微生物工程设计50机械搅拌通风发酵罐的设计民

1、微生物工程课程设计设计说明书 50M3机械搅拌通风发酵罐的设计起止日期： 2013 年 6 月 24 日 至 2013 年 7 月 5 日学生姓名班级生物技术班学号成绩指导教师(签字)、包装与材料工程学院2013年6 月 30 日目 录第一章 设计方案的分析、拟定2第二章 谷氨酸的发酵工艺42.1发酵法概述42.1.1 原料的预处理及糖化62.1.1.1 生产原料简介62.1.1.2 原料处理262.2 培养基的制备722.1碳源72.2.2 氮源72.2.3 生物素82.3 种子扩大培养基183.3.1 斜面种子的制备82.3.3 种子扩大培养82.4 谷氨酸发酵 292.5 影响因素的控制

2、92.5.1 环境因素的控制92.6 细胞膜渗透性控制112.6.1控制磷脂的合成112.6.2 控制细胞壁的合成11第三章 罐体几何尺寸的确定123.1罐体体积123.2 罐体总高度12第四章 主要部件尺寸的设计计算144.1罐体144.2 罐体壁厚：取决于罐径及罐压的大小154.3 封头壁厚计算：常大于罐体壁厚154.4挡板164.5搅拌器164.6人孔和视镜164.7接口管174.7.1 管道接口 （采用法兰接口）174.7.2 仪表接口17第五章 冷却装置的设计185.1 冷却方式185.2 装料量185.3 单位时间传热量195.4 冷却水用量（W）195.5 冷却面积（A）19第六

3、章 搅拌器轴功率的计算216.1不通气条件下的轴功率P0计算216.2通气搅拌功率Pg的计算226.3电机及变速装置选用23第七章 设计结果与讨论24第八章 设计小结27参考文献28附录 符号说明29附录发酵罐图纸31 第1章 设计方案的分析、拟定我设计的是一台75M3机械搅拌通风发酵罐,发酵生产谷氨酸。L-谷氨酸是生物机体内按代谢的基本氨基酸之一，也是连接糖代谢与氨基酸代谢的枢纽之一，在代谢上具有比较重要的意义。L-谷氨酸单钠盐，俗称味精，具有强烈的鲜味，是一种十分重要的调味品，广泛应用于烹调和食品加工。目前国内谷氨酸发酵的主要菌种有：天津短杆菌及其诱变株FM8209、FM-415、CMTC

4、-6282、TG863、TG866、S9144、D85等菌株；钝齿棒杆菌AS1.542及其诱变菌株B9、B9-17-36、F-263等菌株；北京棒杆菌AS.1299及其诱变菌株7338、D110、WTH-1等菌株。综合温度、PH等因素选择菌株，该菌种最适发酵温度为32-37，pH为7.0-7.5。 主要生产工艺过程为如下：原料液的处理与培养基配制；种子制备与扩大培养；发酵；谷氨酸提取与精制。发酵罐主要由罐体和冷却蛇管，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50m3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

5、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。这次设计包括一套图样，主要是装配图，还有一份说明书。而绘制装配图是生物工程设备的机械设计核心内容，绘制装配图要有合理的选择基本視图，和各种表达方式，有合理的选择比例，大小，和合理的安排幅面。说明书就是要写清楚设计的思路和步骤压力P除注明外，压力均指表压力，单位用MPa表示。工作压力指在正常情况下，容器顶部可能达到的最高压力。设计压力指设定的容器顶部的最高压力。它与设计温度一起作为设计载荷条件，其值不

6、小于工作压力。一般在装有安全阀时Pd=(1.051.1)Pw当无安全阀时，Pd=(1.01.05)*1、设计压力容器的设计压力是指相应的设计压温度下，用以确定壳体厚度的压力，其值不得小于最高工作压力。容器的最高工作压力是指在正常操作情况下，容器顶部可能出现的最高表压力。*2、设计温度设计温度是指容器在正常操作情况，在相应的设计压力下设定的受压元件的金属温度（沿元件金属截面的温度平均值）。当元件的金属温度大于等于0时设计温度不得低于元件金属可能达到的最高温度，当元件金属温度低于0时设计温度不得高于元件金属可能达到的最低温度。表1.1发酵罐主要设计条件步骤项目参数及结果备注1发酵菌种TG866由参

