题目：200T内循环气升式生物发酵罐
目录
一、绪论............................................... - 1 -
二、设计任务........................................... - 3 -
三、反应器基本设计参数设计.............................. - 7 -
（一）液体喷射循环反应器基本设计参数 ................... - 7 - （二）液体喷射循环反应器的循环阻力..................... - 9 - （三）驱动循环的功率和效率............................ - 10 - 四、设备工艺结构计算.................................... - 10 - 五．辅助设备设计选型.................................... - 14 -
六、热量衡算............................................ - 16 -
七、设计数据............................................ - 17 -
八、设计总结............................................ - 17 - 参考文献 ............................................... - 18 -
一、绪论
1. 发酵工程课程设计的目的和要求
课程设计是《发酵工程》课程的一个总结性教学环节，是培养学生综合运用本门课程及有关选修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练，也是生物工程专业学生必备的能力。特别在现在生物发酵产业日趋扩大，在国民经济中的迅速发展且越来越受到亲睐，加之现在能源危机，作为一个好的发酵工厂设计师必须要有很好的课程设计的能力，而教学计划中的课程起着培养学生独立工作和课程设计能力的重要作用。
课程设计不同于平时的作业，在设计中需要学生自己做出决策，即自己确定方案，选择流程，查取资料，进行过程和设备计算，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复的分析比较，择优选定最理想的方案和合理的设计。所以，课程设计是培养学生独立工作能力的有益实践。
通过课程设计,学生应该注重以下几个能力的训练和培养：
1. 查阅资料，选用公式和搜集数据(包括从已发表的文献中和从生产现场中搜集)的能力；
2. 树立既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上的合理性，并注意到操作时的劳动条件和环境保护的正确设计思想，在这种设计思想的指导下去分析和解决实际问题的能力；
3. 迅速准确的进行工程计算的能力；
4. 用简洁的文字，清晰的图表来表达自己设计思想的能力。
2.发酵工程课程设计的内容和步骤
（一）课程设计的基本内容
1. 设计方案简介对给定或选定的工艺流程，主要的设备型式进行简要的论述；
2. 主要设备的工艺设计计算包括工艺参数的选定、物料衡算、热量衡算、设备的工艺尺寸计算及结构设计等；
3. 典型辅助设备的选型和计算包括典型辅助设备的主要工艺尺寸计算和设备型号规格的选定；
4. 带控制点的工艺流程简图以单线图的形式绘制，标出主体设备和辅助设备的物料流向、物流量、能流量和主要化工参数测量点；
5. 主体设备工艺条件图图面上应包括设备的主要工艺尺寸，技术特性表和接管表；
完整的课程设计由说明书和图纸两部分组成。说明书是设计的书面总结，也是后续设计工作的主要依据。
（二）课程设计的步骤
1. 确定设计任务；
2. 阅读指导书和查阅资料；
3. 现场调查；
4. 设计计算，绘图和编写说明书；
5. 考核和答辩。
3.带控制点的工艺流程图的绘制
带控制点的工艺流程图是一种示意性的图样,它以形象的图形、符号、代号表示出化工设备、管路、附件和仪表自控等，借以表达出一个生产中物料及能量的变化始末。
4.主体设备工艺条件图
主体设备是指在每个单元操作中处于核心地位的关键设备，如传热中的换热器，蒸发中的蒸发器，蒸馏和吸收中的塔设备(板式塔和填料塔)，干燥中的干燥器等。一般，主体设备在不同单元操作中是不同的，即使同一设备在不同单元操作中其作用也不相同，如某一设备在某个单元操作中为主体设备，而在另一单元操作中就可变为辅助设备。例如，换热器在传热中为主体设备，而在精馏或干燥操作中就变为辅助设备。泵、压缩机等也有类似情况。
主体设备工艺条件图是将设备的结构设计和工艺尺寸的计算结果用一张总图表示出来。图面上应包括如下内容:
1. 设备图形指主要尺寸(外形尺寸、结构尺寸、连接尺寸)、接管、人孔等；
2. 技术特性指装臵的用途、生产能力、最大允许压强、最高介质温度、介
质的毒性和爆炸危险性；
3. 设备组成一览表注明组成设备的各部件的名称等。
应予以指出，以上设计全过程统称为设备的工艺设计。完整的设备设计，应在上述工艺设计基础上再进行机械强度设计，最后提供可供加工制造的施工图。这一环节在高等院校的教学中，属于化工机械专业中的专业课程，在设计部门则属于机械设计组的职责。
二、设计任务
1.设计任务以葡萄糖发酵酒精为例，设计一200T内循环气升式生物酒精发酵罐。设计包括设计说明书一份，设备装配图一张。
2.设计任务说明
气升式生物反应器是应用较广泛的一类无机械搅拌式的生物反应器。气升式生物反应器是在鼓泡塔反应器的基础上发展起来的，它是利用空气的喷射功能和流体重度差造成反应液循环流动，来实现流体搅拌、混合和传氧。
气升式发酵罐是最为组要和常见的气升式生物反应器，发酵罐分为上升管和下降管，含气量高的发酵液上升，含气量低的发酵液下降，压力表推动发酵液的罐内循环。上升管和下降管装臵在罐外，称为外循环；装臵在罐内，称为内循环。气升式发酵罐具有结构简单，易于清洗维修，不易染菌，能耗低、溶氧效率高，安装维修方便等特点。
气升式发酵罐有带升发酵罐、空气提升式发酵罐、气升及外循环发酵罐、气升环流发酵罐等型式。目前中国生产的产品有玻璃气升罐（CFQS）、不锈钢气升罐（CUQS）两类，玻璃气升罐的体积为15L、10L、15L；不锈钢气升罐体积为0.005~150kL，高径比3~10。是适合培养微生物细胞生物量的反应器，也可用于一些对溶氧要求不高的微生物代谢反应，近几年也用于酒精等厌氧发酵。气升式发酵罐结构形式有内循环、外循环、气体环流、筛板、塔式等。
2.1气升式发酵罐特点
气升式发酵罐结构简单，节省动力，操作维修方便，杂菌污染机会少，装料系数高（80%~90%）,氧的传质系数高，可用于高浓度培养。例如，喷射式环流发酵罐
与机械搅拌式发酵罐在同样的能耗下，样的传递速度高得多。其具体特点如下：（1）反应溶液分布均匀：气液固三相的均匀混合与溶液成分的混合分散良好是生物反应器的普遍要求，因其流动混合与停留时间分布均受到影响。对许多间歇或连续加料的通气发酵，基质和溶氧尽可能均匀分散，以保证其基质在发酵罐内各处的浓度都落在0.1%~1%范围内，溶氧为10%~30%。这对需氧生物细胞生长和产物生成有利。此外还需要避免发酵罐液面生成稳定的泡沫层，以免生物细胞聚集与上而受损害甚至死亡。还有培养基成分尤其是有淀粉类易沉降的颗粒物料，更应能悬浮分散。气升环流反应器能很好的满足这些要求。
（2）较高的溶氧速率和溶氧效率：气升式反应器有较高的气含率和比气液接触介面，因而有高传质速率和溶氧效率，体积溶氧效率通常比机械搅拌罐高，k La可达2000h-1，且溶氧功耗相对较低。例如一台25m3的ALR，溶氧速率2~8kg/(m3.h)，效率达1~2kg(O2)/(kW.h).
