发酵工程课程设计

发酵工程课程设计#作者:

日期:弋巨歹/HUMANUNIVERSITYOFTGCHN010GV发酵工程课程设计设计说明书45M机械搅拌通风发酵罐的设计起止日期：2013年J2月30日至2014年1月日学生姓名 金辉班 级 生物技术111班学 号 11404500132成 绩指导教师（签字）包装与材料工程学院2013年12月31日

TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第一章前言 6\o"CurrentDocument"第二章设计方案 7\o"CurrentDocument"第三章谷氨酸的发酵工艺 9\o"CurrentDocument"谷氨酸的发酵工艺流程图： 9\o"CurrentDocument"谷氨酸的生产原料及处理⑺ 9\o"CurrentDocument"谷氨酸发酵工艺技术参数 10\o"CurrentDocument"谷氨酸发酵环境控制 10\o"CurrentDocument"第四章发酵罐设计及谷氨酸发酵基本参数 12\o"CurrentDocument"发酵罐的型式 12\o"CurrentDocument"发酵罐的用途 12\o"CurrentDocument"第五章发酵罐造型及工艺计算 13\o"CurrentDocument"发酵罐容积的确定 13\o"CurrentDocument"发酵罐主要尺寸的计算 13\o"CurrentDocument"罐体 16\o"CurrentDocument"罐体的厚度 16\o"CurrentDocument"封头壁厚的计算 17\o"CurrentDocument"人孔和视镜的设计 17\o"CurrentDocument"传热量的计算及冷却面积的确定 17\o"CurrentDocument"接管的设计 19\o"CurrentDocument"接管的长度h设计【2】 19\o"CurrentDocument"接管直径的确定 19\o"CurrentDocument"管道接口的选择 19\o"CurrentDocument"装液量的计算 20\o"CurrentDocument"通风量的计算 20\o"CurrentDocument"搅拌器的设计 21\o"CurrentDocument"搅拌器功率的计算 21\o"CurrentDocument"不通气时的搅拌功率P° 21\o"CurrentDocument"通气搅拌功率的计算Pg 22\o"CurrentDocument"电动机的功率P电 22\o"CurrentDocument"竖直蛇管冷却装置计算 23求最高热负荷下的耗水量W 23冷却管的设计 23

