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1、目录前言2设计方案的拟定.3（1）、机械搅拌生物反应器的型式.3（2）、反应器用途.3（3）、冷却水及冷却装置.3（4）、设计压力罐内0.4MPa；夹套0.25 Mpa4表-发酵罐主要设计.4工艺设计及计算.5（1）生产能力、数量和容积的确定.5（2）主要尺寸计算 5（3）冷却面积的计算 6（4）搅拌器设计.6（5）搅拌轴功率的计算.7（6）i求最高热负荷下的耗水量W.8ii 冷却管组数和管径9iii冷却管总长度L计算 10iv 每组管长和管组高度10V 每组管子圈数 10Vi 校核布置后冷却管的实际传热面积 10（7）设备材料的选择 10（8）发酵罐壁厚的计算 11（9）接管设计 12（10
2、）支座选择13设计结果汇总14参考资料.14发酵罐设计心得体会.15附录及设计图前言生化工程设备课程设计是生物工程专业一个重要的、综合性的实践教学环节，要求我们综合运用所学知识如生化反应工程与生物工程设备课程来解决生化工程实际问题，对培养我们全面的理论知识与工程素养，健全合理的知识结构具有重要作用。在本课程设计中，通过生化过程中应用最为广泛的设备，如机械搅拌发酵罐、气升式发酵罐、动植物细胞培养反应器，蒸发结晶设备、蒸馏设备等的设计实践，对我们进行一次生化过程发酵设备设计的基本训练，使我们初步掌握发酵设备设计的基本步骤和主要方法，树立正确的设计思想和实事求是，严肃负责的工作作风，为今后从事实际设
3、计工作打下基础。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。设计基本依据（1）、机械搅拌生物反应器的型式通用式机械搅拌生物反应器，其主要结构标准如下：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，当采用列管式冷却时，可用列管冷却代替挡板（2）、反应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
4、1080kg/m3 粘度2.010-3N.s/m2 导热系数0.621W/m. 比热4.174kJ/kg.高峰期发酵热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（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：种子罐用夹套式冷却，发酵罐用列管冷却。（4）、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
5、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行计算；考虑压力，温度，腐蚀因素，选择罐体材料，确定罐体外形、罐体和封头的壁厚；根据发酵微生物产生的发酵热、发酵罐的装液量、冷却方式等进行冷却装置的设计、计算；根据上面的一系列计算选择适合的搅拌装置，传动装置，和人孔等一些附件的确定,完成整个装备图，完成这次设计。这次设计包括一套图样，主要是装配图，还有一份说明书。而绘制装配图是生物工程设备的机械设计核心内容，绘制装配图要有合理的选择基本視图，和各种表达方式，有合理的选择比例，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项目及代号参数及结果备
6、注发酵产品味精工作压力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）33根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：（1） 生产能力、数量和容积的确定 发酵罐容积 V=25m 生产能力计算：现每天产99%纯度的味精2t ，谷氨酸发酵周期为48h（包括发酵罐清洗、灭菌、进出物料等辅助操作时间），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
7、要发酵罐的总容积为V（发酵周期为48h） V= V/=31/0.7=44.3m发酵罐个数的确定：计算发酵罐容积时有几个名称需明确。a、 装液高度系数，指圆筒部分高度系数，封底则与冷却管、辅助设备体积相抵消。b、公称容积，指罐的圆柱部分和底封头容积之和，并圆整为整数。c、罐的全容积，指罐的圆柱部分和两封头容积之和。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富裕量：=12.9% 能满足产量要求。（2） 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将H/D=
8、2代入上式得：D=2.4m，H=2D=4.8m V=2m6公称体积V= V-V=25-2=23m验算全容积 V： V=V+2 V = = 25.7（3） 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高时也能冷下来，必须按发酵生成热量高峰、一年中最热的半个月的气温下，冷却水可能达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许多方法，但在工程计算时更可靠的方法仍然是实际测得的每1m发酵液在每1h传给冷却器的最大热量。对谷氨酸发酵：高峰期发酵热，310KJ/h.m 采用竖式蛇管换热器，取经验值 K=4.18500
9、KJ/（m.h.） 平均温差t：t= 3232 202612 6 代入 t=8.656 对总容量为25m的发酵罐，每罐实际装液量为V=31/2=15.5m Q=Q15.5=310KJ/h.m15.5m =4.6510KJ 换热面积：F=25.7（4） 搅拌器设计 机械搅拌通风发酵管的搅拌涡轮有三种形式，可根据发酵特点、基质以及菌体特性7选用。本次设计，由于谷氨酸发酵过程有中间补料操作，对混合要求较高，因此选用六弯叶涡轮搅拌器。 该搅拌器的各部分尺寸与罐径D有一定比例关系，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
10、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 =12mm取两档搅拌，搅拌转速N可根据50m罐，搅拌器直径1.05m，转速N=110r/min，以等P/V为基准放大求得：N=132（r/min）（5） 搅拌轴功率的计算 通风搅拌发酵罐，搅拌轴功率的计算有许多种方法，现用修正的迈凯尔式求搅拌轴功率，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R R= 式中 D搅拌器直径，D=0.8m N-搅拌器转速，N=132r/h -醪液密度，=1080Kg/m 醪液粘度，=2.010N.S/ 将数代入上式：R=4.561010 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4.7 N 搅拌转速，N=132r/h D=0.8m，=1080Kg/m 代入上式，得： =17.7Kw 两档搅拌：P=2=35.42Kw 计
