搅拌器功率计算
搅拌器功率分为运转功率和启动功率，运转功率是指远转时桨叶克服液体的摩擦阻力所消耗的功率；启动功率是指在启动时桨叶克服液体静止惯性所消耗的功率。 一、 运转功率计算
以平浆式为例：
d n P i m
5
3
???=ρξ转
式中：ξm --- 常数项；
ρ----- 液体密度，kg/m 3
; n----- 桨叶转速，r/min; d i ---- 桨叶直径，mm;
根据对运转功率的进一步分析，得出如下结论：
1、 采用倾斜桨叶，在改善结构和降低运转功率方面都是有宜的。
2、 在搅拌跟多液体时，应首先考虑增加桨叶数量，而不应增加桨叶长度。
3、 实际运转功率大于理论功率，这是因为还存在其它阻力，因此应在计算功率的基础
上适当增加。
4、 容器内壁粗糙时，运转的实际功率应比计算功率增加10-30%。
5、 容器内有加热蛇管时，应增加2倍。
6、 容器内有挡板时，应增加2-3倍。 二、 惯性功率计算
d n P i b 4
393.1???=ρ阻
令b/ d i =a;b=a d i .则： d n P i a 5
393.1???=ρ阻
令k=.为常数项，则： d n P i k 5
3
???=ρ阻
符号意义同上。 三、 总功率
搅拌器的总功率消耗P W 为： P W =P
转
+P 阻=d n i m k 5
3
)(???+ρξ
以此式计算的功率值在1kw以上时误差叫小，小于1kw时则与实际功率有较大出入，将以用一下数值对功率作调整：
当负荷功率≥1kw时，P实=（）P W
当负荷功率≥时，P实=（1-4）P W
当负荷功率≤时，P实=10P W
当负荷功率≥时，P实=（1-4）P W
如果只对功率作粗略估算，P W=（2-3）P转
电动机应选用防潮型、具有接触环的异步电动机，它具有较大的启动转矩，而一般的三相同步电动机是不适应的。
搅拌器形式适应条件
液体单位体积的平均搅拌功率的推荐值
影响搅拌器功率的因素：
1、搅拌器的几何参数及运转参数
2、搅拌器的几何参数
3、搅拌介质的物理参数
搅拌器的设计
几种搅拌罐的H/D值
搅拌罐装料量
已知H/D比
公称容积V g,操作时盛装物料的容积
1、 装料系数η
V g =V*η
η一般取值物料在反应过程中要起泡沫或呈沸腾状态，装料系数取低脂约，物料反应平稳，可取，物料粘度大时，可取大值。 2、 初步计算筒体直径
3
)(4
ηπD i
H g
V D i =
3、 确定筒体直径和高度
D
V V
i
g
V D V H i
20
44
20πη
π-=
=-
搅拌器功率计算 搅拌器功率分为运转功率和启动功率，运转功率是指远转时桨叶克服液体的摩擦阻力所消耗的功率；启动功率是指在启动时桨叶克服液体静止惯性所消耗的功率。 一、 运转功率计算 以平浆式为例： d n P i m 5 3 ???=ρξ转 式中：ξ m --- 常数项； ρ----- 液体密度，kg/m 3; n----- 桨叶转速，r/min; d i ---- 桨叶直径，mm; 根据对运转功率的进一步分析，得出如下结论： 1、 采用倾斜桨叶，在改善结构和降低运转功率方面都是有宜的。 2、 在搅拌跟多液体时，应首先考虑增加桨叶数量，而不应增加桨叶长度。 3、 实际运转功率大于理论功率，这是因为还存在其它阻力，因此应在计算功率的基础 上适当增加。 4、 容器内壁粗糙时，运转的实际功率应比计算功率增加10-30%。 5、 容器内有加热蛇管时，应增加2倍。 6、 容器内有挡板时，应增加2-3倍。 二、 惯性功率计算 d n P i b 4 393.1???=ρ阻 令b/ d i =a;b=a d i .则： d n P i a 5 393.1???=ρ阻 令k=1.93a.为常数项，则： d n P i k 5 3 ???=ρ阻 符号意义同上。 三、 总功率 搅拌器的总功率消耗P W 为： P W =P 转 +P 阻=d n i m k 5 3 )(???+ρξ 以此式计算的功率值在1kw 以上时误差叫小，小于1kw 时则与实际功率有较大出入，将以用一下数值对功率作调整：