\o"CurrentDocument"校核布置后冷却管的实际传热面积 24\o"CurrentDocument"设备结构的工艺设计 24\o"CurrentDocument"第六章设计结果及讨论 25\o"CurrentDocument"第七章心得体会 28\o"CurrentDocument"参考文献 29第一章前言发酵罐，指工业上用来进行微生物发酵的装置。其主体一般为用不锈钢板制成的主式圆筒，其容积在1m3至数百m3。在设计和加工中应注意结构严密，合理。能耐受蒸汽灭菌、有一定操作弹性、内部附件尽量减少（避免死角）、物料与能量传递性能强，并可进行一定调节以便于清洗、减少污染，适合于多种产品的生产以及减少能量消耗。用于厌气发酵（如生产酒精、溶剂）的发酵罐结构可以较简单。用于好气发酵（如生产抗生素、氨基酸、有机酸、维生素等）的发酵罐因需向罐中连续通入大量无菌空气，并为考虑通入空气的利用率，故在发酵罐结构上较为复杂，常用的有机械搅拌式发酵罐、鼓泡式发酵罐和气升式发酵罐。乳制品、酒类发酵过程是一个无菌、无污染的过程，发酵罐采用了无菌系统，避免和防止了空气中微生物的污染，大大延长了产品的保质期和产品的纯正，罐体上特别设计安装了无菌呼吸气孔或无菌正压发酵系统。罐体上设有米洛板或迷宫式夹套，可通入加热或冷却介质来进行循环加热或冷却。发酵罐的容量由300-15000L多种不同规格。发酵罐按使用范围可分为实验室小型发酵罐、中试生产发酵罐、大型发酵罐等。发酵罐广泛应用于乳制品、饮料、生物工程、制药、精细化工等行业，罐体设有夹层、保温层、可加热、冷却、保温。罐体与上下填充头（或雏形）均采用旋压R角加工，罐内壁经镜面抛光处理，无卫生死角，而全封闭设计确保物料始终处一无污染的状态下混合、发酵，设备配备空气呼吸孔，CIP清洗喷头，人孔等装置。发酵罐的分类:按照发酵罐的设备,分为机械搅拌通风的和非机械搅拌通风发酵罐；按照微生物的生长代谢需要，分为好气型发酵罐和厌气型发酵灌。发酵罐是一种对物料进行机械搅拌与发酵的设备。该设备采用内循环方式，用搅拌桨分散和打碎气泡，它溶氧速率高，混合效果好。罐体采用SUS304或316L进口不锈钢，罐内配有自动喷淋清洗机头，确保生产过程符合GMP要求。第二章设计方案我设计的是一台45M3的机械通风搅拌发酵罐，发酵生产谷氨酸。L-谷氨酸是生物机体内按代谢的基本氨基酸之一，也是连接糖代谢与氨基酸代谢的枢纽之一，在代谢上具有比较重要的意义。L-谷氨酸单钠盐，俗称味精，具有强烈的鲜味，是一种十分重要的调味品，广泛应用于烹调和食品加工。前国内各谷氨酸厂所使用谷氨酸产生菌主要有天津短杆菌(BrevibacteriaceaeTianjianense)T6T3及其诱变株FM8209、FM-415、CMTC6282、TG863、TG866、S9n4、D85等菌株；钝齿棒杆菌(Corynebacterrumcrenatum)ASl542及其诱变株B9、B9-36、F-263等菌株；北京棒杆菌(CorynebacteriumPekinense)ASl299及其诱变株7338、Dll0、WTHT等菌株。现在多数厂家生产上常用的菌株是T6-13、FM-415、S9n4、CMTC6282等。综合温度、PH等因素选择菌株，该菌种最适发酵温度为32-37,pH为7.0-7.5。主要生产工艺过程为如下：原料液的处理与培养基配制；种子制备与扩大培养；发酵；谷氨酸提取与精制。其具体过程如图1:味精生产总工艺流程图发酵罐主要有罐体，搅拌器，挡板，消泡器，联轴器及轴承，变速装置，空气分布装置，轴封，换热装置等，但此次采用是用于工业发酵的大型发酵罐，为此会去掉挡板，而且会有冷却用的蛇形管。对于工业生产用的发酵罐体积，我们要进行合理准确的计算；同时对于发酵罐的制作材料也要注意；要控制发酵罐的温度要特别注意，应为了使谷氨酸产生菌的速度最大，我们要保持合适的温度，使发酵罐的温度不至于过高而影响发酵液的温度，为此我们对于蛇形冷却管的冷却面积需要进行合理计算等。此次的发酵罐的设计不仅包括发酵管的参数等，而且还有发酵条件的控制，以及发酵罐罐体的设计，运用电脑制图，结合了机械工程制图和电脑CAD制图，电脑设计图位于附录。

