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、实验目的：1 ．了解发酵罐(气升式、搅拌式)的几大系统组成，即空气系统、蒸汽系统、补料系统、进出料系统、温度系统、在线控制系统。
2．掌握发酵罐空消的具体方法及步骤3．掌握发酵罐进料及实消的具体方法及步骤4．掌握发酵罐各系统的控制操作方法二、实验原理：1．蒸汽系统：三路进汽——空气管路、补料管路、罐体)2．温度系统：(1)夹套升温：蒸汽通入夹套。
(2)夹套降温：冷水通入夹套，下进水，上出水。
(3)发酵过程自动控温系统：热电偶控温，马达循环，只能加热，发酵设定温度低于室温时，由夹套进冷水降温。
3．空气系统：取气口T空压机：往复式油泵获得高脉冲的压缩空气粗过滤器：由沙布包裹棉花压实成块状叠加制得，作用是去除部分细菌及大部分灰尘(贮气罐)：空压机压缩使气体温度升高，经贮气使气体保温杀菌；压缩空气中有油污、水滴，且压力不稳，有一定的脉冲作用，会冲翻后面的过滤介质，贮气后可使油滴重力沉降，减小脉冲。
（冷却塔）：有降温并稳定作用，同时经旋风分离器进行气液分离（丝网分离器）：通过附着作用，逐步累积沉降而分离 5 微米以上的微粒其作用介质为铜丝网（加温器）：对压缩空气升温，除湿，使湿度达50%-60%总过滤器：纱布包裹棉花加活性炭颗粒，逐层压紧而成。
分过滤器：平板式纤维，中间为玻璃纤维或丝棉，下面放水阀应适时打开放出油、水，再用压缩空气控干。
种子罐或发酵罐4．补料系统：补培养基、消泡剂、酸碱等。
5．在线控制系统：热电偶（温度探关）、溶氧探头、pH 探头（后二者实消时才安装，为不可再生探头，有限定使用次数，pH 探头使用前要先校准）、控制柜、数据采集系统。
6、进出料系统：进料口（接种口）、出料口（取样口）。
7．蒸汽过滤器：在蒸汽进入空气系统时应用，以免蒸汽中携带的杂质颗粒堵塞分过滤器微孔。
三、方法与步骤：（一）原则：1．通蒸汽前先关闭所有阀门。
2．粗过滤器不空消也不实消，要定期处理，所以必须关闭通向粗过滤器的阀门。
目录前言 (1)第一章、概述 (2)1.1、我酸 (2)1.2、賊酸的新工艺 (2)1.3、机械搅拌通风发酵罐 (3)1.3.1、通用型发酵罐的几彳可尺寸比例 (3)1.3.2、罐体 (3)133、搅拌器和挡板 (3)1.3.4、消泡器 (4)1.3.5、联轴器及轴承 (4)126、变速装置 (4)1.3.7、通气装置 (4)138、轴封 (5)139、附属设备 (5)第二章、设备的设计计算与选型 (5)2.1、发酵罐的主要尺寸计算 (5)2.1.1、圆筒体的径、高度与封头的高度 (5)2.1.2、圜筒体的壁厚 (7)2.1.3、封头的壁厚 (7)2.2、搅拌装置设计 (8)2.2.3、电痕率 (10)2.3、冷却装置设计 (10)2.3.1、 冷却方式 (10)2.3.2、 冷却水耗臺 (10)2.3.3、 冷却管组数和管径 (12)2.4零部件 (13)2.4.1人孔和视谯 (13)2.4.2 接管口 ................................................................. 13 243、梯子 (15)2.6支座的选型蹄总结 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―、课程设计题目”1000计的机械搅拌发酵罐”的设计。
2.5®体重 ..................................................................15 16 第三章、计算结果的总、结 ............................................................16 17二课程设计容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。
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。
发酵罐是发酵设备中最重要、应用最广的设备，是发酵工业的心脏，是连接原料和产物的桥梁。
随着工业技术的发展，市面上出现了种类繁多、功能更加完备的新型发酵罐。
如何选择或者设计一种合适的发酵罐将会成为一个研究热点。
本文旨在通过相应的参数计算和设备计算完成年产20吨庆大霉素的机械通风发酵罐初步设计。
2 常见的发酵罐2.1机械搅拌通风发酵罐机械搅拌发酵罐是利用机械搅拌器的作用，使空气和发酵液充分混合，促使氧在发酵液中溶解，以保证供给微生物生长繁殖、发酵所需的氧气,又称通用式发酵罐。
可用于啤酒发酵、白酒发酵、柠檬酸发酵、生物发酵等。
图1 机械通风发酵罐2.2气升式发酵罐气升式发酵罐把无菌空气通过喷嘴喷射进发酵液中，通过气液混合物的湍流作用而使空气泡打碎，同时由于形成的气液混合物密度降低故向上运动，而含气率小的发酵液下沉，形成循环流动，实现混合与溶氧传质。
其结构简单、不易染菌、溶氧效率高和耗能低，主要类型有气升环流式、鼓泡式、空气喷射式等。
图2 气升式发酵罐原理图2.3自吸式发酵罐自吸式发酵罐是一种不需要空气压缩机，而在搅拌过程中自吸入空气的发酵罐。
