200立方米谷氨酸发酵罐设计

生物工程设备课程设计200m3谷氨酸发酵罐设计

院系：生物与化学工程学院

专业：生物工程

班级：

学号：

姓名：

指导老师：

日期：2012年5月11日

生物反应工程与设备课程设计任务书

—机械搅拌生物反应器设计

一、课程教学目标

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，要求学生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，对培养学生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，对学生进行一次生化过程发酵设备设计的基本训练，使学生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。

二、课程设计题目

设计200m3谷氨酸机械搅拌通风反应器

三、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。

四、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。

3、绘制设备图一张

设备图绘制，应标明设备的主要结构与尺寸。

目录

第1章概述 (1)

1.1发酵罐设计前景 (1)

1.2微生物生物反应器的研究与应用概述 (1)

1.3微生物反应器的研究和应用进展 (2)

第2章设计依据 (3)

2.1、本次设计内容 (3)

2.2、基本参数 (3)

2.2.1 发酵罐的型式 (3)

2.2.2 发酵罐的用途 (3)

2.2.3冷却水及冷却装置 (4)

2.2.4设计压力 (4)

第3章通用发酵罐的系列参考尺寸 (5)

3.1.通用发酵罐的系列尺寸 (5)

3.2 发酵罐主要设计条件 (6)

第4章谷氨酸生产工艺流程简介 (7)

4.1谷氨酸发酵工艺技术参数 (7)

4.2谷氨酸生产原料及处理 (7)

4.3谷氨酸生产工艺流程图 (10)

第5章发酵罐选型及工艺计算 (11)

5.1 发酵罐的设计与选型 (11)

5.1.1 发酵罐的选型 (11)

5.1.2 生产容积的确定 (11)

5.2主要尺寸的计算 (11)

5.3 冷却面积的确定 (12)

5.4 搅拌器设计 (13)

5.5 、搅拌轴功率的确定 (15)

(15)

2.5.1 计算Re

m

5.5.2不通气条件下的轴功率计算 (16)

5.5.3 通气发酵轴功率计算 (16)

P (17)

5.5.4 求电机功率

电

5.6设备结构的工艺设计 (17)

5.7 竖直蛇管冷却装置设计 (18)

5.8备材料的选择 (21)

5.9 发酵罐壁厚的计算 (21)

5.10 接管设计 (23)

第6章设计结果与讨论 (25)

6.1发酵罐参数设计汇总 (25)

6.2 辅助设备有关参数 (26)

6.3 搅拌器有关参数 (27)

6.4主要符号说明 (27)

第7章发酵罐设计心得体会 (29)

参考文献 (30)

设计图 (31)

第1章概述

1.1发酵罐设计前景

生物反应器是多学科交叉的生物技术领域，是21世纪生物工程发展的重要前沿之一。近年来，国内外利用动物、植物和微生物生物反应器生产蛋白药物与其它重要产品的研究取得了令人瞩目的进展，特别是功能基因的高效表达技术与方法研究有了许多新的突破，不少产品已进入研究开发和产业化阶段。

生物反应器（bioreactor）是利用酶或生物体（如微生物）所具有的生物功能，在体外进行生化反应的装置系统，其设计、放大是生化反应工程的中心内容。从反应过程上看，生物反应器根据培养对象的不同可分为以下几种。①微生物反应器和酶反应器。微生物反应器是生产中最基本也是最主要的设备，其作用就是按照发酵过程的工艺要求，保证和控制各种生化反应条件，如温度、压力、供氧量、密封防漏、防止染菌等，促进微生物的新陈代谢，使之能在低消耗下获得较高的产量。酶反应器可分游离酶及固定化酶反应器两大类。②细胞生物反应器。动物细胞或植物愈伤组织培养条件苛刻，培养周期长，杂菌污染的危害性大，因此动植物细胞反应器的设计远较微生物反应器复杂。③转基因动植物生物反应器。目前，动物生物反应器中研究与应用较多的是乳腺生物反应器，该类反应器基于转基因技术平台，使源基因导入动物基因组中并定位表达于动物乳腺，利用动物乳腺天然、高效合成并分泌蛋白质的能力，在动物的乳汁中生产一些具有重要价值的产品。植物生物反应器主要是指利用转基因植物来生产蛋白质和次生代谢产物等工程产品。

1.2 微生物生物反应器的研究与应用概述

微生物反应器和酶反应器发展至今，已经形成了多种类型：在操作方式上，间歇式、连续式和半间歇式均已得到研究和应用；在反应器结构特征上，目前已发展了釜 / 罐式、管式、塔式、膜式等类型；在能量的输入方式上，目前已发展了通过机械搅拌输入能量的机械搅拌式、利用气体喷射动能的气升式和利用泵对液体的喷射作用而使液体循环的生物反应器等；在生物催化剂在反应器中的分布方式上，目前已发展了生物团块反应器和生物膜反应器，其中生物团块反应器根据催化剂相态的不同又发展了填充床、流化床、生物转盘等多种型式的生物反应器；在反应器内的流动和混合状态上，目前生物反应器已发展至全混流型生物反应器和活塞流型生物反应器。