当负荷功率≥1kw时，P实=（1.1-1.2）P W 当负荷功率≥0.1kw时，P实=（1-4）P W 当负荷功率≤0.1kw时，P实=10P W 当负荷功率≥0.1kw时，P实=（1-4）P W 如果只对功率作粗略估算，P W=（2-3）P转 电动机应选用防潮型、具有接触环的异步电动机，它具有较大的启动转矩，而一般的三相同步电动机是不适应的。 搅拌器形式适应条件 液体单位体积的平均搅拌功率的推荐值
第二节搅拌桨叶的设计和选型一、搅拌机结构与组成 组成：搅拌器电动机 减速器容器 排料管挡板 适用物料：低粘度物料 二、混合机理 利用低粘度物料流动性好的特性实现混合 1、对流混合 在搅拌容器中，通过搅拌器的旋转把机械能传给液体物料造成液体的流动，属强制对流。包括两种形式： （1）主体对流：搅拌器带动物料大范围的循环流动 （2）涡流对流：旋涡的对流运动 液体层界面强烈剪切旋涡扩散 主体对流宏观混合 涡流对流 2、分子扩散混合 液体分子间的运动微观混合 作用：形成液体分子间的均匀分布 对流混合可提高分子扩散混合 3、剪切混合 剪切混合：搅拌桨直接与物料作用，把物料撕成越来越薄的薄层，达到混合的目的。 高粘度过物料混合过程，主要是剪切作用。 电 动 机 减速器 搅 拌 器 容 器 排料管
三、混合效果的度量 1、调匀度I 设A 、B 两种液体，各取体积vA 及vB 置于一容器中， A B A B a b 则容器内液体A 的平均体积浓度CA0为： （理论值） 经过搅拌后，在容器各处取样分析实际体积浓度CA ，比较CA0 、CA ， 若各处 CA0=CA 则表明搅拌均匀 若各处 CA0=CA 则表明搅拌尚不均匀，偏离越大，均匀程度越差。 引入调匀度衡量样品与均匀状态的偏离程度 定义某液体的调匀度 I 为： （当样品中CA CA0时） 或 （当样品中CA CA0时） 显然 I ≤1 若取m 个样品，则该样品的平均调匀度为 当混合均匀时 2、混合尺度 设有A 、B 两种液体混合后达到微粒均布状态。 B A A A V V V C +=00A A C C I =0 11A A C C I --=m I I I I m +??++=- 211 =- I
搅拌器设计计算
搅拌器设计计算 （作者：纪学鑫） 一、设计数据： 1、混合池实际体积V=1.15m ×1.15m ×6.5m ≈8.60m 3 ∴设混合池有效容积V=8m 3 2、混合池流量Q=0.035m 3/s 3、混合时间t=10s 4、混合池横截面尺寸1.15m ×1.15m ，当量直径D=πω4L =π 15.115.14??=1.30m 5、混合池液面高度H = 24πD V =m ..π036301842≈?? ∴混合池高度H ＇=6.03m+（0.3～0.5）m=6.33～6.53 (m);取6.5m 6、挡板结构及安装尺寸()m 54.0036.0m 241361～）（～≈?? ? ??D ；数值根据《给水排水设计手册》表4-28查得，以下均已此手册作为查询依据。 7、取平均水温时，水的粘度值()s a ?P μ=1.14×10-3s a ?P 取水的密度3/kg 1000m =ρ 8、搅拌强度 1）搅拌速度梯度G ，一般取500～1000s -1。 混合功率估算：N Q =K e Q(kw) K e --单位流量需要的功率，K e 一般=4.3～173/s kw m ? ∴混合功率估算：3/s kw 17~3.4m N Q ?= 1-3-3 e e )30.1365~65.686(s 8s a 1014.1m /s kw 17~3.41000t 1000t 1000s P K Q Q K G ≈????===?）（μμ
