生物工程设备课程设计———发酵罐
第5章 发酵罐选型及工艺计算
5.1 发酵罐的设计与选型 5.1.1 发酵罐的选型
选用机械搅拌通风发酵罐。 5.1.2 生产容积的确定 (1) 发酵罐容积的确定： 选用公称容积为200m3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200m3的发酵罐，其全容积为230m3。5.2 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?V3筒?2V封?230(m)
为了提高空气利用率，罐的高径比取2。
H?2D
V全?V筒?2V封??4D2???2D?2???h??6D???????230(m3) 椭圆形封头的直边高度忽略不计，以方便计算。
V全?V筒?2V封?0.785D2?2D??3324D?2?230(m)
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解方程得
230?5.004(m)1.83
3D? 取5m。
H?2D?10(m)
圆柱部份容积V筒为：
223V?0.785D?2D?0.785?5?10?196.25(m)筒
上、下封头体积V封为：
?3?33V?D??5?16.25(m)封2424
全容积验算：
V?V?2V?196.25?2?16.25?228.75(m)
'V全?V全
'全筒封3[1]符合设计要求，可行。 5.3 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3.3×10kJ/(m·h)，则冷却面积按传热方程式计算如下：
QK?tm
4
3
[2]
S? 式中 S——冷却面积，m2 Q——换热量，kJ/h
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?tm——平均温度差，℃
K——总传热系数，kJ/(m2·h·℃) 230m3灌装液量为：
230×70%=161 m3
6
KJ/h 4 ? Q ? 3. 3 ×161 ? 5.313×1010
设发酵液温度33℃，冷却水进口温度19℃，出口温度25℃，则平均温度差
?tm为：
?tm?(33?19)?(33?25)?10.27?C33?19ln33?25
采用竖式蛇管换热器取经验值K取4.18×500kJ/(m2·h·℃)[1]， Q 5.313×106 ? ? 317.S ? 76( m 2 ) ? K t m 4 .18 ? 500 ? 8
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:di:L:B=20:15:5:4 现将主要尺寸列后[1]： 搅拌器叶径Di为：
D5D???1.67(m)i33
取1.7m。
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叶宽B为：
B?0.2D?0.2?1.7?0.34(m)i
弧长l为：
l?0.375D?0.375?1.7?0.64(m)i
底距C为：
D5C???1.67(m)33
取1.7m。 盘径di为：
d?0.75D?0.75?1.7?1.275(m)ii
叶弧长L为：
L?0.25D?0.25?1.7?0.425(m)i
叶距Y为：
Y?D?5(m)
弯叶板厚： δ=12（mm）
取两挡搅拌，搅拌转速N2可根据50m3罐，搅拌直径1.05m，转速N1=110r/min。以等P0/V(单位体积液体所分配的搅拌轴功率相同)为基准放大求得. 即：
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2nn?d1?32?1??d??2??
式中 n2——放大的搅拌器的转速，r/min n1——模型搅拌器的转速，n=110r/min[1] d1——模型搅拌器直径，d=1.05m[1] d2——放大的搅拌器直径，d=1.7m 将各值代入上式
22n?n??d1??3?110???1.05?321??d?79.78(r/min)?1.33(r/s)2???1.7??
取两档搅拌，搅拌转速79.78r/min。 5.5 搅拌轴功率的确定 5.5.1 计算Rem
淀粉水解糖液低浓度细菌醪，可视为牛顿流体。
Re D 2 Nρ
m ?
μ
式中 D——搅拌器直径，D=1.70m N——搅拌器转速，N?11160 ρ——醪液密度，ρ=1080 kg/m3 μ——醪液粘度，μ=2×10-3N·s/m2将数代入上式：
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