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生物工程与设备课程设计说明书年产6万吨味精厂谷氨酸生产机械搅拌通风发酵罐设计专业班级：生物工程作者学号：201106011158作者姓名：张晓勇指导老师：王君高王兰芝设计日期:2013年6月18日至2013年6月21日山东轻工业学院课程设计任务书食品与生物工程学院11 级生物工程专业学生张晓勇题目：年产6万吨味精厂谷氨酸生产机械搅拌通风发酵罐设计一、主要内容：1、物料恒算，计算发酵罐总容积；2、求发酵罐个数，取单罐公称容积200m3；3、公称容积200m3发酵罐设计（罐体尺寸、壁厚、搅拌器类型选择及尺寸设计、搅拌功率计算、搅拌轴直径计算、冷却面积计算与设计）二、基本要求1、编写计算设计说明书（有前言、设计参数、物料恒算、发酵罐工艺设计，设计体会）2、用CAD绘出发酵罐结构图。
三、设计参数1、糖酸转化率61%2、发酵产酸水平11%3、发酵周期32小时4、发酵罐充满系数为0.75、味精分子式187.13（C5H8NO4Na）.H2O6、谷氨酸分子式147.13(C5H9NO4)7、谷氨酸密度取1.553g/cm3 8、残还原糖0.8%，干菌体1.7%9、谷氨酸提取率97.5%。
10、谷氨酸生产味精精制率为125%11、空罐灭菌压力0.25MPa 12、年工作日安330天计算四、主要参考资料〔1〕郑裕国《生物工程设备》化学工业出版社2007〔2〕高孔荣《发酵设备》轻工业出版社1991.10〔3〕梁世中《生物工程设备》轻工业出版社2002.2〔4〕化工设备设计全书编辑委员会编《搅拌设备设计》上海科学技术出版社1985〔5〕吴思方《发酵工厂工艺设计概论》中国轻工业出版社2007（6）化工工艺设计手册（7）于令信《味精工业手册》（8）张克旭《氨基酸发酵工艺学》轻工业出版社完成期限：自2013年6月18 日至2012 年 6 月21日指导教师：王君高王兰芝教研室主任：一、计算设计说明书前言机械搅拌式发酵设备和技术在整个制药、生物产品的开发过程中起着特别重要的作用。
选择/输入区域Rev Date Created by Checked by Approved by计算结果区域B 2017/3/1Zhengzhou.liu *使用完退出时请不要保存第一步：估算搅拌釜尺寸客户要求处理量(L)长径比H/Di 装料系数 η选择封头类型封头个数参考直径（mm)参考筒体长度（mm)1500 1.30.8椭圆EHA 上下双封头12001560第二步：计算釜容积、最小处理量、液位高度、夹套容积估算选择封头类型选择封头个数设计封头内径/管帽外径Di(mm)/Do(mm)锥形封头小端内径Di(mm)筒体长度(mm)下封头容积(L)筒体容积 (L)全容积(L)平板封头上下双封头1400014000.02155.12155.1距下封头焊接线高度 (mm)液位值（L ）最小处理量80123.2液位值（L ）距下封头焊接线高度 (mm)液位一20001299.2液位二30001948.8液位三1500974.4夹套内径Di(mm)夹套封头WL线与釜体封头WL线间距(mm)设计夹套高（釜体封头WL线到夹套顶距离，mm）夹套总高(mm)实际夹套容积(L)1700100500600592.2夹套内径参考：内筒直径 DN=500~600, Di=DN+50内筒直径 DN=700~1800, Di=DN+100内筒直径 DN=2000~3000，Di=DN+200长径比H/Di 参考：一般搅拌罐，液固相或液液相物料，取1~1.3一般搅拌罐，气液相物料，取1~2发酵罐：取1.7~2.5装料系数η参考：反应过程中起泡或沸腾，取0.6~0.7反应过程平稳，取0.8~0.85F-JS-C-0001_搅拌釜尺寸计算。
课程设计任务书一、课程设计的内容1、通过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。
