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发酵罐设计要求
以下是 6 条关于发酵罐设计要求：
1. 发酵罐的容量可得合适啊，就像你做饭不能锅太大或太小一样。
你想想，要是容量不合理，要么生产效率低，要么浪费资源，那多不划算呀！比如做酸奶，一次做太少满足不了需求，一次做太多又浪费。
2. 温度控制多重要啊！嘿，这就跟人得保持合适体温似的。
温度不合适，发酵效果能好吗？比如酿酒，温度高了或低了，那酒的品质能有保障吗？
3. 搅拌系统可得靠谱呀！这就好比划船得有个好桨，不然怎么能搅拌均匀呢？你再想想，要是搅拌不均匀，那发酵能均匀进行吗？比如说做泡菜，搅拌不好不就有的地方太咸有的地方没味道啦！
4. 材质也得精挑细选呀！难道不是吗？这不像是造房子得选坚固的材料一样吗。
要是材质不行，容易坏不说，还可能影响发酵呢！就像用质量差的罐子腌咸菜，说不定会漏呢。
5. 密封性能可不能马虎啊！你说要是密封不好，那不就跟瓶子没盖紧一样嘛。
里面的东西不就容易坏或者受污染呀！比如发酵饲料，密封不好，不就白费劲啦！
6. 清洁维护得方便呀！这就跟你要经常打扫房间一样。
如果设计得不方便清洁维护，那时间久了多脏多乱呀，还怎么保证发酵质量呢！好像做面包的发酵罐，不清理干净下次做出来的面包能好吃吗？
我觉得好的发酵罐设计真的太重要啦，关系到最终产品的质量和成败呀！。
摘要发酵罐是化工生产中实现化学反应的主要设备。
其作用：①使物料混合均匀；②使气体在液相中很好分散；③使固体颗粒在液相中均匀悬浮；④使不均匀的另一液相均匀悬浮或充分乳化。
目前已广泛地用于制药、味精、酶制、食品行业等。
它的主要组成部分包括釜体、搅拌装置、传热装置、轴封装置。
还根据需要加其他的附件，如装焊人孔、手孔和各种接管(为了便于检修内件及加料、排料)，安装温度计、压力表、视镜、安全泄放装置(为了操作过程中有效地监视和控制物料的温度、压力)等。
釜体是由简体和两个封头组成，它的作用是为物料进行化学反应提供一定的空间。
搅拌装置是由传动装置，搅拌轴和搅拌器组成，它的作用是参加反应的各种物料均匀混合，使物料很好地接触而加速化学反应的进行。
搅拌装置可以分为非潜水型(仅驱动机和减速机及传动系统露在液体外面和潜水型(从驱动机至搅拌器全部潜入液体内)两种类型。
传热装置是在釜体内部设置蛇管或在釜体外部设置夹套，它的作用是使控制物料温度在反应所需要范围之内。
本发酵罐的设计容积是63立方米，属于大型罐设计，采用蛇管传热，三级搅拌。
关键词：搅拌罐；搅拌器；釜体；传热装置；轴封装置；人孔AbstractFermentation is a chemical reaction to achieve the production of major equipment. Its role is:①to mixed materials; ②the gas is well dispersed in the liquid phase; ③ making uniform solid particles suspended in liquid;④souneven suspension or other liquid emulsified in uniform。
For the uniform reaction, now is widely used in pharmaceutical, monosodium glutamate, enzyme system and food industries. Its main components include the reactor body, mixing equipment, heat transfer equipment and seal device. Also add other accessories needed, such as assembly and welding manhole, hand hole and all over (in pieces for ease of maintenance and feeding, nesting), install thermometers, pressure