成绩生物工程课程设计说明书
题目： 25m3发酵罐的设计（末端线速度相同）
设计人： ##
系别：生物工程
班级： 112班
指导教师： ###
设计日期： 2014 年 6 月11 日~6月21日
设计任务书
一、设计题目
25m3发酵罐的设计（末端线速度相同）
二、设计内容
某厂在100L机械搅拌罐中进行淀粉酶生产试验，所用的菌种为枯草杆菌，获得良好的发酵效果，拟放大至25m3 生产罐，粘度μ=2.25×10-3Pa·S，密度ρL=1120kg/m3。试验罐的尺寸为:直径D′=375mm，搅拌叶轮d′=125mm (D′/d′=3.0)，高径比H′/D′＝2.4，液深H L′=1.5D′，4块档板的W′/D′=0.1，装液量为60L，通气速率 1.0vvm，使用2档圆盘六直角叶涡轮搅拌器，转速n′=350r/min。通过实验，证明此发酵为高耗氧的生物反应。
其他参数：
发酵热=7500kcal/h·m3
发酵温度=32℃
冷却水进口=20℃；出口=23℃
三、设计要求
按照末端线速度相等的原则，计算发酵罐的公称体积、有效体积、放大倍数、直径、高径比、液柱高、搅拌叶轮等附属尺寸、通气强度、P/VL、Pg/VL、搅拌转速、叶尖线速度、轴功率、传热面积等参数，并绘出发酵罐装配图。
附属零件计算挡板，S，C，管路，空气分布器，传热面积即可，不用算壁厚。
目录
1. 前言 (1)
2. 设计依据 (2)
2.1相似性放大的内容 (2)
2.2相似性放大的依据 (2)
2.3相似性放大和它的基本方法 (2)
2.4发酵过程的控制和检测 (2)
2.4.1发酵过程的参数检测意义 (2)
2.4.2发酵过程监控的主要指标 (3)
2.4.3监控的方式 (3)
2.5发酵罐结构 (4)
2.6机械搅拌罐放大流程 (4)
3. 工艺设计内容（计算及论述分析） (5)
3.1依据几何相似原则计算发酵罐尺寸 (5)
3.2试验罐各参数的计算 (6)
3.2.1搅拌雷诺数ReM (6)
3.2.2不通气时的搅拌功率 (6)
3.2.3通气时的搅拌功率 (6)
3.2.4空气截面气速 (7)
3.2.5体积溶氧系数 (7)
3.3生产罐的各参数计算 (7)
3.3.1空气截面气速的计算 (7)
3.3.2生产罐的通气速率 (8)
3.3.3通气强度 (8)
3.3.4搅拌器线速度 (8)
3.3.5搅拌器转速 (8)
3.3.6雷诺准数ReM计算 (8)
3.3.7不通气时的搅拌功率 (9)
3.3.8通气时的搅拌功率 (9)
3.3.9生产罐的体积溶氧系数KLα (9)
3.4试验罐与放大计算结果比较 (9)
4附属零件的计算 (11)
4.1计算挡板数量和尺寸 (11)
4.1.1挡板宽度 (11)
4.1.2挡板数量 (11)
4.2冷却装置的设计 (11)
4.2.1 冷却方式 (11)
4.2.2 装液量 (11)
4.2.3 单位时间传热量 (11)
4.2.4 对数平均温度差 (12)
4.2.5冷却面积 (12)
4.2.6蛇管组合数 (12)
4.3管路尺寸计算 (13)
4.4 空气分布器 (13)
5. 心得体会 (14)
1. 前言
生物反应工程与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。
发酵工艺的放大，一般要经过三个步骤：实验室、中间工厂和生产工厂。就大多数情况而言，实验室实验就是利用前述的设备尽可能得到培养新菌株或实施新工艺的最佳发酵条件。中间工厂试验，就是使用一定数量的10-15L容积的小发酵罐，进行实际应用的发酵研究。如果用于抽提产物，还有几个3-4m3的中型罐。中间工厂试验往往由有经验的技术人员来担当，以保证能够得到最好的效果。中间工厂的设备最好要配有高度自动化和计算机化的装置，以考察各种不同的问题，提供相当广泛的控制参数。对中试剂效果来说，利用超过3m3的大罐较之“微型”发酵罐更为有利，特别是在放线菌发酵中更是如此。这对确证菌株和培养基的改进是必不可少的。工厂生产规模，一般是15-50m3，有的达到150m3或更大。这样规模的试验就是将中、小型实验结果成功的用于大生产的放大试验过程。
2.设计依据
本次设计采用相似性原则对发酵罐进行放大。
2.1相似性放大的内容
罐的几何尺寸，通风量，搅拌功率，传热面积和其他方面的放大问题，这些内容都有一定的相互关系。
2.2 相似性放大的依据
1、单位体积液体的搅拌消耗功率
2、搅拌雷诺准数
3、溶氧系数
4、搅拌桨末端线速度
5、混合时间
6、通过反馈控制条件，尽可能使重要环境因子一致。
2.3 相似性放大和它的基本方法
相似性放大:是把小型设备中进行科学实验所获得的成果在大生产设备中予以再现的手段，它不是等比例放大，而是以相似论的方法进行放大。
首先必须找出表征着此系统的各种参数，将它们组成几个具有一定物理含义的无因次数，并建立它们间的函数式，然后用实验的方法在试验设备中求得此函数式中所包含的常数和指数，则此关系式在一定条件下便可用作为比似放大的依据。比拟放大是化工过程研究和生产中常用的基本方法之一。
在发酵工程中是否适用和发酵工程中所用的相似性放大方法。
发酵过程是一个复杂的生物化学过程，影响这个过程的参数有物理的、化学的、生物的，有些虽然已经被认识了，但目前还不能准确快速地测量，有些则尚未被认识。
现在只研究了少数参数对此过程的关系，而假定其它参数是不变的，实际上不可能都是不变的。因此发酵生产过程设备比似放大理论与技术的完善，有赖于对发酵过程的本质的深入了解。
发酵工程中所用的比拟放大方法有：等 KLa, 等πDN, 等Pg/V, 等Re或动量因子,相似的混合时间等。
2.4发酵过程的控制和监测
2.4.1发酵过程的参数检测意义
在发酵过程中，过程状态经历着不断的变化，尤其是批发酵这种状态的变化更快。底物和营养物由于生物活性而变化，生物量的增加和生物量组成也在变化(包括物理、生化和形态学上的变化），而各种具有生物活性的产物被积累。