（3）剪切力小，对生物细胞损伤小：由于气升式反应器没有机械搅拌叶轮，故对细胞的剪切损伤可减至最低，尤其适合植物细胞和组织培养。
（4）传热良好：好气发酵罐产生大量发酵热，如酵母培养旺盛是发酵液高达3.0~4.8×105kJ/(m3.h),而传热温差则只有几度（℃）尤其夏季，若使用非冷冻水，则只要3~10℃左右，股需要很大换热面积与传热系数。气升式生物反应器因液体综合循环效率高，同时便于在外循环管路上加装换热器，以保证除去发酵热控制适宜的发酵温度，即所谓的具有外循环冷却的气升式发酵罐。
（5）结构简单，易于加工制造：气升式反应罐内无机械搅拌器，故不需安装结构复杂的搅拌系统，密封也容易保证，故加工制造方便，设备投资低。故发大设计制造大型和超大型发酵反应器也已实现，如国际上著名的ICI压力循环发酵罐体积达3000m3另一种“BIOHCH”也达 3000m3以上。更大的反应器如鼓泡塔是”Bayer AG”反应器体积达13000m3目前用于生化废水处理。
（6）操作和维修方便：因气升式发酵罐无机械搅拌系统，故结构简单，能耗低，操作方便，特别是不易发生机械搅拌轴封容易出现渗漏染菌问题；另外因无机械搅拌产热，故发酵总热量较低，便于热冷却系统的装设。
此外，气升式发酵罐设计技术已成熟，易于放大放大设计和模拟。
2.2气升式发酵罐的类型及原理
（1）带升式发酵罐
带升式发酵罐的特点是：结构简单，冷却面积小；不需要交半设备，节省动力月50%；装料系数达80%~90%；维修操作及清洗简便，减少杂菌污染。
带升式发酵罐的工作原理：其主要工作原理是在管外装臵上升罐，上升罐两端与罐底及上部相连接，构成一个循环体系。在上升管的下部装臵空气喷嘴，空气以250~300m/s的高速喷入上升管，使空气分割细碎，与上升罐的发酵液密切接触。由于上升罐内部发酵液密度相对较小，加上压缩空气的功能，使液体上升，罐内液体下降进入上升管，形成反复循环，有内循环（图1中a）和外循环（图1中b）两种。
（2）气升及外循环发酵罐
其原理是：空气从罐底内进入，利用气体分布器使空气分散与液体充分混合上升，经带升官回流返回罐的底部，下部的发酵液经循环泵热交换器送至灌顶的喷淋器喷淋器起消泡作用。这种罐适用于石蜡为原料的发酵。罐内压力可维持500kPa。样的传递系数较高，可用于高浓度培养，菌体质量分数可达6%以上。
图1 带升式发酵罐
1—人孔；2—视镜；3—空气管；4—上升管；
5—冷却器；6—单向阀门；7—空气喷嘴；
8—带升管；9—罐体;
（3）气升环流发酵罐
气升环流发酵罐的形式较多，常用的有高位发酵罐、低位发酵罐及压力发酵罐几种。罐的结构简单，易于放大，罐的高度增大可以提高样的传递系数增大对流体的驱动力，驱动力的调节是通过气体的流量控制的。
具有外循环冷却的气升环流式发酵罐，通气管与罐底的距离是通气管直径的0.5~1.5倍气体经多空管送入罐内，多空板之下是气液分离带，此处回流培养液的泡气率降至10%以下。从罐底引出培养液，用离心泵送到热交换器后从上部回流入罐内。
Franckowaik气升环流发酵罐，在发酵罐内装有多个圆筒，部分作为冷却管，部分作为通气管。通气管底部设多孔板使进入的空气分散；培养液沿通气管上升，在管外空间下降。罐的高径比比较小，可节省空气的压缩动力。上升管与下降管总截面积之比为0.5~2，最好在0.8~1.2范围。
对于培养植物或动物细胞，要求没有高度的剪切力，防止对细胞伤害，设备对培养基应能充分搅动均匀分散。细胞培养多采用气升环流式。气体从转轴通入，由底部的环形吹泡管喷出，向上与培养液均匀接触后由上部排出。气流的气泡与培养基充分混合，有旋转地推进口排出，向下流动至下部，被旋转的推进器吸入后排出，形成环流。设备对供气、氧、氮、二氧化碳均能控制。设备特点是低转速高溶氧。
（4）塔式发酵罐
塔式发酵罐又称空气搅拌高位发酵罐，此类发酵罐的用途较多，已获得推广使用。发酵罐特点是：罐身高。中国土霉素等生产用的设备，高径比约为7，罐内装有导流筒。由于液位高，空气利用率高，节省空气约50%，节省动力约30%；设备简单，不用电机搅拌，但底部有沉淀物，温度高时较难降温。
塔式发酵罐适用于多级连续发酵。有的多级连续发酵器具有10多层筛板，用于微生物产水杨酸的培养。在实验室中对金霉素发酵进行错流多级半连续发酵试验，定期以新培养基臵换发酵液，并补充新的种子培养液。实验结果认为可防止菌丝的衰老和野生菌的产生，连续发酵800h后，效价仍能稳定在一定水品。
2.3气升式发酵罐的应用
气升式反应器在单细胞蛋白的生产和污水处理中用得最多，也广泛用于植物细
胞和动物细胞的培养，也有用于其他微生物发酵的。用于污水处理的气升式竖井循环反应器已有100m 到300m 深的规模。这类反应器实际上是外循环反应器，一个竖井作为上升管，另一个竖井作为下降管，由于装液很深，在上升管底部通气促使循环能耗太大，因此希望在下降竖井内用喷嘴向下喷入气液混合物以维持循环，但此动力不足以启动循环，因此在开车时，先由上升管通气，进入循环后在慢慢转换成下降管的通气，理想状况是达到稳定操作时只需向降液竖井通气。
内循环气升式反应器以用于酒精发酵中。压缩的CO 2从底部鼓泡进入反应器内，在反应器顶和挥发的乙醇一起排出。混合气经压缩冷凝，乙醇气体在高压冷凝下与CO 2分离，变成液体排出冷凝系统后收集，以减少产物抑制，高压CO 2返回反应器入口。在下降管内，沉降下来的细胞被收集返回上升管，保持高细胞密度，以提高反应器发酵速率。用通常的发酵罐，产物流中的已醇含量约为14%（体积分数），用而这样的反应器，包括冷凝收集的乙醇，总出口乙醇含量可达到20%。
Koning 和Schugerl 曾将气升式反应器用于青霉素的发酵，实验规模为：反应器的通气管高280cm ，直径20cm ，外循环管5cm,。菌体以颗粒状存在，在非优化的条件下，由于菌密度降低，青霉素的绝对产量降低35%，但是单位功率产生的青霉素产量大大提高，放罐时发酵液易于分离，因此认为用气升式反应器是一种更经济的生产青霉素的方法。
气升式生物反应器不适合用于表面活性剂的生产，因为气升式反应器的剪切力不足以更新表面活性剂微囊的表面。也不适合高粘度的非牛顿型流体反应体系。
三、 反应器基本设计参数设计
本设计为气液混合式喷嘴循环反应器，基本参数有以下几种。
（一）液体喷射循环反应器基本设计参数
一般状况下葡萄糖的浓度为20%，则此发酵液密度331.210/kg m ρ=?. ① 反应液的体积为 3/200000/1200166.67R V m m ρ===
取反应器高径比 8t
H s D =
=
则 2
23
222t R t t t D V H D D D πππ??=??=??= ???
，
带入R V ,求得反应器直径D t 与发酵液高H ：
3,24t D m H m
==
② 反应液质量R M
3
/4 1.283 3.14/4203.472R
m R m t M
V s D t
ρρπ=?=???=???=
气升式反应器液体在循环管内的流速一般为为1.2 1.4/m s ，在这里我们取液体在循环管内的流速 1.3/m s μ=.
取导流管（内筒）直径D r 与反应器直径D t 之比：/0.85r t D D =， 则 3 2.55t r D m D m =?=. 管内平均质量流为2M
2
2211200 3.14 2.55 1.3
2.21/4
36004
r
M V D kg h ρρπμ???=?=?
?=
=?.
设发酵液进出口质量流率1 1.105/M kg h =，喷嘴直径0.5m.. ③ 循环比γ
3112121/()/1/3M M M M M M M γ==+=+=.
而2
114
M D v πρ=
??，所以1
2
4M v D πρ
=
,带入0.5D m =，16.82/v m s =，即喷
嘴中流体流速为16.82/m s . ④ 平均循环速度m u 3
3
12
2
2
2
8888 1.10533600 2.82/1200 3.143
m t
m t
m t
V M M u m s
D D D γ
πρπρπ???==
=
=
=????.
⑤ 循环空速
1
33 2.820.058752424
m u R
R
M V u s
M V H
γ-=
=
=
=
=?.
⑥ 平均循环时间 1
3
217.02R um u m
M H t s
M u γ-=
===
⑦ 平均停留时间 31
13
51.06R R m um M M M t t s M M M γ?=
=
=?=?
⑧ 平均喷嘴出口液体流速 1
1
1222
1
11
444 1.105360016.82/1200 3.140.5
V M u m s D
D
πρπ??=
=
=
=??
⑨ 喷嘴雷诺数
由文献20°C 下葡萄糖的运动粘度 621.60510/m m s ν=?. 喷嘴处的运动粘度 6210.90510/m s ν=?. 则喷嘴处雷诺数1e R
6
11
1
16
1111
44 1.1053600
9.3310
0.9051012000.5 3.14
e u D M R D ννρπ-???=
=
=
=??????.
⑩ 平均循环雷诺数em R
3
6
16
888 1.1053600 1.7510
1.6051012003 3.14
m t
em m m m t m m t
u D M v
R D D γ
ννρπ
πνρ-???=
=
=
=
=?????????
? 雷诺数之比
6
11161
220.9051012000.53
0.5641.6051012003
em e m m t
R D R D νργ
νρ????????=
=
=?????.
（二）液体喷射循环反应器的循环阻力
阻力数：22u
u m m
p u
ξρ?=
?，其中u p ?是液体循环所引起的阻力。
()
2
2
2
212
2
113
3
2.76822
2.55
0.53m r u t
t D D D D ργξρ--??
???≈
??=
?
?
= ? ??????
.
2
2
2.7681200 2.82
13207.32
2
u m m
u u p N ξρ?????=
=
=.
（三）驱动循环的功率和效率
2
3
3
3
1
2
3
1111111/8/8 3.1412000.516.82/8560.3L e p D u u R D kW πρπρ-=??=???=???=
2
2
2
3
310.50.5/16
u m u m u m m t m u p v u M u D u ρξξγπρξ=???=???=
23
3.1412003 2.82 2.768
131.5716
kW ????=
=
满足条件L p 必须大于u p ，则产生循环的效率23.5%
u L
p p η=
=.
四、设备工艺结构计算
1.发酵罐直径
根据前面的计算结果，发酵罐的直径为3t D m =。 2．发酵罐总高
封头及气液分离区总高高取 03h m =，
则发酵罐总高为：
'
024327H H h m
=+=+=.