gauges, mirrors, safety relief device (for operation effectively monitor and control the material temperature, pressure) and so on. Mixing device is a gear, shaft and agitator stirring composition, its role is to participate in a variety of materials, reaction mixed evenly, so that good contact material to accelerate the chemical reaction. Mixing devices can be divided into non-diving type (only driven machines and gear and transmission system disclosed in the liquid outside and dive type (from the driving machine to sneak into a liquid blender all) types. Heat transfer device is set in the interior of reactor body coil or external tank set up in the jacket, its role is to control the materials needed in the reaction temperature range.The design of the fermentation tank volume is 63 cubic meters,and this is a large tank design with coil heat transfer and three mixings.Key words:mixing tank；mixer；kettle body；heat transfer equipment；seal device；manhole.目录摘要 .......................................... 错误！未定义书签。
80m3 通用式发酵罐的设计第一章设计方案1.1发酵罐体积确实定1.2发酵罐散热方式确实定1.3搅拌桨的选择和搅拌层数确实定其次章设备参数确实定2.1发酵罐搅拌器搅拌功率的计算2.2发酵罐散热设备的计算第三章设计计算汇总表3.1 设计数据汇总表附图：80m3通用式发酵罐工艺条件图0 第一章 设计方案1.1 发酵罐体积确实定所设计发酵罐为通用式发酵罐，且公称容积为 80m ³。
公称容积近似为圆柱体容积，设 H =3D由于是通用式发酵罐，所以可得D =V =3√π D 2H 4V 0解得发酵罐直径D = 3.24m 取发酵罐直径D = 3.5m通用式发酵罐主要尺寸如下：0.785 × 31. 本设计取H 0 = 3即H = 3D = 10.5mD取发酵罐高H 0 = 10m 2. 搅拌器直径承受六弯叶涡轮搅拌器，直径为D i = D/3 = 3.5 ÷ 3 = 1.2m3. 相邻两组搅拌器的间距本设计S = 3D i = 3.5m 4. 下搅拌器与罐底距离：故本设计取C = D i = 1.2m 5. 挡板宽度和与罐壁距离挡板宽度：W = 0.1D i = 0.12m 挡板与罐壁的距离：B = W /5 = 0.02m 6. 封头高度h = h a + h b当封头公称直径2m 时，h b = 25mm当封头的公称直径大于2m 时，h b = 40mm 。
4本设计D ＞ 2m ，h b = 40mm式中，h a 当为标准封头时取h a = 0.25D = 3.5= 0.9 。
7. 装罐系数h = h a + h b = 0.04 + 0.9 = 0.94m本设计取装罐系数ŋ = 0.7 8. 液柱高度9. 椭圆封头容积H L = ŋH + h a + h b = 0.7 × 10 + 0.94 = 7.94mπ D π3.5 V 2 = 4 D 2(h b + 6) = 4 × 3.52 × (0.04 + 6) = 6m ³10. 全罐高度1.2 发酵罐散热方式确实定H = H 0 + 2h = 11.880m参考有关资料可知大于 5 m ³的发酵罐应承受列管式散热器。
