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1、loom谷氨酸机械搅拌通风反应器生物与化学工程学院课程设计报告题目：100m3谷氨酸机械搅拌通风反应器学生姓名：张志立专业班级：10级生物工程2班学 号： 105010540096指导教师：罗建成设计时间：2013年5月25日学院生物与化学工程 学院专业班级生物工程2班姓名张志立所在组别第7组设计题目100m3谷氨酸机械搅拌通风反应器完成时间2013年5月25日设计 内容 及要求课程设计内容1、设备所担负的工艺操作任务和工作性质，工作参数的确定。2、容积的计算，主要尺寸的确定，传热方式的选择及传热面积的确定。3、动力消耗、设备结构的工艺设计。课程设计的要求1、工艺设计和计算 （1）工艺设计（2
2、）设备设计2、设计说明书的编制3、绘制设备图一张工作 进度 及安排1、2013521阅读设计指导书，查阅资料，拟定设计程序和进度计划。2、2013522调查、收集有关数据，奠定设计基础。3、201352325设计计算，绘图，编写说明书。指导教师:罗建成2013年5月25 日loom谷氨酸机械搅拌通风反应器摘要本次设计的是一台loom机械搅拌通风发酵罐，发酵生产谷氨酸。发酵罐主要由罐 体和冷却装置、搅拌装置、传动装置、轴封装置、人孔和其它的一些附件组成。在设计 的过程中注重实际生产，并吸取其他发酵罐设计的经验，考虑到谷氨酸的好氧习性，在 发酵过程中，多加注意，在结尾附发酵罐的仔细图。关键词：机械
3、搅拌发酵罐，封头，搅拌器，端面轴封，冷却装置AbstractThe design of mechanical agitationis a ventilationfermenter 100m3,glutamic acid fermentation.Mainly by fermentation tank and the cooling device,a stirri ng device, tran smissi on device, the shaft seali ng device, a nu mber of man holes and other accessories. Emphasis i
4、n the desig n of the actual producti on process, and learn other fermenter design experienee,taking intoaccountglutamate aerobic habits, in the fermentation process,pay more attention paidat the end of the ferme ntati on tank carefully map.Keywords： mecha ni cal agitati on ferme ntor, head, ble nder
5、, end seals, cooli ng device4目录第1章概述 ii.i 发酵罐设计前景 i1.2微生物生物反应器的研究与应用概述 1第2章设计依据 12.1、本次设计内容 12.2、 基本参数 12. 2. 1发酵罐的型式12. 2. 2 发酵罐的用途22.2.3 冷却水及冷却装置 22.2.4 设计压力 32.3谷氨酸生产工艺流程图 3第3章 发酵罐选型及工艺计算33. 1发酵罐的设计与选型33. 1. 1发酵罐的选型33. 1. 2生产容积的确定43.2主要尺寸的计算 43. 3 冷去卩面积的确定53. 4搅拌器设计63.5 、搅拌轴功率的确定 73.5.1 计算 Rem 73
6、.5.2 不通气条件下的轴功率计算 83. 5. 3通气发酵轴功率计算85.5.4 求电机功率 F电 93.6设备结构的工艺设计 93.7 竖直蛇管冷却装置设计 103.8 备材料的选择 133.9 发酵罐壁厚的计算 133.10 接管设计 153.11 人孔及视镜的设置 17第4章设计结果与讨论184.1 发酵罐参数设计汇总 184.2搅拌器有关参数 184.3主要符号说明 19第5章参考文献20第6章课程设计心得体会 22设计图 22loom谷氨酸机械搅拌通风反应器第1章概述i.i发酵罐设计前景生物反应器是多学科交叉的生物技术领域，是21世纪生物工程发展的重要前沿之一。近年来，国内外利用动
7、物、植物和微生物生物反应器生产蛋白药物与其它重要产品 的研究取得了令人瞩目的进展，特别是功能基因的高效表达技术与方法研究有了许多新 的突破，不少产品已进入研究开发和产业化阶段。1.2微生物生物反应器的研究与应用概述微生物反应器和酶反应器发展至今，已经形成了多种类型：在操作方式上，间歇式、连续式和半间歇式均已得到研究和应用；在反应器结构特征上，目前已发展了釜/罐 式、管式、塔式、膜式等类型；在能量的输入方式上，目前已发展了通过机械搅拌输入能量的机械搅拌式、利用气体喷射动能的气升式和利用泵对液体的喷射作用而使液体 循环的生物反应器等；在生物催化剂在反应器中的分布方式上，目前已发展了生物团 块反应器
