L式厌氧发酵罐是一种小型的厌氧发酵设备，其设计合理与否直接关系到发酵效果和设备寿命。
本文介绍了50L式厌氧发酵罐的设计方案，包括罐体结构、搅拌系统、温度控制系统、气体收集系统等方面的设计要点，以期为相关设备制造和应用提供一些参考和借鉴。
希望通过本文的介绍，可以为厌氧发酵设备的研发和应用提供一些有益的启示。
发酵罐的设计与放大
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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
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：H/D=1.7-4.0②搅拌器：六弯叶涡轮搅拌器,Di :di:L:B=20:15:5:4③搅拌器直径：Di=D/3④搅拌器间距：S=（0.95-1.05）D⑤最下一组搅拌器与罐底的距离：C=（0.8-1.0）D⑥挡板宽度：B=0.1D，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0.50-0.65发酵罐0.65-0.8②发酵液物性参数：密度1080kg/m3粘度2.0×10-3N.s/m2导热系数0.621W/m.℃比热4.174kJ/kg.℃③高峰期发酵热3-3.5×104kJ/h.m3④溶氧系数：种子罐5-7×10-6molO2/ml.min.atm发酵罐6-9×10-6molO2/ml.min.atm⑤标准空气通风量：种子罐0.4-0.6vvm发酵罐0.2-0.4vvm（3）、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0.4MPa；夹套0.25 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200M 3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。
大型发酵罐设计及实例
大型发酵罐设计及实例上海医药工业设计院() 石荣华全国化工设备设计技术中心站() 虞军随着生化技术的提高和生化产品的需求量不断增加,对发酵罐的大型化、节能和高效提出了越来越高的要求。
目前国际抗生素发酵罐的容积以80～200 米3 为主,而轻工的氨基酸、柠檬酸的发酵罐较普遍使用150～300 米3 ,国际上最大标准式发酵罐为美国ADM 公司赖氨酸发酵罐,其容积为10 万加仑,折合公称容积为380 米3 。
众所周知发酵是一个无菌的通气(或厌氧) 的复杂生化过程,需要无菌的空气和培养基的纯种浸没培养,因而发酵罐的设计,不仅仅是单体设备的设计,而且涉及培养基灭菌、无菌空气的制备、发酵过程的控制和工艺管道配制的系统工程。
1 国内发酵罐现况改革开放后,国内发酵罐的装备得到了显著改善,具体表现在:容积:抗生素发酵扩大至100～150m3 。
赖氨酸发酵已达200m3 。
材质:逐步由碳钢改为不锈钢。
传热:由单一的罐内多组立式蛇管改为罐壁半圆形外盘管为主,辅之罐内冷却管。
减速机:由皮带减速改为齿轮减速机。
搅拌机:由单一径向叶轮改为轴向和径向组合型叶轮。
但由于发酵罐的系统设计没有受到人们普遍重视,有许多抗生素生产人员往往仅重视发酵工艺和菌种,或限于资金和发酵厂房现状,对发酵罐的大型化和优化缺乏足够重视。
就发酵罐而言,目前头国内基本上在原有50m3 基础上进行改革, 罐径为3.00 毫米,罐筒体略有变化,形成57m3 、60m3 等罐体,电机相应作些变化有75 、95 和1.5kW 不等,传热为立式蛇管和搅拌叶轮基本不变为六叶蜗轮,减速采用皮带轮。
因而同国际上存在不少的差距,有必要通过对发酵罐系统设计的认识提高,将我国抗生素发酵装备水平向前推进。
2 发酵罐的设计2.1 发酵罐的型式发酵过程可以通过固体培养和深层浸没培养来完成,从生产工艺来说可分为间隙分批、半连续和连续发酵等,但是工业化大规模的发酵过程,则以通气纯种培养为主。
发酵罐的设计与放大演示文稿
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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。