成套液体发酵设备一、种子罐20L（304/夹套/机械搅拌）（一）性能指标要求：1、罐体：公称容积：20L；装料系数70%；夹套控温。
设计压力：0.3MPa，工作压力：0.15Mpa设计温度：130℃，工作温度：121℃。
罐体材质：06Cr19Ni10（304）；夹套材质：06Cr19Ni10（304）罐体接口：专用放料阀（带蒸汽灭菌）、专用取样口（带蒸汽灭菌）、罐侧设有pH、DO、温度传感器接口、视镜视灯，补料接口、接种口、移种口、进气排气、压力表口、备用口等多个工艺标准接口。
表面处理：罐内无死角；可见焊缝磨平，角焊缝磨成光滑过度，无表面缺陷。
内精抛光，抛光精度Ra0.6um；外一次抛光。
灭菌方式：在位蒸汽灭菌，灭菌的同时可搅拌。
2、搅拌：搅拌形式：顶部直联机械搅拌系统搅拌轴：精密加工，具有理想的动平衡效果，长期使用不变形。
搅拌桨：CFD模拟优化设计搅拌桨。
罐内壁设有三块折流挡板。
机架：不锈钢机架机械密封：约翰克兰机械密封，德国技术，安全可靠。
电机：直流电机0.25KW，50-1000rpm。
3、空气：转子流量计显示和调节，需要的空气压力0.1～0.4Mpa；4、蒸汽：压力表显示管道压力，手动阀门开度调节。
蒸汽精过滤器（不锈钢壳体，聚四氟乙烯烧结滤芯，过滤精度：1μm，过滤能力：99%）5、排气：压力表显示罐压，手动阀门开度调节。
6、水：不锈钢热水箱，热水循环泵控制加热,冷水电磁阀控制冷却。
7、支管道：管路系统均符合微生物发酵要求，与物料接触管路均为304不锈钢无缝管，采用氩气保护无污染焊接配套规格硅熔胶铸造球阀、截止阀、针阀、隔膜阀、死角排气阀以及配件材质与相应管路材质相同。
（二）、发酵过程控制系统：1、温度自控（PT100/PID控制/独立热水箱）2、压力、通气量手控（压力表/转子流量计）3、消泡自控（消泡电极/PID控制）4、PH自控（梅特勒PH电极1-14）二、种子罐200L（304/夹套/机械搅拌）（一）性能指标要求：1、罐体：公称容积：200L；装料系数70%；夹套控温。
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1.1 设计目的目前，世界上啤酒市场的竞争日益激烈，广大消费者对啤酒品种结构和产品质量的要求也越来越高，相应的新品种也层出不穷。
因而，很有必要将这方面的技术加以科学地总结和分析，以推动啤酒产品多样化在广度和深度上的健康发展，随着人们生活水平的提高，饮食消费结构的不断改变，啤酒已进入了千家万户。
但是我国人均啤酒的消费还没有达到世界平均水平。
所以建设新的、大型的啤酒厂，增加产量，就可以满足人们将来物质生活的需求。
所以，设计啤酒厂是有意义有必要的。
1.2 技术背景啤酒发酵过程是啤酒酵母在一定的条件下，利用麦汁中的可发酵性物质而进行的正常生命活动，其代谢的产物就是所要的产品--啤酒。
由于酵母类型的不同，发酵的条件和产品要求、风味不同，发酵的方式也不相同。
根据酵母发酵类型不同可把啤酒分成上面发酵啤酒和下面发酵啤酒。
一般可以把啤酒发酵技术分为传统发酵技术和现代发酵技术。
现代发酵主要有圆柱露天锥形发酵罐发酵、连续发酵和高浓稀释发酵等方式，目前主要采用圆柱露天锥形发酵罐发酵。
传统发酵技术的生产工艺流程：充氧冷麦汁→发酵→前发酵→主发酵→后发酵→贮酒→鲜啤酒。
现代发酵技术主要包括大容量发酵罐发酵法（其中主要是圆柱露天锥形发酵罐发酵法）、高浓糖化后稀释发酵法、连续发酵法等。
传统啤酒是在正方形或长方形的发酵槽（或池）中进行的，设备体积仅在5～30m3，啤酒生产规模小，生产周期长。
20世纪50年代以后，由于世界经济的快速发展，啤酒生产规模大幅度提高，传统的发酵设备已满足不了生产的需要，大容量发酵设备受到重视。
所谓大容量发酵罐是指发酵罐的容积与传统发酵设备相比而言。
大容量发酵罐有圆柱锥形发酵罐、朝日罐、通用罐和球形罐。
圆柱锥形发酵罐是目前世界通用的发酵罐，该罐主体呈圆柱形，罐顶为圆弧状，底部为圆锥形，具有相当的高度（高度大于直径），罐体设有冷却和保温装置，为全封闭发酵罐。