7、考文献6确定2工作压力0.4MPa由工艺条件确定3设计压力0.4MPa由工艺条件确定4发酵温度32由工艺条件确定5设计温度120由工艺条件确定6冷却方式蛇管冷却由工艺条件确定7培养基玉米浆、马铃薯粉、豆饼粉由参考文献6确定8发酵液密度1080kg/m3由工艺条件确定9发酵液黏度=2.0×10-3N.s/m2由工艺条件确定第二章 谷氨酸的发酵工艺2.1发酵法概述谷氨酸的发酵生产全过程可划分为三个工艺阶段（1）原料的预处理及糖化；（2）种子扩大培养及谷氨酸发酵；（3）谷氨酸的提取。谷氨酸发酵是一个比较复杂的生化过程，野生型谷氨酸产生菌不能在体外大量地积累谷氨酸，故生产上常采用代谢调节异常

8、化的细菌为菌种。这些菌种对环境因素的变化非常敏感，易受多方面环境条件的影响，包括发酵培养基配比、温度、溶解氧、pH、NH4+浓度等。在适宜的培养条件下，谷氨酸生产菌能够将50%以上的糖转化成谷氨酸，只有极少量的副产物。否则，几乎不产生谷氨酸，而得到大量的菌体或者由谷氨酸发酵转换成积累乳酸、琥珀酸或-酮戊二酸、丙氨酸、缬氨酸、谷氨酰胺、乙酰谷酰胺等发酵。因此，谷氨酸发酵必须严格控制工艺条件。图2.1为谷氨酸发酵工艺流程3。空气菌种原料空气压缩机预处理斜面培养摇瓶扩大培养冷却水解除铁发酵配料过滤气液分离种子罐扩大培养过滤淀粉水解糖过滤除菌脱色浓缩结晶等电点调节沉淀离心离心过滤干燥大结晶干燥小结晶母

9、液粗谷氨酸粗谷氨酸溶解拌盐粉碎离子交换处理中和制味精 成品味精粉状味精粗谷氨酸溶液 图2.1味精生产工艺流程2.1.1 原料的预处理及糖化2.1.1.1 生产原料简介玉米、小麦、甘薯、大米等。其中甘薯和淀粉最为常用，大米进行浸泡磨浆，再调成15Bx，调pH6.0，加细菌-淀粉酶进行液化，8530min，加糖化酶60糖化24h，过滤后可供配置培养基。甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜。糖蜜原料因含丰富的生物素，不宜直接用来作为谷氨酸发酵的碳源。预处理方法为，活性碳或树脂吸附法和亚硝酸法吸附或破坏生物素。也可以再发酵液中加入表面活性剂或添加青霉素。2.1.1.2 原料处理3非粮食原料除糖蜜外，一般不需要预处理，可

10、直接用来配制培养基；而糖蜜中生物素含量过高，虽然生产菌可以良好生长，但采用一般谷氨酸的生产方法，则不积累谷氨酸，故在采用糖蜜为主要原料时，常对糖蜜进行预处理。大多数谷氨酸发酵菌种都不能直接利用淀粉和糊精，因此用淀粉质原料进行谷氨酸生产时，必须先将淀粉水解成葡萄糖，才能供其发酵。在工业上，淀粉的处理主要是指糖化，制得的水解糖叫淀粉糖。可以用来制备淀粉水解糖的原料有很多，主要有薯类、玉米、小麦、大米等。我国多数味精生产长时利用酸水解法来进行淀粉的水解。1) 调浆 首先将原料淀粉、水和工业盐酸调成均匀的淀粉乳，为便于操作控制，生产上加盐酸量常以淀粉浆pH值为指标，控制pH在1.5左右。2) 糖化 在

11、水解锅内加入一定量的水，然后将水解罐顶预热至100-1050C，蒸汽压力为9.8-19.6kPa之间，水解时间控制在10-20min。3) 中和 采用酸化糖化淀粉需要用碱中和酸。一般淀粉水解完毕，水解糖液中葡萄糖含量约为16%-18%左右，其中还含有多余的酸，必须要用碱中和。4) 脱色过滤 糖化液中杂质的存在对糖液质量影响很大，通过调节pH，将水解糖液调至等电点时，蛋白质和谷氨酸的溶解度最小，便于沉淀过滤，色素则可用活性炭吸附法除去。中和结束后，最后让经过中和脱色的水解糖液静置1-2h，使其充分沉淀，待液温将至45-500C时，用泵打入过滤器过滤，过滤后的糖液送贮糖桶备用。2.2 培养基的制备