微生物反应器的研究和开发需要经历三个阶段：①实验室阶段——微生物的筛选和培养基的研究，在摇瓶培养或1 ～ 3L 反应器中进行；②中试阶段——5 ～ 500L 规模小型反应器，环境因素最佳操作条件研究；③工厂化规模生产——实验生产至商业化生产，提供产品并获得经济效益。酶反应器和下述的细胞生物反应器研究也同样需要经历实验室阶段、中试阶段和规模生产阶段。在三个阶段中，尽管生物反应过程相同，但规模的不同使反应溶液的混合状态、传质与传热速率等不尽相同，如何让微生物、酶、细胞充分与外界接触并完成生化过程，达到足够高的反应效率，在工艺上都会有许多新的困难。反应器类型的多样性和工艺的复杂性一方面提高了反应器研究和应用的难度，另一方面也给生物反应器的研究和发展带来了巨大的空间。例如，近年来，膜生物反应器在污水处理中的研究和应用不断发展。

1.3 微生物反应器的研究和应用进展

膜生物反应器在污染处理中的应用是近年来微生物反应器的研究和应用进展的代表性技术之一。除此之外，结合数学、动力学、化工工程原理、计算机等技术研究微生物反应器和酶反应器中的生化过程，使其过程控制的工艺更为合理，而固液分离技术（离心分离、过滤分离、沉淀分离等工艺）、细胞破壁技术（超声、高压剪切、渗透压、表面活性剂和溶壁酶等）、蛋白质纯化技术（沉淀法、色谱分离法和超滤法等）等下游技术的发展促进了生物反应器设计水平的提高。另一方面，近年来基因工程技术等的发展推动了微生物反应器研究的快速进步。例如，乙酸氧化脱硫单胞菌（Geobacter sulfurreducens）、泥土杆菌科（Geobacteraceae）的电极还原微生物等细菌的发现和改造与质子交换膜（PEM）的技术进步，共同推动了微生物燃料电池（MFC）技术的发展和应用。

第2章设计依据

2.1 本次设计内容

设计200m3谷氨酸机械搅拌通风反应器

2.2 基本参数

2.2.1 发酵罐的型式

机械搅拌通风发酵罐

①高径比：H/D=1.7-4.0

②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

④搅拌器间距：S=（0.95-1.05）D

⑤最下一组搅拌器与罐底的距离：C=（0.8-1.0）D

⑥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

2.2.2 发酵罐的用途

用于谷氨酸生产的发酵罐，有关设计参数如下：

①装料系数：种子罐0.50-0.65

发酵罐0.65-0.8

②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.m3

④溶氧系数：种子罐5-7×10-6molO

/ml.min.atm

2

/ml.min.atm

发酵罐6-9×10-6molO

2

⑤标准空气通风量：种子罐0.4-0.6vvm

发酵罐0.2-0.4vvm

2.2.3 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。

2.2.4 设计压力

罐内0.4MPa；夹套0.25 MPa

发酵罐主要由罐体和冷却列管，以及搅拌装置，传动装置,轴封装置，人孔和其它的一些附件组成。这次设计就是要对200M3通风发酵罐的几何尺寸进行计算；考虑压力，温度，腐蚀因素，选择罐体材料，确定罐体外形、罐体和封头的壁厚；根据发酵微生物产生的发酵热、发酵罐的装液量、冷却方式等进行冷却装置的设计、计算；根据上面的一系列计算选择适合的搅拌装置，传动装置，和人孔等一些附件的确定,完成整个装备图，完成这次设计。

第3章通用发酵罐的系列参考尺寸

3.1 通用发酵罐的系列尺寸

表1 发酵罐系列尺寸

公称容积罐内径圆柱高封头高罐体总高封头容积圆柱部分容积

50L 320mm 640mm 105mm 850mm 6.3L 52L

100L 400mm 800mm 125mm 1050mm 11.5L 100L

200L 500mm 1000mm 150mm 1300mm 21.3L 197L

500L 700mm 1400mm 200mm 1800mm 54.5L 540L

1.0m3900mm 1800mm 250mm 2300mm 0.112m3 1.14m3

5.0m31500mm 3000mm 400mm 3800mm 0.487m3 5.3m3

10m31800mm 3600mm 475mm 4550mm 0.826m39.15m3

20m32300mm 4600mm 615mm 5830mm 1.76m319.1m3

50m33100mm 6200mm 815mm 7830mm 4.2m346.8m3

100m34000mm 8000mm 1040mm 10080mm 9.02m3100m3

200m35000mm 10000mm 1300mm 12600mm 16.4m3197m3

表2 发酵罐相关参数

不计上封头

全容积搅拌桨直径搅拌转数电动机功率搅拌轴直径冷却方式的容积

58.3L 64.6L 112mm 470r/min 0.4kW 25mm 夹套

112L 123L 135mm 400r/min 0.4kW 25mm 夹套

218L 239L 168mm 360r/min 0.6kW 25mm 夹套

595L 649L 245mm 265r/min 1.1kW 35mm 夹套

1.25m3 1.36m3315mm 220r/min 1.5kW 35mm 夹套

5.79m3

6.27m3525mm 160r/min 5.5kW 50mm 夹套

9.98m310.8m3630mm 145r/min 13kW 65mm 夹套

20.86m322.6m3770mm 125r/min 23kW 80mm 列管

51m355.2m31050mm 110r/min 55kW 110mm 列管

109m3118m31350mm 列管

213m3230m31700mm 列管

3.2 发酵罐主要设计条件

表3 设计参数

项目及代号参数及结果备注

发酵产品谷氨酸

工作压力0.4MPa 由任务书确定

设计压力0.4MPa 由任务书确定

发酵温度

33℃根据任务书选取（工作温度）

设计温度150℃由工艺条件确定

冷却方式列管冷却由工艺条件确定

发酵液密度3

ρ由工艺条件确定

/

=

Kg

1080m

发酵液黏度2

3/

μ由工艺条件确定

?