3．发酵罐的材料
发酵罐臵于露天环境，要进行良好的保温，以降低生产中的耗冷量，所用保温材料要求热导率低，密度小，吸水率低，不易燃烧。
聚苯乙烯泡沫塑料是最佳绝缘材料，但价格较高，聚苯胺树脂价格较便宜，可现场发泡喷涂，施工方便，但易燃。两种材料的保温厚度为15-20cm ，膨胀珍珠岩因易吸水，保温性能要差一些，但价格低廉，使用厚度为20-25cm 为宜，结
合本设计实际情况，综合考虑选价格中等的聚酰胺树脂作为保温材料。
保温材料外部设防护层，采用瓦楞型板材，罐体采用型号为0Cr18Ni9的不锈钢。
4．椭圆封头的设计
常见的上封头有球冠形封头、半球形封头、蝶形封头、椭圆形封头，由于椭圆部分经线曲率平滑连续，故封头中盈利分布计较均匀，另外椭圆形封头深度较半球形封头小得多，易于冲压成形，故本设计采用椭圆形封头。
4.1设计参数的确定
（1）．设计压力P
设计压力是指发酵罐顶部的最高工作压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷条件，其值不得低于工作压力。本设计发酵罐上装有安全阀，考虑到安全阀开启动作的滞后，容器不能及时泄压，设计压力P不能低于安全阀的开启压力，通常设计压力为安全阀开启压力的1.05-1.1倍，本设计采用设计压力为安全阀开启压力的1.1倍。
本设计采用一罐法发酵工艺发酵，在发酵过程中去安全阀的最大开启压力为0.16Mpa。则设计压力P=1.1×0.16=0.176MPa
（2）．设计温度
设计温度是指容器在正常工作情况下，在相应的设计压力下，设定的受压元件的金属温度，它用于确定材料的许用应力，本设计发酵罐最高的工作温度为16℃，为安全起见，考虑到发酵罐有保温和保冷措施，及一定的安全性。设计温度取18℃。
（3）．许用应力
许用应力是容器壳体、封头等受压元件的材料允许的最高强度。本设计选用的材料为不锈钢0Cr18Ni9型号，查表知其许用应力为137Mpa。
（4）．焊接接头系数
通过焊接制成的容器，其焊缝的强度比较薄弱，为了补偿焊接时可能出现的焊接缺陷对容器强度的影响，引入了焊接接头系数φ，它反映了由于焊接连接时材料强度的削弱程度，本设计采用焊接方式为双面角焊接，全部无损探伤，故焊接系数为1。
（5）．厚度附加量
按公式计算得到的容器厚度，不仅要满足强度和刚度要求，而且还要根据实际情况加入一定的厚度附加量C 。
C=C 1+C 2
式中 C 1——厚度负偏差，C 2——腐蚀裕量 本设计取C 1=0.3mm ，C 2=1mm ，故C=1.3mm 。 4.2．椭圆封头厚度的计算
c
t
i
c P 5.0][2D P K -Φσ=
δ
式中： δ——计算厚度
K —形状系数，此处选标准椭圆形封头，故为1。
t
]
[σ——设计温度下材料的许用应力，又由材料0Cr18Ni9查表得
[σ]t =137MPa 。
Φ
——焊接接头系数，Φ=1.
则 176
.05.0113723200
176.01?-????=δ
=2.06mm
设计厚度δd =δ+C=2.06+1.3=3.36mm ，圆整至4mm 。即名义厚度δn =4mm 。 又由于标准椭圆形封头的厚度不小于0.15%D i ，0.15%Di=3200×0.15%=4.8mm>δn =4mm ，（注：为简化计算，取加工减薄量为0）故取厚度为4.8mm ，圆整至5mm 。
4.3．椭圆封头强度校核 （1）：压力校核 最大允许工作压力：[P w ]=
e
i e t
5.0D K ][2δ+φδσ
式中e δ——封头的有效厚度
e δ=n
δ-C=5-1.3=3.7mm ，故[P w ]=
7
.35.0320017.311372?+????=0.32MPa>P c =0.176Mpa(设计
压力)
故压力校核符合要求。 （2）：应力校核:
e
e i 2D P δδ+=
σ）
（
式中P —试验压力，本处取最大工作压力[P w ]
σ——试验压力下的许用应力
所以7
.327.3320032.0?+?=
σ）
（=57.2Mpa<φσt ][=137Mpa
故应力校核符合要求 5．圆柱筒体的设计 5.1．筒体厚度的计算
c
t
i c P ][2D P -Φσ=
δ
式中 P c —筒体的计算压力，本处取计算压力等于设计压力
δ——筒体的计算厚度
每次进发酵罐的发酵液体积为86.5m 3，设锥底体积为V ，则
V=8.223.214.331h 2D 312
2
???
? ????=??? ??π=7.5m 3
设圆柱筒体内发酵液高度为h 则
86.5-4.7=π×（D/2）2×h
得：h=10.2m
发酵液产生的最大压强P=ρgh=1032×9.8×10.2=0.103Mpa 则筒体设计压力P=1.1×（0.103+0.176）=0.307Mpa 。 又[σ]t =137Mpa ， φ=1
δ=P ×D i /(2[σ]t φ-P )=0.307×3200/（2×137-0.307）=3.6mm
设计厚度δd =δ+C 1+C 2=3.6+0.3+1=4.9 圆整至5mm 5.2．筒体强度校核 （1）：压力校核
最大工作压力：[P w]=2[σ]tφ(δ-C)/[D i+(δ-C)]
=2×137×1×(5-1.3)/[3200+(5-1.3)]
=0.316MPa>0.307MPa(设计压力)
（2）：应力校核
σ=P[D i+(δ-C)/2(δ-C)φ
=0.307×[3200+(5-1.3)]/[2×(5-1.3)
=131MPa<137MPa=[σ]t
则选择5mm符合要求
五．辅助设备设计选型
正压保护阀
发酵罐内压力升高时，会发生危险，因此，必须安装正压保护阀。空罐的压力变化特别明显，罐容越大，危险性越大。正压保护阀安装在锥形罐的顶部。
真空阀
大罐对真空很敏感，较小的负压就会导致其外形的改变，负压造成的危险远比大罐超压要大，即使温度只有很小的变化，也会造成较大的气体体积的变化。
CIP清洗装臵
发酵完毕后，通常要对罐进行清洗，冲洗喷头与罐顶装臵相连接，保证灌顶和罐体都能很好地被清洗，大罐清洗装臵有下列三种：固定式洗球，旋转式洗球和旋转式喷射洗球。本设计采用最后一种。
温度传感器
在主发酵过程中，需要进行准确的温度控制和精确的温度测量，由于在这期间内会出现强烈的对流，形成温差，因此，需要在罐的上部1/3处分别安装温度传感器，并连接计算机，实现自动化控制。
液位高度传感器
罐内液位的检查很重要，通过压差变送器，可将压力信号转换为液位高度，通过计算机显示出液位的高度。
压力传感器
在发酵和贮酒中，必须监控锥形罐的压力，本设计采用压力传感器与计算机采
集数据，随时检查正压、负压保护阀是否正常。
最低液位和最高液位探头
为保证进液时不超过最高液位，出罐时能终止液体流出，在发酵罐上下两部位均安装相应探头，同时与计算机相连接，事先自动化管理。
人孔
由于本设计的重点设备发酵罐属于内压容器，故应选择受压人孔，受压人孔有回转盖式，吊盖式。吊盖式人孔使用方便，垫片压紧较好，而回转盖式人孔结构简单，转动时所占空间较小，如布臵在水平位臵，开启时较为费力，综合考虑，本设计选用吊盖式人孔。公称直径选为500mm。
视镜
因为视镜要装在封头上（装在人孔盖上），取视镜Dg150YHS4-80-78-5，重17.8kg。补强圈Dg500JB120-73，S补=150*10/（300-163）=10.95mm ，故取100mm，重4.69kg。
洗涤液接管
选用钢管型号为：Dg80YB804-70（无缝耐酸）相应法兰：Pg6Dg100HG5010-58。
CO2回收压缩空气接管
选用钢管型号为：Dg80YB804-70（无缝耐酸）相应法兰：Pg6Dg100HG5010-58.
冷却剂进出接管
选用钢管型号为：Dg80 HG5010-58（无缝耐酸）相应法兰：Pg6Dg80HG5010-58 出料管
选用钢管型号为：Dg100YB231-70（无缝耐酸）相应法兰：Pg6Dg100HG5010-58 支座
支座的选择要根据罐的重量以及支座来进行，
罐的重量=表面积×厚度×密度
=（11.5×5+25×6+128.6×5）×7.9
=6719kg
酒的重量为:
90×1.065×1000=95850kg
总重为
95850+6719=102569kg 102569×9.8=1005176N
选JB/T4725-92，耳座B 8,长臂，带垫板，允许载荷250KN ，一共4个 上升管高度e H 及提升高度'h
由于e H 太小时，上升管与关内的压差小，循环速度慢，因此e H 一般不得小于4m 。提升高度'h 越小，提升效率越高；'h 越大，效率越低。当'h >2m 时，几乎不产生循环，罐内液面与上升罐内液面相平时，效率最高，所以罐内液面不允许低于上升管中心线0.5m ，也不允许超过1.6m 。因此：
设计22e H m =，'1h m =，并且上升管处于发酵罐中央。 喷嘴直径
0.5D m
=，处于发酵罐中央，喷口离罐底为1.5m
六、热量衡算
冷却面积计算
① 总发酵热 3
5
200100.18135.56 4.5210/0.18
60
Q kJ h ?=?
?
=?.
假定发酵时间为60h ，主发酵温度为F t =32°C,冷却水进出口温度分别为
1210C,25C
t t =?=?
②()()
()
3210322513.10ln 22/7m t ---?=
=
③取()2300/k kJ m h K =??， 所以冷却面积5
2
4.5210
115.030013.10
m
Q A m
k t ?=
=
=???
④平均温度17.5C m t =?， 4.185/()p c kJ kg K =?
5
21 4.5210
7200.3/()
4.18515
p Q w kg h c t t ?=
=
=-?
