通用式发酵罐的设计与计算

1一、通用式发酵罐的尺寸及容积计算1. 发酵罐的尺寸比例不同容积大小的发酵罐，几何尺寸比例在设计时已经规范化，具体设计时可根据发酵种类、厂房等条件做适当调整通用式发酵罐的主要几何尺寸如下图1）高径比：H 0︰D＝(1.7~4)︰12）搅拌器直径：D i＝ D3（3）相邻两组搅拌器的间距：S＝3D i4）下搅拌器与罐底距离：C＝（0.8~1.0）D i5）挡板宽度：W＝0.1 D i，挡板与罐壁的距离：B＝（ ~ ）W815（6）封头高度：h＝h a＋h b，式中，对于标准椭圆形封头，h a＝ D4当封头公称直径≤2 m 时，h b＝25 mm；当封头的公称直径＞2 m 时，h b＝40 mm7）液柱高度：H L＝H 0η＋h a＋h b，式中，η 为装料系数，一般情况下，装料高度取罐圆柱部分高度的 0.7 倍，极少泡沫的物料可达 0.9 倍，对于易产生泡沫的物料可取 0.6 倍2. 发酵罐容积的计算圆柱部分容积 V1： 0214HDV式中符号所代表含义见上图所示，下同椭圆形封头的容积 V2： )61(64222hhbab公称容积是指罐圆柱部分和底封头容积之和，其值为整数，一般不计入上封头的容积。

其计算公式如下： )40221 DHVb（公 罐的全容积 V0：)]61([0221 hDb如果填料高度为圆柱高度的 η 倍，那么液柱高度为： baLH0装料容积 V： )61(40221 DhVb装料系数 η：20V二、通用式发酵罐的设计与计算1. 设计内容和步骤通用式发酵罐的设计已逐渐标准化，其设计内容及构件见表 6-6表 6-6 发酵罐设计内容及构件设计内容 构件的选取与计算设备本体的设计 筒体、封头、罐体压力、容积等附件的设计与选取 接管尺寸、法兰、开孔及开孔补强、人孔、传热部件、挡板、中间轴承等搅拌装置的设计 传动装置、搅拌轴、联轴器、轴承、密封装置、搅拌器、搅拌轴的临界转速等设备强度及稳定性检验 设备重量载荷、设备地震弯矩、偏心载荷、塔体强度及稳定性、裙座的强度、裙座与筒体对接焊缝验算等2. 发酵罐的结构及容积的计算【例 1】某厂间歇式发酵生产，每天需用发酵罐 3 个，发酵罐的发酵周期为 80h，问需配备多少个发酵罐？根据公式 N = 可知：124nN = （个）124803根据生产规模和发酵水平计算每日所需发酵液的量，再根据这一数据确定发酵罐的容积。

例 2】一年产 5 万吨柠檬酸的发酵厂，发酵产酸水平平均为 14%，提取总收率90%，年生产日期为 300 天，发酵周期为 96 小时问需要多少个发酵罐？每日的产量：m 0＝50000/300=166.7（吨）每日所需发酵液的量：V L＝166.7/（0.14×0.9）=1322.8 （m 3）假定发酵罐的装液系数为 85%，则每日所需发酵罐容积：V 总 ＝1322.8/0.85=1556（m 3）取发酵罐的公称容积为 250 m3，则每日需要 6 个发酵罐，发酵周期为 4 天，考虑放罐洗罐等辅助时间，整个周期为 5 天则所需发酵罐的总数：n=5×6+1=31 个（其中一个备用）【例 3】公称容积 250m3 柠檬酸发酵罐单罐的结构尺寸及容积计算1）公称容积可近似为圆柱体的容积，设 H0＝2.5D ，则V＝(π/4) D 2 H0 250＝0.785D 2×2.5 D罐直径：D＝[250/(0.785×2.5)] 1/3＝5.0（m ）罐圆柱高：H 0 ＝2.5 D＝2.5×5＝12.5（m ）（2）搅拌器直径采用六弯叶涡轮搅拌器，搅拌器直径为Di＝D/3 ＝5/3 ＝1.7（m）3（3）罐体总高及上下封头高由于罐直径 D＞2 m，h b＝40 mm，则封头高：h＝h a＋h b＝D/4＋h b＝5/4 ＋0.04＝1.3（m ）罐总高：H＝H 0＋2h＝12.5＋2×1.29＝15.1（m）（4）椭圆封头容积＝0.785×5 2 (0.04＋5/6)＝17.1（m 3）)61(4622 DVbab（5）圆柱部分容积V1＝(π/4) D 2 H0＝0.785×5 2×12.5＝245（m 3）（6）罐的全容积V0 ＝ V1＋2V 2＝245＋2×17.1＝279.2（m 3）（7）冷却面积发酵罐采用内部列管式蛇管换热，外部表面采用喷淋冷却方式。

按经验值，夏天主发酵时每小时发酵液升温⊿t＝12℃，液体比热容 c 为 4 kJ·kg－1 ·℃－1 ，装填系数 η 为 0.7发酵液量：V＝（245+17.1）×0.7＝257（m 3）放出热量：Q＝mc ⊿t＝257 × 1050 × 4 ×12＝1.3×10 7（kJ·h －1 ）式中，发酵液密度 ρ 为 1050 kg·m－3 采用井水或河水冷却，进水温度为 20℃，出水温度为 30℃，醪液温度不超过 36℃对数平均温差⊿t m 为 )(2.1036lg.2)()0()(¨St21 ℃tTIn传热系数参考工厂测定值及设计数据，k 选用 4.187×900 kJ·m－2 ·h－1 ·℃－1 故传热面积 F 为（m 2）.8.109.8743 t△mkQF总若用外淋罐壁方式辅助冷却，效果相当 50%的列管冷却面积，现圆筒外表面面积 F0 为：F0＝πDH 0＝3.14×5×12.5＝196.3（m 2）相当于列管面积为：196.3×50%＝98.2（m 2）所以，发酵罐内列管冷却面积为：338.2－98.2＝240（m 2）设安排 6 组列管冷却，则每排列管冷却面积为：240÷6＝40（m 2）根据上述数据，可绘制发酵罐的结构尺寸图。