发酵过程检测和控制的目的就是利用尽量少的原料而获得最大的所需产物。2.4.2发酵过程监控的主要指标
1．物理检测指标：温度；压力；搅拌转速；功耗；泡沫；气体流速；粘度等。2．化学检测指标：pH；氧化还原电位；溶解氧；气体CO2、O2；糖含量；化合物含量等。
3．生物检测指标：菌体浊度；ATP；各种酶活力；中间代谢产物。
当然并非所有产品的发酵过程中都需检测上述全部参数，而是根据该产品的特点和可能条件，有选择地检测部分参数。
2.4.3监控方式
一般监控系统包括3个部分。
1．测定元件：如温度计、压力表、电流计、pH计直接测定发酵过程的各种参数，并输出相应信号。
2．控制部分：其功能主要是将测定元件测出的各种参数信号与预先确定值进行比较，并且输出信号指令执行元件进行调整控制。
3．执行元件：它接受控制部分的指令开启、或关闭有关阀门、泵、开关等调节控制机构，使有关参数达到预定位置。
2.5发酵罐结构
机械搅拌发酵罐主要由搅拌装置、轴封和罐体三部分组成。三个组成部分各起如下的作用:
图1 通用式发酵罐结构示意图
搅拌装置：由传动装置、搅拌轴、搅拌器组成 ,由电动机和皮带传动驱动搅拌轴使搅拌器按照一定的转速旋转，以实现搅拌的目的。
轴封：为搅拌罐和搅拌轴之间的动密封，以封住罐内的流体不致泄漏。
罐体：罐体、加热装置及附件。它是盛放反应物料和提供传热量的部件。
图2 发酵罐各类型冲压件
2.6机械搅拌罐放大流程
3. 工艺设计内容（计算及论述分析）
3.1依据几何相似原则计算发酵罐尺寸
试验罐T′=375mm ，D′=125mm ，T′/D′=3，H′/T′=2.4，H L ′/T′=1.5，W L ′/T′=0.1 . 按几何相似原则确定25m 3生产罐的尺寸，有效装料体积仍取60%，由此可得： V L =25×60%= D 2×1.5D
解得：D=2.34m
表1 标准椭圆封头规格
由图表选择Φ=2300mm 的标准椭圆封头，则：
Hb=40mm,Ha=H-Hb=615-40=575mm 。 则生产罐内直径约为D=2.3m 。
由题中已知H O /D=2.5,可得生产罐圆柱体高为：H O =2.5D=5.75m 。
4
发酵罐总高H=H O +2（Ha+Hb ）=5.75×103+2×615=6980mm=6.98m 高径比H/D=6.98/2.3=3.03
封头体积：V 2= D 2Hb+ D2Ha= D 2（Hb+ D ）
发酵罐总体积：V=V 1+2V 2= D 2H O + D 2（Hb+ D ）
= D 2[HO+2(Hb+ D)]=27.39m3
叶轮直径：D/d=3,d=0.77m
有效装料体积仍取η=60%，则V L =27.39×60%=16.43m3 液柱高：H L =H O η+Ha+Hb=4.07m S=3d=3×0.77=2.31m C=D=2.3m 试验罐：
S′=3d′=3×0.125=0.375m C′=D′=0.375m
H′=2.4×T′=2.4×0.375=0.9
3.2试验罐各参数的计算
3.2.1搅拌雷诺数ReM Re M ′= = =
4.54×104
3.2.2不通气时的搅拌功率
由功率系数N P ′=
N P ′视搅拌强度及叶轮形式而定. 当发酵系统充分湍流时, 即Re M ′>=104时, 对圆盘六直叶涡轮, N P ′=6.0;对圆盘六弯叶涡轮, N P ′=4.7;而对圆盘六箭叶涡轮, N P ′=3.7，由于此处Re M ′>104,为圆盘六直叶涡轮，因此N P ′取为6.0。 已知发酵液密度ρL =1120kg/m3
所以2档叶轮的不通气时的搅拌功率为 ：
P ′=2N P ′n 3ρL d′5
=2×6.0×( )3×1120×0.1255=81.42W=0.0814kW
则P ′/V L = =1.36kW/m 3
3.2.3通气时的搅拌功率
Qg ′=60L ×1.0vvm=60L /min=60000ml/min
4
π
6π614π6
1
4π4π4π6
1
5
3'''
d n P L ρμρL d n 2''3-2
1025.2601120125.0350????6035006.00814
.0
由迈凯尔的修正关系式可得，通气时搅拌功率为：
Pg ′=2.25×10-3（ ）0.39=2.25×10-3（ ）0.39
=0.0426kW
Pg ′/V L = =0.710kW/m 3
3.2.4空气截面气速
u s′= =54.35cm/min
3.2.5体积溶氧系数
搅拌与通气效率之间的关系可用经验示表示：
式中：
KL α′：体积氧传递系数，1/h ；
K ： 经验常数，与设备的形状、几何比例尺寸、通风装置的型式等有关； Pg/V ：单位体积液体实际消耗的功率（指通气条件下的消耗功率），kW/m 3； U s ： 空气截面速率，m/h ； Ηapp ：液体的表观黏度，Pa ·s 。
α、β、ω：为指数，与搅拌器和空气分布器的型式等有关。
3.3生产罐的各参数计算
3.3.1空气截面气速的计算
按几何相似原则放大设备，放大倍数越高，其单位体积液体占有的发酵罐横截面越小，若维持通气强度1.0vvm 不变，则放大后空截面气速则随罐容增大而迅速提高。因：
V L =27.39×60%=16.43m 3
则： Qg=16.43m 3×1.0vvm =16.43m 3/min
()()ω
βα
η-?????
? ??=app S L K u V P K a L g ()()()
h
K L /6979.11025.23.540.060.042623.32.3610u V P m 3.32.36a 7
.03-7.056
.097.07
.01s 56
.0L1g =??????
????+=??????