表2.1发酵罐主要设计条件项目及代号参数及结果备注发酵菌种TG866根据参考文献［6］选取工作压力0.4MPa由任务书确定设计压力0.4MPa由任务书确定发酵温度（工作温度）32℃根据任务书选取设计温度120℃由工艺条件确定冷却方式蛇管冷却由工艺条件确定培养基玉米浆、糖蜜等由参考文献［6］确定发酵液密度1080kg/m3由工艺条件确定发酵液黏度2.0X10-3N.s/m2由工艺条件确定为了使微生物发挥最大的生产效率，发酵罐必须满足几个要求：（1）发酵罐应有适宜的径高比。罐身较长，氧的利用率较高。（2）发酵罐应能承受一定的压力，因为发酵罐在灭菌和正常工作时要承受一定的压力（气压和液压）和温度。（3）发酵罐的搅拌通风装置能使气液充分混合，实现传质传热作用，保证微生物发酵过程中所需要的溶解氧。（4）发酵罐内应尽量减少死角，避免藏污纳垢，保证灭菌彻底，防止染菌。（5）发酵罐应具有足够的冷却面积。（6）搅拌器的轴封要严密，以减少泄露。第三章谷氨酸的发酵工艺谷氨酸的发酵工艺流程图:泄粉消泡剂一水_无机盐一糖蜜一玉米浆一纯生物素一f配料罐，定容罐消泡剂一水_无机盐一糖蜜一玉米浆一纯生物素一f配料罐，定容罐二级种子耀葡萄糖定容罐—配料植上H连消器一消泡剂一无机盐一糖蜜一玉米浆一究生物素实消维持罐实消维持罐斜面一一骐种子降温摭热器液氮f二级种培养，发鳄罐十斜面一一骐种子降温摭热器液氮f二级种培养，发鳄罐十一消泡剂一高浓度精液一浦氨无菌空气图3T谷氨酸发酵工艺流程图谷氨酸的生产原料及处理⑺绝大多数的谷氨酸生产菌都不能直接利用淀粉，因此，以淀粉为原料进行谷氨酸生产时，必须将淀粉质原料水解成葡萄糖后才能供使用。可用来制成淀粉水解糖的原料很多，主要有薯类、玉米、小麦、大米等，我国主要以甘薯淀粉或大米制备水解糖。淀粉水解的方法有三种，简单选取两种进行介绍：1、酸水解法的工艺流程水和盐酸+淀粉一蒸汽+调浆一糖化一冷却一中和、脱色一过滤一糖液(1)调浆：原料淀粉加水调成10—11°Be'的淀粉乳，用盐酸调口电.5左右，盐酸用量(以纯盐酸计)约为干淀粉的0.5%〜0.8%。糖化：粉浆密度1.074〜1.09g.ml-1、pH1.5、蒸汽压力0.25〜0.28MPa、糖化时间15〜25min。在以上条件下进行即可将淀粉转化为还原糖。(3)中和脱色：淀粉水解完毕，酸解液pH仅为1.5左右，需用碱中和后

才能用于发酵。中和的终点pH一般控制在4.5〜5.0左右，以便使蛋白质等胶体物质沉淀析出。酸解液中尚存在着一些色素和杂质需通过脱色除去。脱色可采用活性炭吸附，活性炭是经过特殊处理的木炭，为黑色无定形粉末，不溶于任何溶剂，质松多孔，表面积很大，具有很大的吸附能力。它将具有脱色与助滤两方面作用。(4)过滤：经脱色后的糖液，温度仍在60℃以上，应及时用压缩空气或泵送到板框压滤机或叶滤机过滤，活性炭可兼做助滤剂使用。过滤温度一般在60〜70℃之间。2、酶水解法先用a-淀粉酶将淀粉水解成糊精和低聚糖，然后再用糖化酶将糊精和低聚糖进一步水解成葡萄糖的方法，称为酶解法。谷氨酸菌能够在菌体外大量积累谷氨酸，是由于菌体的代谢调节处于异常状态，只有具有特异性生理特征的菌体才能大量积累谷氨酸。这样的菌体对环境条件是敏感的。也就是说，谷氨酸发酵是建立在容易变动的代谢平衡上的，是受多种发酵条件支配的。因此，控制最适的环境条件是提高发酵产率的重要条件。在谷氨酸发酵中，应根据菌种特性，控制好生物素、磷、NH4+、pH、氧传递率、排气中二氧化碳和氧含量、氧化还原电位以及温度等，从而控制好菌体增殖与产物形成、能量代谢与产物合成、副产物与主产物的合成关系，使产物最大限度地利用糖合成主产物。谷氨酸发酵工艺技术参数表3.1主要工艺技术参数生产工序参数名称指标淀粉质原料耦蜜原料1制糖(/酶法)淀粉糖化转化率%于982发醋产酸率g/dl^8.05=8.03发酿精酸转化率先孑50-554谷氨酸提取提取收率%?=S6三的谷氨酸发酵环境控制(1)温度：谷氨酸发酵前期应采取菌体生长最适温度为30〜32℃。对数生