叶轮旋转时叶片不断排开周围的液体使其背侧形成真空，由导气管吸入罐外空气。
吸入的空气与发酵液充分混合后在叶轮末端排出，并立即通过导轮向罐壁分散，经挡板折流涌向液面，均匀分布。
与机械发酵罐相比，有一个特殊的搅拌器，但没有通气管。
罐为负压，易染菌，当转速较大时，会打碎丝状菌。
图3 自吸式发酵罐3 已知工艺条件（1）年产量：G=20 t （庆大霉素） （2）年工作日：M=300天 （3）发酵周期：t=6天（4）发酵平均单位：μm =1400单位/毫升（5）成品效价：μp =580单位/毫克 （6）提炼总效率：ηp =87%（7）每年按300天计算，每天24小时连续运行。
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l和管组高度 (10)V 每组管子圈数n (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)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=1.7-4.0②搅拌器：六弯叶涡轮搅拌器,Di :di:L:B=20:15:5:4③搅拌器直径：Di=D/3④搅拌器间距：S=（0.95-1.05）D⑤最下一组搅拌器与罐底的距离：C=（0.8-1.0）D⑥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0.65-0.8②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.m3④溶氧系数：种子罐5-7×10-6molO2发酵罐6-9×10-6molO2⑤标准空气通风量：种子罐0.4-0.6vvm发酵罐0.2-0.4vvm（3）、冷却水及冷却装置冷却水：地下水18-20℃冷却水出口温度：23-26℃发酵温度：32-33℃冷却装置：种子罐用夹套式冷却，发酵罐用列管冷却。
5立方米机械搅拌通气发酵罐设计1. 简介本文档旨在介绍一种设计方案，用于制造带有机械搅拌和通气功能的5立方米发酵罐。
该发酵罐可用于生物工程、食品工业等领域的发酵过程。
我们将详细讨论发酵罐的结构、材料、机械搅拌装置、通气装置以及相关注意事项。
2. 发酵罐结构5立方米机械搅拌通气发酵罐的基本结构如下：•罐体：采用不锈钢材料制作，具有良好的耐腐蚀性和密封性。
罐体内部应进行表面处理，以确保发酵过程中不会发生不必要的化学反应。
•支撑结构：发酵罐需要具备良好的稳定性。
可以使用三脚架或更复杂的支撑结构来支撑罐体。
•排液装置：设计双层底部结构，以方便排除底部产生的液态废物。
•观察窗：设计透明的观察窗，以便操作人员观察发酵过程。
•杂质控制：设置进出口阀门和过滤器，以控制发酵罐中的杂质。
•控制系统：配备适当的控制系统，以实现对搅拌、通气过程的自动控制。
3. 机械搅拌装置机械搅拌装置对于发酵过程中的溶液混合至关重要。
以下为机械搅拌装置的设计要点：•搅拌器种类：推荐使用桨叶式搅拌器。
该种类型的搅拌器能够提供均匀的液体搅拌效果，避免局部过高的温度或浓度。
•运行速度：搅拌器的运行速度应根据具体的发酵工艺来确定。
通过调节搅拌器的转速，可以控制溶液的混合程度。
•安装位置：搅拌器应安装在发酵罐的底部，并与罐体平行，以确保搅拌的效果。
•搅拌器材质：搅拌器的材质应选择耐腐蚀、耐高温的材料，如不锈钢。
4. 通气装置通气装置对于发酵过程中的氧气供应和二氧化碳排放至关重要。
以下为通气装置的设计要点：•通气方式：采用气体进出口来实现通气的目的。
气体进口可以通过气体控制阀来调节进气量。
•进气过滤：通气装置应设置过滤器，以防止进入发酵罐的空气中含有杂质。
•二氧化碳排放：设计专门的排气管道，以排放掉发酵过程中产生的二氧化碳。
•氧气供应：注入适量的氧气至发酵罐中，以满足发酵过程中微生物的需求。
5. 注意事项在设计和使用5立方米机械搅拌通气发酵罐时，需要注意以下事项：•温度控制：通过适当的冷却装置和加热装置，及时控制发酵罐内的温度。
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. 技术特性指装置的用途、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。
上升管和下降管装置在罐外，称为外循环；装置在罐内，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可达介面，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，kLa2000h-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)/(kW.h).达1~2kg(O2（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置上升罐，上升罐两端与罐底及上部相连接，构成一个循环体系。
在上升管的下部装置空气喷嘴，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。