取搅拌速度梯度1-s 740=G 2）体积循环次数'Z 搅拌器排液量'Q ，213.08.008.1385.0)/(333'=??==s m nd k Q q 折叶桨式，片，245=?=Z θ，流动准数385.0k q 取，见表4-27查取； ---n 搅拌器转速） （s /r ；d 搅拌器直径（m) 转速d 60n πν= ；---线速度v ，直径d ，根据表4-30查取。 ()266.03===?V t nd k V t Q Z q ''容积 3）混合均匀度U ，一般为80%～90%。U 取80%。 9、搅拌机的布置形式、加药点设置。 1）立式搅拌机的布置：一般采用中央置入（或称顶部插入）式。 2）搅拌器的位置及排泄方向：搅拌器的位置应避免水流直接影响侧面冲击。搅拌器距液面的距离通常小于搅拌器直接的1.5倍。 二、搅拌器的选用及主要参数 1. 选用折叶桨式 2. 桨叶数2=Z 3. 搅拌器直径0.8m d m 0.867~433.0m 32~31d ==?? ? ??=，取）（）（D 4. 搅拌器螺距d s = 5. 搅拌器层数d H ，取7，（公司取层数4） 6. 搅拌器外缘线速度ν取（1.0～5.0）m/s 7. 搅拌器宽度：b=（0.1～0.25）d=（0.08～0.2）m,取0.11m 三、搅拌器转速及功率设计
搅拌器的搅拌功率的基本计算方法及影响因素 搅拌器向液体输出的功率P,按下式计算： P=Kd5N3ρ 式中K为功率准数，它是搅拌雷诺数Rej(Rej=d2Nρ/μ)的函数；d和N 分别为搅拌器的直径和转速；ρ和μ分别为混合液的密度和粘度。对于一定几何结构的搅拌器和搅拌槽,K与Rej的函数关系可由实验测定，将这函数关系绘成曲线，称为功率曲线（图7）。 搅拌功率的基本计算方法 理论上虽然可将搅拌功率分为搅拌器功率和搅拌作业 功率两个方面考虑，但在实践中一般只考虑或主要考虑搅拌器功率，因搅拌作业功率很难予以准确测定，一般通过设定搅拌器的转速来满足达到所需的搅拌作业功率。从搅拌器功率的概念出发，影响搅拌功率的主要因素如下。 ①搅拌器的结构和运行参数，如搅拌器的型式、桨叶直径和宽度、桨叶的倾角、桨叶数量、搅拌器的转速等。 ②搅拌槽的结构参数，如搅拌槽内径和高度、有无挡板或导流筒、挡板的宽度和数量、导流筒直径等。 ③搅拌介质的物性，如各介质的密度、液相介质黏度、固体颗粒大小、气体介质通气率等。 由以上分析可见，影响搅拌功率的因素是很复杂的，一
般难以直接通过理论分析方法来得到搅拌功率的计算方程。因此，借助于实验方法，再结合理论分析，是求得搅拌功率计算公式的惟一途径。 由流体力学的纳维尔-斯托克斯方程，并将其表示成无量纲形式，可得到无量纲关系式（11-14）。 Np=P/ρN³dj5=f（Re，Fr） 式中Np——功率准数 Fr——弗鲁德数，Fr=N²dj/g； P——搅拌功率，W。 式（11-14）中，雷诺数反映了流体惯性力与粘滞力之比，而弗鲁德数反映了流体惯性力与重力之比。实验表明，除了在Re﹥300的过渡流状态时，Fr数对搅拌功率都没有影响。即使在Re﹥300的过渡流状态，Fr数对大部分的搅拌桨叶影响也不大。因此在工程上都直接把功率因数表示成雷诺数的函数，而不考虑弗鲁德数的影响。 由于在雷诺数中仅包含了搅拌器的转速、桨叶直径、流体的密度和黏度，因此对于以上提及的其他众多因素必须在实验中予以设定，然后测出功率准数与雷诺数的关系。由此可以看到，从实验得到的所有功率准数与雷诺数的关系曲线或方程都只能在一定的条件范围内才能使用。最明显的是对不同的桨型，功率准数与雷诺数的关系曲线是不同的，它们的Np-Re关系曲线也会不同。