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• 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。
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• 釜体是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。
• 搅拌装置是由传动装置、搅拌轴和搅拌器组 成，作用：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。
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• 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。
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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
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自吸式发酵罐的充气原理 • 自吸式发酵罐的主要的构件是
自吸搅拌器及导轮，简称为转 子及定子。转子由箱底向上升 入的主轴带动，当转子转动时 空气则由导气管吸入。
• 转子的形式有九叶轮、六叶轮、
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• 分批发罐的主要优点是污染杂菌的比 例小，操作灵活性强，可用来进行几 种不同产品的生产。其缺点是发酵罐 的非生产停留时间所占比重大，非稳 态工艺过程的设计和操作困难。
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• 连续发酵的主要的优点是可连续运行几 个月的时间，非生产时间很短；缺点是 容易染菌，它适用于不易染菌的产品如 丙酮、丁醇、酒精、啤酒发酵等。
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大型发酵罐设计及实例上海医药工业设计院(200040) 石荣华全国化工设备设计技术中心站(200040) 虞军随着生化技术的提高和生化产品的需求量不断增加,对发酵罐的大型化、节能和高效提出了越来越高的要求。
目前国际抗生素发酵罐的容积以80～200 米3 为主,而轻工的氨基酸、柠檬酸的发酵罐较普遍使用150～300 米3 ,国际上最大标准式发酵罐为美国ADM 公司赖氨酸发酵罐,其容积为10 万加仑,折合公称容积为380 米3 。
众所周知发酵是一个无菌的通气(或厌氧) 的复杂生化过程,需要无菌的空气和培养基的纯种浸没培养,因而发酵罐的设计,不仅仅是单体设备的设计,而且涉及培养基灭菌、无菌空气的制备、发酵过程的控制和工艺管道配制的系统工程。
1 国内发酵罐现况改革开放后,国内发酵罐的装备得到了显著改善,具体表现在:容积:抗生素发酵扩大至100～150m3 。
赖氨酸发酵已达200m3 。
材质:逐步由碳钢改为不锈钢。
传热:由单一的罐内多组立式蛇管改为罐壁半圆形外盘管为主,辅之罐内冷却管。
减速机:由皮带减速改为齿轮减速机。
搅拌机:由单一径向叶轮改为轴向和径向组合型叶轮。
但由于发酵罐的系统设计没有受到人们普遍重视,有许多抗生素生产人员往往仅重视发酵工艺和菌种,或限于资金和发酵厂房现状,对发酵罐的大型化和优化缺乏足够重视。
就发酵罐而言,目前头国内基本上在原有50m3 基础上进行改革, 罐径为3.00 毫米,罐筒体略有变化,形成57m3 、60m3 等罐体,电机相应作些变化有75 、95 和1.5kW 不等,传热为立式蛇管和搅拌叶轮基本不变为六叶蜗轮,减速采用皮带轮。
因而同国际上存在不少的差距,有必要通过对发酵罐系统设计的认识提高,将我国抗生素发酵装备水平向前推进。
2 发酵罐的设计2.1 发酵罐的型式发酵过程可以通过固体培养和深层浸没培养来完成,从生产工艺来说可分为间隙分批、半连续和连续发酵等,但是工业化大规模的发酵过程,则以通气纯种培养为主。
