25立方米的发酵罐

1、前言 求我们综合运用所学学问如生化反响工程与生物工程设备课程来解决生化工程实际问题 培育我们全面的理论学问与工程素养 发酵罐发酵罐植物细胞培育 事求是，严峻负责的工作作风，为今后从事实际设计工作打下根底。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。设计根本依据、机械搅拌生物反响器的型式通用式机械搅拌生物反响器，其主要构造标准如下：高径比：H/D=1.7-4.0搅拌器：六弯叶涡轮搅拌器,Di:di:L:B=20:15:5:4搅拌器直径：Di=D/3搅拌器间距：S=(0.95-1.05)D最下一组搅拌器与罐底的距离：C=(0.8-1.0)D挡板宽度：B=0.1D ，当承

2、受列管式冷却时，可用列管冷却代替挡板、反响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：装料系数：种子罐0.50-0.65发酵罐0.65-0.8发酵液物性参数：密度1080kg/m3粘度2.010-3N.s/m2导热系数0.621W/m. 比热4.174kJ/kg顶峰期发酵热3-3.5104kJ/h.m3溶氧系数：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发酵罐0.2-0.4vvm、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

3、：种子罐用夹套式冷却，发酵罐用列管冷却。、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展计算考虑压力，温度，腐依据发酵微生物产生的发酵热、发酵罐的装液量、冷却方式等进展冷却装置的设计、计算依据上面的一系列计算选择适合 的搅拌装置，传动装置，和人孔等一些附件确实定完成整个装备图，完成这次设计。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工程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.

4、4MPa由任务书确定发酵温度工作温度33依据任务书选取设计温度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25m 机械搅拌发酵罐的设计工艺设计及计算：生产力量、数量和容积确实定发酵罐容积 V=25m 生产力量计算：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)，则每天需糖化液体积为V 。每天产纯度为99% 的味精2t，每吨100% 的味精需糖液15.66m。V =15.66299%=31m 设发酵罐填充系数=70% ，则每天需要发酵罐的总容积为V (发酵周期为48h)V = V =31/0.7=44.3m发酵罐个数

5、确实定：计算发酵罐容积时有几个名称需明确。a、 装液高度系数，指圆筒局部高度系数，封底则与冷却管、关心设备体积相抵消。b、公称容积，指罐的圆柱局部和底封头容积之和，并圆整为整数。 c、罐的全容积，指罐的圆柱局部和两封头容积之和。本次设计所需发酵罐个数为：N= =3.5个取圆整得：N=4个实际产量验算： =677.42t/a富有量： =12.9% 能满足产量要求。主要尺寸计算发酵罐全体积为V =25m 椭圆形封头体积：V = 式中： 椭圆封头的直边高度，m =0.05m椭圆封头短半轴长度， = 而，V = =25 H/D=2代入上式得：D=2.4m ，H=2D=4.8mV2m6公称体积V = V

6、 -V =25-2=23m验算全容积 V ：V =V +2 V = =25.7冷却面积的计算：为了保证发酵罐在最旺盛、微生物消耗基质最多以及环境气温最 到最高温度的恶劣条件下，设计冷却面积。计算冷却面积使用牛顿传热定律公式，即：F= 发酵过程的热量计算有很多方法，但在工程计算时更牢靠的方法仍旧是实际测得的每1m 发酵液在每1h 传给冷却器的最大热量谷氨酸发酵：顶峰期发酵热，310 KJ/h.m承受竖式蛇管换热器，取阅历值K=4.18500KJ/(m.h) t： t = 332 202612 6代入 t = =8.66对总容量为25m 的发酵罐，每罐实际装液量为V =31/2=15.5mQ =Q

7、15.5=310 KJ/h.m15.5m=4.6510 KJ换热面积：F= = =25.7搅拌器设计机械搅拌通风发酵管的搅拌涡轮有三种形式，可依据发酵特点、基质以及菌体特性7弯叶涡轮搅拌器。该搅拌器的各局部尺寸与罐径D 有肯定比例关系，现将主要尺寸列出：搅拌器叶径D =D/3=2.4/3=0.8m 取d=0.8m叶宽 B=0.2 D =0.20.8=0.16m 弧长 l=0.375d=0.3750.8=0.3m底距 C=0.8D=0.82.4=1.9m盘径 d =0.75D =0.750.8=0.6m叶弦长 L=0.25D=0.250.8=0.2m叶距 S=D=2.4m弯叶板厚 =12mmN

8、可依据50m 罐，搅拌器直径1.05mN =110r/min，以P /V为基准放大求得：N = =132(r/min)搅拌轴功率的计算 并由此选择电机。淀粉水解糖液低浓度细菌醪，可视为牛顿流体，计算步骤如下： 计算RR = 式中 D搅拌器直径，D=0.8mN-搅拌器转速，N=132r/h- 液密度，=1080Kg/m 醪液粘度，=2.010 N.S/将数代入上式：R = =4.5610 10 视为湍流 计算不通气时的搅拌轴功率P ：7式中 N 在湍流搅拌状态时其值为常数4.7N 搅拌转速，N=132r/hD=0.8m ，=1080Kg/m 代入上式，得： = 17.7Kw两档搅拌：P =2 =