七、设计数据
表1 气升式酒精发酵罐设计基本参数
项目
数据 项目
数据 发酵罐直径D t (m)
3 上升管直径D r （m ） 2.55 发酵罐体积V R ′(m 3
) 200 上升管高度H e （m ） 22 发酵罐处理量(吨) 200 喷嘴直径D 1（m ）
0.5 发酵液高度H(m) 24 循环比γ
3 发酵罐高径比S 8
八、设计总结
通过本次课程设计，我对气升式生物反应器有了一个更深的认识，在完成课程设计要求的同时，也学会了许多知识，锻炼了自己课程设计、查阅文献、独立思考以及利用Auto CAD 绘图等各方面的能力。从设计的过程中，我也认识到了自己的许多不足。通过课程设计，我清楚的认识到理论与实际之间还是有很大差距的，理论知识学的好不一定就证明实际操作能力强，理论知识固然重要，但对生物工程专业来说，特别像发酵工程，都是实用性很强的专业，它更注重实际操作能力，只有将理论联系实际所学知识、理论才有用武之地才能发挥它应有的作用。其次，对于实际生产操作，理论知识应当符合实际，并不是全盘按照理论知识和数据严格指导要求实际生产。在课程设计和实际生产中必须学会对数据的近似处理，找到最佳、最符合生产实际的数据和要求，不能一味的追求实际与理论的完全吻合。所以，对一个工程师来说，具有丰富的生产实际和课程设计经验是非常重要的，这也同时证明了课程设计对我们的重要性。
但是，由于时间安排的不合理，课程设计与考研冲突导致本次课程设计并不是很成功，设计任务的选题也不是很合理。我本人认为，发酵设计是一个连续的过程，必须对某一个过程有一个全面的了解，才能把握个别单个设计要求与过程。对于初次搞设计的同学应该先给出一个明确的设计任务，才能让设计顺利进行下去。而本次设计，设计题目及要求过于简单，对我们初学设计的同学来说难度很大，因而也
将最导致很多同学马虎对待，降低课程设计的质量。最后，我觉得老师的培养方案有严重偏差，要求有严重不合实际，虽然我们学过了Auto CAD制图，但机械制图没有学想画出来一副标准的CAD图来，对我们仅学过一点点CAD知识的人来说那简直就是太不实际了。所以，本次设计相关的图做的不好是非常正常的。
对于本次课程设计，虽然我也学到了很多东西，但我还是认为这是一次非常失败的设计。
参考文献
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2)吴思方﹒生物工程工厂设计概论[M]﹒北京：中国轻工业出版社，2007
3)张元兴，许学书﹒生物反应期工程[M] ﹒上海：华东理工大学出版社，2001
4)陈洪章﹒生物过程工程与设备[M]﹒北京：化学工业出版社，2003
5)梁世中﹒生物工程设备[M]﹒北京：中国轻工业出版社，2002
6)郑裕国，薛亚平﹒生物加工过程与设备[M]﹒北京：化学工业出版社，2004
7)戚以政，夏杰﹒生物反应工程[M]﹒北京：化学工业出版社，2004
安徽工程大学课程设计任务书 课题名称：生物反应器设计（啤酒露天发酵罐设计） 姓名：吕超绍 指定参数： 1．全容：40m3 2．容积系数：75% 3．径高比：1：3 4．锥角：700 5．工作介质：啤酒 设计内容： 1．完成生物反应器设计说明书一份（要求用A4纸打印） 1)封面 2)设计任务书 3)生物反应器设计化工计算 4)完成生物反应器设计热工计算 5)完成生物反应器设计数据一览表 2．完成生物反应器总装图一份（用CAD绘图A4纸打印）设计主要参考书： 1．生物反应器课程设计指导书
2．化学工艺设计手册 3．机械设计手册 4．化工设备 5. 化工制图 露天发酵罐设计计算步骤 第一节发酵罐的化工设计计算 一、发酵罐的容积确定 在选用时V全=40m3的发酵罐 则V有效=Ｖ全×?=40×75%= 30m3（?为容积系数） 二、基础参数选择 1．D:H: 选用D:H=1:3 2．锥角：取锥角为700 3．封头：选用标准椭圆形封头 4．冷却方式：选取槽钢盘绕罐体的三段间接冷却（罐体两段，锥体一段，槽钢材料为A3钢，冷却介质采用20%、-4℃的酒精溶液 5．罐体所承受最大内压：2.5㎏/㎝3 外压：0.3㎏/㎝3 6．锥形罐材质：A3钢外加涂料，接管均用不锈钢 7．保温材料：硬质聚氨酯泡沫塑料，厚度200㎜ 8．内壁涂料：环氧树脂 三、D、H的确定 由D:H=1：3，则锥体高度H1=D/2tan350=0.714D(350为锥角
的一半) 封头高度H 2=D/4=0.25D 圆柱部分高度H 3=（3.0-0.714-0.25）D=2.04D 又因为V 全=V 锥+V 封+V 柱 =3π×D 2 /4×H 1+24 π×D 3 + 4 π×D 2 ×H 3 =0.187D 3+0.13D 3 +1.60D 3 =40 得D=2.75m 查JB-T4746-2002《椭圆形封头和尺寸》取发酵直径D=2800mm 再由V 全=40m 3 ，D=2.8m 得径高比为： D: H=1:2.9 由D=2800mm 查表得 椭圆封头几何尺寸为： h 1=700mm h 0=40mm F=8.85m 2 V=3.12m 3 筒体几何尺寸为： H=5712mm F=50.24m 2 V=35.17m 3 锥体的几何尺寸为： h 0=40mm r=420mm H=2169mm F=()220.70.3cos 0.644 sin d a a ππ ?? -++? ??? =0.619m 2
啤酒发酵罐设计：一罐法发酵，即包括主、后发酵和贮酒成熟全部生产过程在一个罐内完成。 1）发酵罐容积的确定： 根据设计，每个锥形发酵罐装四锅麦汁， 则每个发酵罐装麦汁总量V＝59.35×4＝237.4 m3 锥形发酵罐的留空容积至少应为锥形罐中麦汁量的25%， 则发酵罐体积至少应为237.4(1＋25%)＝296.75 m3, 为300 m3。 取发酵罐体积V 全 2）发酵罐个数和结构尺寸的确定： 发酵罐个数N＝nt/Z＝8×17/4＝34 个 式中n—每日糖化次数 t—一次发酵周期所需时间 Z—在一个发酵罐内容纳一次糖化麦汁量的整数倍 锥形发酵罐为锥底圆柱形器身，顶上为椭圆形封头。 设H﹕D＝2.5﹕1，取锥角为70°，则锥高h＝0.714D V全＝лD2H/4＋лD2h/12＋лD3/24 得D＝5.1 m H＝2.5D＝12.8 m h＝3.6 m 查表知封头高h封＝h a＋h b＝1275＋50＝1325 mm 罐体总高H总= h封＋H＋h＝1325＋12800＋3600＝17725 mm 3）冷却面积和冷却装置主要结构尺寸确定： 因双乙酰还原后的降温耗冷量最大，故冷却面积应按其计算。 已知Q＝862913 kJ/h 发酵液温度14℃3℃ 冷却介质（稀酒精）-3℃2℃ △t1＝t1－t2′＝14－2＝12℃ △t2＝t2－t1′＝3－（-3）＝6℃ 平均温差△t m＝(△t1－△t2)/㏑(△t1/△t2) ＝(12－6)/ ㏑(12/6) ＝8.66℃ 其传热系数K取经验值为4.18×200 kJ/(m2﹒h﹒℃) 则冷却面积F＝Q1/K△t m ＝862913/（4.18×200×8.66） ＝119.2 m2 工艺要求冷却面积为0.45～0.72 m2/ m3发酵液 实际设计为119.2/237.4＝0.50 m2/ m3发酵液
气弹簧 弹簧不受外力时，自然伸长为最小行程（指压缩行程）处，即最大伸长处； 活塞两边气压相等，由于受力面积不同，产生压力差提供气弹簧的支撑力； 气弹簧运动中瞬时提供的总支撑力包括两部分：压力差产生的支撑力和摩擦力。 外力压缩气弹簧，由于撑杆在气室内体积增大，压缩气体的有效容积变小，气室气压变大，压力差产生的支撑力变大； 摩擦力变化： 气室压力越大，摩擦力越大， 撑杆运动越快，摩擦力越大， 离自然伸长处越远，摩擦力越大； 气温影响气弹簧支撑力：气温越低，气室压力越低，气弹簧提供的支撑力越小。 气弹簧是以气体和液体为工作介质的一种弹性元件，由压力管，活塞，活塞杆及若干联接件组成,其内部充有高压氮气，由于在活塞内部设有通孔，活塞两端气体压力相等，而活塞两侧的截面积不同，一端接有活塞杆而另一端没有，在气体压力作用下，产生向截面积小的一侧的压力，即气弹簧的弹力，弹力的大小可以通过设置不同的氮气压力或者不同直径的活塞杆而设定。与机械弹簧不同的是，气弹簧
具有近乎线性的弹性曲线。标准气弹簧的弹性系数X介于1.2和1.4之间，其他参数可根据要求及工况灵活定义 气弹簧（gas spring)是一种可以起支撑、缓冲、制动、高度调节及角度调节等功能的配件。目前，该产品在医疗设备、汽车、家具、纺织设备、加工行业等领域都得到了广泛地应用。根据不同的特点及应用领域，气弹簧又被称为支撑杆、调角器、气压棒、阻尼器等. 气弹簧的基本原理是在密闭的腔体内压入惰性气体和油、或则油气混合物。根据气弹簧的结构和功能，气弹簧主要有自由型气弹簧、自锁型气弹簧、随意停气弹簧、牵引式气弹簧、阻尼器几种。 产品展示 气弹簧介绍 一、自由型气弹簧（支撑杆）是应用最为广泛的气弹簧。它主要起支撑作用，只有最短、最长两个位置，在行程中无法自行停止。在汽车、纺织机械、印刷设备、办公设备、工程机械等行业应用最广。 二、自锁型气弹簧（调角器、气压棒）在医疗设备、座椅等产品上应用的最多。该种气弹簧借助一些释放机构可以在行程中的任意位置停止，并且停止以后有很大的锁紧力（可以达到10000N以上）。 三、随意停气弹簧（摩擦式气弹簧）主要应用在厨房家具、医疗器械等领域。它的特点介于自由型气弹簧和自锁型气弹簧之间：不需要任何的外部结构而能停在行程中的任意位置，但没有额外的锁紧力。（选型参数基本可以参考自由型气弹簧）