通过纯种培养的发酵罐有自吸式发酵罐、标准式发酵罐、气升式发酵罐、喷射式叶轮发酵罐、外循环发酵罐和多孔板塔式发酵罐等。
自吸式发酵罐系通过发酵罐内叶轮的高速转动,形成真空将空气吸入罐内,由于叶轮转动产生的真空,其吸入压头和空气流量有一定限制,因而仅适用对通气量要求不高的发酵品种;塔式发酵罐是将发酵液置于多层多孔塔板的细长罐体内,在罐底部通入无菌空气,通过气体分散进行氧的传递,但其供氧量也受到一定限度;气升式发酵罐、喷射式叶轮发酵罐、外循环发酵罐均是通过无菌空气在罐内中央管或通过旋转的喷射管和罐外喷射泵将发酵液进行一定规律的运动,从而达到气液传质,目前气升式发酵罐在培养基较稀薄,供氧量要求不过分高的条件下(如(V1C 发酵) 得到了较为广泛使用,其它喷射式叶轮发酵罐、外循环发酵罐也有一定的用途;但在发酵工业中,仍数兼具通气又带搅拌的标准式发酵罐用途最为普遍,标准式发酵罐被广泛使用抗生素、氨基酸、柠檬酸等各个领域。
2.2 标准式发酵罐随着发酵产品需求量增加,发酵过程控制和检测水平提高,发酵机理的了解和最优化的机理认识水平提高,以及空气无菌处理技术水平的提高,发酵罐的容积增大已成为抗生素工业的趋势。
2.2.1 罐的几何尺寸主要是关心发酵罐的H/ D ,一般随着罐体高度和液层增高、氧气的利用率将随之增加,容积传氧系数KLa 随之提高,但其增长关系不是线性关系,随着罐体增高, KLa 的数值增长速率随之减慢,而随着罐体容积增大,液柱增高,进罐的空气压力随之提高,伴随空压机的出口压力提高和能耗的增加,而且压力过大后,特别是在罐底气泡受压后体积缩小,气液界面的面积可能受到影响,过高的液柱高度,虽增加了溶氧的分压,但同样增加溶解二氧化碳分压,增加了二氧化碳浓度,对某些发酵品种又可能抑制其生长,而且罐体的高度,同厂房高度密切相关。
因而发酵罐的H/ D 之比,既有工艺的要求,也应考虑经济和工程问题必须综合考虑后予以确定。
对于细菌发酵罐来说,在筒体高度H/ 罐直径D宜为2～2.5 ,对于放线菌的发酵罐的H/ D 一般为1.8～2.2 。
2.2.2 通气和搅拌好氧发酵是一个复杂的气、液、固三相传质和传热过程,良好的供氧条件和培养基的混和是保证发酵过程传热和传质必要条件。
好氧发酵需要通入充沛的空气,以满足微生物需氧要求,因而空气量通入量越大,微生物获得氧有可能越多;其次培养液层高度越大,空气在培养基停留时间就有可能增加,有益于微生物利用空气中的氧;但是空气中氧是通过培养基传递给微生物,传递速率很大程度上取决气液相的传质面积,也就是说取决气泡的大小和气泡的停留时间,气泡越小和越分散就使微生物可以越充沛获得氧气,但是强化气泡的粉碎单靠气体分布器的形式和结构是不够的,或者说效果是不明显的,只有通过发酵罐内的叶轮转动将气泡粉碎,才可获得最佳的发酵供氧条件。
通过搅拌器的搅拌作用,使培养基在发酵罐内得到充分宏观混和,尽可能使微生物在罐内每一处均能得到充足氧气和培养基中的营养物质,此外良好的搅拌有利于微生物发酵过程产生的热量传递给冷却管和发酵罐的冷却内表面。
这就是具有通气和搅拌的标准式发酵罐普遍使用在生化工程的原因。
2.2.3 搅拌叶轮发酵罐内安装搅拌器首先用来分散气泡以得到尽可能高的传质系数KLa 。
此外还要使被搅拌的发酵液循环来增加气泡的平均停留时间,并在整个系统中均匀分布,阻止其聚并。
早先在机械搅拌式发酵罐通常装有数个径向圆盘涡轮搅拌器,但容易使被搅拌的介质分层而形成几个区,因而在罐下部和上部之间形成氧分压梯度,导致罐内上、下部之间的KLa 值的差异。
近来发酵罐的搅拌系统多采用在罐底部安装一个用来分散空气的涡轮搅拌器,其上再安装一组轴流式搅拌器,用来循环培养介质、均匀分布气泡、加强热量传递和消除罐内上、下部之间含氧量梯度差。
2.2.3.1 搅拌叶型式(1) 带圆盘敞式涡轮搅拌叶———高湍流,径向流。
(2) 倾斜叶片(pitched biade) 涡轮(p - 4) ———45°四叶片,轴向流。
(3) 反向倾斜(Reversing pitch) 搅拌叶———二个向上,二个向下,径向流。
(4) 高效轴流式搅拌叶———A3.0 ,轴向流。
(5) 混合流搅拌叶———A3.5 ,轴向流,少量径向流。
(6) 凹叶径流式搅拌叶( Concave blade radial) ———CD - 6 ,径向流。