? ????+=-η08
.032'''g
Q d n P 08.032600005.123500814.0??06.00426
.02
35.3741060???π
通气量Qg 在维持通气强度vvm 不变时，就有Qg ∝VL ∝D3
而空气截面气速为：u s = = =3.96m/min=396cm/min
由此可见，随着发酵规模的增大，空截面气速us 的增大与发酵罐直径的增大成正比，即与罐体积的立方根成正比。所以经放大的倍数较大时，则其空截面气速
u s 有较大的增加。过大的u s 会造成太多的泡沫产生甚至跑料，而且消耗的通气
功率也将太高。因此在发酵反应器放大时，必须全面考虑以确定通气流率。 对比小罐的空截面气速(us=54.3cm/min),可见，若按通气强度不变，则大罐的通气截面气速约相当于小罐的7倍。经验表明，这种气速太高。故可折中取大罐的
u s =200 cm/min 。
3.3.2生产罐的通气速率
Qg= D 2u s = ×2.32
×( )=0.138m 3/s=8.28m 3/min
3.3.3通气强度
8.28/16.43=0.504 vvm 3.3.4搅拌器线速度
由题中已知，试验罐与生产罐叶轮线速度保持相等，试验罐搅拌器转速为n′=350r/min ，则试验罐线速度
ω′=n ′пd′=350r/min ×п×125×10-3=137.375m/min=2.30m/s 3.3.5搅拌器转速 因ω=ω′=2.30m/s =n пd ， 可求得n=0.95r/s =57r/min . 3.3.6雷诺准数ReM 计算 雷诺准数：
式中：Re M ：雷诺准数； n ：扩大罐搅拌转速，r/min ； d ：扩大罐搅拌器叶轮直径，m ； ρL ：扩大罐内发酵液密度，kg/m 3； μ：扩大罐内发酵液粘度，Pa ·s 。
由功率系数： 可知：
4
3
2221004.2810
25.21120)77.0(95.0e ?=???==
-μ
ρL
M d n R 53d
n P
N P ρ=24D Q g
π?23.243
.164??π4π4π60102002-?
N P 是由搅拌强度及叶轮形式而定。当发酵系统充分湍流时，即Re M >=104时，对圆盘六直叶涡轮，N P =6.0；对圆盘六弯叶涡轮，N P =4.7；而对圆盘六箭叶涡轮，N P =3.7，由于此处Re M >104，为圆盘六直叶涡轮，因此N P 取6.0。 3.3.7不通气时的搅拌功率
P =2N P n 3ρL d 5=2×6.0×(0.95)3×1120×0.775=3119.06W=3.12kW
则P/V L = =0.190kW/m 3
3.3.8通气时的搅拌功率
Qg =16.43m 3×1.0vvm=16.43m 3/min=16430000ml/min
Pg =2.25×10-3（ ）0.39=2.25×10-3
（ ）0.39=2.54kW
则Pg/V L = =0.155kW/m3
3.3.9生产罐的体积溶氧系数KL α
搅拌与通气效率之间的关系可用经验示表示：
式中：K L a ：体积氧传递系数，1/h ；
K ：经验常数，与设备的形状、几何比例尺寸、通风装置的型式等有关； Pg/V L ：单位体积液体实际消耗的功率（指通气条件下的消耗功率），kW/m 3； u s ：空气截面速率，m/h ； ηapp ：液体的表观黏度，Pa ·s 。
α、β、ω：为指数，与搅拌器和空气分布器的型式等有关。
3.4试验罐与放大计算结果比较
项目 试验罐 放大罐 公称体积V （m 3）
0.1
27.39
()()ω
βα
η-?????
? ??=app S L K u V P K a L g ()()()
h
K L /8010.11025.220016.4354.223.32.3610u V P m 3.32.36a 7
.03
-7.056
.09
7.07
.0s 56
.0L g =????
?
?
????+=????
??
?
????+=-η43.1612
.308.032g
Q nd P 08.03216430000775712.3??43.1654
.2
有效体积V L（m3）0.06 16.43 放大倍数 1 273.9 发酵罐直径D（m）0.375 2.300 高径比H/D 2.4 3.03 罐体高度H（m）0.9 6.98
液柱高径比H L/D 1.5 1.77
液柱高H L（m）0.563 4.07
罐径与叶轮比D/d 3 3
搅拌器叶轮直径d（m）0.125 0.77
搅拌器叶轮叶尖线速度v
2.3 2.3
（m/s）
搅拌转速n（r/min）350 57 雷诺准数R eM 4.54×10428.04×104搅拌功率准数N P 6.0 6.0
空气截面速率u s（cm/min）54.3 200 通气量Q g（mL/min）6×104 1.643×107 通气强度vvm 1 0.504 搅拌功率（不通气）P（kW）0.0814 3.120 搅拌功率（通气）P g（kW）0.0426 2.540 P/V L（kW/m3） 1.36 0.190
P g/V L（kW/m3）0.71 0.155 体积氧传递系数K L a（1/h） 1.6979 1.8010
4附属零件的计算
4.1计算挡板数量和尺寸
全挡板条件功率是搅拌器的特征参数。对于特定的搅拌器（叶轮形式和转速不变）， 功率随挡板系数的增大而增大。但当挡板系数达到一定数值时，功率不会进一步增大，而是基本保持恒定。此时的档板系数称为全挡板条件，即搅拌功率达到饱和。
达到全挡板条件的要求，须满足：
题中已知试验罐4块档板的 =0.1，按照几何相似原则有， =0.1
4.1.1挡板宽度
W=0.1D=0.1×2.3=0.23m 4.1.2挡板数量
Z= =
=5
4.2冷却装置的设计
4.2.1 冷却方式
发酵罐容量大，罐体的比面积小，夹套不能满足其冷却要求，因此使用蛇管冷却。综合比较，蛇管的冷却效果比较好，在使用水做介质时，选择蛇管。 4.2.2 装液量
发酵罐的装料系数为60%；
发酵罐装料体积： ； 4.2.3 单位时间传热量
单位时间传热量=发酵热×装料量
()）－挡板宽度（－挡板数）－罐直径（mm W z mm D z D D z D W 5.02.0~1.0==
???
??'
