计算通风井动力搅拌器搅拌发酵罐的方法有很多，现在用麦凯尔式搅拌器轴功率需求，从而选择电机。
低浓度的淀粉水解糖泥细菌可被视为牛顿流体，计算过程如下： Ⅰ计算Rem ：Rem?D2N??
式中：D——搅拌器直径，D=0.36m
N——搅拌器转速，N=224/60=3.73r/s ρ——醪液密度，ρ=1080 kg/m3
μ——醪液粘度， μ=2×10-3N·s/m2
0.362?3.73?108054?2.6?10＞10将数代入上式：Rem? ?32?10视为湍流，则搅拌功率准数Np=4.7，根据参考文献[6]得。 Ⅱ计算不通气时的搅拌轴功率 P0?NPN3Diρ
式中：Np——在湍流搅拌状态时其值为常数4.7 N——搅拌转速，N=3.73r/s Di——搅拌器直径，Di=0.36m ρ——醪液密度，ρ=1080kg/m3
'35代入上式：P0?4.7?3.73?0.36?1080?1.60kW5两挡搅拌P0?2P0'?2?1.6?3.2kW Ⅲ通气搅拌功率Pg的计算
Po2NDi30.39Pg?2.25?10?()
Q0.08?3式中：P0－多层搅拌输入的功率（kW） N－搅拌转速（r/min），取224 r/min Di－搅拌器直径（m），0.36m
Q—通风量（ml/min），设通风比VVm=0.11~0.18，现取0.18； 则：Q=1.4×0.18=0.252m3/min
P02NDi30.393.22?224?3.630.39?3故：Pg?2.25?10(0.08)?2.25?10?()?0.21kW 0.08Q0.252?3 8
Ⅳ求电机功率
P电?Pg??12?3?1.01
采用三角带传动η1=0.92；滚动轴承η2=0.99，滑动轴承η3=0.98；端面密封增加功率为1%；代入公式数值得：P电=0.21?1.01=.024kW
0.92?0.99?0.981/3搅拌轴直径d，n为转速（单位为转/分），系数A可以取97-149， ?A?(Pn/)取A?120，已知P?0.24kW，n?224rmin，则得
d?A?(Pn)13?120?(0.2413)?12.28mm 224根据文献选轴径为20mm。
表3 发酵罐搅拌功率的设计计算结果
项目及代号 转速
不通气条件下的轴功率 两层搅拌器轴率
通气量 通气搅拌功率 电机的功率
电机的选择 轴径 传动装置
参数及结果 224r/min 1.6kW 3.2kW 0.252m3/min 0.21kW 0.24kW 型号Y80M1-2 功率0.75kW 转速2825r/min 效率75% 20mm 三角皮带
备注 计算 计算 计算 由工艺条件确定
计算 计算
根据参考文献[7]选取 参考文献[7]选取 参考文献[7]选取
3.7 管道设计
3.7.1 通风管管径计算
设罐压0.4MPa，发酵温度t=32℃，风速v=20m/s，通风量为0.18VVm，常压下t0=20℃，送风量V为：V?1.4?0.18?0.252m3/min?4.2?10?3m3/s 通风会转换成工作状态，求出通风管直径d1
?? 9
V?d1?0.1273?t0.1303?4.2?10?3??P273?t00.4293?8.3?10?3m ?0.785?v?600.785?20?60采用无缝钢管，管径Φ12×1.5mm。 3.7.2 进出物料管
该管为物料进口，按输送物料算：20min送完1.4m3物料，则物料流量为
V.4物?120?60?1.17?10?3m3/s
管道截面为F，物料流速为v=0.5~1m/s，现取v=1m/s，则：
V3 F?物1.17?10?v?1?1.17?10?3m2 F1.17?10?3管径为：d2?0.785?0.785?0.039m 采用无缝钢管，管径采用Φ48×4mm。 3.7.3 冷却水进出口管径
由前知需冷却热量Qmax?3.5?140kJ/h，冷却水温变化23℃
~27℃，cw?4.18kJ?/k?g℃?，则耗水量W为：
W?Q3.5?104 c?t??2093kg/h?5.81?10?3m3/s
w1?t2?4.18??27?23?；则冷却水管进出口直径为：d?5.81?10?3取水流速v=4m/s4?0.785?0.043m
无缝钢管，采用管直径为Φ49×3mm。 3.7.4 管道接口（采用法兰接口）