=-

N?

10

0.2m

s

根据常识，一个良好的发酵罐应满足下列要求：

①结构严密，经得起蒸汽的反复灭菌，内壁光滑，耐腐性好，以利于灭菌彻底

和减小金属离子对生物反应的影响；

②有良好的气-液-固接触和混合性能以及高效的热量、质量、动量传递性能；

③在保持生物反应要求的前提下，降低能耗；

④有良好的热量交换性能，以维持生物反应最是温度；

⑤有可行的管道比例和仪表控制，适用于灭菌操作和自动化控制

第4章谷氨酸生产工艺流程简介

4.1 谷氨酸发酵工艺技术参数

表4 主要工艺技术参数

生产工序参数名称

指标

淀粉质原料糖蜜原料

1 制糖（双酶法）淀粉糖化转化率% ≥98

2 发酵产酸率g/dl ≥8.0 ≥8.0

3 发酵糖酸转化率% ≥50 ≥55

4 谷氨酸提取提取收率% ≥86 ≥80 4.2 谷氨酸生产原料及处理

表5 原料及动力单耗表

序号物料名称规格

单耗(t/t)

淀粉原料大米原料糖蜜原料

1 玉米淀粉含淀粉86% 2.12

2 大米含淀粉70% 3.0

3 糖蜜含糖50% 3.97

4 硫酸98% 0.4

5 0.45 0.45

5 液氨99% 0.35 0.35 0.35

6 纯碱98% 0.34 0.34 0.34

7 活性炭0.03 0.02 0.10

8 水309 309 309

9 电2000Kwh/t 2000Kwh/t 2000Kwh/t

10 蒸汽11.4 11.4 11.4

谷氨酸发酵的主要原料有淀粉、甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜、醋酸、乙醇、正烷烃(液体石蜡)等。国内多数谷氨酸生产厂家是以淀粉为原料生产谷氨酸的，少数厂家是以糖蜜为原料进行谷氨酸生产的，这些原料在使用前一般需进行预处理。

(一)糖蜜的预处理

谷氨酸生产糖蜜预处理的目的是为了降低生物素的含量。因为糖蜜中特别是甘蔗糖蜜中含有过量的生物素，会影响谷氨酸积累。故在以糖蜜为原料进行谷氨酸发酵时，常常采用一定的措施来降低生物素的含量，常用的方法有以下几种。

(1)活性炭处理法用活性炭可以吸附掉生物素。但此法活性炭用量大，多达糖蜜的30%～40%，成本高。在活性炭吸附前先加次氯酸钠或通氯气处理糖蜜，可减少活性炭的用量。

(2)水解活性炭处理法国内曾有人进行过用盐酸水解甘蔗糖蜜，再用活性炭处理的方法去除生物素的实验，并应用于生产。

(3)树脂处理法甜菜糖蜜可用非离子化脱色树脂除去生物素，这样可以大大提高谷氨酸对糖的转化率。处理时先用水和盐酸稀释糖蜜，使其浓度达到10％，pH达2.5，然后在120℃下加压灭菌20min，再用氢氧化钠调pH至4.0，通过脱色树脂交换柱后，将所得溶液调pH至7.0，用以配制培养基。

(二)淀粉的糖化

绝大多数的谷氨酸生产菌都不能直接利用淀粉，因此，以淀粉为原料进行谷氨酸生产时，必须将淀粉质原料水解成葡萄糖后才能供使用。可用来制成淀粉水解糖的原料很多，主要有薯类、玉米、小麦、大米等，我国主要以甘薯淀粉或大米制备水解糖。

淀粉水解的方法有三种：

1．酸解法用酸解法生产水解糖，其工艺流程如下：

原料(淀粉、水、盐酸)调浆→糖化→冷却→中和脱色→过滤除杂→糖液

(1)调浆原料淀粉加水调成10—11°Be′的淀粉乳，用盐酸调pHl.5左右，盐酸用量(以纯盐酸计)约为干淀粉的0.5％～0.8％。

(2)糖化首先要在水解锅内加部分水，加水后将水解锅预热至100～105℃,(蒸汽压力为0．1～0．2MPa)随后用泵将淀粉乳送至水解锅内迅速升温，在表压为0.25～0.4MPa之间保压，一般水解时间控制在10～20min，即可将淀粉转化成还原糖。

(3)冷却中和温度过高易形成焦糖，脱色效果差；温度低，糖液黏度大，过滤困难。因此，生产上一般将糖化液冷却到80℃以下。

(4)中和淀粉水解完毕，酸解液pH仅为1．5左右，需用碱中和后才能用于发酵。中和的终点pH一般控制在4.5～5.0左右，以便使蛋白质等胶体物质沉淀析出。

(5)脱色酸解液中尚存在着一些色素和杂质需通过脱色除去。脱色可采用活性炭吸附，活性炭是经过特殊处理的木炭，为黑色无定形粉末，不溶于任何溶剂，质松多孔，表面积很大，具有很大的吸附能力。它将具有脱色与助滤两方面作用。