长期维持温度30-32℃。谷氨酸合成的最适温度为34〜37℃。催化谷氨酸合成的谷氨酸脱氢酶的最适温度在32-36°C左右，在发酵中、后期需要维持最适的产酸温度，以利谷氨酸合成。(2)溶解氧：一般控制为，长菌期低风量，产酸期高风量，发酵成熟期又转为低风量。菌体生长期通风量可比谷氨酸形成期低0.05〜0.08m3/m3.min,且要视OD值的增长情况灵活控制风量。pH：谷氨酸生产菌的最适pH一般是中型或微碱性pH7.0〜8.0条件下累计谷氨酸，发酵前期的pH值以7.5左右为宜，中后期以7.2左右对提高谷氨酸产量有利。(4)通风量：谷氨酸生产菌是兼性好氧菌，有氧、无氧的条件下都能生长，只是代谢产物不同。谷氨酸发酵过程中，通风必须适度，过大菌体生长慢，过小产物由谷氨酸变为乳酸。应在长菌期间低风量，产酸期间高风量，发酵成熟期低风量。其中，谷氨酸发酵罐现均采用气一液分散较理想的圆盘涡轮式多层叶轮搅拌器。(5)泡沫：谷氨酸发酵时好气性发酵，因通风和搅拌和菌体代谢产生的CO2,使培养液产生泡沫是正常的，但泡沫过多不仅使氧在发酵液中的扩散受阻，影响菌体的呼吸代谢，也会影响正常代谢以及染菌。因此，要控制好泡沫是关键。消泡方法有机械消泡(靶式、离心式、刮板式、蝶式消泡器)和化学消泡(天然油脂、聚酯类、醇类、硅酮等化学消泡剂)两种方法。(6)染菌的防治和染菌后的处理方法：谷氨酸生产菌对杂菌及噬菌体的抵抗力差。一旦染菌，就会造成减产或无产现象的发生，预示着谷氨酸发酵生产的失败，这使厂家造成不同程度的损失。所以预防及挽救很重要的。常见杂菌有芽孢杆菌、阴性杆菌、葡萄球菌和霉菌。针对芽孢杆菌，打料时，检查板式换热器和维持管压力是否高出正常水平。如果堵塞，容易造成灭菌不透。板式换热器要及时清洗或拆换。维持罐要打开检查管路是否有泄漏或短路。阀门和法兰是否损坏。针对阴性杆菌，对照放罐体积，看是否异常。如果高于正常体积，可能是排灌泄漏，对接触冷却水的管路和阀门等处进行检查。针对葡萄球菌，流加糖罐和空气过滤器要进行无菌检查，如果染菌要统一杀菌处理。针对霉菌，加大对环境消毒力度，对环境死角进行清理⑸。噬菌体不耐高温，一般升温至80℃噬菌体就会死亡。在发酵2h-10h污染噬菌体，判断正确后，把发酵液加热至45°C10min把谷氨酸菌杀灭。［6］在发酵10h〜14h污染噬菌体，仍是把发酵加热至45℃10min,压出发酵罐，进行分罐处理，一般可分成两罐来处理。发酵18h后出现OD下跌，此时残糖在3%左右，出现耗糖缓慢或停止。镜检没有发现菌体碎片，可能是溶源菌或发酵前期出现高

温现象，造成菌体自溶。处理方法补入4口-5口单位纯生物素，压入相对同期的发酵液10%的量，继续发酵。发酵结果比同期发酵结果略差⑺。第四章发酵罐设计及谷氨酸发酵基本参数4.1发酵罐的型式机械搅拌通风发酵罐①高径比：H/D=1.7〜3.5②搅拌器：六弯叶涡轮搅拌器,Di:di:L:B=20:15:5:4③搅拌器直径：Di=D/3④搅拌器间距：S=2Di⑤最下一组搅拌器与罐底的距离：C=(0.8—1.0)Di⑥挡板宽度：B=0.1D,当采用列管式冷却时，可用列管冷却代替挡板。4.2发酵罐的用途用于谷氨酸发酵生产的45M3机械搅拌通风发酵罐。①装料系数：发酵罐0.7②发酵液物性参数： 牛顿流体密度1080kg/m3粘度2.0X10-3N.s/m2导热系数0.621W/m.℃比热4.174kJ/kg.℃③高峰期发酵热2.93X104kJ/h.m3④溶氧系数：6-9X10-6molO2/ml.min.atm⑤标准空气通风量：0.2-0.4vvm⑥冷却水冷却水进口温度：17℃冷却水出口温度：25℃⑦发酵温度：32℃⑧设计压力：罐内0.4Mpa

