气生循环式发酵罐设计

题目：200T内循环气升式生物发酵罐

目录

一、绪论 ................................................. - 1 -

二、设计任务 ............................................. - 3 -

三、反应器基本设计参数设计................................ - 7 -

（一）液体喷射循环反应器基本设计参数..................... - 7 - （二）液体喷射循环反应器的循环阻力....................... - 9 - （三）驱动循环的功率和效率.............................. - 10 - 四、设备工艺结构计算 ...................................... - 10 - 五．辅助设备设计选型 ...................................... - 14 -

六、热量衡算 .............................................. - 16 -

七、设计数据 .............................................. - 17 -

八、设计总结 .............................................. - 17 - 参考文献 .................................................. - 18 -

一、绪论

1. 发酵工程课程设计的目的和要求

课程设计是《发酵工程》课程的一个总结性教学环节，是培养学生综合运用本门课程及有关选修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练，也是生物工程专业学生必备的能力。特别在现在生物发酵产业日趋扩大，在国民经济中的迅速发展且越来越受到亲睐，加之现在能源危机，作为一个好的发酵工厂设计师必须要有很好的课程设计的能力，而教学计划中的课程起着培养学生独立工作和课程设计能力的重要作用。

课程设计不同于平时的作业，在设计中需要学生自己做出决策，即自己确定方案，选择流程，查取资料，进行过程和设备计算，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复的分析比较，择优选定最理想的方案和合理的设计。所以，课程设计是培养学生独立工作能力的有益实践。

通过课程设计,学生应该注重以下几个能力的训练和培养：

1. 查阅资料，选用公式和搜集数据(包括从已发表的文献中和从生产现场中搜集)的能力；

2. 树立既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上的合理性，并注意到操作时的劳动条件和环境保护的正确设计思想，在这种设计思想的指导下去分析和解决实际问题的能力；

3. 迅速准确的进行工程计算的能力；

4. 用简洁的文字，清晰的图表来表达自己设计思想的能力。

2.发酵工程课程设计的内容和步骤

（一）课程设计的基本内容

1. 设计方案简介对给定或选定的工艺流程，主要的设备型式进行简要的论述；

2. 主要设备的工艺设计计算包括工艺参数的选定、物料衡算、热量衡算、设备的工艺尺寸计算及结构设计等；

3. 典型辅助设备的选型和计算包括典型辅助设备的主要工艺尺寸计算和设备型号规格的选定；

4. 带控制点的工艺流程简图以单线图的形式绘制，标出主体设备和辅助设备的物料流向、物流量、能流量和主要化工参数测量点；

5. 主体设备工艺条件图图面上应包括设备的主要工艺尺寸，技术特性表和接管表；

完整的课程设计由说明书和图纸两部分组成。说明书是设计的书面总结，也是后续设计工作的主要依据。

（二）课程设计的步骤

1. 确定设计任务；

2. 阅读指导书和查阅资料；

3. 现场调查；

4. 设计计算，绘图和编写说明书；

5. 考核和答辩。

3.带控制点的工艺流程图的绘制

带控制点的工艺流程图是一种示意性的图样,它以形象的图形、符号、代号表示出化工设备、管路、附件和仪表自控等，借以表达出一个生产中物料及能量的变化始末。

4.主体设备工艺条件图

主体设备是指在每个单元操作中处于核心地位的关键设备，如传热中的换热器，蒸发中的蒸发器，蒸馏和吸收中的塔设备(板式塔和填料塔)，干燥中的干燥器等。一般，主体设备在不同单元操作中是不同的，即使同一设备在不同单元操作中其作用也不相同，如某一设备在某个单元操作中为主体设备，而在另一单元操作中就可变为辅助设备。例如，换热器在传热中为主体设备，而在精馏或干燥操作中就变为辅助设备。泵、压缩机等也有类似情况。

主体设备工艺条件图是将设备的结构设计和工艺尺寸的计算结果用一张总图表示出来。图面上应包括如下内容:

1. 设备图形指主要尺寸(外形尺寸、结构尺寸、连接尺寸)、接管、人孔等；

2. 技术特性指装置的用途、生产能力、最大允许压强、最高介质温度、介

质的毒性和爆炸危险性；

3. 设备组成一览表注明组成设备的各部件的名称等。

应予以指出，以上设计全过程统称为设备的工艺设计。完整的设备设计，应在上述工艺设计基础上再进行机械强度设计，最后提供可供加工制造的施工图。这一环节在高等院校的教学中，属于化工机械专业中的专业课程，在设计部门则属于机械设计组的职责。

二、设计任务

1.设计任务以葡萄糖发酵酒精为例，设计一200T内循环气升式生物酒精发酵罐。设计包括设计说明书一份，设备装配图一张。

2.设计任务说明

气升式生物反应器是应用较广泛的一类无机械搅拌式的生物反应器。气升式生物反应器是在鼓泡塔反应器的基础上发展起来的，它是利用空气的喷射功能和流体重度差造成反应液循环流动，来实现流体搅拌、混合和传氧。

气升式发酵罐是最为组要和常见的气升式生物反应器，发酵罐分为上升管和下降管，含气量高的发酵液上升，含气量低的发酵液下降，压力表推动发酵液的罐内循环。上升管和下降管装置在罐外，称为外循环；装置在罐内，称为内循环。气升式发酵罐具有结构简单，易于清洗维修，不易染菌，能耗低、溶氧效率高，安装维修方便等特点。

气升式发酵罐有带升发酵罐、空气提升式发酵罐、气升及外循环发酵罐、气升环流发酵罐等型式。目前中国生产的产品有玻璃气升罐（CFQS）、不锈钢气升罐（CUQS）两类，玻璃气升罐的体积为15L、10L、15L；不锈钢气升罐体积为0.005~150kL，高径比3~10。是适合培养微生物细胞生物量的反应器，也可用于一些对溶氧要求不高的微生物代谢反应，近几年也用于酒精等厌氧发酵。气升式发酵罐结构形式有内循环、外循环、气体环流、筛板、塔式等。

2.1气升式发酵罐特点

气升式发酵罐结构简单，节省动力，操作维修方便，杂菌污染机会少，装料系数高（80%~90%）,氧的传质系数高，可用于高浓度培养。例如，喷射式环流发酵罐