200立方米谷氨酸发酵罐设计

生物工程设备课程设计烘箱生物工程设备课程设计200m3谷氨酸发酵罐设计本科：生物化学工程学院专业：生物工程类别：学号：名称：指导老师：日期： 2012年5月11日生物反应工程和设备课程设计责任书-机械搅拌生物反应器设计一、课程目标生物反应工程和设备课程的设计是生物工程专业的重要综合实践教学环节，对于要求学生综合运用生物反应工程和生物工程设备课程等学到的知识来解决生化工程的实际问题，培养学生的全面理论知识和工程素养，健全合理的知识结构具有重要作用。 本课程设计通过生化工艺中最广泛的设备，如机械搅拌发酵槽、气升式发酵槽、动植物细胞培养反应器、蒸发结晶设备、蒸馏设备等设计实践，对学生进行生化工艺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， 确立正确的设计思想和事实，确立认真负责任的工作风格，为今后从事实际设计打下基础。二、课程设计主题设计了200m3谷氨酸机械搅拌通风反应器三、课程设计内容1、设备承担的工艺作业任务和工作性质、工作参数的确定。2、容积计算、主要尺寸确定、传热方式选择和传热面积确定。3、动力消费、设备结构的工艺设计。四、课程设计要求课程设计规模不同，具体设计项目也不同，但基本内容基本相同，主要基本内容和要求如下1 .工艺设计和计算根据选定的方案和规定的任务进行了材料平衡计算、热平衡计算、主机设备工艺尺寸计算和简单的机械设计计算，总结了工艺计算结果。 主要内容包括：(1)工艺设计确定设备结构和主要尺寸(d、h、HL、v、VL、Di等)通风量的计算搅拌功率计算及电机选择传热面积及冷却水使用量的计算(2)设备设计壁厚设计(包括筒体、盖子、夹套)搅拌机和搅拌轴的设计确定局部尺寸(包括挡板、检修井、进出口管理等)冷却装置的设计(包括冷却面积列管规格全长配置等)2 .设计说明书的制作设计说明书应当包括设计责任书、目录、序言、设计方案论述、技术设计与计算、设计结果总结、符号说明、设计结果自我总结评价和参考资料等。3 .绘制设备图设备图的制作，应注明设备的主要结构和尺寸。目录第一章概要11.1发酵罐设计前景11.2微生物生物反应器的研究与应用概述11.3微生物反应器的研究与应用进展2第二章设计依据32.1、本次设计内容32.2、基本参数32.2.1烘缸的型号32.2.2烘缸的用途32.2.3冷却水和冷却装置42.2.4设计压力4第3章通用发酵槽的系列参考尺寸53.1 .通用发酵罐的系列尺寸53.2发酵罐的主要设计条件6第4章谷氨酸生产工艺的概要74.1谷氨酸发酵技术参数74.2谷氨酸生产原料和处理74.3谷氨酸生产工艺流程图10第5章发酵槽的选择和工艺计算115.1烘箱的设计和选型115.1.1发酵罐的选择115.1.2生产容积的确定115.2主要尺寸的计算115.3冷却面积的确定125.4混频器设计135.5、搅拌轴功率的确定152.5.1计算rem155.5.2不通气条件下的轴动力计算165.5.3通气发酵轴功率的计算165.5.4电机功率要求175.6设备结构的工艺设计175.7垂直蛇管冷却装置设计185.8备用材料的选择215.9发酵槽壁厚的计算215.10继承设计23第6章设计结果与讨论256.1烘烤罐的参数设计总结256.2辅助设备相关参数266.3混频器相关参数276.4主要符号说明27第七章发酵槽的设计体会29参考文献30设计图31第一章概要1.1发酵罐设计前景生物反应器是多学科交叉的生物技术领域，是21世纪生物工程发展的重要前沿之一。 近年来，国内外利用动物、植物和微生物反应器生产蛋白质药物和其他重要产品的研究取得了令人瞩目的进展，特别是功能基因的高效表达技术和方法研究有许多新的突破，许多产品已进入研发和产业化阶段。生物反应器是利用酶和生物体(如微生物)所具有的生物功能，在体外进行生化反应的装置系统，其设计扩大是生化反应工程的核心内容。 从反应过程来看，生物反应器可根据培养对象分为以下几类。 微生物反应器和酶反应器。 微生物反应器是生产中最基本、最主要的设备，其作用是根据发酵过程的工艺要求，保证和控制温度、压力、供氧量、防漏密封、防感染菌等各种生化反应条件，促进微生物的新陈代谢，以降低消耗获得高产量。 酶反应器可分为游离酶和固定化酶反应器两类。 细胞生物反应器。 由于动物细胞和植物愈伤组织培养条件严格、培养周期长、杂菌污染危害性大，动植物细胞反应器的设计远比微生物反应器复杂。 转基因动植物生物反应器。 目前动物生物反应器中研究和应用较多的是乳腺生物反应器，这种反应器基于转基因技术平台，将基因导入动物基因组，定位表达在动物乳腺中，利用动物乳腺的天然、高效合成和分泌蛋白质的能力，生产出动物乳汁中具有重要价值的产品植物生物反应器是指利用转基因植物生产蛋白质和二次代谢产物等工程产品。