一、搅拌机结构与组成 组成：搅拌器 电动机 减速器 容器 排料管 挡板 适用物料：低粘度物料 二、混合机理 利用低粘度物料流动性好的特性实现混合 1、对流混合 在搅拌容器中.通过搅拌器的旋转把机械能传给液体物料造成液体的流动.属强制对流。包括两种形式： （1）主体对流：搅拌器带动物料大范围的循环流动 （2）涡流对流：旋涡的对流运动 液体层界面 强烈剪切 旋涡扩散 主体对流 宏观混合 涡流对流 2、分子扩散混合 液体分子间的运动 微观混合 作用：形成液体分子间的均匀分布 对流混合可提高分子扩散混合 3、剪切混合 剪切混合：搅拌桨直接与物料作用.把物料撕成越来越薄的薄层.达到混合的目的。 高粘度过物料混合过程.主要是剪切作用。
三、混合效果的度量 1、调匀度I 设A 、B 两种液体.各取体积vA 及vB 置于一容器中. 则容器内液体A 的平均体积浓度CA0为： （理论值） 经过搅拌后.在容器各处取样分析实际体积浓度CA.比较CA0 、CA . 若各处 CA0=CA 则表明搅拌均匀 若各处 CA0=CA 则表明搅拌尚不均匀.偏离越大.均匀程度越差。 引入调匀度衡量样品与均匀状态的偏离程度 定义某液体的调匀度 I 为： （当样品中CA CA0时） 或 （当样品中CA CA0时） 显然 I ≤1 若取m 个样品.则该样品的平均调匀度为 当混合均匀时 2、混合尺度 设有A 、B 两种液体混合后达到微粒均布状态。 混合尺度分 设备尺度 微团尺度 分子尺度 对上述两种状态： 在设备尺度上：两者都是均匀的（宏观均匀状态） 在微团尺度上：两者具有不同的均匀度。 在分子尺度上：两者都是不均匀的（当微团消失.称分子尺度的均匀或微观均 匀） 如取样尺寸远大于微团尺寸.则两种状态的平均调匀度接近于己于1。 如取样尺寸小到与b 中微团尺寸相近时.则b 状态调匀度下降.而a 状态调匀度不变。 即：同一个混合状态的调匀度随所取样品的尺寸而变化.说明单平调匀度不能反映混合物的均匀程度 四、搅拌机主要结构 1、搅拌器 搅拌器由电动机带动.物料按一定规律运动（主体对流）.桨型不同.物料产生的流型不同。 桨作用于物料.物料产生三个方向的速度分量： 轴向分量 B A A A V V V C +=00A A C C I =0 11A A C C I --=m I I I I m +??++=- 211 =-I
搅拌器功率计算 搅拌器功率分为运转功率和启动功率， 运转功率是指远转时桨叶克服液体的摩擦阻力所 消耗的功率；启 动功率是指在启动时桨叶克服液体静止惯性所消耗的功率。 、 运转功率计算 以平浆式为例： 35 P 转 m n d i 式中：E m ---常数项； P 一 - 液体密度， kg/m 3 n -- 桨叶转速， r/min; d i --- - 桨叶直径， mm; 根据对运转功率的进一步分析，得出如下结论： 1、 采用倾斜桨叶，在改善结构和降低运转功率方面都是有宜的。 2、 在搅拌跟多液体时，应首先考虑增加桨叶数量，而不应增加桨叶长度。 上适当增加。 二、 惯性功率计算 令 k=. 为常数项，则： 符号意义同上。 总功率 令 b/ d i =a;b=a d i . 则： p 阻 1.93b 4 d i p 阻 1.93a 5 d i 搅拌器的总功率消耗 P W 为：P/=P 转 + P 阻=( k ) 35 n d i 3、 实际运转功率大于理论功率，这是因为还存在其它阻力， 因此应在计算功率的基础 4、 容器内壁粗糙时，运转的实际功率应比计算功率增加 10-30%。 5、 容器内有加热蛇管时，应增加 2 倍。 6、 容器内有挡板时，应增加 2-3 倍。 3 n d i
以此式计算的功率值在1kw以上时误差叫小，小于1kw时则与实际功率有较大出入，将以用一下数值对功率作调整: ()F W 当负荷功率》1kw时，P 实二 当负荷功率》时，P 实二(1-4 ) F W 当负荷功率w时， F 实=10F W F 实=(1-4 ) F W 当负荷功率》时， （2-3）P转 如果只对功率作粗略估算，P= 电动机应选用防潮型、具有接触环的异步电动机，它具有较大的启动转矩，而一般的三 相同步电动机是不适应的。