(6)过滤除杂经中和脱色的糖化液要充分沉淀1～2h，待液温降到45～

50℃，用泵打人过滤器除杂质，过滤后的糖液送贮糖桶贮存，到此为止，淀粉糖化过程全部结束，制成的糖化液供发酵使用。

2．酶解法先用α-淀粉酶将淀粉水解成糊精和低聚糖，然后再用糖化酶将糊精和低聚糖进一步水解成葡萄糖的方法，称为酶解法。

谷氨酸菌能够在菌体外大量积累谷氨酸，是由于菌体的代谢调节处于异常状态，只有具有特异性生理特征的菌体才能大量积累谷氨酸。这样的菌体对环境条件是敏感的。也就是说，谷氨酸发酵是建立在容易变动的代谢平衡上的，是受多种发酵条件支配的。因此，控制最适的环境条件是提高发酵产率的重要条件。在

+、pH、氧传递率、排谷氨酸发酵中，应根据菌种特性，控制好生物素、磷、NH

4

气中二氧化碳和氧含量、氧化还原电位以及温度等，从而控制好菌体增殖与产物形成、能量代谢与产物合成、副产物与主产物的合成关系，使产物最大限度地利用糖合成主产物。为了实现发酵过程工艺条件最佳化，可采用电子计算机进行资料收集、数据解析、程序控制。收集准确的数据，如搅拌转速液量、冷却水人口温度和流量、通风量、发酵温度、pH、溶解氧、氧化还原电位等，还可准确地取样。控制操作者要求进行检测和及时处理比增殖速度、比产物形成速度、比营养吸收速度、氧的消耗速度等数据，使操作条件最佳化

4.3 谷氨酸生产工艺流程图

淀粉

↓

消泡剂—葡萄糖—消泡剂水—↓—水

无机盐—→配料罐→定容罐定容罐←配料罐←←—无机盐糖蜜—↓↓—糖蜜

玉米浆—二级种子罐连消器—玉米浆纯生物素—↓↓—纯生物素

实消维持罐

↓↓

斜面→一级种子降温换热器

↓↓—消泡剂

液氮→二级种培养发酵罐←—高浓度糖液

↑—液氨

无菌空气

图1 谷氨酸发酵工艺流程图

第5章 发酵罐选型及工艺计算

5.1 发酵罐的设计与选型 5.1.1 发酵罐的选型

选用机械搅拌通风发酵罐。 5.1.2 生产容积的确定 (1) 发酵罐容积的确定： 选用公称容积为200m 3的发酵罐。 (2) 生产能力的计算： 若取发酵罐的填充系数?=70%， (3) 发酵罐个数的确定：

公称容积为200m 3的发酵罐，其全容积为230m 3。 5.2 主要尺寸的计算

发酵罐是由圆柱形筒体和上、下椭圆形封头组成。

)m (230V 2V V 3

=+=封

筒全

为了提高空气利用率，罐的高径比取2。

D 2H =

)m (230D 6h 2D 2D 4V 2V V 32=????????? ??π++π=+=封筒全

椭圆形封头的直边高度忽略不计，以方便计算。

)m (2302D 24D 2D 785.0V 2V V 332=?π+?=+=封

筒全

解方程得

)m (004.583.1230

D 3==

取5m 。

)m (10D 2H ==

圆柱部份容积V 筒为：

)m (25.196105785.0D 2D 785.0V 3

22=??=?=筒

上、下封头体积V 封为：

)m (25.16524D 24V 3

33=?π=π=封

全容积验算：

)

m (75.22825.16225.196V 2V V 3

'

=?+=+=封

筒全[1]

全全V V '≈

符合设计要求，可行。 5.3 冷却面积的确定

根据部分谷氨酸厂的实测和经验数，谷氨酸放得发酵热高峰值约 3.3×104

kJ/(m 3

·h)[2]

，则冷却面积按传热方程式计算如下：

m t K Q S ?=

式中 S ——冷却面积，m 2 Q ——换热量，kJ/h

?t m ——平均温度差，℃

K ——总传热系数，kJ/(m 2·h ·℃) 230m 3灌装液量为：

230×70%=161 m 3

设发酵液温度33℃，冷却水进口温度19℃，出口温度25℃，则平均温度差

m t ?为：

C

t m ?=-----=

?27.1025331933ln

)

2533()1933(

采用竖式蛇管换热器取经验值K 取4.18×500kJ/(m 2·h ·℃)[1]， 5.4 搅拌器设计

由于谷氨酸发酵过程中有中间补料操作，对混合要求较高，因此选用六弯叶涡轮搅拌器。

该搅拌器的各部尺寸与罐径D 有一定比例关系，六弯叶涡轮搅拌器,D i :d i :L:B=20:15:5:4 现将主要尺寸列后[1]： 搅拌器叶径D i 为：

)m (67.1353D D i

===

取1.7m 。

KJ/h 5.313×106

16110

4 3 . 3 Q = ? × = ) m ( 76 . 317 8

500 18 . 4 5.313×106 t K Q S 2 m = ? ? = ? =

叶宽B 为：

)m (34.07.12.0D 2.0B i =?==

弧长l 为：

)m (64.07.1375.0D 375.0l i =?==

底距C 为：

)

m (67.1353D C ===

取1.7m 。 盘径d i 为：

)m (275.17.175.0D 75.0d i i =?==

叶弧长L 为：

)m (425.07.125.0D 25.0L i =?==

叶距Y 为：

)m (5D Y ==

弯叶板厚： δ=12（mm ）

取两挡搅拌，搅拌转速N 2可根据50m 3罐，搅拌直径1.05m ，转速N 1=110r/min 。以等P 0/V(单位体积液体所分配的搅拌轴功率相同)为基准放大求得. 即：

3

22112d d n n ?