圆柱锥形发酵罐既适用于下面发酵，也适用于上面发酵，加工十分方便。
发酵罐的设计原则
发酵罐的设计原则主要包括以下几个方面：
合理性：发酵罐的设计应合理，既要满足工艺要求，又要符合实际生产需要。
罐体的尺寸和形状应符合生产规模和物料特性的要求，同时要便于操作和维护。
耐腐蚀性：发酵罐通常会接触各种酸、碱、盐等腐蚀性介质，因此罐体应选用耐腐蚀性强的材料，如不锈钢、玻璃钢等。
同时，对于与物料接触的部分，应选用符合食品卫生标准的材料，以保证产品的安全。
密封性：发酵罐应具有良好的密封性能，以防止气体和液体的泄漏。
密封结构应简单可靠，易于清洗和更换。
安全性：发酵罐应设计安全设施，如防爆阀、安全阀等，以防止超压和爆炸等事故的发生。
同时，罐体上应设有观察窗或摄像头等监控设施，以便实时监测罐内物料的状态和变化。
节能环保：发酵罐的设计应考虑节能环保的要求，如采用保温材料、降低能耗等措施。
同时，对于排放的废气和废水，应进行有效的处理，以符合环保标准。
可操作性：发酵罐的设计应便于操作和维护。
罐体的布局和结构应便于清洁和消毒，同时要便于设备的安装和拆卸。
总之，发酵罐的设计原则应综合考虑合理性、耐腐蚀性、密封性、安全性、节能环保和可操作性等方面，以确保发酵罐能够满足实际生产需要，提高生产效率和产品质量。
发酵罐设计原则
1. 合理的体积大小：发酵罐的体积应根据发酵物料的性质和产量需求进行合理设计，既要满足发酵过程中气体和液体的充分混合，又要确保发酵物料的充分接触和搅拌，提高发酵效果。
2. 适宜的温度控制：发酵罐应配备温控系统，能够在发酵过程中根据需要保持恒定的温度，以促进发酵菌的活动和产物的生成，并避免过高或过低的温度对发酵过程的负面影响。
3. 充分的气体供给和排除：发酵过程需要供给氧气和水分，同时需要排除产生的二氧化碳等废气。
因此，发酵罐应设计合理的通气设备和气体质量控制措施，保持适宜的气体浓度和流通。
4. 卫生安全性：发酵物料往往提供了微生物生长的条件，因此发酵罐的设计应注重卫生安全性，包括易清洗、无死角的设计，避免细菌和病原微生物的污染等。
5. 稳定的搅拌效果：发酵罐应具备良好的搅拌效果，保证物料的充分混合和均匀分布，提高发酵效果，并避免发酵物料结块、沉淀等现象的发生。
6. 方便的操作和监控：发酵罐应设计成方便操作和监控的形式，包括适当的开口、观察孔、配备自动化控制设备等，方便进行样品采集、监测发酵过程的关键指标，并能根据需要进行调整和控制。
7. 耐腐蚀和耐压性能：发酵罐的材质应具有良好的耐腐蚀性能，
能够抵御发酵过程中可能出现的酸碱腐蚀，同时还要具备足够的耐压性能，以承受发酵过程中产生的压力。
8. 可持续性设计：发酵罐的设计要考虑可持续性，包括节能、资源利用率高、低碳排放等方面的考虑，以降低对环境的影响。
发酵罐的设计 课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解发酵的基本原理，掌握发酵过程中关键因素的控制方法。
2. 学生能够了解发酵罐的结构、功能及其设计原理，掌握发酵罐操作的基本步骤。
3. 学生能够掌握发酵过程中常见问题的解决方法，提高对发酵工程的认识。
技能目标：1. 学生能够运用所学的发酵知识，设计并制作一个简单的发酵罐模型，提高动手实践能力。
2. 学生能够通过小组合作，完成发酵罐的设计、搭建和调试，培养团队协作能力和沟通技巧。
3. 学生能够运用所学知识，分析和解决发酵过程中出现的问题，提高问题解决能力。
情感态度价值观目标：1. 学生对发酵工程产生兴趣，认识到生物技术在生产生活中的重要作用，培养对生物工程的热爱。
2. 学生通过实践活动，增强对科学研究的信心，培养勇于探索、积极创新的科学精神。
3. 学生在小组合作中，学会尊重他人意见，培养合作精神，提高人际交往能力。
本课程针对高年级学生，结合发酵工程学科特点，注重理论联系实际，提高学生的实践操作能力。
课程设计以学生为主体，鼓励学生主动参与、积极思考，培养学生的创新意识和解决问题的能力。
通过本课程的学习，使学生能够在实际操作中巩固所学知识，提升技能，形成正确的价值观。
