机械搅拌通风发酵罐的设计

1、作业:机械搅拌通风发酵罐的设计生物反应器是生物加工过程的关键设备。我们将通过一个实际设计的过程来考察同学们对本节的掌握情况。发酵罐设计基本原则（）在发酵系统的已灭菌部分与未灭菌部分之间不应直接连通。（）尽量减少法兰连接。（）尽可能采用全部焊接结构（）防止死角，裂缝，因为固体物质可在这些地方蓄积，为污染菌提供避开菌的绝热环境。（）发酵系统的某些部分能单独灭菌。（）与发酵罐相通的任何连接都应蒸汽密封。如采样口的阀门在不使用时，其出口处应有流动蒸汽通过。（）所用阀门应易于清洗，维修和灭菌。（）发酵罐始终保持正压以排除渗漏。（）几乎所有的发酵罐都有由玻璃或不钢制成。（）多数发酵罐的底部和顶部都有是碟形

2、或椭圆形。（）由罐顶部进入的轴由于轴较长容易颤抖。因而往往采用底式搅拌轴，应很好地解决渗漏和污染问题。（）发酵罐的功率输入为：实验室小型罐为810 W/L，中型罐35 W/L，大型罐13 W/L。设计要求:1. 几何尺寸的确定2. 罐体壁厚（见P22)3. 冷却面积计算4. 搅拌轴功率的计算并确定轴径（略）5. 选用电机及变速装置（估选） 生物工程：高径比为2.5，南方某地，初始水温：181应用基因工程菌株发酵生产赖氨酸，此产物是初级代谢产物。牛顿型流体，二级发酵。1-4号：3000L种子罐； 5-8号：50M3发酵罐2应用基因工程菌株发酵生产柠檬酸，此产物是初级代谢产物。牛顿型流体，二级发酵

3、。9-12号：5000L 种子罐 13-16号 100 M3发酵罐3应用黑曲霉菌株发酵生产糖化酶，此产物是初级代谢产物。非牛顿型流体，三级发酵。17-20号：500L 种子罐 21-24号 20 M3发酵罐 25-27号：200 M3发酵罐制药一；生技高径比为2，南方某地，初始水温：201应用基因工程菌株发酵生产庆大霉素产品，此产物是次级代谢产物。非牛顿型流体，三级发酵。1-4号：2000L种子罐； 5-8号：30M3发酵罐： 9-12号： 300 M3发酵罐2应用基因工程菌株发酵生产右旋葡萄糖苷，此产物是初级代谢产物。非牛顿型流体，三级发酵。13-16号：50L种子罐； 17-20号：3M3

4、发酵罐： 21-25号： 40 M3发酵罐制药二；高径比为3，北方某地，初始水温：141应用基因工程菌株发酵生产缬氨基酸原料（复方氨基酸注射液的单体），此产物是初级代谢产物。牛顿型流体，三级发酵。1-4号：2000L种子罐； 5-8号：30M3发酵罐： 9-12号： 300 M3发酵罐2应用基因工程菌株发酵生产肌苷酸原料，此产物是初级代谢产物。牛顿型流体，三级发酵。13-16号：50L种子罐； 17-20号：3M3发酵罐： 21-25号： 40 M3发酵罐附录1 小型发酵罐技术参数公称容积 筒体高度H(mm)筒体直径D1(mm)夹套直径D2(mm)转速r/min电机功率KW50L81

5、33004003400.55200L11105006003400.75500L1400700800321 1.5800L16008009002002.21000L1600900100028023 1200L1800900100020032000L21001100120025043000L2200120013002005.55000L3000140015001807.5附录2 大中型发酵罐技术参数公称容量m3 筒体高度H(mm) 筒体直径mm 换热面积m2 转速r/min 电机功率kw 10 3200 1800 12 150 7.5 21 4700 2200 21 154 30 30 6600

6、2400 34 180 45 50 7000 2800-3000 38-60 160 55 60 8000 3000-3200 65 160 65 75 8000 3200 84 165 100 100 9400 3600 114 170 130 200 11500 4600 221 142 215 附录3 冷却面积计算举例某抗菌素厂需新建30M3种子罐，装料系数为60%，已计算出主发酵期生物合成热Q1=4.4×105kj/h，搅拌热Q2=7.2×104 kj/h，查有关资料可知汽化热Q3 =1×104 kj/h，醪液的比重为=1.04×103 kg/M

7、3，发酵温度为32，冷却水进口温度为16，出水温度为25，冷却水的平均比热Cp=4.186 kj/ (kg · )， 罐内采用竖式蛇管冷却，蛇管为水煤管，其规格为 53/60 (mm)，壁厚3.5mm，其导热系数=188 kj/ (M · h · )，根据生产经验数据可取传热系数1和2分别为2.7×103 kj/(M2 · h · )和 1.45×103kj/(M2 · h · )，另外管壁水垢层的热阻取 1/16750 M2 · h · /kj，试求发酵罐冷却面积、竖式蛇管总长度和冷却水耗量。 做题时所用到的公式发酵热Q=Q1+Q2-Q3Q=WCp(t2-t1)Q=KAtm 冷却面积A=dL 传热总系数K值 对数平均温度差解:1.总的热量 Q=Q1+Q2-Q3 =4.4×105+7.2×104-1×104 =5.02×105(kJ/h)2.冷却水耗量=1.33×104 (kg/h)3.对数平均温度差4.K值的计算= 1.931×103 kJ/(M2 ·h·)5.冷却面积根据生产实际情况取整A=25M26.冷却蛇管总长度