'D W D
W
W D 5.023
.03.25.0?343.16%6039.27m V V =?=?=装料系数全装
已知333·/31395·/186.47500·/7500m h KJ m h KJ m h kcal Q =?==发；
h KJ V Q Q /85.51581943.1631395=?=?=发发； 4.2.4 对数平均温度差
已知：发酵液温度：32=F t ℃；
冷却水进口温度：201=t ℃；冷却水出口温度：232=t ℃； 则对数平均温度差为：
12203211=-=-=?t t t F ℃；9233222=-=-=?t t t F ℃；
因为 ；
所以 ℃；
4.2.5冷却面积
式中：A ：冷却面积，m3；
Q ：单位时间传热量，KJ/h ；
K ：传热系数，当发酵罐为夹套式时，K 为()??-?h KJ/m 250150187.42℃； 当发酵罐为蛇管式时，K 为()??-?h KJ/m 450300187.42℃； 这里K 取???h KJ/m 10.5123℃； Δt m ：对数平均温度差，℃。
根据实际情况，冷却面积取整为33m 3。
4.2.6蛇管组合数 管长数： ；
取整m L 215=，分成五组，每组m L 430=； 每圈蛇管长度：
m h l p 3.915.03)×14.3()πD (222
2p =+=+=
式中：D p ：蛇管圈直径，m ；
h p ：蛇管圈之间的距离，取0.15m 。
每组蛇管的圈数：
，则蛇管总圈数为25圈；
7.13.19
12
21≤==??t t 3
3
75.325.10105.185.515819m t K Q A m =??=??=m d A L 19
.21005
.014.333=?=?=π圈53
.943≈==l L N o p 5.102
9
12221=+=?+?=?t t t m
蛇管总高度：()()m h N H p p 6.315.01251=?-=?-=
4.3管路尺寸计算
以进料口为例计算：
液体进料速度一般为s m u /5.1~1=，取1m/s ；则1.5h 排尽。 发酵罐装液量：16.43m 3； 物料体积流量： ；
排料管直径：
取无缝钢管，经查阅文献，平焊钢管法兰，公称直径为65mm ，Φ76×4.5mm 。 同理可求得其他管径。
进料口：采用法兰接口，法兰型号：管式平焊钢制管型（HG20593-97），接口直径Φ76×4.5mm ，大约在人孔与视镜之间，角度垂直。
排料口：采用法兰接口，法兰型号：管式平焊钢制管型（HG20593-97），接口直径Φ76×4.5mm ，在罐底中间，通风口旁。
进气口：Φ76×4.5mm ，开在封头上，角度与水平线成45度。
排气口：Φ76×4.5mm ，开在封头上，以封头和人孔中心连线为对称轴的对称位置上，角度与水平线成45度。
冷却水进、出口：采用法兰接口，法兰型号：管式平焊钢制管型（HG20593-97），接口直径Φ76×4.5mm ，角度与水平线成45度。
补料口：Φ76×4.5mm ，开在封头上，角度与水平线成45度。 取样口：Φ76×4.5mm ，开在封头上，角度与水平线成45度。 4.4 空气分布器
空气分布器的作用是向机械搅拌发酵罐内吹入无菌空气，并使空气分布均匀。 发酵罐装液量：16.43m 3；
已知物料体积流量： ；
发酵液的流速为1m/s
则料管截面积物： 因为 空气分布器管径：
则取无缝钢管Φ75×3.5mm ，内径为68mm 。
h
m T V Q /74.114.143.163===装流64.454mm m 064454.03600
3.1474
.114πu 4==??==Q d 排s m h m T V Q /00326.0/74.114
.143.1633====装流2
00326.01
00326.0m v Q F ==
=物2
4
空
物d F π=
5. 心得体会
搅拌通风发酵罐的设计需要综合各种参数，是有计划、有目的，由所需设计的发酵罐的体积，一步一步计算而来。需要根据要求设计的年产量及罐的容积填充系数，发酵周期计算所需罐数。
有冷却介质的进出口温度及发酵过程中传热量得出传热面积。关于传热面积，最难确定的是传热系数，它的确定需要需要取决于发酵液的物性、蛇管的传热性能及管壁厚度。我们查了很多关于传热系数的计算的资料，很遗憾，由于各种物性参数的不足，我们只能取经验数值。由所得的传热面积便可根据公式根据已知的各种参数，求出蛇管的理论长度、蛇管的组数。由于我们这一组所要设计的是25立方米的发酵罐，理论上说，可以用夹套冷却装置，由于担心传热不足，我们还是选择设计比较复杂的蛇管冷却装置，这样就可以最大限度地解决传热问题。蛇管换热器的设计需要考虑各种因素，比如它同封头的距离是否满足工艺上的规定，它同搅拌器的距离是否能够保证搅拌器正常工作时不会与蛇管相碰撞等。所以在设计蛇管之前一定要将搅拌器的各种参数计算好，比如搅拌器的功率、叶径、转速、同挡板的距离等。这些参数相互之间都有联系，根据设计所规定的比例标准可以计算出。最后根据发酵罐的容积及压力，对壁厚进行设计，并圆整，然后根据罐的直径计算封头的直径及壁厚。
整个设计过程中，我们小组的成员们查了很多相关资料，力求我们的设计能满足工艺要求，对每一个数字的得出及圆整，我们都经过多次反复计算及资料核查。尽管如此，我想我们的设计中仍会不可避免地出项一些疏漏，限于所学知识及实践能力的缺乏，或许我们现在还无法觉察，所以相信老师在看了我们小组的设计之后，定会给我们一些建议，以便我们更加了解发酵罐的设计。很高兴能尽自己的微薄之力，同小组成员们一起完成这次设计，不仅巩固了设备设计方面的专业知识，还深刻感受到任何一个投入到生产中的设备的设计只靠所学的一点设计知识是远远不够的，我不仅需要扩展自己的视野，填充专业知识，还要好好利用学校组织的实践教学，尽量弥补实践方面的不足。
同时我也感受到集体力量在设计过程中的作用，当我对某个环节感到迷茫时，因为小组的讨论，茅塞顿开。这次设计，我真的从中领悟到“讨论”的重要性。
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) iv每组管长I o和管组高度 (10) V 每组管子圈数n0 (10) 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)
一、通用式发酵罐的尺寸及容积计算 1. 发酵罐的尺寸比例 不同容积大小的发酵罐，几何尺寸比例在设计时已经规范化，具体设计时可根据发酵种类、厂房等条件做适当调整。通用式发酵罐的主要几何尺寸如下图。 （1）高径比：H 0︰D ＝(1.7~4)︰1。 （2）搅拌器直径：D i ＝3 1D 。 （3）相邻两组搅拌器的间距：S ＝3D i 。 （4）下搅拌器与罐底距离：C ＝（0.8~1.0）D i 。 （5）挡板宽度：W ＝0.1 D i ， 挡板与罐壁的距离：B ＝（ 81~51）W 。 （6）封头高度：h ＝h a ＋h b ， 式中，对于标准椭圆形封头，h a ＝4 1D 。 当封头公称直径≤2 m 时，h b ＝25 mm ；当封头 的公称直径＞2 m 时，h b ＝40 mm 。 （7）液柱高度：H L ＝H 0η＋h a ＋h b ， 式中，η为装料系数，一般情况下，装料高度取罐圆柱部分高度的0.7倍，极少泡沫的物料可达0.9倍，对于易产生泡沫的物料可取0.6倍。 2. 发酵罐容积的计算 圆柱部分容积V 1： 0214H D V π = 式中符号所代表含义见上图所示，下同。 椭圆形封头的容积V 2： )6 1(4642222D h D h D h D V b a b +=+=π π π 公称容积是指罐圆柱部分和底封头容积之和，其值为整数，一般不计入上封头的容积。其计算公式如下： )6 140221D h H D V V V b ++= +=（公π 罐的全容积V 0： )]6 1(2[4202210D h H D V V V b ++=+=π 如果填料高度为圆柱高度的η倍，那么液柱高度为： b a L h h H H ++=η0 装料容积V ： )6 1(40221D h H D V V V b ++= +=ηπη 装料系数η：