1.2微生物生物反应器的研究与应用概述微生物反应器和酶反应器的发展至今已经形成了一些类型：操作方式研究了批式、连续式、半批式，应用的反应器结构特点是目前釜/釜式、管式、塔式、薄膜式等类型发展的能量进口方式，目前， 在机械搅拌能量的机械搅拌式、利用气体喷射动能的气升式、利用泵的液体喷射作用使液体循环的生物反应器等发展的生物催化剂的反应器中的分布方式中，现在生物团块反应器和生物膜反应器正在发展， 其中生物团块反应器在催化剂相作用下发展为填充床、流化床、生物旋转床等多种生物反应器的反应器内的流动和混合状态下，目前生物反应器已发展为全混流型生物反应器和活塞流型生物反应器。微生物反应器的研究与开发需要经历三个阶段：实验室阶段微生物的筛选与培养基的研究，在生物培养或1 3L反应器中进行试制阶段5 500L规模的小型反应器，环境因素的最佳操作条件的研究从工厂化规模生产实验生产到商业化生产酶反应器和下述细胞生物反应器的研究也同样需要经历实验室阶段、试制阶段、规模生产阶段。 在三个阶段，尽管生物反应过程相同，但规模的不同使反应溶液的混合状态、传质和传热速度等不同，如何使微生物、酶、细胞与外界充分接触，完成生化过程，达到足够高的反应效率，在技术上还存在很多新的困难。 反应器类型的多样性和工艺的复杂性增加了反应器的研究和应用难度，也给生物反应器的研究和发展带来了巨大空间。 例如，近年来膜生物反应器在污水处理中的研究与应用发展。1.3微生物反应器的研究与应用进展膜生物反应器在污染处理中的应用是近年来微生物反应器研究和应用进展的代表性技术之一。 此外，结合数学、动力学、化工原理、计算机等技术对微生物反应器和酶反应器的生化过程进行了研究，合理化了其过程控制过程，包括固液分离技术(离心分离、过滤分离、沉淀分离等过程)、细胞破壁技术(超声波、高压剪切、渗透压、表面活性剂和溶壁酶等)， 蛋白质纯化技术(沉淀法、色谱分离法和超滤法等)等下游技术的发展促进了生物反应器设计水平的提高。 另一方面，近年来基因工程技术等的发展推动了微生物反应器研究的迅速进步。 例如醋酸氧化脱硫单细胞菌(Geobacter sulfurreducens )、农杆菌科(Geobacteraceae )电极还原微生物等细菌的发现和改造以及质子交换膜(PEM )的技术进步，共同推动了微生物燃料电池(MFC )技术的发展和应用。第二章设计依据2.1本次设计内容设计了200m3谷氨酸机械搅拌通风反应器2.2基本参数2.2.1烘箱的型号机械搅拌通风发酵槽宽高比： H/D=1.7-4.0搅拌机：六曲叶涡轮搅拌机，di : di : l : b=20335353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353混合器直径： Di=D/3搅拌器间隔： S=(0.95-1.05)D最下面的搅拌机与壶底的距离： C=(0.8-1.0)D挡板宽度： B=0.1D，在采用列管式冷却情况下，可以采用列管式冷却来代替挡板2.2.2烘箱的用途用于谷氨酸生产的发酵罐的设计参数如下充电系数：种子罐0.50-0.65烘箱0.65-0.8发酵液物性参数：密度1080kg/m3粘度2.010-3N.s/m2热传导率0.621W/m.比热4.174kJ/kg.峰值发酵热3-3.5104kJ/h.m3溶解氧系数：种子罐5-710-6molO2/ml.min.atm发酵罐6-910-6molO2/ml.min.atm标准空气通风量：种子罐0.4-0.6vvm烘箱0.2-0.4vvm2.2.3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：种子箱采用套管式，发酵箱采用列管冷却。2.2.4设计压力罐内0.4MPa； 夹套0.25 MPa发酵罐主要由罐体、冷却排管和搅拌装置、传动装置、轴封装置、人孔和其他附件组成。 本次设计是计算200M3的通气发酵槽的几何尺寸，考虑到压力、温度、腐蚀因素，选择罐体的材料，根据罐体的外形、确定罐体和封头的壁厚的发酵微生物产生的发酵热、发酵槽的装液量、冷却方式等，根据冷却装置的设计、计算上的一系列计算，进行适当的搅拌装置、传动装置、人第三章通用发酵罐系列参考尺寸3.1通用发酵罐的系列尺寸表1发酵槽系列的尺寸标称容积罐子的内径圆柱高度封头高罐体总高度封头容积圆柱部分容积50L320mm640毫米105毫米850毫米6.3L52L100升400毫米800毫米125毫米1050mm毫米11.5L升100升200升500mm1000mm毫米150毫米1300mm毫米21.3L升197L500升700毫米1400mm毫米200毫米1800mm毫米54.5L升540升1.0m3900毫米1800mm毫米250毫米2300mm毫米0.112m31.14m35.0m31500mm毫米3000mm毫米400毫米3800mm毫米0.487m35.3m310m31800mm毫米