2、进行工艺计算3、主要设备工作部件尺寸的设计4、绘制装配图5、撰写课程设计说明书二、课程设计的要求与数据高径比为2.5，南方某地，蛇管冷却，初始水温18℃，出水温度26℃1．应用基因工程菌株发酵生产赖氨酸，此产物是初级代谢产物。
牛顿型流体，二级发酵。
学号末尾数为0 ： 15M3发酵罐；1号：50M3发酵罐；2号： 200 M3发酵罐2．应用基因工程菌株发酵生产柠檬酸，此产物是初级代谢产物。
牛顿型流体，二级发酵。
3号： 60M3发酵罐；4号 75M3发酵罐； 5号 100 M3发酵罐3．应用黑曲霉菌株发酵生产糖化酶，此产物是初级代谢产物。
非牛顿型流体，三级发酵。
6号： 15M3发酵罐； 7号: 20 M3发酵罐； 8号： 40 M3发酵罐； 9号：200 M3发酵罐(公称体积)三、课程设计应完成的工作1．课程设计说明书（纸质版和电子版）各1份2．设备装配图（A2号图纸420*594mm）1张四、课程设计进程安排五、应收集的资料及主要参考文献[1]郑裕国. 生物工程设备[M]. 北京：化学工业出版社，2007[2]李功样, 陈兰英, 崔英德. 常用化工单元设备的设计[M]. 广州：华南理工大学出版社，2006[3]陈英南, 刘玉兰. 常用化工单元设备的设计[M]. 杭州：华东理工大学出版社，2005[4]王福源主编.现代发酵技术(第二版)［M］. 北京：中国轻工业出版社，2004[5]潘红良，郝俊文主编.过程设备机械设计. 杭州：华东理工大学出版社，2006[6]吴思方主编.发酵工厂工艺设计概论［M］. 北京：中国轻工业出版社，2005[7]郑裕国主编，薛亚平副主编.生物工程设备［M］.北京：化学工业出版社，2007[8] 黄福源主编，生物工艺技术[M] .北京：中国轻工业出版社，2006摘要本文对黑曲霉菌株为原料生产柠檬酸的生产流程和主要反应设备作了设计和计算。
发酵罐设计说明书(总23页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--目录前言 (1)第一章、概述 (2)、柠檬酸 (2)、柠檬酸的生产工艺 (2)、机械搅拌通风发酵罐 (3)、通用型发酵罐的几何尺寸比例 (3)、罐体 (3)、搅拌器和挡板 (3)、消泡器 (4)、联轴器及轴承 (4)、变速装置 (4)、通气装置 (4)、轴封 (5)、附属设备 (5)第二章、设备的设计计算与选型 (5)、发酵罐的主要尺寸计算 (5)、圆筒体的内径、高度与封头的高度 (5)、圆筒体的壁厚 (7)、封头的壁厚 (7)、搅拌装置设计 (8)、搅拌器 (8)、搅拌轴设计 (8)、电机功率 (10)、冷却装置设计 (10)、冷却方式 (10)、冷却水耗量 (10)、冷却管组数和管径 (12)零部件 (13)人孔和视镜 (13)接管口 (13)、梯子 (15)发酵罐体重 (15)支座的选型 (16)第三章、计算结果的总结 (16)设计总结 (17)附录 (18)符号的总结 (18)参考文献 (20)生物工程设备课程设计任务书一、课程设计题目“1000m3的机械搅拌发酵罐”的设计。
二、课程设计内容1、设备所担负的工艺操作任务和工作性质，工作参数的确定。
2、容积的计算，主要尺寸的确定，传热方式的选择及传热面积的确定。
3、动力消耗、设备结构的工艺设计。
三、课程设计的要求课程设计的规模不同，其具体的设计项目也有所差别，但其基本内容是大体相同，主要基本内容及要求如下：1、工艺设计和计算根据选定的方案和规定的任务进行物料衡算，热量衡算，主体设备工艺尺寸计算和简单的机械设计计算，汇总工艺计算结果。
主要包括：（1）工艺设计①设备结构及主要尺寸的确定（D，H，H L，V，V L，Di等）②通风量的计算③搅拌功率计算及电机选择④传热面积及冷却水用量的计算（2）设备设计①壁厚设计（包括筒体、封头和夹套）②搅拌器及搅拌轴的设计③局部尺寸的确定（包括挡板、人孔及进出口接管等）④冷却装置的设计(包括冷却面积、列管规格、总长及布置等)2、设计说明书的编制设计说明书应包括设计任务书，目录、前言、设计方案论述，工艺设计和计算，设计结果汇总、符号说明，设计结果的自我总结评价和参考资料等。