二、教学内容本课程教学内容主要包括以下三个方面：1. 发酵基本原理：- 发酵过程的定义、类型及特点- 发酵过程中微生物的生长规律- 发酵过程中关键因素（如温度、pH、溶氧等）的控制2. 发酵罐设计与操作：- 发酵罐的结构、功能及其设计原理- 发酵罐的选型与计算- 发酵罐的操作步骤及注意事项3. 发酵过程问题分析与解决：- 发酵过程中常见问题的原因分析- 发酵过程参数的检测与调整- 发酵过程中异常情况的处理方法教学大纲安排如下：第一周：发酵基本原理学习，了解发酵过程的关键因素；第二周：发酵罐的结构、功能及设计原理学习，进行发酵罐选型与计算；第三周：发酵罐操作步骤学习，实践操作发酵罐；第四周：发酵过程问题分析与解决，总结经验，提高发酵成功率。
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 ＝31D 。
（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 ＝41D 。
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 1：214H 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：)61(4642222D h D h D h D V b a b +=+=πππ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：)6140221D h H D V V V b ++=+=（公π罐的全容积V 0：)]61(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 ：)61(40221D h H D V V V b ++=+=ηπη 装料系数η：0V V =η二、通用式发酵罐的设计与计算1. 设计内容和步骤通用式发酵罐的设计已逐渐标准化，其设计内容及构件见表6-6。
表6-6 发酵罐设计内容及构件设计内容 构件的选取与计算设备本体的设计 筒体、封头、罐体压力、容积等附件的设计与选取接管尺寸、法兰、开孔及开孔补强、人孔、传热部件、挡板、中间轴承等搅拌装置的设计传动装置、搅拌轴、联轴器、轴承、密封装置、搅拌器、搅拌轴的临界转速等设备强度及稳定性检验设备重量载荷、设备地震弯矩、偏心载荷、塔体强度及稳定性、裙座的强度、裙座与筒体对接焊缝验算等2. 发酵罐的结构及容积的计算【例1】某厂间歇式发酵生产，每天需用发酵罐3个，发酵罐的发酵周期为80h ，问需配备多少个发酵罐？根据公式 N =11124803=+⨯（个）根据生产规模和发酵水平计算每日所需发酵液的量，再根据这一数据确定发酵罐的容积。
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。
（8）装料系数：Φ=75%4 工艺计算4.1 由年产量决定每天放罐发酵液体积d V ημμpmp d M GV 1000=%871400300580201000⨯⨯⨯⨯=75.31=d m 34.2 发酵罐公称容积0V 和台数的确定 φ⋅=d dn V V 0=75.0175.31⨯=42.43m 按照国内发酵罐系列取3050m V =d n ：每天放罐系数，取d n =1罐；φ：发酵罐装料系数，φ=75%； 发酵罐总台数n=d n ⨯发酵周期 n=1⨯6=6(台）发酵周期=每罐批发酵时间+辅助时间 辅助时间=进料时间+灭菌操作时间+移种时间+放罐压料时间+清洗检修时间 4.3 发酵罐实际产量 年吨58.23204.4250=⨯ 年，台千克6.78300100058.23=⨯4.4 每吨产品需要的发酵液量 10.4770786.075.050=⨯t m /34.5 机械通风发酵罐的高度和直径322.1275.12.1—时，—时，一般使用==D H D D H D确定发酵罐的高度和直径：设发酵罐的圆筒体积为筒V ，封底体积为底V 0V =筒V +底V 0V =322424D H D ππ+取H=1.95D 即5024214.395.1414.333=⨯+⨯D D mD=3.1m H=6.0m其中，D 为发酵罐公称直径，H 是发酵罐圆筒高。