12、谷氨酸发酵培养基组成包括碳源、氮源、无机盐和生长因子等。22.1碳源目前使用的谷氨酸生产菌均不能利用淀粉，只能利用葡萄糖、果糖等，有些菌种还能利用醋酸、正烷烃等做碳源。在一定的范围内，谷氨酸产量随葡萄糖浓度的增加而增加，但若葡萄糖浓度过高，由于渗透压过大，则对菌体的生长很不利，谷氨酸对糖的转化率降低。 国内谷氨酸发酵糖浓度为 125-150g/L，但一般采用流加糖工艺。2.2.2 氮源常见无机氮源：尿素，液氨，碳酸氢铵。常见有机碳源：玉米浆，豆浓，糖蜜。当氮源的浓度过低时会使菌体细胞营养过度贫乏形成“生理饥饿”，影响菌体增殖和代谢，导致产酸率低。随着玉米浆的浓度增高，菌体大量增殖使谷氨酸非积累

13、型细胞增多，同时又因生物素过量使代谢合成磷脂增多，导致细胞膜增厚不利于谷氨酸的分泌造成谷氨酸产量下降。谷氨酸发酵的碳氮比为100：(1521)，当碳氮比为100：11时才开始积累Glu。目前生产L-Glu多采用尿素作为氮源，进行分批流加，流加时温度不易过高（不超过45），否则游离氨过多，使初始pH值过高，抑制菌体生长。2.2.3 生物素含硫水溶性维生素，是B族维生素的一种，又叫做维生素H或辅酶R。广布于动物及植物组织，已从肝提取物和蛋黄中分离，是多种羧化酶辅基的成分。生物素的作用主要影响谷氨酸生产菌细胞膜的通透性，同时也影响菌体的代谢途径。生物素对发酵的影响是全面的，在发酵过程中要严格控制其浓

14、度。（具体可看控制膜渗透性）2.3 种子扩大培养基由于现代的发酵工业产业生产规模越来越大，谷氨酸生产的发酵罐容积可达几十立方米甚至几百立方米。要使微生物在几十个小时的较短时间内，完成如此巨大的生物转化的任务，必须首先培养出数量巨大、代谢旺盛的种子。目前，谷氨酸发酵的种子扩大培养基普遍采用二级种子培养流程。3.3.1 斜面种子的制备种子培养基以多含有有机氮而不含或少含糖为原则。一般采用细菌肉汤培养基：葡萄糖0.1%，蛋白胨1.0%,牛肉膏1.0%,氯化钠0.5%,琼脂2.0%-2.5%,pH7.0-7.2（传代和保存斜面时不加葡萄糖）。2.3.3 种子扩大培养液体种子培养的目的在于大量繁殖活力强

15、的菌体，培养基中应少含糖分，多含有机氮，培养条件必须有利于菌体生长。培养温度7338和B9类菌30-320C、T6-13类菌钟以33-340C，接种量一般为1%，培养时间以7-8h为宜。部分工厂直接以培养好的大型斜面作为一级种子使用。一次制备一批大型斜面一级种子，贮存于冰箱中，供本厂使用一星期左右。2.4 谷氨酸发酵3适应期，尿素分解氨使pH上升。糖不利用。2-4h。接种量和发酵条件控制使改期缩短。对数生长期，糖耗快，尿素大量分解使pH上升，氨被利用pH又迅速增大，菌体形态为排列整齐的八字形，不产酸，12h。采取流加尿素办法及时供给菌体生长必须的氮源及调节pH在7.5-8.0，维持温度30-3

16、2。菌体生长停止期，谷氨酸合成，糖和尿素分解产生-酮戊二酸和氨用于合成谷氨酸。及时流加尿素以提供足够的氨并使pH维持在7.2-7.4。大量通气，控制温度34-37。 发酵后期，菌体衰老糖耗慢，残糖低。营养物耗尽酸浓度不增加时，及时放罐。 不同的谷氨酸生产菌其发酵时间有所差异。低糖（10%12%）发酵，其发酵时间为3638h，中糖（14%）发酵，其发酵时间为45h。发酵后期菌体衰老，糖耗慢，残糖低。当营养物耗尽酸浓度不增加时，及时放罐。一般发酵周期为30h。42.5 影响因素的控制2.5.1 环境因素的控制3.5.1.1 pH谷氨酸生产菌的最适pH一般是中型或微碱性pH7.08.0条件下累计谷氨