第五章发酵罐造型及工艺计算发酵罐容积的确定选用公称容积为45m3的发酵罐发酵罐主要尺寸的计算TOC\o"1-5"\h\z设全容积 V全公称体积 V=45M3筒身体积 V筒发酵罐总共高度 H筒身高度 H0筒身直径 D封头体积 V封椭圆封头段半轴长度 ha椭圆封头的直边高度 h搅拌叶的直径 D1搅拌器之间的距离 S最下一组搅拌器与罐底的距离C挡板宽度

设其中 H=2.5DH=2DB=0.1Dh=0.23DS=2D।H-H-2hh= 0 a2发酵罐的公称体积是45m3,根据兀 V=V+V=-D2H+0.15D3

o筒封4高径比H=2.5D •得：D=2.7716m=2771.6mmH=2.5D=6.929m=6929mmH0=2D=5.5432m=5543.2mmh=0.23D=637.5mmh=55mm发酵罐的全容积一兀「 /1、V=V+2V=-D2H+2h+-D全筒封4 |_ ( 6)C=Di取整为C=Di取整为2772mm取整为6929mm取整为5543mm取整为638mm得：V全=48.04m3圆柱部分的体积兀V=-D2H筒4得：V筒=41.80m3 •上下封头的体积

V=—D3

封24得：V封=2.79m3经验证：V0=V筒+2V封=41.80m3+2X2.79m3=47.38m348.04m3\47.38m3符合设计要求，可行。搅拌叶的直径d=Di3得：D=924mm

i搅拌器之间的距离S=2D

i得：S=1848mm最下一组搅拌器与罐底的距离C=Di=924mm挡板宽度B=0.2D「184.8mm表5.1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kW1032001800121507.5

306600240034180455070002800-300038-60160556080003000-32006516065758000320084165100100940036001141701302001150046002211422155.3罐体考虑压力，温度，腐蚀等因素，发酵罐材料可以选用钛钢、不锈钢、合金钢等。相对其他工业来说，发酵液对钢材的腐蚀不大，但必须能承受一定的压力和温度，通常要求耐受130-150℃的温度和0.4MPa的压力。例如：腐蚀性不大的腐蚀液，如酶制剂发酵可选用16MnR钢;谷氨酸为弱酸，使用A3钢对罐体会有腐蚀使用不锈钢成本较高。考虑使用A3钢为材料，内涂环氧树脂防腐。既可达到要求，又可降低成本，采用双面焊接。5.3.1罐体的厚度51=^Dp+CD—罐体直径（mm）p—耐受压强（取0.4MPa）”一焊缝系数，双面焊取0.8［。］—罐体金属材料在设计温度下的许用应力（kgf/cm2）（不锈钢焊接压力容器许用应力为150℃,137MPa）C—腐蚀裕度，当6—C<10mm时，C=3mm代入数字只0.4义27725= +348.068mm12x137义0.8

5.3.2封头壁厚的计算只KPD_2.3*0.4义2772,o= +C= +3工11.9mm22[o]-0.5P 2x137-0.5义0.4取整82=12mmD—罐体直径（mm）p—耐受压强（取0.4MPa）K一开孔系数，取2.3”—焊缝系数，双面焊取0.8,无缝焊取1.0[。]—设计温度下的许用应力（不锈钢焊接压力容器许用应力为150℃,137MPa）C—腐蚀裕度，当8—C<10mm时，C=3mm5.3.3人孔和视镜的设计本次设计只设置了1个人孔，查阅文献，选取标准号人孔RFII（R-G）450-0.6HG21522-1995、公称压力为2.5MPa、直径为500mm、高度为393mm的人孔，开在顶封头上，位于左边轴线离中心轴1380mm处。本次设计设置了2个视镜，标准号HG21505—1992,直径为DN=100mm,高度为52mm,开在顶封头上，位于右边轴线离中心轴1380mm处，与人孔位于同一水平线上。5.4传热量的计算及冷却面积的确定通常将发酵过程中产生的净热称为发酵热，其热平衡方程可如下表示：Q=Q+Q-Q-Q