??? ??=

式中 n 2——放大的搅拌器的转速，r/min n 1——模型搅拌器的转速，n=110r/min [1] d 1——模型搅拌器直径，d=1.05m [1] d 2——放大的搅拌器直径，d=1.7m 将各值代入上式

)s /r (33.1min)/r (78.797.105.1110d d n n 3

23

2

2112==??? ???=???? ??=

取两档搅拌，搅拌转速79.78r/min 。 5.5 搅拌轴功率的确定 5.5.1 计算Re m

淀粉水解糖液低浓度细菌醪，可视为牛顿流体。

式中 D ——搅拌器直径，D=1.70m N ——搅拌器转速，60

111

=

N ρ——醪液密度，ρ=1080 kg/m 3 μ——醪液粘度，μ=2×10-3N ·s/m 2 将数代入上式：

μ ρ

N D m 2 Re =

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生物工程设备课程设计200m3谷氨酸发酵罐设计 院系：生物与化学工程学院 专业：生物工程 班级： 学号： 姓名： 指导老师： 日期：20XX年5月11日

生物反应工程与设备课程设计任务书 —机械搅拌生物反应器设计 一、课程教学目标 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，要求学生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，对培养学生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，对学生进行一次生化过程发酵设备设计的基本训练，使学生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。 二、课程设计题目 设计200m3谷氨酸机械搅拌通风反应器 三、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。 四、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

发酵罐设计

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： 1．全容：50m3 2．容积系数：75% 3．径高比：1：2 4．锥角：900 5．工作介质：啤酒 设计内容： 纸打印） 1．完成生物反应器设计说明书一份（要求用A 4 1)封面 2)设计任务书 3)生物反应器设计化工计算 4)完成生物反应器设计热工计算 5)完成生物反应器设计数据一览表 纸打印） 2．完成生物反应器总装图一份（用CAD绘图A 4 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=50m 3的发酵罐 则V 有效=Ｖ全×?=50×75%= 37.5m 3（?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：2.5㎏/㎝3 外压：0.3㎏/㎝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=0.25D 圆柱部分高度H 3=（2-0.5-0.25）D=1.25D 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=3.43m 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=3.4m

发酵罐的选择与计算

4.1.2.1发酵罐个数的确定 年产1000吨琥珀酸,全年的生产天数为330天，则每天产1000/330=3.03吨，需要发酵液的体积为： 28*3.03=84.84(m^3) 发酵罐的填充系数φ=70%；则每天总共有发酵罐的体积为V 0 ）（3m 2.1217.0/84.847.0/V 0== 发酵周期为48小时，生产周期为80小时 发酵罐个数的确定：现选取公称体积为100m 3的发酵罐，总体积为118m 3 （个））（）（总67.324*7.0*110/80*84.8424*V /V N 01===φτ 取公称体积100m 3 发酵罐4个，其中1个留作备用。 实际产量验算： 年）（吨/1059.09330/3.54%71%21.57.0110=????? 富裕量 %91.51000 10001059=- 能够满足生产需要。 4.1.2.2主要尺寸的计算 公称容积，是指罐的圆柱部分和底封头容积之和。并圆整为整数：上封头因无法装液，一般不计入容积。 罐的全容积，是指罐的圆柱部分和两封头容积之和。 1 罐径与罐体高度 现在按公称容积100m3，全罐的体积为：118m3，取高径比为H ：D=2，封头与圆柱罐体的焊接处的直边高度不纳入体积，则： 3m 118V 2V =+=封全筒V 根据圆柱体体积与椭圆的体积计算公式有： () 3221182414314V m D D H D =????+??=ππ全 () 332118242785.0m D D D V =+??=π全

解方程得： () 333118242m D D =+ππ ()m D 1.413 241183=??=π 直径计算出来后，应将其值圆整到接近的公称直径系数 [12]，查吴思方的《生物工程工厂设计概论》2007年版，附表25（281）通用式发酵罐系列尺寸表，则D 取4.0m , H=2D=2×4.0＝8.0(m) 查阅文献，当公称直径D 为4.0m 时，标准椭圆封头的曲面高度H 为D/4，即1.0m ，焊接处的直边高度h 为0.05 则总深度为： ）（m 05.105.00.1h H =+=+ 封头容积 ： V 封）（封33m 38.80.424V =?= π 圆柱部分容积： ） （筒32m 53.1000.420.44V =???=π 两者之和为全容积全 V ' 3m 118V 2V =+=封全筒V 全全 V V ≈' 则设计的发酵罐其尺寸符合要求，能够满足生产工艺的需要。 2 搅拌器的设计 由于琥珀酸发酵过程有中间补料操作，对混合要求较高，因此采用六弯叶涡轮搅拌器。六弯叶涡轮式搅拌器已标准化，称为标准型搅拌器；搅动液体的循环量大，搅拌功率消耗也大，根据搅拌器型式及主要参数HG/T2123-1991标准，知100m 3发酵罐采用6-6-6弯叶式搅拌叶，搅拌器：六弯叶涡轮搅拌 器,D i :d i :L:B=20:15:5:4，搅拌器直径：D i =D/3 搅拌器直径：D i =)(33.1343m D == （取1.4m ） 叶宽：B=8.24.12.0D 2.0=?=?i 弧长：)(525.04.1375.0375.0m D l i =?==