目录 第一章啤酒发酵罐结构与动力学特征 (3) 一、概述 (3) 二、啤酒发酵罐的特点 (3) 三、露天圆锥发酵罐的结构 (4) 3.1罐体部分 (4) 3.2温度控制部分 (5) 3.3操作附件部分 (5) 3.4仪器与仪表部分 (5) 四、发酵罐发酵的动力学特征 (6) 第二章发酵罐的化工设计计算 (7) 一、发酵罐的容积确定 (7) 二、基础参数选择 (7) 三、D、H的确定 (7) 四、发酵罐的强度计算 (9) 4.1 罐体为内压容器的壁厚计算 (9) 五、锥体为外压容器的壁厚计算 (11) 六、锥形罐的强度校核 (13) 6.1内压校核 (13) 6.2外压实验 (14) 6.3刚度校核 (14)
第三章发酵罐热工设计计算 (14) 一、计算依据 (14) 二、总发酵热计算 (15) 第四章发酵罐附件的设计及选型 (19) 一、人孔 (19) 二、接管 (19) 三、支座 (20) 第五章发酵罐的技术特性和规范 (21) 一、技术特性 (21) 二、发酵罐规范表 (22) 参考文献 (24)
发酵罐设计实例 第一章啤酒发酵罐结构与动力学特征 一、概述 啤酒是以大麦喝水为主要原料，大米、酒花和其他谷物为辅料经制麦、糖化、发酵酿制而成的一种含有二氧化碳、酒精和多种营养成分的饮料酒。我国是世界上用谷物原料酿酒历史最悠久的国家之一，但我国的啤酒工业迄今只有100余年的历史。改革开放以来，我国啤酒工业得到了很大的发展，生产大幅度增长，发展到现在距世界第二位。由于啤酒工业的飞速发展，陈旧的技术，设备将受到严重的挑战。为了扩大生产，减少投资保证质量，满足消费等各方面的需要，国际上啤酒发酵技术子啊原有传统技术的基础上有很大进展。尤其是采用设计多种形式的大容量发酵和储酒容器。这些大容器，不依靠室温调节温度，而是通过自身冷却来控制温度，具有较完善的自控设施，可以做到产品的均一性，从而降低劳动强度，提高劳动生产率。 就发酵罐的外形来分，主要有圆柱锥形底罐、圆柱蝶形罐、圆柱加斜底的朝日罐和球形罐等。 二、啤酒发酵罐的特点 1、单位占地面积的啤酒产量大；而且可以节约土建费用； 2、可以方便地排放酵母及其他沉淀物（相对朝日罐、通用罐、贮就罐而言）；
发酵罐的比拟放大 一、比拟放大的内容： 罐的几何尺寸，通风量，搅拌功率，传热面积和其他方面的放大问题，这些内容都有一定的相互关系。 二、比拟放大的依据 1、单位体积液体的搅拌消耗功率 2、搅拌雷诺准数 3、溶氧系数 4、搅拌桨末端线速度 5、混合时间 6、通过反馈控制条件，尽可能使重要环境因子一致。 三比拟放大和它的基本方法 比拟放大:是把小型设备中进行科学实验所获得的成果在大生产设备中予以再现的手段，它不是等比例放大，而是以相似论的方法进行放大。 首先必须找出表征着此系统的各种参数，将它们组成几个具有一定物理含义的无因次数，并建立它们间的函数式，然后用实验的方法在试验设备中求得此函数式中所包含的常数和指数，则此关系式在一定条件下便可用作为比似放大的依据。比拟放大是化工过程研究和生产中常用的基本方法之一。 在发酵工程中是否适用和发酵工程中所用的比拟放大方法 发酵过程是一个复杂的生物化学过程，影响这个过程的参数有物理的、化学的、生物的，有些虽然已经被认识了，但目前还不能准确快速地测量，有些则尚未被认识。 现在只研究了少数参数对此过程的关系，而假定其它参数是不变的，实际上不可能都是不变的。因此发酵生产过程设备比似放大理论与技术的完善，有赖于对发酵过程的本质的深入了解。 发酵工程中所用的比拟放大方法有：等KLa, 等πDN, 等Pg/V, 等Re或动量因子,相似的混合时间等。 发酵过程的控制和监测 一、发酵过程的监测内容与方式 发酵过程的参数检测意义 在发酵过程中，过程状态经历着不断的变化，尤其是批发酵这种状态的变化更快。 底物和营养物由于生物活性而变化，生物量的增加和生物量组成也在变化(包括物理、生化和形态学上的变化），而各种具有生物活性的产物被积累。 发酵过程检测和控制的目的就是利用尽量少的原料而获得最大的所需产物。 （一）发酵过程监控的主要指标 1．物理检测指标：温度；压力；搅拌转速；功耗；泡沫；气体流速；粘度等。 2．化学检测指标：pH；氧化还原电位；溶解氧；气体CO2、O2；糖含量；化合物含量等。3．生物检测指标：菌体浊度；A TP；各种酶活力；中间代谢产物。 当然并非所有产品的发酵过程中都需检测上述全部参数，而是根据该产品的特点和可能条件，有选择地检测部分参数。 (二)监控方式 一般监控系统包括3个部分。
发酵罐70t设计
庆大霉素生产工艺流程图 ①装料系数：一级种子罐65% 二级种子罐70% 发酵罐75% ②发酵液物性参数：密度1050kg/m3 粘度50（CP）比热4.18kJ/kg.℃ ③Q p:发酵热 3500kcal/m3h=14700kJ/m3h 冷却装置：种子罐用夹套式冷却，发酵罐用列管冷却。 ④连续灭菌系统 培养基灭菌处理量：20m3/h 连消灭菌温度：1350C
⑤接种量 一级种子罐至二级种子罐按15%计算 二级种子罐至发酵罐按15%计算 已知工艺条件 （1）年产量 ：G=70t(庆大霉素) （2）年工作日 M=300天 （3）发酵周期=6t 天 （4）发酵平均单位u1=1500单位/ 毫升 （5）成品效价u2=580单位/毫克 （6）提炼总效率=85% (7)装料系数=75% 工艺计算 V d =% 85*1500*300580*70*1000=106.14m 3 /d V 0=0.75 *1106.14=141.53m 3 /d 0 3 二级种子罐 (取损失比为15% ) 取周期为4天，则需发酵罐4台 V1= 7 .0)15.01(*15.0*14.106+=26.16m 3 一级种子罐 (取损失比为15% ) V2=65.0) 15..01(*15.0*15.0*14.106+=4.23m 3 取周期为4天，则需发酵罐4台 发酵罐 （1）高径比H/D=2.0~3.5 （2）搅拌器：六弯叶涡轮搅拌器,Di:di:L:B=20:15:5:4 （3）搅拌器间距：S=（0.95-1.05）D （4）搅拌器直径：Di=D/3 （5）最下一组搅拌器与罐底的距离：C=（0.8-1.0）D （6）罐内0.4MPa ；夹套0.25 MPa （7）挡板宽度：B=0.1D ，当采用列管式冷却时，可用列管冷却代替
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，
食品深加工类机械与设备 工艺设计 （装料量53m机械搅拌发酵罐设计） 设计小组：第2组 组长：张超 组员：田林亮 王金凯 张亮 专业：食品科学与工程 部门：生物研发部 日期： 2013年7月20日 德州市鸿泰环保设备有限公司研发部