9、35.42Kw 计算通风时的轴功率 (Kw)式中， P 不通风时轴功率(Kw)，P =35.42KwQ(ml/min0.，则 Q=0.215.510 =3.110 ml/minQ =3.306代入上式，得 = =25.8Kw 求电机功率P ：P承受三角带传动 =0.92 =0.99 =0.98，端面密封增加的功率为1%，代入公式得P = = =29.2Kw查手册选取适宜的电机。求最高热负荷下的耗水量W8W= 式中：Q 每1m醪液在发酵最旺盛时，1h 的发热量与醪液总体积的乘积：Q=Q15.5=310 KJ/h.m15.5=4.6510 KJ冷却水的比热容，4.18KJ/(Kg.K)冷却水终温，

10、26冷却水初温，20将各值代入上式，W= = 冷却水体积流量为5.15Kg/s，取冷却水在竖直蛇管中流速1m/s程式，冷却管总截面积 为：式中，w冷却水体积流量，w=5.1510 m/sV冷却水流速，v=1m/s代入上式， =5.1510 ii冷却管组数和管径：设管径为 ，组数为n，则=n.0.785.d依据本罐状况，取n=3，求管径，由上式得：查金属材料表选取不锈钢无缝钢管表，选取512.0无缝管， =47mm ， ，满足要求，=49mm现取竖蛇管圈端部u型弯管曲径为250mm ，则两直管距离为500mm ，两端弯管总长度9却管总长度L 计算：有前知冷却管总面积F=25.7现取无缝钢管512

11、.0L= =172m冷却管占有体积V=0.7850.051172=0.35m iv每组管长 和管组高度： 另需连接收4m： =L+4=176m可排竖直蛇管的高度，设为静液面高度，下部可伸入封头。设发酵罐内附件占有体积为0.5m，则：3.4m又两端弯管总长 =1570mm ，两端弯管总高为500mm ，则直管局部高度：h=H-500=3400-500=2900(mm)则一圈管长 V 每组管子圈数 ：现取管间距为2.5 ，竖直蛇管与罐壁的最小距离为0.15m，则可计算出与搅拌器的距离在允许范围内不小于200mm)Vi校核布置后冷却管的实际传热面积：而前有F=25.7， F， 可满足要求。设备材料的

12、选择时取得资料依据。其内容包括： 空气分布器：对于好气发酵罐，分布器主要有两种形式，即：多孔式和单管式。对通风量较小的设备，应加环型或直管型空气分布器而对通气量大的发酵罐，则使用单管通 风，由于进风速度高，又有涡轮板阻挡，叶轮打碎、溶氧是没有问10题的。本罐使用单管进风，风管直径计算见接收设计。 挡板：挡板的作用是加强搅拌强度，促进液体上下翻动和把握流型，防止产生涡旋而降低混合与溶氧效果。如管内有相当于挡板作用的竖式冷却蛇管，扶梯等也可不设挡板。 扶梯和竖式冷却蛇管，故不设挡板。 密封方式：随着技术的进步，机械密封已在发酵行业普遍承受，本罐拟承受双面机械密封方式，处理轴与管的动静问题。 冷却管

13、布置：对于容积小于5m 的发酵罐，为了便于清洗，多使用夹套冷却装置。随列管式冷却装置虽然冷却效果好， 但加冷却效果，也有利用罐皮冷却的。 设一快开式人孔，56cm ，O 形圈密封。发酵罐壁厚的计算 计算法确定发酵罐的壁厚S式中，P设计压力，取最高工作压力的1.05倍，P=0.4MpaD发酵罐内径，D=400cm【】A3】=127Mpa 焊缝系数，取=0.7C壁厚附加量，C= 钢板负偏差，取 为腐蚀欲量，取 =2mm加工减薄量，取 =0，代入上式得C= =0.8+2+0=2.8mm=0.28cm选用8mm 厚A3钢板制作，查附录表17知，直径2.4m，厚8mm ，筒高4.8m，每米高重356Kg

14、， =3564.8=1708.8Kg 封头壁厚计算：标准椭圆封头的厚度计算公式如下：11式中，P=0.4Mpa ，D=240cm 】=127Mpa ， =0.08cm， =0.2cm， =0.1cmC= =0.38cm， =0.7代入上式，得 查钢材手册圆整为 =9.5mm接收设计 接收的长度 h 设计：各接收的长度h 依据直径大小和有无保温层，一般取100200mm 接收直径确实定：主要依据流体力学方程式计算。物料的体积流量，又知各种的钢管尺寸即可。通风管的管径计算：该罐实装醪量15.5 ，设0.5h 内排空，则物料体积流量 发酵醪流速取V=1m/s则排料管截面积为 ，则管径 取无缝钢管108x4 适用假设按通风管计算，压缩空气在0.4Mpa 下，支气管气速为20m/s0.2wm20 ，0.1Mpa 下，Q=15.5x0.2=3.1 计算到0.4Mpa，30 状态下，取风速