进料口：直径Φ48×4mm，开在封头上； 排料口：Φ48×4mm，开在罐底； 进气口：Φ12×1.5mm，开在封头上； 排气口：Φ12×1.5mm，开在封头上； 冷却水进出口：Φ49×3mm，开在夹套上； 补料口：Φ48×4mm，开在封头上； 取样口：Φ48×4mm，开在封头上。
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水比热容：
3.8 仪表接口
温度计：装配式热电阻温度传感器Pt100型，开在罐身上；
压力表：波登管压力表（径向型），精度为2.5，模型：Y-250Z，开在封头上； 液位计：采用标准：HG5—1368，型号：R-61，开在罐身上； 溶氧探头： SE—N—DO—F；pH探头：pHs-2型。
4.其他附件选型
设备结构的工艺设计，是将设备的主要辅助装置的工艺要求求交代清楚，供制造加工和采购时去的资料依据。其内容包括：
(1) 空气分布器
对于好气发酵罐，分布器主要有两种形式，即：多孔式和单管式。对通风量较小的设备， 应加环型或直管型空气分布器；在发酵罐的通气量，单排气管，进气速度高，而且挡板涡轮叶轮断裂，溶解氧是没有问题的[8]。本罐使用直管型空气分布器，型号规格为：KFQ-Ⅲ6T(S) GB 8070-1987，公称直径270。
(2) 挡板
本罐设挡板，共5块。 (3) 手孔
手孔的设置是为了安装、拆卸、清洗和检修设备内部的装置。本次设计只设置了1个手孔，标准号为： 手孔FS(A-XB350)250-0.6 HG/T21535-2005，公称直径250，开在顶封头上，位于左边轴线离中心轴150mm处[9]。
(4) 视镜
视镜用于观察发酵罐内部的情况。本次设计只设置了2视镜，直径为DN80，开在顶封头上，位于前后轴线离中心轴150mm处，标记为视镜Ⅱ Pg1.0 DN80 HGJ501-86-14。
(5) 轴封
轴封的作用：使罐顶或罐底与轴之间的缝隙加以密封，防止泄漏和污染杂菌。本设计采用端面蜜蜂，和基本的成分是环，表面光滑，垂直于环的环轴紧密配合，实现密封彼此相对转动。
(6) 联轴器及轴承
采用法兰将搅拌轴连接。为了减少震动，在发酵罐内装有底轴承[10]。 (7) 支座
发酵设备常用支座分为卧式支座和立式支座。其中卧式支座又分为支腿，圈型支座，鞍
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型支座三种。立式支座也分为三种即：悬挂支座，支撑式和裙式支座。对于体积小的发酵罐应采用支架。本设计选用支撑式支座。
5.总结
我设计的是2m3的机械搅拌通风发酵罐，根据所需设计的发酵罐的体积，我通过上网和查阅机械搅拌通风发酵罐的有关资料，熟悉基本工作原理和特点，进行工艺计算、主要设备工作部件（如罐体、罐体壁厚、封头壁厚计算、搅拌器、仪表接口、人孔和视镜、管道接口等）尺寸的设计。大部分计算结果我是根据发酵罐的体积来确定的；而有的只能通过查阅文献和相关资料来确定，比如电机的选择、轴径、传动装置等，有的又是根据工艺条件来确定，比如通气量、罐体材料和焊接方式等等。不同于解习题，设计的依据和答案往往不是唯一的，务必要注意还要从技术的可行性和经济上的合理性两方面再进行进一步的分析比较。我的发酵罐的特色是反应器材料为16MnR钢，采用六弯叶涡轮搅拌器，冷却方式为夹套冷却，夹套冷却虽然传热效果不甚好，但可保证罐内光洁，易清理，不易染菌。
参考文献
[1] 张克旭．氨基酸发酵工艺学[M]．北京：中国轻工业出版社，1992.4. [2] 黄方一等．发酵工程[M]．湖北：华中师范大学出版社，2008.6.
[3] 王旭，禹郑超．味精发酵生产工艺及其主要设备．高等函授学报（自然科学版），1995，12（4）：45-48． [4] 伦世仪．生化工程[M]．北京：中国轻工业出版社，1993.10 .
[5] 朱有庭，曲文海，于浦义．化工设备设计手册[M]．北京：化学工业出版社，2005.6. [6] 潘永亮，刘玉良．化工设备机械设计基础[M]．北京：化学工业出版社，2005.9. [7] 吴思方．发酵工厂工艺设计概论[M]．北京：中国轻工业出版，2007.7. [8] 陈乙崇．搅拌设备设计[M]．上海：上海科学技术出版社，1985.11. [9] 梁世中．生物工程设备[M]．北京：中国轻工业出版社，2005.2.
[10] 潘永亮，刘玉良．化工设备机械设计基础[M]．北京：化学工业出版社，2005.9.
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