长春工业大学化学与生命科学学院生物工程专业 《发酵工程》课程设计说明书 一、总论 1.1概论 传统啤酒发酵工艺 （1）主发酵又称前发酵，是发酵的主要阶段，也是酵母活性期，麦汁中的可发酵性糖绝大部分在此期间发酵，酵母的一些主要代谢产物也是在此期内产生的。发酵方法分两类，即上面发酵法和下面发酵法。我国主要采用后种方法。下面重点介绍下面啤酒发酵法。 加酒花后的澄清汁冷却至6.5～8.0℃，接种酵母，主发酵正式开始。酵 ，这是发酵的主要生化反母对以麦芽糖为主的麦汁进行发酵，产生乙醇和CO 2 应。主要步骤如下： ①用直接添加法添加酵母在密闭酵母添加器内将回收的酵母按需要量与麦汁混匀（约1:1），用压缩空气或泵送入添加槽内，适当通风数分钟。 ②酵母添加量添加量常按泥状酵母对麦汁体积百分率计算，一般为 0.5％～0.65％，通常接种后细胞浓度为800万～1200万个/ml。接种量应根据酵母新鲜度，稀稠度，酵母使用代数、发酵温度、麦汁浓度以及添加方法等适当调节。若麦汁浓度高，酵母使用代数多，接种温度及酵母浓度低，则接种量应稍大，反之则少。 ③发酵第一阶段又称低泡期。接种后15～20小时，池的四周出现白沫，并向中间扩展，直至全液面，这是发酵的开始。而后泡沫逐渐培厚，此阶段维持2.5～3天，每天温度上升0.9～1℃，糖度平均每24小时降1°Bx。 ④发酵第二阶段又称高泡期。为发酵的最旺盛期，泡沫特别丰厚，可高达25～30cm。由于麦汁中酒花树脂等被氧化，泡沫逐渐变为棕黄色。此阶段2～3天，每天降糖1～1.5％。 ⑤发酵第三阶段又称落泡期。高泡期过后，酵母增殖停止、温度开始下降，降糖速度变慢，泡沫颜色加深并逐步形成由泡沫、蛋白质及多酚类氧化
本技术新型公开了一种气弹簧式转轴结构，是用于笔记本电脑自动开启显示屏的装置，由基础构架、动力机构和制动阻尼机构三部分组成，充分利用了空气动力学原理，将活塞等部件由压缩空气产生的平向动力经曲柄凸轮等部件转化为带动总轴旋转的动力，当到达第一预设角度时，结构的制动阻尼机构输出制动力使总轴停止翻转，在自调角度范围内可将显示屏随意调整至最佳视角，其间因阻尼力的作用使显示屏可保持静止状态，本技术新型制造工艺简单、耐磨性好可靠性高为大批量生产提供了有效地保证。 技术要求 1.一种气弹簧式转轴结构，由基础构架、动力机构和制动阻尼机构三部分组成，其特征在 于：
所述基础构架主要包括系统承架、总轴和显示屏承架三大部件，其中系统承架上安装动力机构，并设置行程导轨使其动力定向传送，总轴与系统承架贯通滑动枢接，转动时可引起制动阻尼机构动作并带动显示屏承架翻转； 所述动力机构由气弹簧和动力转向机构组成，在气体压力作用的推动下气弹簧推动动力转向机构使其带动总轴旋转； 所述制动阻尼机构与总轴套连，由弹片组、止动凸轮和凹凸轮为主要部件组成，在总轴旋转到第一预设角度时制动阻尼机构进入制动阻尼状态。 2.根据权利要求1所述的一种气弹簧式转轴结构，其特征在于： 所述气弹簧包括活塞、活塞杆、滑块和滑块转轴，其中安装在活塞杆顶部的滑块通过滑块转轴与动力转向机构的曲柄连接，并沿所述系统承架上的行程导轨所限定的方向移动。 3.根据权利要求1所述的一种气弹簧式转轴结构，其特征在于： 所述动力转向机构由曲柄、曲柄凸轮转轴及曲柄凸轮为主要部件组成，所述曲柄凸轮为两个，其中一个通过曲柄凸轮转轴与系统承架滑动套连，另一个与总轴固定套连，两个曲柄凸轮的同向端由其中一个曲柄凸轮的轴杆串联并滑动连接曲柄，将来自气弹簧的平动改变成环绕总轴轴心的转动。 4.根据权利要求1所述的一种气弹簧式转轴结构，其特征在于： 所述止动凸轮的一端固连于系统承架之上，其转动中心与总轴滑动套连，它的内表面为凹凸面与所述凹凸轮的一侧表面接触。 5.根据权利要求4所述的一种气弹簧式转轴结构，其特征在于： 所述凹凸轮的转动中心贯穿固连于所述总轴，其一侧表面为凹凸面与所述止动凸轮的内表面相接触，另一表面为平面与弹片组相连。 6.根据权利要求5所述的一种气弹簧式转轴结构，其特征在于：
内蒙古科技大学信息工程学院过程控制课程设计报告 题目：啤酒发酵罐的温度控制系统设计 学生姓名：赵晓红 学号：0967112235 专业：测控技术及仪器 班级：09测控2班 指导教师：左鸿飞
前言 啤酒生产是一个利用生物加工进行生产的过程，生产周期长，过程参数分散性大，传统操作方式难以保证产品的质量。近年来，国外的各大啤酒生产厂家纷纷进军中国市场，凭借技术优势与国内的啤酒生产厂家争夺市场份额。国内的啤酒行业迫切要求进行技术改造，提高生产率，保证产品质量，以确保在激烈的市场竞争中立于不败之地。 啤酒的发酵过程是一个微生物代谢过程。它通过多种酵母的多种酶解作用，将可发酵的糖类转化为酒精和CO2,以及其他一些影响质量和口味的代谢物。在发酵期间，工艺上主要控制的变量是温度、糖度和时间。 啤酒发酵对象的时变性、时滞性及其不确定性，决定了发酵罐控制必须采用特殊的控制算法。由于每个发酵罐都存在个体的差异，而且在不同的工艺条件下，不同的发酵菌种下，对象特性也不尽相同。因此很难找到或建立某一确切的数学模型来进行模拟和预测控制我国大部分啤酒生产厂家目前仍然采用常规仪表进行控制，人工监控各种参数，人为因素较多。这种人工控制方式很难保证生产工艺的正确执行，导致啤酒质量不稳定，波动性大且不利于扩大再生产规模。 在啤酒生产过程中，糖度的控制是由控制发酵的温度来完成的，而在一定麦芽汁浓度、酵母数量和活性的条件下时间的控制也取决于发酵的温度。因此控制好啤酒发酵过程的温度及其升降速率是解决啤酒质量和生产效率的关键。 在本次啤酒发酵温度控制系统设计过程中各种工艺参数的控制采用串级控制系统实现，主要控制锥形发酵罐的中部温度，采用常规自动化仪表及装置来实现温度及其他参数的检测与控制、显示。
弹簧不受外力时，自然伸长为最小行程（指压缩行程）处，即最大伸长处； 活塞两边气压相等，由于受力面积不同，产生压力差提供气弹簧的支撑力； 气弹簧运动中瞬时提供的总支撑力包括两部分：压力差产生的支撑力和摩擦力。 外力压缩气弹簧，由于撑杆在气室内体积增大，压缩气体的有效容积变小，气室气压变大，压力差产生的支撑力变大； 摩擦力变化： 气室压力越大，摩擦力越大， 撑杆运动越快，摩擦力越大， 离自然伸长处越远，摩擦力越大； 气温影响气弹簧支撑力：气温越低，气室压力越低，气弹簧提供的支撑力越小。 气弹簧是以气体和液体为工作介质的一种弹性元件，由压力管，活塞，活塞杆及若干联接件组成,其内部充有高压氮气，由于在活塞内部设有通孔，活塞两端气体压力相等，而活塞两侧的截面积不同，一端接有活塞杆而另一端没有，在气体压力作用下，产生向截面积小的一侧的压力，即气弹簧的弹力，弹力的大小可以通过设置不同的氮气压力或者不同直径的活塞杆而设定。与机械弹簧不同的是，气弹簧具有近乎线性的弹性曲线。标准气弹簧的弹性系数X介于1.2和1.4之间，其他参数可根据要求及工况灵活定义 气弹簧（gas spring)是一种可以起支撑、缓冲、制动、高度调节及角度调节等功能的配件。目前，该产品在医疗设备、汽车、家具、纺织设备、加工行业等领域都得到了广泛地应用。根据不同的特点及应用领域，气弹簧又被称为支撑杆、调角器、气压棒、阻尼器等. 气弹簧的基本原理是在密闭的腔体内压入惰性气体和油、或则油气混合物。根据气弹簧的结构和功能，气弹簧主要有自由型气弹簧、自锁型气弹簧、随意停气弹簧、牵引式气弹簧、阻尼器几种。 产品展示 气弹簧介绍 一、自由型气弹簧（支撑杆）是应用最为广泛的气弹簧。它主要起支撑作用，只有最短、最长两个位置，在行程中无法自行停止。在汽车、纺织机械、印刷设备、办公设备、工程机械等行业应用最广。（具体参数见本网站或来电索取） 二、自锁型气弹簧（调角器、气压棒）在医疗设备、座椅等产品上应用的最多。该种气弹簧借助一些释放机构可以在行程中的任意位置停止，并且停止以后有很大的锁紧力（可以达到10000N以上）。（具体参数见本网站或来电索取） 三、随意停气弹簧（摩擦式气弹簧）主要应用在厨房家具、医疗器械等领域。它的特点介于自由型气弹簧和自锁型气弹簧之间：不需要任何的外部结构而能停在行程中的任意位置，但没有额外的锁紧力。（选型参数基本可以参考自由型气弹簧） 四、阻尼器在汽车和医疗设备上都用得比较多，其特点是阻力随着运行的速度而改变。可以明显的对相连的机构的速度起阻尼作用。（具体参数请来电索取） 五、牵引式气弹簧是一种特殊的气弹簧:别的气弹簧在自由状态的时候都处在最长的位置，即在受到外力后是从最长的位置向最短的位置运动，而牵引式气弹簧的自由状态在最短的位置，受到牵引时从最短处向最长处运行。牵引式气弹簧中也有相应的自由型、自锁型等。 橡胶空气弹簧工作时，内腔充入压缩空气，形成一个压缩空气气柱。随着振动载荷量的增加，弹簧的高度降低，内腔容积减小，弹簧的刚度增加，内腔空气柱的有效承载面积加大，此时弹簧的承载能力增加。当振动载荷量减小时，弹簧的高度升高，内腔容积增大，弹簧的刚度减小，内腔空气柱的有效承载面积减小，此时弹簧的承载能力减小。这样，空气弹簧在有效的行程内，空气弹簧的高度、内腔容积、承载能力随着振动载荷的递增与减小发生了平稳的柔性传递、振幅与震动载荷的高效控制。还可以用增、减充气量的方法，调整弹簧的刚度和承载力的大小，还可以附设辅助气室，实现自控调节。
