通用式发酵罐的设计与计算
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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：H0︰D＝(1.7~4)︰1。
（2）搅拌器直径：Di＝31D。
（3）相邻两组搅拌器的间距：S＝3Di。
（4）下搅拌器与罐底距离：C＝（0.8~1.0）Di。
（5）挡板宽度：W＝0.1 Di，
挡板与罐壁的距离：B＝（81~51）W。
（6）封头高度：h＝ha＋hb，
式中，对于标准椭圆形封头，ha＝41D。
当封头公称直径≤2 m时，hb＝25 mm；当封头
的公称直径＞2 m时，hb＝40 mm。
（7）液柱高度：HL＝H0η＋ha＋hb，
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V1：
021
4
HDV
式中符号所代表含义见上图所示，下同。
椭圆形封头的容积V2：
)61(4642222DhDhDhDVbab
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：
)6140221DhHDVVVb（
公
罐的全容积V0：
)]61(2[4202210DhHDVVVb
如果填料高度为圆柱高度的η倍，那么液柱高度为：
baLhhHH0
装料容积V：
)61(40221DhHDVVVb
装料系数η：
2
0
V
V
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 =124n可知：
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。
【例2】一年产5万吨柠檬酸的发酵厂，发酵产酸水平平均为14%，提取总收率90%，
年生产日期为300天，发酵周期为96小时。问需要多少个发酵罐？
每日的产量：m0＝50000/300=166.7（吨）
每日所需发酵液的量：VL＝166.7/（0.14×0.9）=1322.8（m3）
假定发酵罐的装液系数为85%，则每日所需发酵罐容积：
V总＝1322.8/0.85=1556（m3）
取发酵罐的公称容积为250 m3，则每日需要6个发酵罐，发酵周期为4天，考虑放罐
洗罐等辅助时间，整个周期为5天。
则所需发酵罐的总数：n=5×6+1=31个（其中一个备用）
【例3】公称容积250m3柠檬酸发酵罐单罐的结构尺寸及容积计算。
（1）公称容积可近似为圆柱体的容积，设H0＝2.5D，则
V＝(π/4) D2 H0 250＝0.785D2×2.5 D
罐直径：D＝[250/(0.785×2.5)]1/3＝5.0（m）
罐圆柱高：H0 ＝2.5 D＝2.5×5＝12.5（m）
（2）搅拌器直径
采用六弯叶涡轮搅拌器，搅拌器直径为
Di＝D/3＝5/3＝1.7（m）
3
（3）罐体总高及上下封头高
由于罐直径D＞2 m，hb＝40 mm，则
封头高：h＝ha＋hb＝D/4＋hb＝5/4＋0.04＝1.3（m）
罐总高：H＝H
0
＋2h＝12.5＋2×1.29＝15.1（m）
（4）椭圆封头容积
)61(4642222DhDhDhDVbab
＝0.785×52 (0.04＋5/6)＝17.1（m3）
（5）圆柱部分容积
V1＝(π/4) D2 H0＝0.785×52×12.5＝245（m3）
（6）罐的全容积
V0 ＝V1＋2V2＝245＋2×17.1＝279.2（m3）
（7）冷却面积
发酵罐采用内部列管式蛇管换热，外部表面采用喷淋冷却方式。
按经验值，夏天主发酵时每小时发酵液升温⊿t＝12℃，液体比热容c为4 kJ·kg－1·℃－1，
装填系数η为0.7。
发酵液量：V＝（245+17.1）×0.7＝257（m3）
放出热量：Q＝mc⊿t＝257 × 1050 × 4 ×12＝1.3×107（kJ·h－1）
式中，发酵液密度ρ为1050 kg·m－3。
采用井水或河水冷却，进水温度为20℃，出水温度为30℃，醪液温度不超过36℃。对
数平均温差⊿tm为
)(2.1030362036lg3.2)3036()2036()()(⊿t2121m℃
tT
tT
In
tTtT
传热系数参考工厂测定值及设计数据，k选用4.187×900 kJ·m－2·h－1·℃－1。故传热面积F
为
2.3832.10900.1874103.1 t△7mkQF
总
（m2）
若用外淋罐壁方式辅助冷却，效果相当50%的列管冷却面积，现圆筒外表面面积F0为：
F0＝πDH0＝3.14×5×12.5＝196.3（m2）
相当于列管面积为：196.3×50%＝98.2（m2）
所以，发酵罐内列管冷却面积为：338.2－98.2＝240（m2）
设安排6组列管冷却，则每排列管冷却面积为：240÷6＝40（m2）
根据上述数据，可绘制发酵罐的结构尺寸图。