发酵生物搅拌空气辐射发酵热效应：Q=QV发酵iQ一发酵热效应，KJ/h；Q发酵一发酵热，29300KJ/m3・h

V1—发酵液体积，45.0m3。单位时间传热量=发酵热X装料量即：Q=QV=29300x45.0=1318500KJ/h发酵i表5.2各类发酵液的发酵热发酵热发酵热(kJ/m3•h)青霉素丝状菌23000青霉素球状菌13800四环素25100谷氨酸29300赖氨酸33400柠檬酸11700酶制剂14700-18800由谷氨酸发酵工艺条件已知，谷氨酸发酵热高峰值约为高峰期发酵热2.93X104kJ/h.m3,则冷却面积按传热方程式计算如下：S/iKAtm式中Si—冷却面积，m2Q一换热量，kJ/hAtm-平均温度差，℃K—总传热系数，kJ/(m2・h・℃)该发酵罐装料系数为0.7,故47.38m3灌装液量为：47.38m3x0.7:33.166m3Q=2.93x104x33.166=9.718x105KJ/h设发酵液温度32℃,冷却水进口温度17℃,出口温度25℃,则平均温度差At为：m

Atm（32-17）-（32-25） 9Atm =3.85℃।32-17

In 32-25采用竖式蛇管换热器取经验值K取4.17X500kJ/(m2・h・℃)9.7189.718X105 =121.06m2KAt 4.17x500x3.85m接管的设计接管的长度h设计⑵各接管的长度h根据管径大小和有无保温层，进行选择。接管直径的确定接管直径的确定，主要根据流体力学方程式计算。以排料管为例计算管径，本罐实装45m3,装料系数为0.7,设1h之内排空,则有：罐实际醪料量：47.38X0.7=33.166m3物料体积流量：Q=V/1h=45/3600=0.0125m3/s1取流速v=1m/s,则排料管截面积：F=Q/y=0.0125/1=0.0125m2又排料管截面积，F=0.785d2，算得d=0.126m。取无缝钢管，查阅资料，平焊钢管法兰HG20593-97,取公称直径50mm…管道接口的选择进料口：直径，开在封头上;排料口：直径，开在罐底；进气口：直径，开在封头上;排气口：直径，开在封头上;冷却水进、出口：直径，开在罐身;补料口：直径，开在封头上；

取样口：直径，开在封头上;以上接口都采用法兰接口。图5-1平焊法兰示意图仪表接口：温度计：PT100铂电阻-DOCOROM常用温度传感器型号-TR/02125装配式热电阻，开在罐身上；压力表：弹簧管压力表(径向型)，d1=20mm，精度2.5，型号：Y-250Z，开在封头上；pH探头：SBH03-871PH-3P1A-3型。装液量的计算设计发酵罐装料系数，取0.75。V=V义装料系数1全因为V全=48.04m3，所以V1=36.03m3。通风量的计算设发酵罐的标准空气通风比为：0.2-0.4vvm，取最小值，如通风量变大，Pg会小，为安全，现取0.2,则Q=48.04x0.7x0.2=6.7256x106=6.73x106(ml/min)通风

搅拌器的设计本设计选用六弯叶涡轮搅拌器，该搅拌器的各部尺寸与罐径D有一定比例关系，六弯叶涡轮搅拌器,Di：di：L：B=20:15:5:4。如图：搅拌叶的直径Di=D/3=0.924m搅拌叶间距 S=2Di=1.848m挡板宽度 B=189mm最下一组搅拌器与罐底的距离C=924mm弧长l为：l=0.375Di=0.375x0.924=0.347m盘径d为：d=0.75D=0.75x0.924=0.693mi i i叶弧长L为：L=0.25D=0.25x0.924=0.231mi搅拌器功率的计算591不通气时的搅拌功率Po取发酵液黏度四二2.0x10-3N.s/m2，密度p=1080kg/m3，搅拌转速3=165r/min，则雷诺准数为：°3Dp （165/60）x0.9242x1080Re= i—L= =1.27x106H 2.0x10-3因为ReN104,所以发酵系统充分湍流状态，即有效功率系数NP=4.7（查表得）鲁士顿（RushtonJ.H.）公式：P=N33PD5=4.7xf竺5]3x1080x0.9245=71.10（KW）0PLi I60）P—无通气搅拌输入的功率（W）；N0一功率准数，是搅拌雷诺数ReM的函数；圆盘六弯叶涡轮Np'4.7