1.1 啤酒的起源 啤酒的渊源可以追溯到人类文明的摇篮，东方世界的两河流域底格里斯河与幼发拉底河、尼罗河下游和九曲黄河之滨。最原始的啤酒可能出自居住于两河流域的苏美尔人之手，距今至少已有 9000 多年的历史。早在公元前 3000 年左右的埃及古王国时代，已经有作为饮料的麦酒（啤酒）和葡萄酒了。法老、贵族、祭司等人饮葡萄酒，一般平民消费价格低廉的麦酒。考古发掘证实，在古王国时代的墓葬中，不论是国王、贵族或平民，都将酒作为随葬品。自此之后，世界酒业彼此影响，飞速发展，经历了封建时代和工业社会，形成三大酒系（酿造酒、蒸馏酒和配制酒）,精品众多，各国都有名闻世界的独特产品。 1.2 我国啤酒工业发展简况 综观仅有百年历史的中国啤酒工业，可以发现在改革开放以后涌现出了一大批具有品牌、技术、装备、管理等综合优势的优秀企业，如“青啤”、“燕京”、“华润”、“哈啤”、“珠江”、“重啤”、“惠泉”、“金星”等国际和国内的知名企业。由于啤酒的运输、保鲜等行业特点，加之地方保护主义作崇，使中国啤酒工业形成了诸侯割据、各自为政的"春秋战国"局面。纵然中国啤酒产量已突破2500万吨，位居世界第一；纵然已有四家中国啤酒集团的年产量超过100万吨，但与国际啤酒大国及啤酒发达国家相比，在集团化、规模化、质量、效益、品牌等方面我们均还比较落后。虽然“青啤”、“华润”、“燕京”等已开始踏上集团化、规模化道路，但在质量、效益等方面与国际品牌尚有一定差距。 未来几年里，我国啤酒行业的发展趋势为： 1.我国啤酒市场竞争会更加激烈；市场竞争趋于规范化，市场竞争由价格竞争转向品牌竞争和服务竞争。效益成为企业最终的追求目标。 2.整个行业逐步进入成熟期，行业内的整合速度进一步加快，整合过程规范化。企业向集团化、规模化发展，股份制优势更加明显。 3.啤酒企业的品牌意识增强，更加注重品牌战略的实施，市场对名牌产品的需求增加。企业的市场竞争能力增强，重视企业内部核心能力的培养。 4.在市场营销中，广告的投入量加大，包装形式多样化，营销方式多样化。 5.产品特点：首先，啤酒品种更加多样化、功能更加齐全。新品趋向特色型、风味型、轻快型、保健型、清爽型等。
第四章生物反应器（发酵罐） 发酵罐厌氧发酵罐（嫌气发酵罐） 好氧发酵罐（通风发酵罐） 第一节厌氧发酵罐 酒精、丙酮、丁醇、乳酸、啤酒等 酒精发酵罐（图1） 图1 酒精发酵罐 1 冷却水入口 2 取样口 3 压力表 4 CO2出口 5 喷淋水入口 6 料液及酒母入口 7 人孔 8 冷却水出口 9 温 度计10 喷淋水收集槽11 喷淋水出口12 发酵液及污水排出口一、形状罐体为圆柱形，底盖和顶盖为锥形或碟形 二、结构尺寸 D----罐的直径 H-----圆柱部分的高度 h1-----罐底高度 h2-----罐盖高度 推荐比例： H=1.1～1.5D h1=0.1 ～ 0.14D h2=0.05 ～ 0.1D 发酵罐全容积： V = πD2 (H+h1/3+h2/3) / 4 V = V0 / η V-----发酵罐的全容积 (m3) V0------进入发酵罐的发酵液量 (有效容积) (m3) η-------装液系数（一般取0.8～0.9） 据发酵罐的全容积V和H/D即可确定发酵罐的结构尺寸 三、配置 人孔、视镜、进料管、压力表和测量仪器的接口、CO2出口（回收管）、排料口和排污口、 取样口、温度计接口、冷却装置、洗涤装置 冷却装置：
中小型罐,多采用罐顶喷水淋于罐外壁表面进行膜状冷却 (罐体底部四周有收集槽) 大型罐:罐内有冷却蛇管 (或与外壁喷淋相结合) 洗涤装置：水力喷射洗涤装置 （图2） 第二节 通风发酵罐 机械搅拌式、自吸式、气升式、高位筛板式等 味精、柠檬酸、抗生素、酶制剂、氨基酸、SCP 一、机械搅拌式发酵罐 （图3） 一）基本条件 1、适宜的径高比。 [高：直径约为2.5～4] 2、能承受一定的压力。[水压试验（1.5倍）] 3、搅拌通风装置要能使气泡分散细碎、气液充分混合，保证发酵液必须的溶解氧，提高O 2的利用率 。 4、应具有足够的冷却面积。[代谢产热] 5、发酵罐内应抛光，尽量减少死角。[避免积污、染菌] 6、轴封应严密，尽量减少泄漏。 二） 罐体的尺寸比例 H----柱体高(m) D----罐内径(m) d----搅拌器直径 S----两搅拌器的间距 图2 水力喷射洗涤装置 图3 机械搅拌发酵罐
目录 一、总论 1.1概论 1.2设计依据 1.3设计指导思想 1.4设计范围 二、生产工艺 2.1生产方法的选择 2.2啤酒发酵流程CAD图纸（附） 三、设备选择 3.1主要工艺设备选型计算 3.2 啤酒罐CAD图纸（附） 四、设计结果的自我总结与评价 五、参考文献
合肥学院生物工程专业化工课程设计说明书 啤酒发酵罐课程设计 一总论 1.1概论 圆筒体锥底立式发酵罐 圆筒体锥底立式发酵罐（简称锥形罐），已广泛用于发酵啤酒后生产。锥形罐,可单独用于前发酵或后发酵，还可以将前，后发酵合并在该罐进行（一罐法）。这种设备的优点在于能缩短发酵时间,而且具有生产上的灵活性，帮能适合于生产各种类型啤酒的要求。目前，国内外啤酒工厂使用较多的是锥形发酵罐这种设备一般置于室外。冷媒多采用乙二醇或酒精溶液。也可使用氨作冷媒，优点心能耗低。采用的管径小，生产费用可以降低。最终沉积在锥底的酵母，可打开锥底阀门，把酵母排出罐外，部分酵母留作下次待用，安全阀和玻璃视镜。 影响发酵设备造价的因素 主要包括发酵设备大小，形式，操作压力及所需的新华通讯社却工作负荷，容光焕发器的形式主要指其单位容光焕发积所需的表面积，这是影响造价的主要因素。罐的高度与直径的比例为1.5-6:1.常用3:1或4:1.罐内真空主要是系列的发酵罐在密闭条件下转罐可进行内部清洗时造成成的,由于型发酵罐在工作完毕后放料的速度很快.有可能造成成一定期负压,另外即便函罐内留学生存一部分二氧化碳.在进行清洗时,二氧化碳有被子除去的可能所以也可能造成真空。由于清洗液中含有碱性物质能与二氧化碳起反应而除去罐内气体。 结构及特点 啤酒发酵罐是啤酒厂的主要设备之一，其发酵温度控制是依靠调节冷却系统的冷却流量来实现。目前国内外较多采用罐体外壁的夹套通入低温酒精水冷却罐内发酵液，而酒精水的降温是通过液氨蒸发来冷却的，其缺点是需要酒精水的中间换热循环。而本设计对目前现有的啤酒发酵罐，作了进一步发展和改进，其主要特点如下： ⑴把大罐的夹层当作蒸发器，液氨直接在夹套内蒸发，利用其气化潜热冷却罐内的啤酒液，从而省却了酒精水的中间换热循环，节省能耗12%以上。 ⑵把夹套当作蒸发器，由于夹套内的压力比酒精水系统的要高，为此，设置
气升式发酵罐 摘要 :该文简要介绍了气升发酵罐的、工作原理、结构设计、设备特点、优缺点及适用场合及在我国的现状。并展望了气升式发酵罐的广阔的应用前景。 关键词：气升式发酵罐；结构；高效发酵；现状 Abstract: This paper briefly introduces the airlift fermentor, working principle, structural design, equipment characteristics, advantages and disadvantages ，suitable occasion and the present situation in our country。And the prospect of airlift fermentation tank the broad application prospects。 Key worlds ： Airlift fermentor ；construction；high acidicferm entation ；present situation； 生化反应过程大都是需氧过程，通风发酵设备是需氧 生化反应设备的核心和基础。虽然目前应用最广泛的通风 发酵罐是机械搅拌式的，但这种类型的发酵罐功率消耗大， 加工困难，投资高，维修麻烦，轴封易泄漏，易染菌，搅 拌剪切力大，大型化后混合不均匀，传质效率下降，因而 难于超大型化。因此，非机械搅拌发酵罐的研究和应用得 到迅速发展，特别是气升式发酵罐。 气升式发酵罐是20世纪70年代开始发展应用的一种 新型生物反应器。因为无机械搅拌机构，所以最大限度地 减少了染菌率；同时因为没有了机械剪切力，对长菌丝的 各种真菌尤为适宜；由于气体提升，充分的气液混合使氧 气的传递利用极大提高，特别适合高黏度培养基和对于溶 氧要求高的产品。 一 .气升式发酵罐的原理 它不用机械搅拌就能基本达到良好的氧溶解的目的。 外循环式培养罐是在罐外装有气液上升管,上升管的两端分 别与罐底部和罐上部相连通,并构成一个气液循环系统。在 上升管的下部装设空气喷嘴，空气以250-300m/s的高速度 喷入上升管，使空气分割细碎，与上升管的发酵液密切接 触。由于上升管内的发酵液比重较小，加上压缩空气的动 能，使液体上升，罐内液体下降进入上升管，形成反复的 循环。如此液体不断循环流动,并在上升管中与喷嘴喷出的 细微空气粒均匀接触,不断得到溶解氧的补充,从而保证了 菌体的正常生长。乳化了的醪液由上升管进入发酵罐,从培 养液中分离出来的空气由罐顶排出。在罐顶还装有视镜和 人孔,罐中部有温度计插口。培养过程中微生物代谢放出的 热量在上升管中经喷淋冷却除去,为此,在上升管上部要装 冷却器。上升管和下降管的布置可以装在罐外，称为外循 环；也可以装在罐内，称为内循环。