粉剂混合设备容积计算公式在化工生产中，粉剂混合设备被广泛应用于各种领域，如医药、食品、化妆品等。
粉剂混合设备的容积计算是其设计和运行中非常重要的一部分，它直接影响着设备的混合效果和生产效率。
本文将介绍粉剂混合设备容积计算的相关知识和公式，希望能够对相关从业人员有所帮助。
一、粉剂混合设备容积计算的重要性。
粉剂混合设备的容积计算是为了确定设备的有效容积，以便在生产过程中能够确保混合物料的充分混合。
如果容积计算不准确，可能会导致混合不均匀，甚至影响产品质量。
因此，在设计和选型粉剂混合设备时，容积计算是至关重要的一步。
二、粉剂混合设备容积计算的基本公式。
1. 搅拌桶容积的计算公式：搅拌桶容积 = π (直径/2)^2 高度。
其中，π为圆周率，直径为搅拌桶的直径，高度为搅拌桶的高度。
2. 搅拌桶内有效容积的计算公式：搅拌桶内有效容积 = 搅拌桶容积 (1 空隙率)。
其中，空隙率为搅拌桶内未被物料填充的空间所占的比例，通常取值为5%~10%。
3. 搅拌桶混合物料的最大容积：搅拌桶混合物料的最大容积 = 搅拌桶内有效容积充填系数。
其中，充填系数为搅拌桶内物料的充填比例，通常取值为60%~80%。
以上公式是粉剂混合设备容积计算中常用的基本公式，通过这些公式可以初步确定搅拌桶的容积大小，以及混合物料的最大容积，为设备的选型和设计提供重要参考。
三、粉剂混合设备容积计算的影响因素。
1. 物料的性质，不同的物料在混合过程中，其物理性质和化学性质都会对容积计算产生影响，如物料的密度、流动性等。
2. 设备的结构，不同类型的粉剂混合设备，其结构和形式不同，因此容积计算也会有所差异，如双锥旋转混合机、V型混合机等。
3. 混合工艺要求，不同的生产工艺对混合设备的容积有不同的要求，有些需要大容积的混合设备，有些则需要小容积的混合设备。
以上因素都会对粉剂混合设备容积计算产生影响，因此在进行容积计算时需要充分考虑这些因素，以确保计算结果的准确性。
生物工程设备习题一、单项选择题:1.空气过滤系统中旋风分离器的作用是______________。
分离油雾和水滴 B.分离全部杂菌 C.分离二氧化碳 D.分离部分杂菌2.无论是种子罐或发酵罐，当培养基尚未进罐前对罐进行预先灭菌，我们称为空罐灭菌，此时对灭菌温度和灭菌时间的要求是____________________，只有这样才既合理经济，又能杀灭设备中各死角残存的杂菌或芽孢。
A高温瞬时(133℃，15秒钟) B.同实罐灭菌一样(115℃，8-15分钟) C.高温长时(127℃，45分钟) D.间歇灭菌(100℃，30分钟，连灭三次)3.机械轴封的动环的硬度比静环_______。
动环的材料可用___________，静环最常用的材料是___________。
大，碳化钨钢，铸铁B.大，碳化钨钢，聚四氟乙烯 C.小，聚四氟乙烯，不锈钢； D.小，聚四氟乙烯，碳化钨钢。
4.目前啤酒厂的圆筒锥底发酵罐内采用____________。
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5.空气过滤系统中空气加热器的作用是______________。
A.对空气加热灭菌B.升高空气温度，以降低空气的相对湿度C.对空气加热，蒸发除去空气中的部分水份D.升高空气温度，杀灭不耐热的杂菌6.机械搅拌发酵罐中最下面一档搅拌器离罐底距离一般____A______搅拌器直径的高度，最上面一个搅拌器要在液层以下0.5米(大罐)。
A.小于一个B.大于一个小于两个C.等于一个D.等于两个7.自吸式发酵罐的搅拌轴是从罐下方进罐的,因此________轴封。
A.应该用填料函B.应该用单端面机械C.应该用双端面机械D.无需8.安装在空气压缩机前的过滤器主要作用是______________。
将空气过滤为无菌空气 B.过滤分离空气中的油雾 C.过滤分离空气中的水滴 D.减轻总空气过滤器的过滤负荷9.为了减轻空气过滤系统的负荷空气压缩机最好选用_________空气压缩机。
