生物发酵反应釜的设计开题报告

本科毕业设计（论文）通过答辩 学生毕业设计（论文）开题报告 一、课题的目的及意义（含国内外的研究现状分析）： 本设计是以玉米为原料生产高硒酵母的试验和工业化生产提供技术装备，同时稍加改装也可用于其他类型的化学，生物反应设备，其用途相当广泛。 我国是农业大国，但并不是农业强国。以玉米为例，玉米是我国的主要经济作物之一。种植面积广泛，产量较大，但其深加工量不到玉米产量的两成。致使玉米大量积压，严重影响综合效益和农民收入水平。 另一方面，我国加入 食品质量的要求在不断提高，以在食 品加工中必备的酵母为例：国外已从富硒酵母发展到今天的高硒酵母，其与我国使用的传统的无机亚硒酸酵母相比不仅含有生物体内新陈代谢必须的硒，而且富含 B 类维生素，谷胱甘肽，酵母蛋白质，酵母其他无机盐。硒酵母可以提高人体的免疫能力，抵抗疾病调动机体内的抗癌因素，控制肿瘤生长。已经成为当前国际上公认的微量元素增强剂。 而我国现有的生产加工设备工艺落后自动化水平低，生产工艺及生产参数计算机控制应用不广泛。如果本设计能顺利实现工业化生产的要求，可以为我国居民的食品营养又添新色，同时也可以为玉米的深加工提供又一条途径 ，为解决“三农问题”，实现和谐社会的目标做出贡献。 二、课题任务、重点研究内容、实现途径、条件： 在整个工业化生产中可以简略的概括为下图的典型流程 : 本科毕业设计（论文）通过答辩 生化反应器中发生的过程有化学反应过程（化学过程）和传递过程（物 理过程）。反应结果受化学因素和传递因素影响。一个工业反应在实际生产中能否成功，主要取决于动力学因素。为了实现这一反应过程，还要选择合适的反应器类型，结构和操作条件，确定反应器的尺寸和生产能力等。任何化学反应过程的进行和结果除了有该反应的动力学特征及规律控制外，还受到物料的混合，传质和传热等物理过程的影响。在反应器中化学反应过程和物理传递过程同时进行，并相互影响。反应过程和传递过程是构成化学反应工程最基本的两个内容，是反应工程的基础。但是反应器中的两个过程并不时简单的加和，而是两者的有机结合。 反应器的 研究内容 （一）化学反应过程可分为两种类型的反应：容积反应过程和表面反应过程。 化学反应速率随反应物的浓度和反应温度而变化，是浓度和温度的函数（这里说的浓度和温度是指发生反应场所的浓度和温度）。随着反应的进行，参与反应的物料和反应生成物的浓度也随之发生变化。在反应进行的同时还伴随着能量的变化而产生热效应，反应物料的温度也将发生变化。因此，在反应器内即使只有化学反应进行而没有其他过程的话，反应器内的浓度和温度也会由于反应的进行而随时间和空间发生变化，从而在时间和空间上形成一定的浓度和温度分布。正因 为反应器内的浓度和温度存在自然分布，所以反应速率就应以微分形式表达当时，当地的浓度和温度的函数。反应器内的最终化学变化（整个反应过程）应当是这种微分形式的反应速率在时间和空间上的积分结果。 （二）物理过程包括流体流动的均匀性和混合过程，传质过程和传热过程等，这些过程的存在将改变反应器中的浓度和温度分布，最终影响反应结果。 上述这些物理反应过程从根本上没有改变反应的动力学规律，但是这些物理过程将会影响反应场所的浓度和温度在时间，空间上的分布，从而影响化学反应的最终结果。更确切的讲，这些物理过程的存 在不影响化学反应速率的微分表达式，但却改变了反应器中的温度和浓度分布，从而影响反应的积分结果。 总之是要对反应器内的化学反应过程特征进行分析，结合具体的反应装置，综合研究反应器内的反应过程和传递过程，从而正确选择反应器的形式并确定最经济的工艺路线和操作条件。 反应器的研究方法 对工业反应过程的研究，主要采用数学模型的方法。数学模型方法就是用数学模型来分析和研究化学反应工程问题，数学模型则是用数学语言来表达过程目标和各种变量之间的关系。 