气弹簧是以气体和液体为工作介质的一种弹性元件，由压力管，活塞，活塞杆及若干联接件组成,其内部充有高压氮气，由于在活塞内部设有通孔，活塞两端气体压力相等，而活塞两侧的截面积不同，一端接有活塞杆而另一端没有，在气体压力作用下，产生向截面积小的一侧的压力，即气弹簧的弹力，弹力的大小可以通过设置不同的氮气压力或者不同直径的活塞杆而设定。与机械弹簧不同的是，气弹簧具有近乎线性的弹性曲线。标准气弹簧的弹性系数X介于和之间，其他参数可根据要求及工况灵活定义气弹簧（gas spring)是一种可以起支撑、缓冲、制动、高度调节及角度调节等功能的配件。目前，该产品在医疗设备、汽车、家具、纺织设备、加工行业等领域都得到了广泛地应用。根据不同的特点及应用领域，气弹簧又被称为支撑杆、调角器、气压棒、阻尼器等. 气弹簧的基本原理是在密闭的腔体内压入惰性气体和油、或则油气混合物。根据气弹簧的结构和功能，气弹簧主要有自由型气弹簧、自锁型气弹簧、随意停气弹簧、牵引式气弹簧、阻尼器几种。 产品展示 气弹簧介绍 一、自由型气弹簧（支撑杆）是应用最为广泛的气弹簧。它主要起支撑作用，只有最短、最长两个位置，在行程中无法自行停止。在汽车、纺织机械、印刷设备、办公设备、工程机械等行业应用最广。（具体参数见本网站或来电索取） 二、自锁型气弹簧（调角器、气压棒）在医疗设备、座椅等产品上应用的最多。该种气弹簧借助一些释放机构可以在行程中的任意位置停止，并且停止以后有很大的锁紧力（可以达到10000N以上）。（具体参数见本网站或来电索取） 三、随意停气弹簧（摩擦式气弹簧）主要应用在厨房家具、医疗器械等领域。它的特点介于自由型气弹簧和自锁型气弹簧之间：不需要任何的外部结构而能停在行程中的任意位置，但没有额外的锁紧力。（选型参数基本可以参考自由型气弹簧） 四、阻尼器在汽车和医疗设备上都用得比较多，其特点是阻力随着运行的速度而改变。可以明显的对相连的机构的速度起阻尼作用。（具体参数请来电索取） 五、牵引式气弹簧是一种特殊的气弹簧:别的气弹簧在自由状态的时候都处在最长的位置，即在受到外力后是从最长的位置向最短的位置运动，而牵引式气弹簧的自由状态在最短的位置，受到牵引时从最短处向最长处运行。牵引式气弹簧中也有相应的自由型、自锁型等。 橡胶空气弹簧工作时，内腔充入压缩空气，形成一个压缩空气气柱。随着振动载荷量的增加，弹簧的高度降低，内腔容积减小，弹簧的刚度增加，内腔空气柱的有效承载面积加大，此时弹簧的承载能力增加。当振动载荷量减小时，弹簧的高度升高，内腔容积增大，弹簧的刚度减小，内腔空气柱的有效承载面积减小，此时弹簧的承载能力减小。这样，空气弹簧在有效的行程内，空气弹簧的高度、内腔容积、承载能力随着振动载荷的递增与减小发生了平稳的柔性传递、振幅与震动载荷的高效控制。还可以用增、减充气量的方法，调整弹簧的刚度和承载力的大小，还可以附设辅助气室，实现自控调节。 气弹簧（gas spring)是一种可以起支撑、缓冲、制动、高度调节及角度调节等功能的配件。目前，该产品在医疗设备、汽车、家具、纺织设备、加工行业等领域都得到了广泛地应用。根据不同的特点及应用领域，气弹簧又被称为支撑杆、调角器、气压棒、阻尼器等. 气弹簧的基本原理是在密闭的腔体内压入惰性气体和油、或则油气混合物。根据气弹簧的结构和功能，气弹簧主要有自由型气弹簧、自锁型气弹簧、随意停气弹簧、牵引式气弹簧、阻尼器几种。 一、自由型气弹簧（支撑杆）是应用最为广泛的气弹簧。它主要起支撑作用，只有最短、最长两个位置，在行程中无法自行停止。在汽车、纺织机械、印
目录 前言 (2) 设计方案的拟定 (3) （1）、机械搅拌生物反应器的型式 (3) （2）、反应器用途 (3) （3）、冷却水及冷却装置 (3) （4）、设计压力罐内0.4MPa；夹套0.25 Mpa (4) 表-发酵罐主要设计 (4) 工艺设计及计算 (5) （1）生产能力、数量和容积的确定 (5) （2）主要尺寸计算 (5) （3）冷却面积的计算 (6) （4）搅拌器设计 (6) （5）搅拌轴功率的计算 (7) （6）i求最高热负荷下的耗水量W (8) ii 冷却管组数和管径 (9) iii冷却管总长度L计算 (10) l和管组高度 (10) iv 每组管长 n (10) V 每组管子圈数 Vi 校核布置后冷却管的实际传热面积 (10) （7）设备材料的选择 (10) （8）发酵罐壁厚的计算 (11) （9）接管设计 (12) （10）支座选择 (13) 设计结果汇总 (14) 参考资料 (14) 发酵罐设计心得体会 (15) 附录及设计图 前言 生化工程设备课程设计是生物工程专业一个重要的、综合性的实践教学环节，要求我们综合运用所学知识如生化反应工程与生物工程设备课程来解决生化工程实际问题，对培养我们全面的理论知识与工程素养，健全合理的知识结构具有重要作用。在本课程设计中，通过生化过程中应用最
为广泛的设备，如机械搅拌发酵罐、气升式发酵罐、动植物细胞培养反应器，蒸发结晶设备、蒸馏设备等的设计实践，对我们进行一次生化过程发酵设备设计的基本训练，使我们初步掌握发酵设备设计的基本步骤和主要方法，树立正确的设计思想和实事求是，严肃负责的工作作风，为今后从事实际设计工作打下基础。 设计方案的拟定 我们设计的是一台25M3机械搅拌通风发酵罐,发酵生产味精。 设计基本依据 （1）、机械搅拌生物反应器的型式 通用式机械搅拌生物反应器，其主要结构标准如下： ①高径比：H/D=1.7-4.0 ②搅拌器：六弯叶涡轮搅拌器,D i :d i :L:B=20:15:5:4 ③搅拌器直径：D i =D/3 ④搅拌器间距：S=（0.95-1.05）D ⑤最下一组搅拌器与罐底的距离：C=（0.8-1.0）D ⑥挡板宽度：B=0.1D，当采用列管式冷却时，可用列管冷却代替挡板（2）、反应器用途 用于味精生产的各级种子罐或发酵罐，有关设计参数如下： ①装料系数：种子罐0.50-0.65 发酵罐0.65-0.8 ②发酵液物性参数：密度1080kg/m3 粘度2.0×10-3N.s/m2 导热系数0.621W/m.℃ 比热4.174kJ/kg.℃ ③高峰期发酵热3-3.5×104kJ/h.m3 ④溶氧系数：种子罐5-7×10-6molO 2 发酵罐6-9×10-6molO 2 ⑤标准空气通风量：种子罐0.4-0.6vvm
内蒙古科技大学 本科生课程设计论文 题目：啤酒发酵罐的温度控制设计与仿真学生姓名：张胜男 学号：1167112232 专业：测控技术与仪器 班级：11-2 指导教师：左鸿飞 2014年12 月14 日
前言 过程控制课程设计是测控技术与仪器专业的实践教学环节。本次过程控制课程设计主题为啤酒厂发酵罐温度控制系统的设计，要求我们了解发酵罐温度控制的工艺背景、设计控制方案以及仪表选型等。啤酒生产是一个利用生物加工进行生产的过程，生产周期长，过程参数分散性大，传统操作方式难以保证产品的质量。 啤酒发酵对象的时变性、时滞性及其不确定性，决定了发酵罐控制必须采用特殊的控制算法。在啤酒生产过程中，糖度的控制是由控制发酵的温度来完成的，而在一定麦芽汁浓度、酵母数量和活性的条件下时间的控制也取决于发酵的温度。因此控制好啤酒发酵过程的温度及其升降速率是解决啤酒质量和生产效率的关键。 在本次啤酒发酵温度控制系统设计过程中各种工艺参数的控制采用串级控制系统实现，主要控制锥形发酵罐的中部温度，采用常规自动化仪表及装置来实现温度及其他参数的检测与控制、显示。
内蒙古科技大学课程设计任务书
目录 1. 工艺简介及控制系统设计 (4) 1.1. 啤酒生产工艺 (4) 1.2被控对象特性及控制要求 (4) 1.2.1被控对象特性 (4) 1.2.2被控对象的控制要求 (5) 1.3啤酒发酵温控系统设计 (5) 1.3.1发酵温控系统主、副被控参数的选取 (6) 1.3.2主、副调节器调节规律的选择 (7) 1.3.3主、副调节正、反作用方式的选择 (7) 1.3.4串级系统的整定 (8) 2. 控制系统的建模 (8) 2.1 数学模型的定义及特征 (8) 2.2 建模应用 (9) 2.3建立数学模型的目的 (9) 3. 系统仿真技术 (10) 3.1 系统仿真技术概述 (10) 3.2使用MATLAB对实验结果进行仿真 (10)