第1，2章通风搅拌反应器一、单项选择题1、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2、机械搅拌发酵罐中最下面一档搅拌器离罐底距离一般___A___反应器直径的高度，最上面一个搅拌器要在液层以下0.5米(大罐)。
A.小于一个或等于一个B.大于一个小于两个 D.等于两个C.以上答案都不对3、塔式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、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5、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6．机械搅拌通风发酵罐在装液灭菌冷却后，搅拌器的输出功率应是：( A ) A．通入无菌空气后比通入无菌空气前有所下降B．通入无菌空气后比通入无菌空气前有所上升C．与有无空气无关，输出功率在通风前后保持不变D．通入无菌空气后与通入无菌空气前相比，有时上升，有时下降7．对于大通风比发酵过程来说，发酵罐内发酵液中的空气气泡直径：( C ) A．与通风量有关，与空气喷嘴直径有关B．与通风量无关，与空气喷嘴直径有关C．与通风量有关，与空气喷嘴直径无关D．与通风量无关，与空气喷嘴直径无关8. 外循环空气带升式发酵罐的优点是无需__________。
A.空气过滤系统B.搅拌器C.空气喷嘴D.罐外上升管二、多项选择题1、由于大生产中所使用的好气性发酵罐是受压容器，因此封头选用__ABC_____封头。
A.锥形B.椭圆C.蝶形D.球形2、通用式机械搅拌发酵罐中挡板的作用是__ACD___。
A.提高醪液湍流程度，有利于传质B.增加发酵罐罐壁的机械强度C.改变液流方向，由径向流改变为轴向流D.防止醪液在罐内旋转而产生旋涡，提高罐的利用率3、气升式发酵罐的特点有BDA. 高径比(H/D)比机械搅拌通风发酵罐的小B. 无需机械搅拌C. 无需空气压缩机D. 溶氧速率较高4、圆筒锥底啤酒发酵罐的夹套内可用ABC 与啤酒发酵醪进行热交换。
机械搅拌器直径大小与罐径的比例
从机械搅拌器的功能可以知道,叶轮叶片的直径大小不就是任意决定的,它
可以影响叶轮的排出流量,也可以影响动力消耗,也就就是可以影响向液体中输
入能量的大小,说明叶轮的大小直接影响搅拌过程的进行。
如果叶轮的大小选择合理,就能供给搅拌过程所需要的动力,还能提供良好的流动状态,完成预期的操作。
叶轮叶片的大小一般以桨径的大小(所谓桨径就是指叶轮回转时前端轨迹圆的直径)与叶轮的宽度来衡量。
桨径的选择与机械搅拌器的种类有关,与罐径的大小有关。
当搅拌罐中出现“圆柱状回转区”漩涡时,这个部分的混合很差,致使混合时间较长,不利于搅拌过程,所以一般都要设法缩小这个区域。
如果减小桨径就可以缩小“圆柱状回转区”的半径。
如果因为种种原因,不方便更改桨径,那么除了通过减小浆径来缩小“圆柱状回转区”外,还可以通过以下两种方法:
安装搅拌器装置附件——挡板| 搅拌器的偏心式安装
在低黏度液时,由于液体流动性好,能量传递较容易,所以不必担心由于桨径的减小会造成叶轮外围出现死区。
此时,只要叶轮的搅动液量范围够,就应将桨径取小些,以桨径与罐内径之比叫桨径罐径比d/D,一般桨式叶轮的d/D=0,35~0、8。
涡轮式叶轮的d/D一般为0、25~0、5。
桨式之所以将d/D的范围取大些,就是因为它的转速较低,还常用在黏度较高的条件下。
考虑到具体的操作目的,还可将桨径尺寸选择更合理些。
例如对于液液分散操作时,为使轻相组分不致集中在轴的附近,要使罐的中心部分与四周部分的分散相能侧时分散,取d/D=1/3最合适,对气-液分散操作,也取d/D=1/3。
据认为在这个条件下.当动力消耗一定时,传质速
率较大。
当固-液相悬浮操作时,为使罐底的固体颗粒易于搅起,对不同类型的罐底可取不同的桨径。