目录 一、设计任务 (2) 二、设计要求 (3) 三、概述 (3) 四、总体结构设计 (4) 4.1罐头设计 (4) 4.2罐头及封头的几何尺寸的计算 (4) 4.3罐头压力测试 (6) 4.4确定夹套的几何尺寸的计算 (7) 4.5夹套压力试验 (8) 五、搅拌装置及附件设计 (8) 5.1搅拌轴计算 (8) 5.2搅拌器选型及分布 (12) 六、传动装置的设计 (14) 6.1电动机选型 (15) 6.2减速器选型 (16) 6.3联轴器选型 (20) 七、其他辅助设备的选型 (21) 7.1支座的选择 (21) 7.2人孔的选择 (23)
7.3视镜的选择 (23) 7.4无菌空气通风管设计 (23) 7.5消泡器 (24) 八、各自的设计任务 (24) 一、设计任务 装料量53m机械搅拌发酵罐设计 接管建议（推荐）
二、设计要求 1.机械搅拌发酵罐计算及整体结构设计，完成设计说明书。 （1）进行罐体及夹套（或内部蛇管）设计计算； （2）进行搅拌装置设计：搅拌器的选型设计；选择轴承、联轴器，罐内搅拌轴的结构设计，搅拌轴计算和校核； （3）传动系统的设计计算：尽可能采用V带传动，进行传动系统方案设计；进行带传动设计计算； （4）密封装置的选型设计； （5）选择支座形式并计算； （6）手孔或人孔选型； （7）选择接管、管法兰、设备法兰； （8）设计机架结构； （9）设计凸缘及安装底盖结构； （10）视镜的选型设计； （11）消泡装置设计； （12）无菌空气分布管设计。 2.绘制搅拌罐装配图(2号或3号图纸)。 三、概述 机械搅拌发酵罐是生物制药工厂常用类型之一，它是利用机械搅拌器的作用，使空气和醪液充分混合促使氧在醪液中溶解，以保证供给微生物生长繁殖、发酵所需要的氧气。 机械搅拌发酵罐可用于生产药用酵母、饲料酵母、活性干酵母、液体曲、谷氨酸、柠檬酸、抗生素、维生素、酶制剂、食用醋、赖氨酸等。机械搅拌发酵罐其实就是一种生物反应器，生物反应器是指为活细胞或酶提供适宜的反应环境，让他们进行细胞增殖或生产的装置系统。生物反应器为细菌的生长和繁殖提供适宜的生长环境，促进菌体生产人们需要的产物。广泛应用于乳制品、饮料、生物
工程大学课程设计任务书 班级： 姓名： 课题名称：生物反应器设计（啤酒露天发酵罐设计） 指定参数： 1.全容：m3 2.容积系数： 3.径高比： 4.锥角： 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） ⑴封面 ⑵完成生物反应器设计化工计算 ⑶完成生物反应器设计热工计算 ⑷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1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 接受学生承诺： 本人承诺接受任务后，在规定的时间内，独立完成任务书中规定的任务。 接受学生签字： 生物工程教研室 2010-11-15
发酵罐设计 第一节 发酵罐的化工设计计算 一、 发酵罐的容积确定 由指定参数：V 全= 30m 3 ?=85% 则：V 有效=V 全*?= 25.5 m 3 二、 基础参数选择 1、D ：H ：由指定参数选用D ：H=1：4 2、锥角：由指定参数取锥角为900 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，槽钢材质为A 3 钢，冷却介质采用20%、-4℃的酒精溶液） 5、罐体所承受最大内压：2.5KG/CM 3 外压：0.3KG/CM 3 6、锥形罐材质：A3钢外加涂料，接管均用不绣钢 7、保温材料：硬质聚氨酯泡沫塑料，厚度200mm 8、内壁涂料：环氧树脂 三、D 、H 的确定 由D ：H=1：4，则锥体高度H 1 =D/2tg450 =0.5D 封头高度H 2=D/4=0.25D 圆柱部分高度H 3 =（4.0-0.5-0.25）D=3.25D 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
安徽工程大学课程设计任务书 班级：课题名称：生物反应器设计（啤酒露天发酵罐设计） 学生姓名： 指定参数： 全容：50m3 容积系数：75% 径高比：1：2 锥角：900 工作介质：啤酒 设计内容： 完成生物反应器设计说明书一份（要求用A4纸打印） 封面 设计任务书 生物反应器设计化工计算 完成生物反应器设计热工计算 完成生物反应器设计数据一览表 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： 生物反应器课程设计指导书 化学工艺设计手册 机械设计手册 化工设备 化工制图 接受学生承诺： 本人承诺接受任务后，在规定的时间内，独立完成任务书中规定任务 接受学生签字：生物工程教研室 2010-11-15 啤酒露天发酵罐设计 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 =50m3的发酵罐 则V 有效=Ｖ 全 ×?=50×75%= （?为容积系数） 二、基础参数选择 1．D:H: 选用D:H=1:2 2．锥角：取锥角为900 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A 3钢，冷却介质采用20%、-4℃的酒精溶液 5．罐体所承受最大内压：㎏/㎝3 外压：㎏/㎝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=1：2，则锥体高度H 1=D/2tan450=D/2(450为锥角的一半) 封头高度H 2=D/4= 圆柱部分高度H 3=（）D= 又因为V 全=V 锥+V 封+V 柱 =3π×D 2/4×H 1+24π×D 3+ 4 π ×D 2×H 3 =50 m 3 得D= 查JB-T4746-2002《椭圆形封头和尺寸》取发酵直径D=3400mm 再由V 全=50m 3，D= 得径高比为： D: H=1:2 由D=3400mm 查表得 椭圆封头几何尺寸为： h 1=850mm h 0=50mm F= V= 筒体几何尺寸为： H=4137mm F= V= 锥体的几何尺寸为： h 0=50mm r=471mm H=1895mm F= ()220.70.3cos 0.644sin d a a π π ??-++???? = V= ()230.70.3cos 0.7224d a tga π π??++???? = 则：锥形罐总高：H=850+50+4137+50+1895=6982mm 总容积：V=++= 实际充满系数ψ：=%