4.6机械发酵罐壁厚的计算4.6.1计算法确定发酵罐的壁厚1S）（】【cm C P2PDS 1+-=ϕσ式中，P —设计压力，取最高工作压力的1.05倍，P=0.4MpaD —发酵罐内径，D=310cm 【σ】—A3钢的许用应力，【σ】=127Mpa φ焊缝系数，取φ=0.7 C —壁厚附加量321C C C C ++=1C —钢板负偏差，取m m 8.0C 1= 2C —为腐蚀欲量，取2C =2mm3C —加工减薄量，取3C =0，代入上式得 mm 28.0028.0C C C C 321=++=++=cm98.028.04.07.012723104.0S 1=+-⨯⨯⨯=4.6.2封头壁厚计算b h -椭圆封头的直边高度m ，取b h =0.05m a h -椭圆封头短半轴长度，a h =77.041=D标准椭圆封头的厚度计算公式如下：）（】【cm C P 2PDS 2+-=ϕσ式中，P=0.4Mpa ，D=310cm ，【σ】=127Mpa1C =0.08cm ，2C =0.2cm ，3C =0.1cm38.0C C C C 321=++=cm ，ϕ=0.7代入上式，得 :cm 07.138.04.07.012723104.0S 2=+-⨯⨯⨯=查钢材手册圆整为2S =12mm 。
4.7 发酵罐搅拌装置计算和轴功率计算 4.7.1 搅拌装置发酵罐的搅拌器一般都采用圆盘的涡轮搅拌器，搅拌叶的形式有平叶、弯叶、箭叶三种，其外形见下图：图4 三种常用涡轮搅拌器 搅拌叶形式的选择是发酵罐设计中的一个关键。
本次设计，由于庆大霉素发酵过程有中间补料操作，对混合要求较高，因此选用六弯叶涡轮搅拌器。
该搅拌器的各部分尺寸与罐径D 有一定比例关系，现将主要尺寸列出： 搅拌器叶径d i =D/3=3.1/3=1.03m 取d i =1.m挡板宽 B=0.1 d i =0.1×1=0.1m底距 C=d i =1.0m 搅拌叶间距 S=D=3.1m 弯叶板厚 δ=12mm4.7.2 搅拌轴功率的计算4.7.2.1 不通风情况的搅拌轴功率 不通风情况的搅拌轴功率随着液体的性质、搅拌器的形式、罐的结构尺寸的不同而不同。
经过大量实验可得功率准数（p N ）和搅拌雷诺指数（e R ）之间的函数关系：p N =)(e R f =53i D n pρ -------------① P=53i p D n N ρ其中：p ：搅拌功率（公斤⋅秒米）（1千瓦=102公斤⋅米） n ：搅拌器转速（秒转）i D ：搅拌器直径（米）ρ：液体密度（公斤/3m ）由化工原理可知：e R 410≥ 湍流 e R 10≤ 滞流101010≤≤e R 过渡流图5 曲线e p R N -上式公式①只适用于湍流和滞留，过渡流时p N 不是一个常数，必须从e p R N ∝曲线查询。
当e R 410 ，属于湍流区。
此时的流体（见图5）称为牛顿型流体，由上图实验得出的曲线来看，该区p N 不随e R 的增加而增加，基本上趋于水平线，也就是说p N 为一常数。
六平叶涡轮浆 p N =6.0 六弯叶涡轮浆 p N =4.7 六箭叶涡轮浆 p N =3.7工作状态时，通常发酵罐内发酵液都需要处于湍流状态，因此使用e p R N -曲线图，线图计算无通气时的搅拌率比较方便，算出e R ，并查的p N 值，则搅拌功率即可由下式计算（生物工厂设计）1,1.03,353====⋅⋅⋅=i i i p D B D W D D D H D N N p 上式是根据ρ 若不符合上述条件，可用下面公式校正：P D H D D P i ⋅⨯=33))(i （实功率计算：已知n=170转/分 （工厂提供数据）3131-21/,03.1i ，本设计取一般米==D D D i 42/10781.91050米秒公斤⋅===g r ρ（305.1米吨=r ，工厂测定数据）p N =4.7 由公式kW s kgm P 5.110/52.1326003.1601701077.4533==⨯⨯⨯= 校正得：kW P 3.1545.11033)03.16(03.11.3=⨯⨯=）（实根据一般搅拌器之间的距离S=1.5-2.5i D 搅拌器个数=搅拌器间距发酵罐筒体高度=03.126⨯=2.9个 取3个 一般，三个搅拌器为单个搅拌器的2倍：6.30823.154=⨯=实P kW 4.7.2 通风条件下的搅拌功率 ①由风速估计通风情况下的搅拌功率将下降，当风速大于30米/小时，通风功率仅为不通风的40-50%则实P =kW 9.138%456.308=⨯。