桨径罐径比分别为:平底圆罐d/D=0、45 - 0、5,椭圆形底圆罐d/D=0、4,半球形底圆罐d/D=0、3。
对于特殊的液液乳化搅拌,为取得高的剪切能力,叶轮要高速同转,其桨径罐径比更小,一般为1/6~1/10。
在液体黏度很大,大到使流动进入层流状态时,轴附近的“圆柱状回转区”几乎变小到零,但因液体黏滞力很大,罐内易出现死区,所以桨径要取得很大,如采
用锚式、框式及螺带式等,其d/D都在0、9以上。
推进式叶轮轴向流量大,体积循环能力强,一般桨径都不大,多取d=0,2-0、5其中以d/D=1/3为最常用。
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可将机械搅拌器根据转速区分为快速型与慢速型两类,它们的桨径罐径比不同。
以经常使用在过渡区与湍流区的为快速型,如涡轮式、推进式、鼠笼式与桨式等;以经常用在层流区的为慢速型,如螺带式、锚式、螺杆式等等。
对快速型搅拌器直径大小一般取2、0≤D/d≤8、0,即0、125≤d/D≤0、5;对慢速型的一般取1、04≤D/d≤2、0,即0、5≤d/D≤0、96。
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关于一个叶轮上叶片的数量,一般在桨式中常用双叶。
各种涡轮式的叶轮以6叶及8叶为多,最少的用3叶,最多有用16叶。
推进式有2叶、3叶与4叶,以3叶居多。
关于叶轮宽度的影响.可从机械搅拌器的动力消耗方面来分析。
可这样概括地说,在高黏度液体中,层流范围内动力消耗几乎与桨宽成正比,而在低黏度液中,仅在叶轮宽度范围较小时,动力消耗随桨宽增加而增加,当桨宽大到一定范围以上,动力消耗就不再因桨宽增大而增大了。
这里介绍一些常用桨宽b的数据。
对涡轮式,在不互溶液-液中搅拌时,取
d/D=1/3,叶片数=4,桨宽b=(0、05~0、1)D。
在气-液分散操作中,取d/D=1/3.则取(b/D)n=0、15~0、3。
桨式的b=(0、1~0、25)D。
锚式、框式及螺带式其桨宽
b=0、1D。
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关于机械搅拌器在搅拌轴上的安装层数,一般都就是从叶轮的搅动范围来考虑的,液层过高则要考虑设置多层叶轮。
对于低黏度液体,如黏度小于5000mPa、s 时径流型叶轮可搅动罐内上下范围为桨径的4倍,所以对常用的液层降度H=D时,只要一层叶轮即可。
推进式叶轮一般也在粘度大于110mPa、s及液层深度H>4d 时才取积层。
对于高黏度液体,当黏度达到50000mPa、s时,上下可搅动的液体范围但就是桨径的1/2,所以这时必须增加机械搅拌器层数。
多层搅拌如下图。
快速型机械搅拌器一般在H>1、3D时设置多层机械搅拌器,且相邻搅拌器间距不小于叶轮直径d。
一般情况下,我们也可以利用螺带螺杆搅拌器来加强液体在上下方向的循环,但就是如果液体高度过高,那么多层搅拌器就就是首选了。
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拌器技术参数
机械搅拌器在圆形罐中心直立安装时,桨式与涡轮式下层叶轮离罐底面的高度C一般为桨径的1~1、5倍。
如果为了防止底部有沉淀,也可将叶轮放置低些,如离底高度C=D/10。
最上层叶轮高度离液面至少要有1,5d的深度,特别就是不设挡板液面中心有下陷时更要注意。
搅拌器过于接近液面会目液面下陷而使叶轮外露。
推进式叶轮的C值一般也等于1/3液层深度。
为了防止底部沉淀的产生也可以安装底挡板,下面就是底挡板相关内容:底挡板与指形挡板
推进式搅拌器在倾斜安装与侧面安装时,其安装尺寸参见图2-9。
按照此图上的数据安装,可不致使被搅拌的液体产生固定的旋涡,有利于混合过程。
上面介绍的这些几何关系都就是一些最常用的。
如图2-10上的几何尺寸关系可称为涡轮式的标准型尺寸。
只有尺寸选择合理,才有可能良好地发挥机械搅拌器的功能,特别就是高黏度液体的搅拌,其叶轮尺寸、安装尺寸尤其重要,应当慎重选择。