发酵工业存在地主要问题及解决要求措施

发酵工业存在的主要问题及解决措施 本文从网络收集而来，上传到平台为了帮到更多的人，如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载本文档（有偿下载），另外祝您生活愉快，工作顺利，万事如意！ 1 我国发酵工业的现状 我国发酵工业是将传统的发酵工艺和现代生物工程技术相结合的基础产业，也是现代工业生物工程技术的具体应用产业。我国发酵工业目前已发展形成了具有一定规模和技术水平的门类比较齐全的独立工业体系。其中，一部分产品的发酵生产工艺及技术已接近或达到世界先进水平，并且掌握了核心工艺技术拥有知识产权。目前，我国已经是味精、柠檬酸的世界第一大生产国。2013年我国发酵行业主要产品产量、出口量及同比增长率。 2013年我国生物发酵工业全年生产值约2780亿人民币，全年的产品总产量为2429万吨，比2012年略有增长。其中，味精、淀粉糖由于价格等原因导致产量下降，而氨基酸、酵母、酶制剂行业保持了持续增长。2013年，氨基酸产品年产量为400万吨，有机酸产品年产量为158万吨，功能发酵制品年产量为310万吨。2013年我国发酵工业主要产品出口总量为万吨，比2012年增长了%。

近年来，随着食品发酵工业的迅速发展和人口不断增长，工业用粮也在不断增加，工业大量使用粮食造成了与人类争粮的局面。与此同时，这些企业排放的废水、废渣也极污染了环境，不仅消耗了大量粮食、能源和水资源，而且也严重制约了自身的发展。发酵工业耗能多、排污大，采用新技术，优化发酵生产工艺，减少废水、废渣的排放量，提高发酵原料的综合利用率，把耗能降到最低水平，以期获得最佳产品和获得最好的效益，这一直以来都是发酵工业努力的目标。 2 我国发酵工业存在的主要问题 粮食短缺问题 我国用占世界耕地面积总量7%左右的耕地，养育了占世界人口总额21%的人口，而且我国的可耕地面积还在不断减少，人口在不断增长。2013年我国粮食国总消费量为60 133万吨，而发酵主要工业耗粮约为16 970万吨，我国人均粮食占有量约为420千克，但人均粮食消费量约500千克，尤其是近几年全国各地都有旱情，导致粮食减产，有的地方甚至颗粒无收，所以降低粮耗是目前我国发酵工业所面临的重要问题。因此，发酵工业首先要面临的问题就是优化发酵生产工艺、节约粮食。

发酵罐的设计

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

发酵罐毕业设计说明书

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

Abstract Fermentation 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.

通用式发酵罐

第一章发酵车间设备得选型 一，酵罐得设计 谷氨酸发酵属于好氧型发酵,因此均用机械搅拌通风发酵罐进行生产。现在主要根据设计工厂得年产量以及工艺计算,考虑到生产管理操 作占地面积以及后续工程得配套方面,并通过对功率消耗利用率得分 析。本设计采用公称容积200立方米带有机械通风式发酵罐。 ⑴,发酵罐型得设计 1, 罐直径D 选高径比1:2 即 D/H = 1/2 由 2 H=2D 取D=5m 则 V=196、25m3 2,封头 发酵罐得封头有碟型与椭圆型两种。椭圆型封头中得曲率半径变化就是连续得,其中应力就是均匀得,因而在同样条件下,椭圆型封头产生得应力比碟型小,但制造困难。综合考虑本设计采用碟型封头。 由《化工设备机械设计基础》,得: D=5000mm h 1=1240mm h 2 =60mm M=1、0748D2=26、87m2 V =0、1227 D3 =15、34m3 ⑴,发酵罐得容积: ①公称容积指圆柱部分与底料容积之与 V 公称= V+ V =196、25+15、34=211、59 m3 ②罐得总容积 V 总= V+2 V =226、93 m3 ③罐得容积装料系数0、773 V= 0、773V 总 =175、42 m3 ⑵高度 ①罐体高度 h = H+=10000+=12600 mm=12、6 m ②圆筒高度 H=10 m ⑶表面积 ①圆柱得内表面积 M 1 ==3、14=157 m2

②罐得总表面积M=210、74 m2 3,罐壁厚得设计 发酵罐在使用过程中,其内部承受一定得压力,如灭菌蒸汽压力,运转时得保压,搅拌时得震动及装液负荷等,同时考虑到各接管口得影响罐体应有一定得强度。现取在过程中承受得最大压力0、4Mpa(表压)作为设计压力。 ⑴罐圆柱体部分壁厚,可有下式计算 其中:Pc :罐压 Di :罐径 :许用应力 :焊缝系数 、 =16 mm ⑵封头壁厚 标准碟型封头,参考《化工设备机械设计基础》第201页 4,支座 大型发酵罐由于重量大以及要求运转稳定,故采用裙式支座直接装在基础上。裙座为圆筒型,其内径与罐内径相等。群做筒体与罐封头应采用全焊缝对接连续焊裙座,底座高度现取600 m m 二，冷却装置得确定 1，冷却装置形式得确定采用列管式换热器 ⑴热负荷 m3 则总热负荷106W ⑵传热温度得计算 一般取醪液温度T=3233℃,本设计取33℃,因发酵为3334℃, 考虑到近年气温普遍升高,现采用地下水。冷却水进口温度10℃,出口20℃,则平均温度