工业反应器中发生的过程有化学反应过程和传递过程两类，一 般这两类都是十分复杂的过程。本科毕业设计（论文）通过答辩 他们既有不同的特点，同时又相互影响。而化学过程是在分子尺度进行的过程。所以真正随设备尺寸而变化的不是化学反应的规律而是传递过程的规律。因此化学反应的数学模型法首先是将工业反应器内进行的过程进行分解为化学反应过程和物理传递过成，然后建立数学方程表达式，进而将工业反应的性质，行为和结果就可以通过方程式的联立求解获得。 由此可见，数学模型方法的实质是将复杂的实际过程按等效原则做出合理的简化，使之易于用数学描述。这种简化的来源在于对过过程有深刻的，本质的理解，其合理性需要由前期的实验检验。其中引入的模型参数也需要由前期的实验检测。 反应器设计的基本内容 工业反应器设计的任务是根据给定生产能力，确定反应器的形式和适宜的尺寸及其相关的操作条件，使反应过程有最大收益。然而在反应器投产运行之后，还必须根据各种因素和条件的变化做出相应的修正，以使其能处于最优状态下操作。 （一） 反应器设计的基本内容 选择合适的反应器形式和结构：根据反 应系统的动力学特性，如反应过程的浓度效应，温度效应以及反应的热效应，结合满足反应器的流动特征和传递特性，如反应器的饭混程度，选择合适的反映器，以满足反应过程的需要，使反应结果最佳。反应器结构是指保证一定的传递特性，反应器所必须的整体机构及相应的部件结构。 确定最佳工艺条件：操作工艺条件，如反应物的进口物料配比，流量，反映温度，压力和最终转化率等，直接影响反应器的反应结果，也影响反应器的生产能力。在确定工业条件时还必须使反应器在一定的操作范围内具有良好的运转特性，而且要有抗干扰的能力，即满足操作的稳定性。 计 算所需反应器的体积：根据所确定的操作条件，针对所选定的的反应器形式，计算完成规定生产能力所需的反应体积，同时由此确定出经过优化的反映器的结构和尺寸。 （二） 反应器设计的基本方程 反应器设计的基本方程包括反应动力学方程，物料横算方程式，热量横算方程式和动量横算方程式。 物料横算方程式：以质量守恒定律为基础，是计算反应器体积的基本方程。对间歇反应器和混流式反应器，由反应器中浓度均匀，可对整个反应器作物料横算，其公式为： 某组分流入量 =某组分流出量 +某组分反应消耗量 +某组分积累量 热量横算方程式：以能量守恒与转化定律为基础。在计算反应速率时必须考虑反应体系本科毕业设计（论文）通过答辩 的温度，通过热量横算可以计算出反应器中的温度变化。与物料横算相仿，对整个反应器的热量公式为： 带入的热焓 =流出的热焓 +反应热 +热量的积累 +传向环境的热量 式中的反应热项，放热时为负值，吸热时为正直。 动量横算方程式 : 以动量守恒与转化定律为基础，计算反应器的压力变化。当气相流动反应器的压降大时，需要考虑压力对反应速率的影响，此时需要进行动量横算。 参考文献： 1 张 濂 ，许志美 上海：华东理工大学出版社， 2005 2 陈敏恒 ，袁渭康 北京：化工工业出版社， 1985 3 张 濂，许志美，袁向前 上海：华东理工大学出版社， 2000 4 于遵宏等 上海：华东理工大学出版社， 1996 5 朱炳辰 第三版 . 北京：化工工业出版社， 2001 6 朱开宏 北京：中国石化出版社 ,2003 7 陈甘棠 北京：化工工业出版社， 1981 8 陈甘棠，梁玉蘅 基础 . 北京：科学出版社， 1981 9 拉塞 H 北京：化工工业出版社， 1983 10 陈甘棠，王樟茂 北京：中国石化出版社 ,1995 11 张成芳 液反应反应器 . 北京：化工工业出版社， 1985 12 谢声礼，陈敏恒 石油化工， 1994， 23： 247 13 曹军卫，马辉文 北京