17、酸，发酵前期的pH值以7.5左右为宜，中后期以7.2左右对提高谷氨酸产量有利。2.5.1.2 温度谷氨酸发酵前期应采取菌体生长最适温度为3032。对数生长期维持温度30-32。谷氨酸合成的最适温度为3437。催化谷氨酸合成的谷氨酸脱氢酶的最适温度在32-36°C左右，在发酵中、后期需要维持最适的产酸温度，以利谷氨酸合成。2.5.1.3 通风量谷氨酸生产菌是兼性好氧菌，有氧、无氧的条件下都能生长，只是代谢产物不同。谷氨酸发酵过程中，通风必须适度，过大菌体生长慢，过小产物由谷氨酸变为乳酸。应在长菌期间低风量，产酸期间高风量，发酵成熟期低风量。其中，谷氨酸发酵罐现均采用气一液分散较理想的圆

18、盘涡轮式多层叶轮搅拌器。2.5.1.4 泡沫谷氨酸发酵时好气性发酵，因通风和搅拌和菌体代谢产生的CO2，使培养液产生泡沫是正常的，但泡沫过多不仅使氧在发酵液中的扩散受阻，影响菌体的呼吸代谢，也会影响正常代谢以及染菌。因此，要控制好泡沫是关键。消泡方法有机械消泡（靶式、离心式、刮板式、蝶式消泡器）和化学消泡（天然油脂、聚酯类、醇类、硅酮等化学消泡剂）两种方法。2.5.1.5 染菌的防治和染菌后的处理方法3谷氨酸生产菌对杂菌及噬菌体的抵抗力差。一旦染菌，就会造成减产或无产现象的发生，预示着谷氨酸发酵生产的失败，这使厂家造成不同程度的损失。所以预防及挽救很重要的。常见杂菌有芽孢杆菌、阴性杆菌、葡萄球

19、菌和霉菌。针对芽孢杆菌，打料时，检查板式换热器和维持管压力是否高出正常水平。如果堵塞，容易造成灭菌不透。板式换热器要及时清洗或拆换。维持罐要打开检查管路是否有泄漏或短路。阀门和法兰是否损坏。针对阴性杆菌，对照放罐体积，看是否异常。如果高于正常体积，可能是排灌泄漏，对接触冷却水的管路和阀门等处进行检查。针对葡萄球菌，流加糖罐和空气过滤器要进行无菌检查，如果染菌要统一杀菌处理。针对霉菌，加大对环境消毒力度，对环境死角进行清理。噬菌体不耐高温，一般升温至8O噬菌体就会死亡。在发酵2h-10h污染噬菌体，判断正确后，把发酵液加热至45°C10min把谷氨酸菌杀灭。6在发酵10h14h污染噬菌

20、体，仍是把发酵加热至4510min，压出发酵罐，进行分罐处理，一般可分成两罐来处理。发酵18h后出现OD下跌，此时残糖在3左右，出现耗糖缓慢或停止。镜检没有发现菌体碎片，可能是溶源菌或发酵前期出现高温现象，造成菌体自溶。处理方法补入4u-5u单位纯生物素，压入相对同期的发酵液10的量，继续发酵。发酵结果比同期发酵结果略差。2.6 细胞膜渗透性控制2.6.1控制磷脂的合成细胞膜磷脂含量低，有利于提高细胞膜通透性。 油酸缺陷型：油酸缺陷型突变株阻断了油酸的合成，丧失了脂肪酸生物合成的能力。甘油缺陷型 ：甘油缺陷型菌株的遗传阻碍是丧失-磷酸甘油脱氢酶，自身不能合成-磷酸甘油和磷脂。温度敏感突变株：其

21、突变位置发生在与谷氨酸分泌有密切关系的细胞膜的结构基因上，发生碱基的转换或颠换，这样为基因所指导释出的酶，在高温时失活，导致细胞膜某些结构的改变。2.6.2 控制细胞壁的合成细胞壁合成不完全，细胞膜容易造成机械损伤和经不起内部渗透压的压力，造成膜的破坏，加大通透性。对数生长期早期，添加青霉素或头孢霉素C。青霉素抑制细胞壁的后期合成。第三章 罐体几何尺寸的确定3.1罐体体积根据工艺参数和高径比确定各部几何尺寸，高径比为2.5，则H=2.5D初步设计：设计给出的是发酵罐的公称体积（50m3）公称体积V罐的筒身（圆柱）体积和底封头体积之和全体积V0公称体积和上封头体积之和封头体积 （近似公式）假设H