啤酒发酵罐课程设计要点

生物反应器课程设计 -----啤酒露天发酵罐设计 姓名：周若飞 班级：生工091 学号：3090402130

目录 一、啤酒发酵罐结构与动力学特征 1、啤酒的概述 2、啤酒发酵容器的演变 3、啤酒发酵罐的特点 4、露天圆锥发酵罐的结构 5、发酵罐发酵的动力学特征 二、露天发酵罐设计 1、啤酒发酵罐的化工设计计算 2、发酵罐热工设计计算 3、发酵罐附件的设计及选型 三、发酵罐的计算特性和规范 1、技术特性 2、发酵罐规范表 四、发酵罐设计图

一、啤酒发酵罐结构与动力学特征 1、啤酒的概述 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。 2、发酵罐的发展史 第一阶段：1900年以前，是现代发酵罐的雏形，它带有简单的温度和热交换仪器。 第二阶段：1900-1940年，出现了200m3的钢制发酵罐，在面包酵母发酵罐中开始使用空气分布器，机械搅拌开始用在小型的发酵罐中。 第三阶段：1940-1960年，机械搅拌，通风，无菌操作和纯种培养等一系列技术开始完善，发酵工艺过程的参数检测和控制方面已出现，耐蒸汽灭菌的在线连续测定的pH电极和溶氧电极，计算机开始进行发酵过程的控制。发酵产品的分离和纯化设备逐步实现商品化。

生物工程设备复习总结

一、名词解释 1、离心分离因数：是指离心力与重力的比值，或离心加速度与重力加速度的比值。即f=FP/mg=rn2/900或f=vT2/gr 2、CIP清洗：就地清洗简称CIP，又称清洗定位或定位清洗。就地清洗是指不用拆开或移动装置，即采用高温、高浓度的洗净液，对设备装置加以强力作用，把与食品的接触面洗净的方法。 3、对数穿透定律：表示进入滤层的空气微粒浓度与穿透滤层的微粒浓度之比的对数是滤层厚度的函数。lg(N2/N1)=-K'L 4、对数残留公式：2.303lgNo/Ns=kt lnNo/Ns=kt 5、全挡板条件：是指在一定的转速下，再增加罐内附件，轴功率仍保持不变。要达到全挡板条件必须满足下式要求： （b/D）n=（0.1-0.12）D/Dn=0.5 6、通气强度：每立方米发酵液每分钟通入的空气量 7、溶氧传递速率：是指单位体积发酵液单位时间溶氧量。OTR=Kla(c*-c) mol/(m3.h) 8、浓差极化：当溶液从膜一侧流过时，溶剂及小分子溶质透过膜，大分子的溶质在靠近膜面处被截留。并不断返回于溶液中，当这一返回速度低于大分子溶质在膜表面聚集的速度时，则会在膜的一侧形成高浓度的溶质层，这就是浓差极化。 9、溶氧传递系数（Kla）: 10、贴壁培养：是一种让细胞贴附在某种基质上进行增殖的培养方式，主要适用于贴壁细胞，也适用于兼性贴壁细胞。

11、公称体积：是指罐的筒身（圆柱）体积和底封头体积之和。 12、连续发酵：连续不断地流加培养液，同时又连续不断地排除发酵液，使发酵罐中的微生物一直维持在生长加速期，（或静止期），从而缩短发酵周期。 二、填空题 1、目前植物细胞培养主要采用悬浮培养和固定化细胞系统 2、悬浮培养生物反应器主要包括机械搅拌式反应器和非机械搅拌式反应器 3、固定化细胞生物反应器主要包括填充床反应器、流化床反应器和膜反应器 4、生物反应器放大的目标是在大规模培养中能获得小规模条件下的研究结果 5、植物组织培养反应器主要包括发状根大规模培养和小规模的大规模快速繁殖 6、动物细胞培养方法有贴壁培养、悬浮培养和固定化培养 7、深层培养可分为分批式、流加式、半连续式、连续式和灌注式 8、分批培养过程中，细胞的生长可分为延迟期、对数生长期、减速期、平稳期和衰退期 9、动物细胞大规模培养反应器包括机械搅拌式生物反应器、气升式生物反应器、中空纤维生物反应器、一次性生物反应器、空间生物反应器、大载体系统以及波浪反应器 10、目前膜分离设备主要有4种形式：板式、管式、中空纤维式和螺

《第2节 种群数量的变化》教学设计(江苏省县级优课)

第2节种群数量的变化 一、建构种群增长模型的方法---------数学模型 1.数学模型概念：是用来描述一个系统或它的性质的。 2.表现形式： 活动（一） （1）在营养和生存空间没有限制的情况下，某种细菌20min就通过分裂增殖一次。（完成 Nn= （3）利用表格数据绘制曲线 提出问题 3.建构数学模型的步骤：作出假设 建立模型 模型的检验或修正 活动（二）尝试构建模型 提出问题：若自然界某种生物在理想状态下，种群数量如何变化？ 作出假设： 建立数学模型： 模型的检验或修正：自然界实例 二、种群增长的“J”型曲线 1.条件： 2.“J”型增长的数学模型公式: 活动（三）构建酵母菌种群数量变化的数学模型 提出问题：实验室以固定容积的发酵罐培养酵母菌，种群数量如何变化？ 作出假设: 建立模型：曲线 检验或修正： 下表为一个固定容积的发酵罐中培养酵母菌6天的数据记录表：酵母菌每天定时测定量（万