生物工程设备（发酵设备）复习题 烟台大学（2011级） 一、单项选择题（每题1分） 1. 目前啤酒厂的圆筒锥底发酵罐内采用 C 。 A. 圆盘平直叶涡轮搅拌器 B. 螺旋浆式搅拌器 C. 无搅拌器 D. 锚式搅拌器 2. 好气性发酵工厂，在无菌空气进入发酵罐之前 C ，以确保安全。 A. 应该安装截止阀 B. 应该安装安全阀 C. 应该安装止回阀 D. 不应该安任何阀门 3. 锥形啤酒发酵罐换热的蛇管在发酵罐外，蛇管内用 B 与罐内的啤酒发酵醪进行热交换。 A. 蒸气 B. 酒精 C. 冷凝水 D. 热水 4. 气升式发酵罐的优点是无需 B 。 A. 空气过滤系统 B. 搅拌器 C. 空气喷嘴 D. 罐外上升管 5. 发酵罐的公称体积是指 B A筒身体积 B筒身体积+底封头体积 C筒身体积+上封头体积 D筒身体积+上封头体积+底封头体积 6. 发酵罐设计时，首先需要确定的尺寸是 B A 发酵罐筒体高度 B发酵罐直径 C 发酵罐封头高度 D搅拌器尺寸 7. 机械搅拌通风发酵罐不需要的构件是 D A 搅拌器 B消泡器 C 换热器 D导流筒 8. 下列发酵设备中，装料系数最低的是： C A酒精发酵罐 B气升环流式发酵罐 C自吸式发酵罐 D通风搅拌发酵罐 9. A 是靠搅拌器提供动力使物料循环、混合。 A搅拌式反应器 B气升式反应器 C自吸式发酵罐 D啤酒发酵罐 10. B 是以通入的空气提供动能，产生液体密度差使物料循环混合，实现传质传热。 A搅拌式反应器 B气升式反应器 C自吸式发酵罐 D啤酒发酵罐 11. 一般而言， A 微生物发酵，受搅拌剪切的影响较明显。
A丝状 B球状 C杆状 D植物细胞 12. A 是决定搅拌剪切强度的关键。 A搅拌叶尖线速度 B搅拌叶轮尺寸 C搅拌叶轮转速 D搅拌功率 13. 以 C 的准则是在以丝状菌体发酵时进行机械搅拌通风发酵罐的放大时，必须考虑的准则之一。 A体积溶氧系数相等 B以P 0/V L 相等 C搅拌叶尖线速度相等 D 混合时间相等 14. 液气比是反映通气量大小的一个指标，其定义是 B 。 A发酵液量与通风量之比 B发酵液循环量与通风量之比 C发酵液中气体体积与液体体积之比 D发酵液中溶解氧与发酵液量之比 15. 发酵罐内设挡板的数量通常为 C 。 ~2块 ~4块 ~6块 ~8块 16. 下列通风发酵罐中占主导地位的是（ A ） A.机械搅拌通风发酵罐 B.气升环流通风发酵罐 C.鼓泡通风发酵罐 D.自吸通风发酵罐 17. 影响体积溶氧系数的因素有（ D ） A.操作条件 B.发酵罐的结构及几何参数 C.物料的物化性能 D.以上都是 18. 目前世界上最大型的通风发酵罐为（ A ） A.气升环流式的 B.鼓泡式的 C.自吸式的 D.机械搅拌式的 19. 生物反应器放大的核心问题是（ C ） A.热力学过程 B.微观动力学过程 C.传递过程 D.宏观动力学过程 20. 哪项不是通风发酵罐的类型（ D ） A．机械搅拌式 B. 气升环流式 C. 鼓泡式 D. 酒精发酵罐 21. 对耐剪切力较强的生物细胞，搅拌叶尖线速度应不大于（ A ） A． s B．s C. s D. s 22. 连续灭菌系统要求流量稳定，故目前比较理想的连消泵是（ D ） A. 离心泵 B. 旋涡泵 C. 往复泵 D. 螺条泵 23. 生物通气发酵过程的限速步骤是（ B ） A氧通过气相界面传递到气液界面上 B.氧通过扩散穿过界面
带升式发酵罐 带升式发酵罐是以气体为动力，靠导流装置的引导，形成气液混合物的总体有效循环。罐内分为上升管和下降管。从上升管通入气体，使管内气体含量升高，密度变小，气液混合物向上升，气泡变大，至液面处气泡破裂，气体由排气口排出。剩下的气液混合物密度较上升管内的气液混合物大，由下降管下降，从而形成循环。 （1）结构 根据上升管和下降管的布置方式不同，带升式发酵罐可分为两类：一类为内循环式，上升管和下降管都在反应器内，循环在反应器中进行，结构较紧凑，如图6.7-3（1）所示。多数内循环发酵罐内置同心轴导流筒，也有内置偏心轴导流筒或隔板的。另一类是外循环式，通常将下降管置于发酵罐外部，以便加强传热，如图6.7-3（2）所示。其主要结构包括：罐体、上升管、空气喷嘴。 图6.7-3 带升式发酵罐 （2）特点 ①反应溶液分布均匀，气液固三相均匀混合； ②溶氧速率和溶氧效率较高； ③剪切力小，对生物细胞损伤小； ④传热良好，同时便于在外循环管路加装换热器； ⑤结构简单，冷却面积小，易于加工制造； ⑥维修、操作及清洗简便，可减少染菌机会； ⑦料液填充系数达80％—90％，而不需加消泡剂； ⑧要求通风量和通风压头较高，使空气净化工段的负荷增加，对于黏度较大的发酵液，溶解氧系数较低。 （3）工作机理 在环流管底设有空气喷嘴，空气在喷嘴口以250～300m／s的高速喷人环流管，由于喷射作用，气泡被分散于液体中，借助于环流管内气液混合物的密度与
反应主体之间的密度差，使管内气液混合物连续循环流动。罐内培养液中的溶解氧由于菌体的代谢而逐渐减小，当其通过环流管时，由于气液接触而达到饱和。 （4）影响带升式罐性能的主要因素 ①影响空气消耗量的因素、循环周期必须符合菌种发酵的需要； ②液面到喷嘴缩孔的垂直高度。由于空气流动和空气的浮力作用，使升液管与罐之间产生压力差，使醪液不断循环。液面到喷嘴缩孔的垂直高度越大，压力差也越大，醪液循环量及空气提升能力就越大； ③液面至升液管出口高度。当罐内实际液面低于升液管液体出口时，醪液循环量和升液效率都明显下降，液面越低，效率越低。当罐内液面与上升管出口相平时，醪液循环量和升液效率都达到最大。当液面高过上升管出口时，对提高效率没有明显影响； ④摩擦阻力。尽量缩短循环管的总当量长度，按最短线路安装循环管和选用阻力较小的管件。并尽量采用单管式，而不采用直径较小的多管式，以减小摩擦阻力。上升管的出口应在发酵罐侧壁，以切线方向与罐相接，这样管道阻力小，总扬程大大减小，可以提高升液能力； ⑤喷嘴前后压力差。压力差增大，醪液循环量增大，因而缩短循环周期； ⑥罐内压力。当罐内压力逐步升高时，醪液循环量及空气提升能力都逐步下降，但变化不大，从经济上考虑，没有特殊必要，最好采用低压操作； ⑦喷嘴直径。喷嘴较小时，醪液循环量也较小，通常在空气压力较低时，应采用较大直径的喷嘴。相反，如果空气的压力较高时，喷嘴直径可以缩小。具有适当直径的喷嘴才能保证气泡分割细碎，与发酵液均匀接触，增加溶氧系数。
目录 前言??????????????????????????????? 2 方案的 定 ................................................................................... (3) （1）、机械拌生物反器的型式?????????????????.3 （2）、反器用途????????????????????. ???? 3 （3）、冷却水及冷却装置?????????????. ??????? ..3 （4）、力罐内 0.4MPa；套 0.25 Mpa ????????????? 4 表- 酵罐主要? . ??????????????????????? 4 工及算??????????????????????.. ??? ..5 （1）生能力、数量和容的确定????????????????.. ?5 （2）主要尺寸算???????????????????????? 5 （3）冷却面的算??????????????????????? 6 （4）拌器??????????????????????.. ??? 6 （5）拌功率的算????????????????????.. ??7 （6）i 求最高荷下的耗水量 W?????????????? ... ??? .8 ii 冷却管数和管径?????????????????????9 iii 冷却管度 L 算??????????????????10 iv 每管 l0和管高度???????????????????10 V 每管子圈数n 0?????????????????????10 Vi 校核布置后冷却管的面?????????????10 （7）材料的???????????????????????10 （8）酵罐壁厚的算??????????????????????11 （9）接管??????????????????????????12 （10）支座??????????????????????????13 果???????????????????????????14 参考料 ... ???????????????????????????? .14 酵罐心得体会? .. ???????????????????? ..15 附及 前言 生化工程设备课程设计是生物工程专业一个重要的、综合性的实践教学环节，要求我们综合运用所学知识如生化反应工程与生物工程设备课程来解决生化工程实际问题，对培养我们全面的理论知识与工程素养，健全合理的知识结构具有重要作用。在本课程设计中，通过生化过程中应用最为广泛的设备，如机械搅拌发酵罐、气升式发酵罐、动植物细胞培养反应器，蒸发结晶设备、蒸馏设备等的设计实践，