②由经验公式估计密氏公式（生物工厂设计）45.056.032)(QnD P K P i g = 其中K=0.156=45.056.032))2.175.050(03.11706.308(156.0⨯⨯⨯⨯ =109.1kW设机械传动效率为0.8则 kW P g 4.1368.02.109==从上面可以看出，基本功率约为137kW 。
4.8 发酵罐冷却水量和冷却面积计算 4.8.1 发酵热效应1V Q Q P ⋅=热其中热Q ：发酵热效应 KJ/hp Q ：发酵热3500kCal/h m 3=14700KJ/h m 31V :发酵液体积 323mh J Q /k 4704003214700=⨯=热各种发酵液发酵热见下表：4.8.2 冷却水量的计算发酵过程，冷却水系统按季节气温的不同，采用冷却水系统也不同，为了保证发酵液生产，夏季必须使用冰水。
冬季：气温o C 17 时采用循环水进口17o C ，出口20o C .夏季：气温o C 17 时采用循环水进口10o C ，出口20o C .冬季冷却水循环水用量计算：h t t C Q W /t 452.117-2018.4470400-2.1)(12=⨯=⨯=-=）（冷却水入口温度）比热（冷却水出口温度发酵热效应冷夏季冷却水用量计算：h t t C Q W /t 5.132.101-2018.4470400-2.1)(12=⨯=⨯=-=）（冷却水入口温度）比热（冷却水出口温度发酵热效应冷取14吨/时。
4.8.3 冷却器面积计算C h m C K h J Q tk Q F o 2/al k 450-200:/k 470400:传热系数发酵热效应∆=取K=300C h m kCal o 2/2)t -t t -t 出罐进罐（）（平均温差+==∆t 22.245.1518.43004704005.152)2034()1734(m t K Q F =⨯⨯=∆==-+-=取252m4.9 蒸汽消耗量计算发酵罐蒸汽消毒有三种方法：实消、连消、空消。
庆大霉素常常采用实消方法。
实消蒸汽用量最大，蒸汽直接通入罐内与发酵液等一起加热，使罐温从80-90C o 迅速升温至120C o 以达到灭菌的效果。
保温时间内蒸汽用量按升温用汽量的30-50%进行计算。
4.9.1 直接蒸汽混合加热蒸汽消耗量的计算：)1()()(2121η+⋅⋅--=Ct i t t GC D1D ：蒸汽消耗量 kgG ：被加热料液量 kg ，已知为323m2t ：加热结束时的料液温度120C o1t ：加热开始时的料液温度35C o I ：蒸汽焓KJ/kg ，0.4MPa 焓为650kCal/kgη：热损失5-10%，取5%()kg D 1.5658)05.01(18.412018.46503512018.433600=+⨯-⨯-⨯⨯=4.9.2 灭菌保温时间内的蒸汽用量2D2D =0.51D 05.28291.56585.0=⨯=kg 4.10 发酵罐发酵过程中需要压缩的空气量4.10.1 通风比计算法发酵工厂压缩空气量一般都是根据实际生产经验以通风比来决定，如庆大霉素工厂提供的通风比1:1.2--1.5已知发酵罐503m 6台，装料系数75%，取通风比为1:1.2，则压缩空气需要量：m in /2702.175.06503m Q =⨯⨯⨯=4.10.2 耗氧率的计算方法 各种微生物的耗氧率因种类的不同而不同，其范围大致为25-100mgmol/l.h(庆大霉素生产取38mg-mol/l.h)，根据抗生素生产工艺学）P103(7-30)公式：耗氧率=单位时间内进口空气中氧的含量—单位时间内出口空气中氧的含量发酵液的体积1⨯VC C G 1-(104.221603⨯⨯⨯⨯=）出进γγ：耗氧速率mg-mol/l.hG ：空气流量min /3m进G ：进口空气含量 21%出G ：出后空气含量 19.8%（工厂数据）min/266)198.021.0(10604.22675.05038)198.021.0(10604.22333m V r G =-⨯⨯⨯⨯⨯⨯=-⨯⨯⨯=计算结果和通风比计算结果非常接近，进一按通风比计算切合实际。