如何计算搅拌器功率？ 1.搅拌器功率的定义 什么是搅拌器功率？很多人将搅拌器功率的定义和电机功率搞混，其实这个概念并不难理解，搅拌器功率就是维持搅拌过程正常运行所需要的动力。而电机是提供搅拌器功率的装置，确定了搅拌器功率后，电机功率可以理解为提供该搅拌器功率的电机所需要的功率。关于搅拌器功率和搅拌器电机功率在下文中都有详细介绍。 功率方面所涉及到的内容很多，我们先来介绍一下搅拌器功率，和搅拌器功率有着紧密联系的还有搅拌作业功率。 搅拌作业功率的定义为：使搅拌介质以最佳方式完成搅拌过程所需要的搅拌器功率。 搅拌器功率和搅拌作业功率明显是有区别的，举例说明：比如需要40~45kw的功率，便可以维持搅拌过程的正常运行，而使搅拌过程达到最佳状态所需要的功率是42KW，那么，40~45kw 便是搅拌器功率的取值区间，而42kw便是搅拌作业功率，搅拌器设计的目的很大程度上就是为了让搅拌器功率等于搅拌作业功率，不过在实现上却问题重重。 首先，什么才是搅拌过程的最佳方式？搅拌过程中往往伴随着大量的物理和化学反应，存在着一定变数，所以最佳方式的判定是比较难的，也没有什么现成的标准可以遵循。所以，搅拌作业功率的确定往往是一个需要我们尽力去精确的值，然后根据这个值再来确定搅拌器功率，然后再根据搅拌器功率去确定电机功率。而在这个过程中，如果将搅拌器功率确定的过小，那么就很可能达不到预期的搅拌效果，或者会延长搅拌过程的时间；如果确定的过大，又会产生无用功，造成设备成本和能耗方面的双重浪费。习惯上的做法是，将搅拌器功率设定的比搅拌作业功率略大一点。 搅拌器功率确定的准确与否，将影响到设备的成本、使用寿命、搅拌效果和能耗等实际问题，所以决不能草率的确定。相关内容：化工搅拌器功率和搅拌作业功率 2.搅拌器功率的计算公式 计算功率还需确认搅拌功率准数Np，如计算出搅拌功率准数则可通过下式很容易的计算出搅拌器功率。 其中ρ为介质密度，N为转速，d为直径，这三个值很容易就可以测量出，由此可见，只要确定了搅拌功率准数Np，便不难根据公式求出搅拌器功率。下面，我们就来看看搅拌功率准数Np的计算方法。 由于搅拌工况的复杂化，所以Np必须通过各种复杂的关联式算出，在关联式中包括着在搅拌过程中影响搅拌器功率的各种因素，这些因素可分为以下四类： 一，搅拌器叶轮方面，包括：叶轮直径d；叶轮宽度b；叶片倾斜角度θ；叶轮转速N；单个叶轮上的叶片数np；叶轮离罐底的高度C等等。 二，搅拌容器方面，包括：罐体直径D、罐体形状、深度H、安装的挡板数量nb、挡板宽度Wb。 三，搅拌介质方面，包括介质的密度ρ，介质的黏度μ等等。
搅拌器设计计算精选文 档 TTMS system office room 【TTMS16H-TTMS2A-TTMS8Q8-
搅拌器设计计算 （作者：纪学鑫） 一、设计数据： 1、混合池实际体积V=××≈3 ∴设混合池有效容积V=8m3 2、混合池流量Q=3/s 3、混合时间t=10s 4、混合池横截面尺寸×，当量直径D= πω4L =π15.115.14??= 5、混合池液面高度H =24πD V =m ..π03630 1842≈?? ∴混合池高度H ＇=+（～）m=～ (m);取 6、挡板结构及安装尺寸()m 54.0036.0m 241361～）（～≈?? ? ??D ；数值根据《给水排水设计手册》表4-28查得，以下均已此手册作为查询依据。 7、取平均水温时，水的粘度值()s a ?P μ=×10-3s a ?P 取水的密度3/kg 1000m =ρ 8、搅拌强度 1）搅拌速度梯度G ，一般取500～1000s -1。 混合功率估算：N Q =K e Q(kw) K e --单位流量需要的功率，K e 一般=～173/s kw m ? ∴混合功率估算：3/s kw 17~3.4m N Q ?= 1-3-3 e e )30.1365~65.686(s 8s a 1014.1m /s kw 17~3.41000t 1000t 1000s P K Q Q K G ≈????===?）（μμ 取搅拌速度梯度1-s 740=G
