发酵罐设计

目录

前言 (2)

设计方案的拟定 (3)

（1）、机械搅拌生物反应器的型式 (3)

（2）、反应器用途 (3)

（3）、冷却水及冷却装置 (3)

（4）、设计压力罐内0.4MPa；夹套0.25 Mpa (4)

表-发酵罐主要设计 (4)

工艺设计及计算 (5)

（1）生产能力、数量和容积的确定 (5)

（2）主要尺寸计算 (5)

（3）冷却面积的计算 (6)

（4）搅拌器设计 (6)

（5）搅拌轴功率的计算 (7)

（6）i求最高热负荷下的耗水量W (8)

ii 冷却管组数和管径 (9)

iii冷却管总长度L计算 (10)

iv 每组管长

l和管组高度 (10)

n (10)

V 每组管子圈数

Vi 校核布置后冷却管的实际传热面积 (10)

（7）设备材料的选择 (10)

（8）发酵罐壁厚的计算 (11)

（9）接管设计 (12)

（10）支座选择 (13)

设计结果汇总 (14)

参考资料 (14)

发酵罐设计心得体会 (15)

附录及设计图

前言

生化工程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，要求我们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。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，对我们进行一次生化过程发酵设备设计的基本训练，使我们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。

设计方案的拟定

我们设计的是一台25M3机械搅拌通风发酵罐,发酵生产味精。

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=1.7-4.0

②搅拌器：六弯叶涡轮搅拌器,D

i :d

i

:L:B=20:15:5:4

③搅拌器直径：D

i

=D/3

④搅拌器间距：S=（0.95-1.05）D

⑤最下一组搅拌器与罐底的距离：C=（0.8-1.0）D

⑥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

用于味精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0.65-0.8

②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.m3

④溶氧系数：种子罐5-7×10-6molO

2

发酵罐6-9×10-6molO

2

⑤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25M3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。而绘制装配图是生物工程设备的机械设计核心内容，绘制装配图要有合理的选择基本视图，和各种表达方式，有合理的选择比例，大小，和合理的安排幅面。说明书就是要写清楚设计的思路和步骤。

表-发酵罐主要设计条件

项目及代号参数及结果备注

发酵产品味精

工作压力0.4MPa 由任务书确定

设计压力0.4MPa 由任务书确定

33℃根据任务书选取发酵温度

（工作温度）

设计温度150℃由工艺条件确定

冷却方式列管冷却由工艺条件确定

发酵液密度由工艺条件确定

发酵液黏度由工艺条件确定

25m3机械搅拌发酵罐的设计

工艺设计及计算：

（1） 生产能力、数量和容积的确定

①发酵罐容积 V=25m3

②生产能力计算：现每天产99%纯度的味精2t ，谷氨酸发酵周期为48h （包括发酵罐清洗、灭菌、进出物料等辅助操作时间），则每天需糖化液体积为V 糖。每天产纯度为99%的味精2t ，每吨100%的味精需糖液15.66m3。

V 糖=15.66×2×99%=31m3

设发酵罐填充系数φ=70%，则每天需要发酵罐的总容积为V 0（发酵周期为48h ） V 0= V 糖/φ=31/0.7=44.3m3

③发酵罐个数的确定：计算发酵罐容积时有几个名称需明确。

a 、 装液高度系数，指圆筒部分高度系数，封底则与冷却管、辅助设备体积相抵消。

b 、公称容积，指罐的圆柱部分和底封头容积之和，并圆整为整数。

c 、罐的全容积，指罐的圆柱部分和两封头容积之和。

本次设计所需发酵罐个数为：N=24

0总V V τ=3.5个 取圆整得：N=4个 实际产量验算：3005

.1527.025⨯⨯⨯=677.42t/a 富裕量：%100600

60042.677⨯-=12.9% 能满足产量要求。 （2） 主要尺寸计算

发酵罐全体积为V 0=25m3

椭圆形封头体积：V 1=a 2b 2h D 6

h D 4ππ

+

式中：b h -椭圆封头的直边高度，m b h =0.05m

a h -椭圆封头短半轴长度，a h =D 41 而，V 0=122V H D 4+π≈)(0.26D H D 432

b h 忽略+π

=25

将H/D=2代入上式得：D=2.4m ，H=2D=4.8m

V 1=

b 2a 2h D 4h D 6ππ+≈2m3

6 公称体积V N = V 0-V 封=25-2=23m3

验算全容积 V 全：