22、0/D=2,根据设计条件罐的公称体积为50m3由公称体积的近似公式V=0.785×D2×2D+0.15D3=50，解得D=3086mm ,取整为3000mm，3.2 罐体总高度H=2.5D=2.5×3000=7500mm，取整7500mm查阅文献，当公称直径D=3m时，标准椭圆封头的曲面高度ha=750mm，直边高度hb=40mm，总深度为Hf=790mm，内表面积S封=10.1m2，容积V=3.82m3H0=H-2Hf=7500-2×790=5920mm6m=2D与前面的假设相近，故可认为D=3m是合适的设Di = 1/3D、B = 0.1D 、C =

23、 Di则搅拌叶直径Di =1/3D =1000mm、挡板宽度B = 0.1D=300mm 、底轴拌叶至底封头高度C = Di=1000mm发酵罐的全体积：V= D2H0+2(hb+D)=326+20.04+3）=50.0455m3发酵罐圆柱体积=42.39m3发酵罐封头体积V封=3.5325m3经验证V全=V筒+2V封=42.39+2×3.5325=49.455m349.455m350.0455m3符合设计要求，可行表3.1 50m3发酵罐的几何尺寸步骤项目及代号参数及计算结果备注1公称体积50设计条件2全体积50.0455m33D3m46m查表5B0.3mB=0.1D6S3mS=3

24、Di=D7C1mC=Di=D/38ha0.75mha=0.25D9Hb0.04m查表第四章 主要部件尺寸的设计计算4.1罐体发酵罐材料可以选用碳钢、不锈钢、合金钢等。相对其他工业来说，发酵液对钢材的腐蚀不大，但必须能耐受一定的压力和温度，通常要求耐受130150 的温度和0.3MPa的压力。因谷氨酸是为偏酸性，故选用使用A3钢为材料，内涂环氧树脂防腐。封头设计为标准椭圆封头因为D>500mm，所以采用双面缝焊接的方式与罐体连接。4.2 罐体壁厚：取决于罐径及罐压的大小取D=3m, p=0.4MPa, 双面焊缝=0.8， =137MPa, C=3mm则，取6mmD罐体直径（mm）p耐受压强

25、 (设计压力) 焊缝系数，双面焊取0.8，无缝焊取1.0 罐体金属材料在设计温度下的许用应力(不锈钢焊接压力容器许用应力为150，137MPa)C 腐蚀裕度，当 C<10mm时，C3mm4.3 封头壁厚计算：常大于罐体壁厚已知：取双面焊=0.8、D=3000mm、P=0.4MPa、K=2.3、t=1求得：，取整16mmD罐体直径（mm）p耐受压强 (取0.3MPa)K开孔系数，取2.3 焊缝系数，双面焊取0.8，无缝焊取1.0 设计温度下的许用应力（不锈钢焊接压力容器许用应力为150，137MPa）C 腐蚀裕度，当 C<10mm时，C3mm4.4挡板由上可知，挡板宽度B=0.1D，

26、根据下式计算挡板数n：取B=0.1D, 得出挡板数n=5块式中 B挡板宽度，mm；D罐内径，mm；n挡板数，mm。4.5搅拌器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,Di:di:L:B=20:15:5:4。搅拌器的计算：直径：由 =D/3 得 =3000/3 =1000mm叶片宽度：由 得 mm弧长： 由 Di:L=20:5得 盘径： 由 得 叶弦长： 由 Di:di=20:15得 搅拌器间距： 由 得 最下一组搅拌器与罐底的距离：C=1.0Di=1000mm4.6人孔和视镜人孔的设置是为了安装、