8、和生物膜反应器，其中生物团块反应器根据催化剂相态的不同又发展了填充 床、流化床、生物转盘等多种型式的生物反应器；在反应器内的流动和混合状态上，目前生物反应器已发展至全混流型生物反应器和活塞流型生物反应器。第2章设计依据2.1本次设计内容设计1oom谷氨酸机械搅拌通风反应器2.2 基本参数2.2.1发酵罐的型式机械搅拌通风发酵罐 高径比：H/D=2.4 搅拌器：六弯叶涡轮搅拌器，Di：di：L:B=20:15:5:4 搅拌器直径：D=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
9、列管冷却代替挡板2.2.2发酵罐的用途用于谷氨酸生产的发酵罐，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 2.0 x 10-3N.s/m2导热系数0.621W/mC 比热 4.174kJ/kg. C 高峰期发酵热3-3.5 x 104kJ/h.m3 溶氧系数：种子罐 5-7 x 10-6molO2/ml.min.atm发酵罐 6-9 x 10-6molQ/ml.min.atm 标准空气通风量：种子罐 0.4-0.6vvm 发酵罐 0.2-0.4vvm2.2.3冷却水及冷却装置冷却水：地下水18-20 C冷却水出口温度
10、：23-26 C发酵温度：32-33 C冷却装置：种子罐用夹套式冷却，发酵罐用列管冷却。224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iooM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。2.3谷氨酸生产工艺流程图消泡剂一水一 无机盐一糖蜜一
11、 玉米浆一 纯生物素一-配料罐-定容罐二级种子罐实消斜面t一级种子降温液氮二级种培养无菌空气一淀粉葡萄糖定容罐配料罐连消器维持罐换热器+发酵罐-消泡剂水无机盐糖蜜玉米浆纯生物素消泡剂高浓度糖液液氨图1谷氨酸发酵工艺流程图第3章发酵罐选型及工艺计算3.1发酵罐的设计与选型3.1.1发酵罐的选型选用机械搅拌通风发酵罐。3.1.2生产容积的确定(1) 发酵罐容积的确定：选用公称容积为loom的发酵罐。(2) 生产能力的计算：若取发酵罐的填充系数=70%(3) 发酵罐个数的确定：公称容积为loom的发酵罐，其全容积为iiom。3.2主要尺寸的计算发酵罐是由圆柱形筒体和上、下椭圆形封头组成。V全 二V筒
12、 2V封=11(Xm3)为了提高空气利用率，罐的高径比取 2.4。H =2.4D7全=V 筒 +2V 封=n D|2.4D+2 h+ nDl = 1io(m3)41I 6丿椭圆形封头的直边高度忽略不计，以方便计算。V全“筒 2V封 =o.785D2 2.4D - D3 2=1io(m3)解方程得 24d叮83= 3.71 取 3.7m。H =2.4D =8.88(m)27圆柱部份容积V筒为:V筒 =0.785D2 2.4D =0.785 3.72 2 3.7 = 96.2(m3)上、下封头体积V封为：Vn D3 = n 3.73=6.1(m3)2424全容积验算：V 全=V筒 2V封=96.2
13、 2 6.1 =108.4( m3)符合设计要求，可行。3.3 冷却面积的确定根据部分谷氨酸厂的实测和经验数，谷氨酸放得发酵热高峰值约3.3 X 104kJ/(m3 h)2，则冷却面积按传热方程式计算如下：QK=tm式中s 冷却面积，mQ换热量，kJ/h氏一平均温度差，CK总传热系数，kJ/(m 2 h T )33110m 灌装液量为：110X 70%=77 mQ =3.3 X104 77= 2.54X 106 KJ/h设发酵液温度33T，冷却水进口温度19T，出口温度25T，则平均温度差厶tm为:= 10.72 C(33-19) -(33-25)I 3319 In33-25采用竖式蛇管换热器
14、取经验值 K取4.18 x 500kJ/(m2 hC )1,2.54 1064.18 500 10.72-113.7( m2)5.4搅拌器设计由于谷氨酸发酵过程中有中间补料操作，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尺寸与罐径D有一定比例关系，六弯叶涡轮搅拌 器,Di：d i:L:B=20:15:5:4现将主要尺寸列后:搅拌器叶径 D 为：Di = D = 3.71 = 1.237(m) 取 1.24m。 33叶宽 B 为：B=0.2Dj =0.2 1.24 =0.248(m)弧长 I 为：I =0.375dDj =0.375 1.24=0.46(m)D 3 71底距 C为：c 二372 =1.237(m) 取 1.24m。33盘径 di 为：dj =0.75Dj =0.75 1.24 =0.93(m)叶弧长 L 为：L =0.25Di =0.25 1.24 =0.31(m)叶距 Y为：Y = D =3.71(m)弯叶板厚：S =12 (mr)取两挡搅拌，搅拌转速 2可根据50m罐，搅拌直径1.05m,转速N=110r/