2）体积循环次数'Z 搅拌器排液量'Q ，213.08.008.1385.0)/(333'=??==s m nd k Q q 折叶桨式，片，245=?=Z θ，流动准数385.0k q 取，见表4-27查取； ---n 搅拌器转速） （s /r ；d 搅拌器直径（m) 转速d 60n πν= ；---线速度v ，直径d ，根据表4-30查取。 ()266.03===?V t nd k V t Q Z q ''容积 3）混合均匀度U ，一般为80%～90%。U 取80%。 9、搅拌机的布置形式、加药点设置。 1）立式搅拌机的布置：一般采用中央置入（或称顶部插入）式。 2）搅拌器的位置及排泄方向：搅拌器的位置应避免水流直接影响侧面冲击。搅拌器距液面的距离通常小于搅拌器直接的倍。 二、搅拌器的选用及主要参数 1. 选用折叶桨式 2. 桨叶数2=Z 3. 搅拌器直径0.8m d m 0.867~433.0m 32~31d ==?? ? ??=，取）（）（D 4. 搅拌器螺距d s = 5. 搅拌器层数d H ，取7，（公司取层数4） 6. 搅拌器外缘线速度ν取（～）m/s 7. 搅拌器宽度：b=（～）d=（～）m,取 三、搅拌器转速及功率设计 1、根据要求的搅拌梯度G 值计算：
页脚内容1 搅拌器设计计算 （作者：纪学鑫） 一、设计数据： 1、混合池实际体积V=1.15m ×1.15m ×6.5m ≈8.60m 3 ∴设混合池有效容积V=8m 3 2、混合池流量Q=0.035m 3/s 3、混合时间t=10s 4、混合池横截面尺寸1.15m ×1.15m ，当量直径D=πω4L =π 15.115.14??=1.30m 5、混合池液面高度H =24πD V =m ..π036301842 ≈?? ∴混合池高度H ＇=6.03m+（0.3～0.5）m=6.33～6.53 (m);取6.5m 6、挡板结构及安装尺寸()m 54.0036.0m 241361～）（～≈?? ? ??D ；数值根据《给水排水设计手册》表4-28查得，以下均已此手册作为查询依据。 7、取平均水温时，水的粘度值()s a ?P μ=1.14×10-3s a ?P 取水的密度3/kg 1000m =ρ 8、搅拌强度 1）搅拌速度梯度G ，一般取500～1000s -1。
页脚内容2 混合功率估算：N Q =K e Q(kw) K e --单位流量需要的功率，K e 一般=4.3～173/s kw m ? ∴混合功率估算：3/s kw 17~3.4m N Q ?= 1-3-3 e e )30.1365~65.686(s 8s a 1014.1m /s kw 17~3.41000t 1000t 1000s P K Q Q K G ≈????===?）（μμ 取搅拌速度梯度1-s 740=G 2）体积循环次数'Z 搅拌器排液量'Q ，213.08.008.1385.0)/(333'=??==s m nd k Q q 折叶桨式，片，245=?=Z θ，流动准数385.0k q 取，见表4-27查取； ---n 搅拌器转速） （s /r ；d 搅拌器直径（m) 转速d 60n πν=；---线速度v ，直径d ，根据表4-30查取。 ()266.03===?V t nd k V t Q Z q '' 容积 3）混合均匀度U ，一般为80%～90%。U 取80%。 9、搅拌机的布置形式、加药点设置。 1）立式搅拌机的布置：一般采用中央置入（或称顶部插入）式。 2）搅拌器的位置及排泄方向：搅拌器的位置应避免水流直接影响侧面冲击。搅拌器距液面的距离