27、拆卸、清洗和检修设备内部的装置。本次设计只设置了1个人孔，标准号为： HG215201995 人孔（R·A2707） 500-1.0，直径为600mm，高度为260mm，开在顶封头上，左边轴线位于离中心轴1000mm处视镜用于观察发酵罐内部的情况。本次设计只设置了2个视镜，标准号为PN1.6，DN100A HG21505-1992直径为DN150mm，高度为52mm，开在顶封头上，位于俯视面左下45度和右上45度距离中心轴线1200mm处。4.7接口管以进料口为例计算，设发酵醪液流速为，2h 排尽。发酵罐装料液体积：V1 =15.4物料体积流量，则排料管截面积，又，得d=0.052m

28、，取无缝钢管，查阅资料，平焊钢管法兰HG20593-97，取公称直径50，。其他管道也是如此计算。4.7.1 管道接口 （采用法兰接口）进料口：直径，开在封头上，排料口：，开在罐底；进气口：，开在封头上；排气口：，开在封头上；冷却水进、出口：，开在罐身；补料口：，开在封头上；取样口：，开在封头上；4.7.2 仪表接口温度计；装配式热电阻温度传感器Pt100型，D100mm，开在罐身上；压力表；弹簧管压力表（径向型），d1=20mm，精度2.5，型号：，开在封头上；液位计：采用标准： 型号： 直径：，开在罐身上；溶氧探头：；pH探头：型；表3  发酵罐主要部件尺寸的设计计算结果步骤项目

29、及代号参数及结果备注1罐体材料A3钢由工艺条件确定2罐体壁厚6mm计算3人孔600查阅文献得4封头壁厚16mm计算5挡板宽度0.3m计算6挡板数5个计算7搅拌器种类6-6弯叶查阅文献6得8搅拌器层数2查阅文献6得第五章 冷却装置的设计5.1 冷却方式发酵罐容量大，罐体的比表面积小。夹套不能满足冷却要求，使用列管或蛇管冷却，使用水作冷却介质。5.2 装料量发酵罐装料系数：70%发酵罐装料液体积：v1=全体积×装料系数=50.0455×70%=35.03不计算下封头时的装液体积：=31.2则：装液高度：h液=4.42m5.3 单位时间传热量单位时间传热量发酵热×装料量

30、,查得谷氨酸高峰期发酵热为2.93×104kJ/h.m3即：5.4 冷却水用量（W）已知Q= kJ/m3,得：=/h注：Q单位时间传热量Cp冷却水的平均比热，取4.186 kJ/ (kg · )冷却水进出口温度差已知=32,对数平均温差 =注：t1冷却水进口温度t2冷却水出口温度t发发酵温度5.5 冷却面积（A）已知：Q= kJ/m3 , 本罐采用竖式蛇管换热器，取经验值K=4.18×500kJ/(hm2）=注： 对数平均温度差K传热总系数，取4.18×500kJ/(m2 ·h·)根据生产情况取整则A=47m2又冷却面积() 则冷却蛇

31、管总长度(m) =根据生产实际情况取整L=300m，如果分为6组，则每组为50m。d蛇管内径，d外径壁厚 57×3.5mm外径取57mm，壁厚取3.5mm蛇管一般分为6组，则每组长度：L/6 =50m每圈蛇管长度 Dp蛇管圈直径，3mhp 蛇管圈之间的距离，取0.10m蛇管总圈数 取整32圈，每组32/6=6圈蛇管总高度表5.1  50发酵罐冷却装置设计计算结果参数项目及代号参数及结果备注1发酵罐装料系数70%由工艺条件确定2装料量31.2v1=全体积×装料系数3单位时间传热量Q=Q发*V14冷却水耗量（W）/h5冷却面积（）46.86冷却蛇管规格（mm）查阅文献

32、67冷却蛇管总长度(m)299.4m8冷却蛇管高度（m)3.1m第六章 搅拌器轴功率的计算6.1不通气条件下的轴功率P0计算由鲁士顿(Rushton J. H.)公式：无通气搅拌输入的功率（KW）；功率准数，是搅拌雷诺数的函数；涡轮转速（r/min）；根据文献，50m3机械搅拌通风发酵罐搅拌转速为110r/min液体密度（kg/m3）因发酵液不同而不同，由工艺条件知密度1080kg/m3； 涡轮直径（m）；圆盘六弯叶涡轮 NP4.7由于一般发酵罐中 D/d3 , 因此搅拌功率可用下式校正：f为校正系数，它由下式来确定： 注：发酵罐直径（D）、搅拌器直径(d)、液柱高度()已知：D=3m, d=