中试放大的几点建议 因为本人从事这方面工作，所以也经常关注这方面的信息，偶尔发现有为仁兄慷慨把自己的经验拿了出来，感觉很好，拿来与大家分享。希望大家喜欢 我工作已经六年了，一直做研发工作，从实验室直接做到车间的那种。虽然感觉过得很快，但是六年还是一个很长的时间，至少当你真正沉下去做项目的时候，六年可以让你学到很多，我就把这六年在中试过程遇到的小麻烦总结一下，希望新人你吸取一下教训，更希望老手不要笑话我。 一个工艺在实验室小试成功了，这个只能代表他的工艺路线是通的，不代表他中试、工业化也能顺利，甚至中试工业化完全做不出来，小试和中试有很大的距离。 1：小试我们一般都是三口瓶、四口瓶，这个都是玻璃的，有什么现象清清楚楚，投料量也少，容易控制。但是生产就不行了，用的是搪玻璃、不锈钢反应釜，他是不透明的，看不到里面的东西。怎么办?就要在做小试、中试的时候多观察物料的变化情况，以便在工业化的时候做到什么步骤里面的情况能够心中有数，尽量的多增加计量点。 实例：有一个产品（不好意思，出于技术保密，所有物料产品不说名称，见笑），原药用到一个和水互溶的溶剂，合成结束后，脱去部分溶剂，加水析出。中试时怕溶剂脱干以后出安全事故，溶剂接受罐又没有计量装置，开始3批收率都偏低。查找原因是溶剂脱出太少，造成加水量不足，有部分产品还在水里。解决方法，规定脱出溶剂数量。 2：小试玻璃瓶温度计是可以升降的，即使够不着也可以看得到。但是反应釜就不同了，那个是定下来的。所以你要对你的设备心中有数。比如1000L的反应釜，最低多少物料锚能搅得到，多少物料能打到温度计套管。物料粘度怎么样，量大以后用不用加大电机功率等。 实例：有一个产品，结晶以后回收母液时候没有注意到溶剂脱出以后物料的量，里面液相温度显示不出，一直开汽加热，爆炸，所幸没有伤到人。解决方法：用热水加热。浓度低的产品用小釜多次吸入脱溶。 3：小试的时候物料少，后处理时间很短。但中试工业化就不同了，这个处理时间要延长很多，必须考虑。 实例：有一个产品用三乙胺水溶液做溶剂，反应完过滤。抽滤的时候，把物料都放在抽滤槽中，时间长了以后物料温度升高，三乙胺分层，产品随着滤液抽走。解决方法：冷却以后
编号 夹套发酵罐设计 题目：夹套发酵罐设计 机械工程学院过程设备与控制工程专业 学号1040212205 学生姓名付永生 指导教师崔政伟教授 石秀东副教授
目录 一、课程设计的目的和要求---------------------------------3 二、课程设计的学时和学分---------------------------------3 三、课程设计的主要内容 1.夹套好氧发酵罐设计---------------------------------3 2. 主要设备的工艺设计计算----------------------------3 四、计算及说明-------------------------------------------5 （一）搅拌装置的设计--------------------------------------5 1.传动装置的设计-------------------------------------5 （1）电动机的选型---------------------------------5 （2）减速机的选型---------------------------------6 （3）机架-----------------------------------------6 2. 搅拌轴的设计--------------------------------------7 （1）搅拌轴的材料----------------------------------7 （2）搅拌轴的结构----------------------------------8 （3）搅拌轴的强度校核------------------------------8 3. 联轴器的选取--------------------------------------9 4. 轴承3的选取及其轴承寿命的核算--------------------9 5. 密封装置的选取-----------------------------------10 6. 搅拌器的设计-------------------------------------10 （1）搅拌器的类型及应用场合------------------------11
生物工程工艺实验实验报告 学院：生物工程学院 专业：生物工程（微生物工程） 学号： 姓名：
天津科技大学 生物工程工艺实验实验报告 生物工程学院生物工程（微生物工程）专业学号姓名 实验日期：2013年12月17日第2组同组人董扬，宋萌，王晓晨，庞申，李耕文，徐蕾，崔香丹 实验名称：上海百伦离位灭菌机械搅拌双臂玻璃发酵罐的认识及灭菌 一、实验目的 1.了解上海百伦离位灭菌机械搅拌双臂玻璃发酵罐和其他配套设备的各组成部分名称及作 用； 2.熟练掌握发酵罐的灭菌的步骤及注意事项； 3.掌握采用分光度计测量菌体浓度的方法及注意事项，绘制菌体浓度曲线。 二、实验原理 用于厌气发酵(如生产酒精、溶剂)的发酵罐结构可以较简单。用于好气发酵(如生产抗生素、氨基酸、有机酸、维生素等)的发酵罐因需向罐中连续通入大量无菌空气，并为考虑通入空气的利用率，故在发酵罐结构上较为复杂，常用的有机械搅拌式发酵罐、鼓泡式发酵罐和气升式发酵罐。 乳制品、酒类发酵过程是一个无菌、无污染的过程，发酵罐采用了无菌系统，避免和防止了空气中微生物的污染，大大延长了产品的保质期和产品的纯正，罐体上特别设计安装了无菌呼吸气孔或无菌正压发酵系统。罐体上设有米洛板或迷宫式夹套，可通入加热或冷却介质来进行循环加热或冷却。发酵罐的容量由300-15000L多种不同规格。发酵罐按使用范围可分为生物发酵罐、啤酒发酵罐、葡萄酒发酵罐等。 发酵罐广泛应用于乳制品、饮料、生物工程、制药、精细化工等行业，罐体设有夹层、保温层、可加热、冷却、保温。罐体与上下填充头（或雏形）均采用旋压R角加工，罐内壁经镜面抛光处理，无卫生死角，而全封闭设计确保物料始终处一无污染的状态下混合、发酵，设备配备空气呼吸孔，CIP清洗喷头，人孔等装置。 发酵罐的分类:按照发酵罐的设备,分为机械搅拌通风的和非机械搅拌通风发酵罐 按照微生物的生长代谢需要,分为好气型发酵罐和厌气型发酵灌 发酵罐是一种对物料进行机械搅拌与发酵的设备。该设备采用内循环方式，用搅拌桨分散和打碎气泡，它溶氧速率高,混合效果好。罐体采用SUS304或316L进口不锈钢，罐内配有自动喷淋清洗机头，确保生产过程符合GMP要求。 本次试验介绍的是上海百仑生物公司离位灭菌机械搅拌双臂玻璃5L发酵罐。 上海百伦是一套实验室全玻璃发酵设备，离位灭菌、椭圆形玻璃罐底，带水浴夹套，机械搅拌，操作方便、功能强大，可以满足各种目的的发酵，如批式、批式流加、单臂罐体为加热毯控温，其容积有2L、3L、5L、7L、10L等几种，灭菌锅离位灭菌，操作简单，是性价比最高的一台生物反应器，温度控制及其精确可以达到0.05℃，采用彩色触摸屏显示全部测量值和控制参数，大大方便了用户的操作。在控制箱正面安装了4个蠕动泵，可以向发酵罐补充酸，碱，消泡剂和培养基。发酵中各种参数如，pH、DO、温度和转速都能通过控制器监控，所有的数据和控制参数都可传到控制器或者计算机上。结构紧凑，各种组件都能集成在
发酵罐设计 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】
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；夹套 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=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
成绩生物工程课程设计说明书 题目： 25m3发酵罐的设计（末端线速度相同） 设计人： ## 系别：生物工程 班级： 112班 指导教师： ### 设计日期： 2014 年 6 月11 日~6月21日