教学基本内容： 介绍生物反应器设计特点与生物学基础；生物反应器中传质与传热问题；几种常见的生物反应器，通风发酵设备、嫌气发酵设备以及动植物细胞培养反应器；生物反应器的比拟放大。 7.1生物反应器设计特点与生物学基础 7.2生物反应器中传质与传热问题 7.3通风发酵设备 7.4嫌气发酵设备与动植物细胞培养反应器 7.5生物反应器的比拟放大 授课重点： 1. 生物反应器中传质与传热问题 2. 搅拌转速和通气量对好氧发酵的影响 3. 通风发酵设备中搅拌功率的计算 4. 通风发酵设备的比拟放大 难点： 1. 生物反应器中传质与传热问题 2．通风发酵设备的比拟放大 本章主要教学要求： 1. 了解生物反应器设计的基本特点。 2. 理解生物反应器中传质与传热的问题 3. 了解搅拌转速和通气量对好氧发酵的影响 4. 掌握通风发酵设备中搅拌功率的计算 5. 掌握通风发酵设备的比拟放大
生物反应器的概念提出： 20世纪70年代，Atkinson提出了生化反应器(Biochemical reactors)一词，其含义除包括原有发酵罐外，还包括酶反应器、处理废水用反应器等。期间，Ollis 提出了另一术语——生物反应器（Biological Reactor)。 生物反应器不仅包括传统的发酵罐、酶反应器，还包括采用固定化技术后的固定化酶或细胞反应器、动植物细胞培养用反应器和光合生化反应器等。 虽然生物反应器这一术语出现时间不长，但人们利用生物反应器进行有用物质生产却有着悠久的历史。我们祖先酿制传统发酵食品时使用的容器就是最初的生物反应器。20世纪40年代是生物反应器的开发、研制和应用获得迅速发展的阶段之一。随后，由于一些著名生化工程学者的出色工作，极大地推动了生物反应器技术的发展，建立了常规生物反应器的比拟放大理论。本章仅就几类主要生物反应器及其放大的基本原理做一介绍。 7.1生物反应器设计特点与生物学基础 生物反应器的设计除与化工传递过程因素有关外，还与生物的生化反应机制、生理特性等因素有关。 7.1.1 生物反应器的特点及操作特性 生物反应器与化学反应器在使用中的主要不同点是生物（酶除外）反应都以“自催化”（Autocalalysis)方式进行，即在目的产物生成的过程中生物自身要生长繁殖。另外，1、由于生物反应速率较慢，生物反应器的体积反应速率不高； 2、与其他相当生产规模的加工产品相比，规模较大； 3、对于好氧反应，因通风与混合等，动力消耗高； 4、产物浓度低。 生物反应器的作用就是为生物体代谢提供一个优化的物理及化学环境，使生物体能更快更好地生长，得到更多需要的生物量或代谢产物。 不同类型的工业用生物反应器中，基质、产物和生物体浓度会随时间和生物反应器内的位置而变化。这些生物反应器的操作特性及其应用领域如表7-1。 高效生物反应器的特点是设备简单，结构严密，良好的液体混合性能，较高的三传速率，能耗低，易于放大，具有配套而又可靠的检测及控制仪表等。判断生物反应器好坏的标准应是该装置能否适合工艺要求，以获得最大的生产效率。 7.1.2生物反应器的生物学基础