33、1000mm=1m,所以：所以：对于多层搅拌器的轴功率可按下估算：=*(0.4+0.6*2)=kw注：m-搅拌器层数，查阅得m=2。6.2通气搅拌功率Pg的计算式中，当Di/D=1/3时，C=0.157，当Di/D=2/3时，C=0.113，当Di/D=123时，C=0.101。注：P0无通气搅拌输入的功率（W）w涡轮转速（r/min）Di 涡轮直径（m）Q通气量（m3/min），设通风比=0.20.4，取低限，如通风量变大，Pg会小，为安全。现取0.2.则 Q=(ml/min)已知：P0=w, n=110r/min, Di=1000mm, 取Q=ml/min又Di/D=1/3，得C=0.15

34、7求得：=272.4kw6.3电机及变速装置选用 根据搅拌功率选用电动机时，应考虑传动装置的机械效率。注：Pg搅拌轴功率轴封摩擦损失功率，一般为1% Pg传动机构效率根据生产需要选择三角皮带电机。三角皮带的效率是 0.92，滚动轴承的效率是 0.99，滑动轴承的效率是0.98，端面轴封摩擦损失功率为搅拌轴功率的 1%，则电机的功率:表6.1  发酵罐搅拌功率的设计计算结果步骤项目及代号参数及结果备注1不通气条件下的轴功率P0,kWkw计算2通气条件下的轴功率Pg,kW272.4kw计算3轴转数n,r/min110根据参考文献2选取4多层搅拌器的轴功率kw计算5电动机功率308.2kw

35、计算6电动机选择功率:45kw转速：750r/min7轴径125mm根据参考文献【2】选取8传动装置三角皮带根据参考文献【2】选取9三角皮带型号和根数D×8根根据参考文献【2】选取10小皮带轮直径/mm根据参考文献【2】选取11大皮带轮直径/mm根据参考文献【2】选取第七章 设计结果与讨论附表1发酵罐尺寸汇总项目结果单位全体积（V0）50.0455m³公称体积1（V）50m³发酵罐总高（H）7500mm发酵罐筒体高度（H0）6000mm罐体直径（D）3000mm搅拌叶直径（Di）1000mm椭圆封头直边高度（h）40mm 椭圆封头段半轴长度 （ha）750mm搅拌

36、叶间距（s）3000mm最下一组搅拌器与罐底的距离 （C）1000mm挡板宽度（B）300mm罐体材料216MnR钢焊接方式2双面缝焊接罐体筒壁厚（V1）6mm封头壁厚（V2）16mm搅拌器类型3六弯叶涡轮式搅拌器人孔31个视镜32个进、排料口直径3附表2 各项目计算结果项目结果单位进、出气口直径3冷却水进、出口直径2补料口直径3取样口直径2温度计直径3100mm装料系数270%装料体积（V柱）31.2m3装料高度（h液）4.42m总发酵热（Q）1.026106kJ/m3冷却水耗量（W）30637.8kg/h冷却面积（A）46.8m2冷却蛇管总长度（L）299.4m冷却蛇管总高度（H）3.1m

37、蛇管组数26组每组蛇管圈数（NP）5圈搅拌器转速3（w）110r/min不通气条件下的轴功率（P0）31.278kW通气搅拌功率（Pg）308.2kW电机的功率（P）272.4kW通气量2（Q通气）7106ml/min第八章 设计小结在此次课程设计中，我设计了机械通风发酵罐，该反应器利用谷氨酸棒状杆菌进行谷氨酸的发酵生产，发酵温度为32。反应器的材料为16MnR钢；几何尺寸:公称体积为50，全体积为50.。455，D=3m, H0=6m, B=0.3m, S=3m, C=1m ha=0.75m； 采用6-6弯叶式2层搅拌器，利用45kw的电动机通过125mm的轴驱动；采用的冷却方式为蛇管冷却，冷却蛇管总长为300m，分为6组。总体设计都是为了达到更好的工业效益。这次的设计是我一个人一组完成的，所以工作量对比以小组为单位的同学来说无疑是大了很多，但整个设计做完之后，我却觉得很满足，因为这次的课程设计又丰富了我专业方面以及软件方面的很多知识。时间安排上，我花了四天的时间构思以及写说明书，其中有大部分的时候是在计算各种数据，考虑发酵罐的整体造型。有很多次，算到最后发现与事实不吻合，于是又从头检查直到挑出错误的地方，每每那一瞬间，心情像发