2.绘制曲线： 三、种群增长的“S”型曲线 1.K值：在不受破坏的情况下，一定空间中所能维持的种群数量称为环境容纳量 2.产生条件： 3．数学模型（曲线图） 活动（四）绘制种群数量增长速率曲线 4.应用： 应用1：为了保护鱼类资源不受破坏，并能持续地获得最 大捕鱼量，应使被捕鱼群的种群数量保持在什么水平?为什 么？ 应用2：保护濒危物种， 应用3：有害生物的控制， 活动（五）延续活动（三） 提出问题：如果继续培养下去酵母菌数量会怎么样呢？ 作出假设： 建立数学模型：绘制曲线 检验或修正： 四、种群数量的波动和下降 自然界，影响种群数量的因素有很多，如气候、 、、传染病等。因此，大多数种群的数量总是在波动之中的，在不利条件之下，还会急剧下降，甚至灭亡。 判断：1.一个外来物种进入一个新环境中必定表现为“J”型增长（） 2.环境容纳量是指种群的最大数量（） 3.在种群的“S”型增长曲线中，达到K/2时种群的增长速率最大，达到K值时种群的增长速率为0.（） 4.当种群数量达到K值时将稳定不变（） 5.研究种群数量的变化有利于对有害动物的防治以及对野生生物资源进行保护和利用（）

50立方米发酵罐设计说明书

50立方米发酵罐设计说明书 目录 1.设计条件(设计方案的分析)......................................................2 2.几何尺寸的确定........................................................................4 3.主要部件尺寸的设计计算 (5) 3.1罐体 (5) 3.2罐体筒壁厚 (5) 3.3封头壁厚 (5) 3.4挡板 (5) 3.5搅拌器 (6) 3.6人孔和视镜 (6) 3.7管道接口 (6) 3.8仪表接口...........................................................................7 4. 冷却装置设计 (8) 4.1冷却方式选择 (8) 4.2冷却面积计算 (8) 4.34.3蛇管参数计算...............................................................9 5.拌轴功率的计算........................................................................10 5.1不通气条件下的轴功率P0计算................................................10 5.2通气搅拌功率Pg的计算.........................................................11 5.3电机及变速装置选用............................................................12 6.设计小结.................................................................................12 7.参考文献 (13)

15立方米通风式发酵罐设计 课程设计

15立方米通风式发酵罐设计课程设计

课程设计考核表 设计题目15m3通风发酵罐的设计姓名班级 设计（论文）起始时间 2011 年 6 月27 日至2011 年7 月9 日 设计完成情况： 独立完成，达到要求 能够 完成，达 到要求 能够完成， 基本达到要求 不能按时 完成，达不到 基本要求 说明书（论文）叙述 清楚 比 较清楚基本清楚 不清楚 工作态度情况（学生对设计的认真程度、纪律及出勤情况）： 认真 较 认真一般 不认真 图面是否清晰 清晰 比 较清晰基本清晰 不清晰 计算是否正确正确基 本正确不正确 设计（论文）是否符合规范要求 规范基本规范不规范

成绩评定: 优秀 良好 中等 及格 不及格 指导教师签字：年月日 课程设计任务书 题目名称15M3机械搅拌通风发酵罐的设计 学生学院 专业班级 姓名 学号

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 设计15M3机械通风发酵罐，应用菌株发酵生产赖氨酸，产物是初级代谢产物，牛顿型流体，二级发酵。发酵罐高径比为2.5，生产场地为南方某地，蛇管冷却，初始水温：19℃,出水温度26℃ 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（A3号图纸）1张 四、课程设计进程安排 序号设计各阶段内容地点起止日期 1 上午布置及讲解设计任务；下 午查阅资料及有关文献 图书馆 6.27 2 有关工艺设计计算宿舍6.27至 7.1 3 装配图绘制教1-216 7.1至

通用式发酵罐的设计与计算

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 1 D 。 （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 ＝（81~5 1 ）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 1 D 。 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： 214 H 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(4 6 4 2222D 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 1 4 0221D h H D V V V b + += +=（公π 罐的全容积V 0： )]6 1 (2[4 202210D 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(4 0221D h H D V V V b + += +=ηπ η 装料系数η：

立方米谷氨酸发酵罐方案

生物工程设备课程设计 200m3谷氨酸发酵罐设计 院系：生物与化学工程学院 专业：生物工程 班级： 学号： 姓名： 指导老师： 日期：2018年5月11日 生物反应工程与设备课程设计任务书 —机械搅拌生物反应器设计 一、课程教案目标 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、综合性的实践教案环节，要求学生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，对培养学生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，对学生进行一次生化过程发酵设备设计的基本训

练，使学生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。 二、课程设计题目 设计200m3谷氨酸机械搅拌通风反应器 三、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。 四、课程设计的要求 课程设计的规模不同，其具体的设计工程也有所差别，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 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。 3、绘制设备图一张 设备图绘制，应标明设备的主要结构与尺寸。