搅拌器设计计算 （作者：纪学鑫） 一、设计数据： 1、混合池实际体积V=1.15m ×1.15m ×6.5m ≈8.60m 3 ∴设混合池有效容积V=8m 3 2、混合池流量Q=0.035m 3/s 3、混合时间t=10s 4、混合池横截面尺寸1.15m ×1.15m ，当量直径D= πω4L =π15.115.14??=1.30m 5、混合池液面高度H =24πD V =m ..π036301842 ≈?? ∴混合池高度H ＇=6.03m+（0.3～0.5）m=6.33～6.53 (m);取6.5m 6、挡板结构及安装尺寸()m 54.0036.0m 241361～）（～≈?? ? ??D ；数值根据《给水排水设计手册》表4-28查得，以下均已此手册作为查询依据。 7、取平均水温时，水的粘度值()s a ?P μ=1.14×10-3s a ?P 取水的密度3/kg 1000m =ρ 8、搅拌强度 1）搅拌速度梯度G ，一般取500～1000s -1。 混合功率估算：N Q =K e Q(kw) K e --单位流量需要的功率，K e 一般=4.3～173/s kw m ? ∴混合功率估算：3/s kw 17~3.4m N Q ?= 1-3-3 e e )30.1365~65.686(s 8s a 1014.1m /s kw 17~3.41000t 1000t 1000s P K Q Q K G ≈????===?）（μμ 取搅拌速度梯度1-s 740=G 2）体积循环次数'Z 搅拌器排液量'Q ，213.08.008.1385.0)/(333'=??==s m nd k Q q 折叶桨式，片，245=?=Z θ，流动准数385.0k q 取，见表4-27查取； ---n 搅拌器转速） （s /r ；d 搅拌器直径（m) 转速d 60n πν=；---线速度v ，直径d ，根据表4-30查取。
搅拌器设计计算 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998
搅拌器设计计算 （作者：纪学鑫） 一、设计数据： 1、混合池实际体积V=××≈ ∴设混合池有效容积V=8m3 2、混合池流量Q=s 3、混合时间t=10s 4、混合池横截面尺寸×，当量直径D= πω4L =π15.115.14??= 5、混合池液面高度H =24πD V =m ..π03630 1842≈?? ∴混合池高度H ＇=+（～）m=～ (m);取 6、挡板结构及安装尺寸()m 54.0036.0m 241361～）（～≈?? ? ??D ；数值根据《给水排水设计手册》表4-28查得，以下均已此手册作为查询依据。 7、取平均水温时，水的粘度值()s a ?P μ=×10-3s a ?P 取水的密度3/kg 1000m =ρ 8、搅拌强度 1）搅拌速度梯度G ，一般取500～1000s -1。 混合功率估算：N Q =K e Q(kw) K e --单位流量需要的功率，K e 一般=～173/s kw m ? ∴混合功率估算：3/s kw 17~3.4m N Q ?= 取搅拌速度梯度1-s 740=G 2）体积循环次数'Z
搅拌器排液量'Q ，213.08.008.1385.0)/(333'=??==s m nd k Q q 折叶桨式，片，245=?=Z θ，流动准数385.0k q 取，见表4-27查取； ---n 搅拌器转速） （s /r ；d 搅拌器直径（m) 转速d 60n πν=；---线速度v ，直径d ，根据表4-30查取。 3）混合均匀度U ，一般为80%～90%。U 取80%。 9、搅拌机的布置形式、加药点设置。 1）立式搅拌机的布置：一般采用中央置入（或称顶部插入）式。 2）搅拌器的位置及排泄方向：搅拌器的位置应避免水流直接影响侧面冲击。搅拌器距液面的距离通常小于搅拌器直接的倍。 二、搅拌器的选用及主要参数 1. 选用折叶桨式 2. 桨叶数2=Z 3. 搅拌器直径0.8m d m 0.867~433.0m 32~31d ==?? ? ??=，取）（）（D 4. 搅拌器螺距d s = 5. 搅拌器层数d H ，取7，（公司取层数4） 6. 搅拌器外缘线速度ν取（～）m/s 7. 搅拌器宽度：b=（～）d=（～）m,取 三、搅拌器转速及功率设计 1、根据要求的搅拌梯度G 值计算： 1）搅拌器外缘线速度ν取m/s 2）搅拌器转速：