设计任务书 一、设计题目 25m3发酵罐的设计（末端线速度相同） 二、设计内容 某厂在100L机械搅拌罐中进行淀粉酶生产试验，所用的菌种为枯草杆菌，获得良好的发酵效果，拟放大至25m3 生产罐，粘度μ=2.25×10-3Pa·S，密度ρL=1120kg/m3。试验罐的尺寸为:直径D′=375mm，搅拌叶轮d′=125mm (D′/d′=3.0)，高径比H′/D′＝2.4，液深H L′=1.5D′，4块档板的W′/D′=0.1，装液量为60L，通气速率 1.0vvm，使用2档圆盘六直角叶涡轮搅拌器，转速n′=350r/min。通过实验，证明此发酵为高耗氧的生物反应。 其他参数： 发酵热=7500kcal/h·m3 发酵温度=32℃ 冷却水进口=20℃；出口=23℃ 三、设计要求 按照末端线速度相等的原则，计算发酵罐的公称体积、有效体积、放大倍数、直径、高径比、液柱高、搅拌叶轮等附属尺寸、通气强度、P/VL、Pg/VL、搅拌转速、叶尖线速度、轴功率、传热面积等参数，并绘出发酵罐装配图。 附属零件计算挡板，S，C，管路，空气分布器，传热面积即可，不用算壁厚。
目录 1. 前言 (1) 2. 设计依据 (2) 2.1相似性放大的内容 (2) 2.2相似性放大的依据 (2) 2.3相似性放大和它的基本方法 (2) 2.4发酵过程的控制和检测 (2) 2.4.1发酵过程的参数检测意义 (2) 2.4.2发酵过程监控的主要指标 (3) 2.4.3监控的方式 (3) 2.5发酵罐结构 (4) 2.6机械搅拌罐放大流程 (4) 3. 工艺设计内容（计算及论述分析） (5) 3.1依据几何相似原则计算发酵罐尺寸 (5) 3.2试验罐各参数的计算 (6) 3.2.1搅拌雷诺数ReM (6) 3.2.2不通气时的搅拌功率 (6) 3.2.3通气时的搅拌功率 (6) 3.2.4空气截面气速 (7) 3.2.5体积溶氧系数 (7) 3.3生产罐的各参数计算 (7) 3.3.1空气截面气速的计算 (7) 3.3.2生产罐的通气速率 (8) 3.3.3通气强度 (8) 3.3.4搅拌器线速度 (8) 3.3.5搅拌器转速 (8) 3.3.6雷诺准数ReM计算 (8) 3.3.7不通气时的搅拌功率 (9) 3.3.8通气时的搅拌功率 (9) 3.3.9生产罐的体积溶氧系数KLα (9) 3.4试验罐与放大计算结果比较 (9) 4附属零件的计算 (11) 4.1计算挡板数量和尺寸 (11) 4.1.1挡板宽度 (11)
洛阳理工学院 计算机控制技术与应用课程设计 题目：发酵培养基温度控制系统设计 学生姓名： 学号： 班级： 专业：
摘要 本题要设计的是发酵培养基温度控制系统，发酵是放热反应的过程。随着反应的进行，罐内的温度会逐渐升高。而温度对发酵过程具有多方面的影响。因此，对发酵过程中的温度进行检测和控制就显得十分重要。 本课题设计了发酵罐温度控制系统，选择的传感器为Cu100，由于信号很小，所以就需要通过差动放大电路进行放大并且经过了滤波电路滤波，然后将处理后的电压信号经过V/I转换，输出4~20mA的电流信号，最后进行仿真分析以及参数的计算，以达到通过对冷水阀开度的控制对发酵罐温度控制的目的。 本系统应用温度控制系统，有助于提高发酵效率，有助于提高工厂产值，并且可以使资源得到更充分的作用。 关键词：温度控制,PID控制器,V/I转换,比较机构
目录 前言.......................................................................................... 错误!未定义书签。 1.1.1 发酵培养基简介 3 1.1.2工艺背景：.................................................................. 错误!未定义书签。 1．2温度对发酵的影响........................................................ 错误!未定义书签。 1.2.1温度影响微生物细胞生长................................... 错误!未定义书签。 1.2.2温度影响产物的生成量....................................... 错误!未定义书签。 1.2.3温度影响生物合成的方向................................... 错误!未定义书签。 1.2.4温度影响发酵液的物理性质............................... 错误!未定义书签。 1.3、影响发酵温度变化的因素：....................................... 错误!未定义书签。 1.4发酵热的测定.................................................................. 错误!未定义书签。 1.5最适温度的选择与发酵温度的控制.............................. 错误!未定义书签。 1.5.1温度的选择....................................................................................... VII 2 培养基温度控制系统的设计.................................................... 错误!未定义书签。 2.1总体设计方案.............................................................................................. VII 2.1.1 系统总框图...................................................................................... VII 2．2硬件设计................................................................................................... V III 2.2.1温度采集电路.................................................................................. V III 2.2.2 PLC与计算机的通信......................................................................... I X 2.3软件部分......................................................................................................... X 3总结........................................................................................................................ X III 参考文献：............................................................................................................... X III