3—涡轮转速（r/min）；P—液体密度（kg/m3）因发酵液不同而不同，取1080kg/m3;LDi—涡轮直径（m）;对于多层搅拌器的轴功率可按下式估算：P=P（0.4+0.6m）=71.10x（0.4+0.6x3）=156.42kw

m0m—搅拌器层数通气搅拌功率的计算Pg因为是非牛顿流体，所以用米氏公式计算（也可以近似值估算）P2□D3、P=C(—m j-)0.45g Q0.56C一系数，D/D=3时，取0.157iPm—多层搅拌输入的功率（kW）3—涡轮转速（r/min）,取165r/minDi一涡轮直径（m）,0.924mQ一通气量（m3/min）代入数据计算得：P=Cg(P2P=Cg(P23D3乎45*^IQ0.56)=0.157’156.422x165x0.9243丫45、 1.10.56 ,=129.4kw电动机的功率P电根据搅拌功率选用电动机时，应考虑传动装置的机械效率。P+PP=—g——Tnp—搅拌轴功率gP一轴封摩擦损失功率，一般为1%PT gn—传动机构效率根据生产需要选择三角皮带电机。三角皮带的效率n1=0.92,滚动轴承的效率n2=0.99,滑动轴承的效率n3=0.98,端面轴封摩擦损失功率为搅拌轴功率的1%,则电机的功率：P+PP=—g——Tnnn 0.92x0.99x0.981231294 x(1+1%)=146.42kw5.10竖直蛇管冷却装置计算求最高热负荷下的耗水量W由实际情况选用进出口水温为17℃、25℃；高峰期发酵热一2.93X104kJ/h.m3；Cp—冷却水的平均比热约为4.174kJ/kg.℃；t-t—冷却水进出口温度差为8℃21Qj2.93X104X48.04X0.7=4.60X105(KJ.h)冷却水耗量W二4.60x105C(J-t)=4.174(25-17)=1.38x104(kg.h)p2 1对数平均温度差，由工艺条件知道发酵温度32度t1—冷却水进口温度t2一冷却水出口温度tF一发酵温度Atm(t-t)-(t-t)(32-17)-(32-25)F_1 F_2t-tln^—1t-tF2ln32-U32-25=10.5℃5.10.2冷却管的设计人Q 4.60x105A== =22.7m2KAt 1931x10.5m△tm一对数平均温度差K—传热总系数，取1931kJ/(m2h℃) A=ndL冷却蛇管总长度(m)A227L= =127.95m,兀d3.14x0.0565取整数L=128,分为4组，每组长L0为32md—蛇管内径，d=外径一壁厚取。57x3.5mm,d'=50mm每圈蛇管长度 ‘平均1=、:'(兀D)2+h2=15.7mppPD—蛇管圈直径，5mhp—蛇管圈之间的距离，取0.15m每组蛇管圈数L32N=-o=-3—六2圈，则总圈数为2X4=8圈p1 15.7蛇管总高度H=（N—1）h=（8—1）x0.15=1.05mpp5.10.3校核布置后冷却管的实际传热面积S=ndL=25.4f22.7

实平均实故可满足实际需要。5.11设备结构的工艺设计(1)空气分布器：本罐使用单管进风。(2)挡板：本罐因有扶梯和竖式冷却蛇管，故不设挡板。(3)消泡浆：本罐使用圆盘放射式消泡浆。(4)密封方式：本罐拟采用双面机械密封方式，处理轴与罐的动静问题。

（5）冷却管布置：使用的是竖直蛇管冷却装置。第六章设计结果及讨论附表1：发酵罐集合尺寸汇总项目结果单位全体积（V0）47.38m3公称体积1（V）45m3发酵罐总高（H）6929mm发酵罐筒体高度（H0）5543mm罐体直径（D）2772mm搅拌叶直径（Di）924mm椭圆封头直边高度（h）55mm椭圆封头段半轴长度（ha）638mm搅拌叶间距（s）1848mm最下组搅拌器与罐底的距离（C）924mm挡板宽度（B）184.8mm罐体材料2A3钢焊接方式2双面缝焊接罐体筒壁厚（8）18.068mm

封头壁厚（8）211.9mm搅拌