2.2.3.2 叶轮选型为了在气体分散系统中,加强速度梯度或剪切率,形成高湍流以减少气相和液相之间的传质阻力,并保持整个混合物的均匀,将径向流涡轮搅拌器与高效轴向流搅拌叶组合起来是较佳选择。
在分散气体作业的罐内,搅拌叶的数目取决于通气的液面高度和罐直径之比。
而搅拌叶之间的距离不得小于最小搅拌叶的直径。
轴流式搅拌叶的直径约为径流式搅拌叶直径的1.3 倍。
径流式搅拌叶直径为罐直径的013～014倍,高效轴流搅拌叶直径为罐直径的014～0165 倍。
空气分配器位于最底部的搅拌叶之下。
气一液反应器的流动型式决定分散的均匀度,并且影响气体的截留率(gas hold up) 、传质速率和局部溶氧浓度。
当气体流量一定时,罐内流型取决于搅拌叶的速度。
搅拌叶转速低时,搅拌叶的作用被上升气流吞没,增加搅拌速度,气体就在整个罐内形成循环,此时这个出现了完全分散的搅拌速度,以Ncd 表示:以后再加大搅拌叶转速,罐内整体流型保持不变、增加搅拌强度也就增加了气体截留率和传质速率。
在整体流型变化的同时,围绕着搅拌叶叶片的流动也在变化。
在气体流速低时,气体在叶片后部形成涡流。
随着气体流量的增加,空穴(cavity) 逐渐加大,直到空穴依附到叶片后缘。
气流速度更高时就形成一系列大的空穴。
搅拌叶所需功率的多少与空穴生成的过程和相应通气的流型密切相关。
空穴增大则搅拌叶功率减小,相对功率需求(即:通气功率Pg 与不通气功率PN 之比) 是在夫劳德准数不变时的通气准数的函数。
进行搅拌器设计时,需同时计算出Pg 和PN 。
搅拌叶的不通气功率可用下式计算。
PN = NpρN3D5功率准数NP 是搅拌叶的雷诺准数NRe的函数。
容积传氧系数KLa 数值的求取,文献报导有很多,最成功的是将其与气体表面线速度和单位体积输入功率相关联:KLa = C( PgV)αηβC —受液体性质的强烈影响,此外还包括表面活性剂、不溶性油等。
Pg —通气功率;V —发酵液体积;η—空气线速度;α、β—指数。
2.2.3.3 轴向流和径向流相结合的叶轮对于泵或者搅拌器而言,功率就是流量和压头的乘积,即: P∞QH。
“压头”一项不但包括了流体净排出压头,而且还包括由于涡流损失、内部再循环和磨擦等形成的内部压头损失。
如果搅拌叶的直径和转速已定,增加其功率准数(例如,采用更多、更宽的叶片,更陡的投入角等) ,压头的增加要大于流量的增加。
在多数发酵过程中流量往往显得更为重要。
如果为了分散气体而加大压头,则可在罐底部用一个径向涡轮搅拌叶来分散气体。
罐内其余的搅拌叶则采用低功率、高流量的轴向流搅拌叶。
后者增加了向罐底部的涡轮搅拌叶供给的流体量,也有助于分散作用。
并可减少气泡的聚并(coalescence) ,改善传质。
2.2.4 传热发酵过程中微生物的生化反应要产生大量热量,这些热量必须及时被带出罐体,否则培养基温度升高,就会影响发酵最佳条件,引起微生物发酵中断。
一般抗生素在发酵过程中会产生每米3 ,每小时约16～25MJ (即4000～6000 大卡/ 米3·时) ,另外培养基经实消和连消后温度较高,需要将其冷却至培养温度,这就需要发酵罐具有足够的传热面积和合适的冷却介质,将热量及时带出罐体。
冷却介质一般应采用低温水和循环水。
某些北方的工厂“因地制宜”采用深井水冷却,如果深井水目前水需付较高的费用,也许会认为可降低生产成本,但是发酵罐冷却水量极大,如果采用深井水,这对于水资源是极大浪费,因而是不可取的。
发酵罐的冷却,主要是考虑微生物发酵过程的发酵热和机械搅拌消耗的功率移送给培养基的热量。
此外还要考虑,发酵罐消毒的冷却或实消后的冷却时间。
目前一般发酵罐的冷却传热面的型式,小型罐(5 米3 以下) 为夹套、大型发酵罐为几组立式蛇管。
立式蛇管虽具有传热系数高的优点,但他占据了发酵罐容积,据计算罐内立式蛇管体积约占发酵罐的1.5 %容积,若罐内的蛇管一旦发生泄漏,将造成整个罐批的发酵液染菌、此外罐内蛇管也给罐体清洗带来了不便。
近来新型发酵罐的冷却面移至罐外,采用半圆形外蛇管,该蛇管具有传热系数高,罐体容易清洗,增强罐体强度,因而可大大降低罐体壁厚,使整个发酵罐造价降低,且提高发酵罐的容积,增大放罐体积,因而是值得推广的新技术,国内已经建立了专业的制造厂,解决了对蛇管加工技术难关,为发酵罐设计开创一个新的罐型。