发酵罐设计实验报告

80m3通用式发酵罐的设计第一章设计方案发酵罐体积确实定发酵罐散热方式确实定搅拌桨的选择和搅拌层数确实定其次章设备参数确实定发酵罐搅拌器搅拌功率的计算发酵罐散热设备的计算第三章设计计算汇总表3.1附图：80m3通用式发酵罐工艺条件图第一章设计方案发酵罐体积确实定80m³。H=3D0由于是通用式发酵罐，所以可得𝐷=

𝑉=√

πD2H040𝑉0解得发酵罐直径𝐷=3.24m取发酵罐直径𝐷=3.5m

0.785×301.本设计取H0=3即H =3𝐷=10.5𝑚0𝐷取发酵罐高H0=10𝑚搅拌器直径承受六弯叶涡轮搅拌器，直径为D𝑖=D/3=3.5÷3=1.2m本设计𝑆=3D𝑖=3.5m下搅拌器与罐底距离：故本设计取C=D𝑖=1.2m挡板宽度和与罐壁距离挡板宽度：W=0.1D𝑖=0.12𝑚挡板与罐壁的距离：B=𝑊/5=0.02𝑚封头高度h=ha+hb当封头公称直径2m时，hb=25𝑚𝑚当封头的公称直径大于2m时，hb=40𝑚𝑚。本设计D2𝑚，hb=40𝑚𝑚4式中，ha当为标准封头时取ha=0.25𝐷=3.54

=0.9。

h=ha+hb=0.04+0.9=0.94𝑚本设计取装罐系数ŋ=0.7液柱高度

H𝐿=ŋH+ha+hb=0.7×10+0.94=7.94mπ D π 3.5V2=

4D2(hb+6)=4×3.52×(0.04+ 6)=6m³全罐高度

H=H0+2h=11.880m参考有关资料可知大于5m³的发酵罐应承受列管式散热器。搅拌桨的选择和搅拌层数确实定依据条件选择六弯叶涡轮搅拌器，由(𝐻−𝐶)/𝑆=2.51可得所需搅拌层数为两层。设备参数确实定搅拌功率的计算由于选择六弯叶涡轮式搅拌器。假设取D/Di=3,则搅拌器直径：D=D=1.2mi 33～8m/s，7.5m/s，则搅拌转速：N= v =πDi

7.53.14×1.2

=1.99r/s=120r/min培育液ρ=1080kg/𝑚3，黏度𝜇=2×10−3𝑃𝑎𝑠则雷诺数为：Rem=

D2Nρi

1.22×1.99×1080= =1.55×106μ 2×1032-1不同搅拌器的K由于𝑅𝑒𝑚＞1042-1K=4.8，所以单程搅拌功率：p=KN3𝐷𝑖5ρ=4.82.53×1.251080=201.5kw707.94m，因此实际比例尺寸(𝐷/𝐷𝑖)∗=3.5/1.2=2.92𝐻𝐿/𝐷𝑖)∗=7.94/1.2=6.62。由P∗=

1𝑃√(D/Di)∗(H/Di)∗=L3L

1√2.92×6.62×201.5=295.3kw3选择两层搅拌器Pm=P(0.4+0.6m)=201.5×(0.4+0.6×2)=322.4kw

Qg=0.2VL=0.2×

π所以

Na=

QgND3i

0.25=1.99×1.23

=0.0727>0.035Pg=P𝑚(0.62 1.85Na)=322.4×(0.62 1.85×0.0727)=156.5kw考虑到传动损耗，则所需电机功率为P0=1.2×Pg=187.9kw200kw换热面积及换热剂选型计算换热面积的计算以柠檬酸发酵为例，取最大装罐系数ŋ=0.880体积为：𝑉=𝑉0ŋ=800.8=64m³查阅相关资料柠檬酸发酵每立方米发酵液每小时产11700kJ/(m3·h)水的比热容为4.2KJ/(kg∙℃)可得其发酵热𝑄1=64×11700×4.2÷3.6=8.736105W其搅拌热𝑄2=𝑃𝑔0.92=156.50.92=143.98103𝑊𝑄3—发酵过程排气带出的水蒸汽的热量，以及发酵罐壁对环境的辐射热量。通常可取𝑄3=0.2×Q1=1.747×105W可得发酵产生总热量为：总Q =Q1+Q2+Q3=11.92×105𝑊总取冷凝水进口温度𝑡1=20℃，发酵温度𝑡0=32℃，冷凝水出口温度𝑡2=23℃由Δtm=(t0t 1)(t0t2)=129

=10.43℃可得其对数温差，设蛇形列管总传热系数lnt0t1 ln12t0t2 9K=750W/m²由F=

Q总K∙Δtm

=11.92×105750×10.43

=152.38m²可得换热面积为152.38m²换热器列管管径及冷却水用量由Q =11.92×105𝑊=42.91×105𝐾𝐽，水的比热容可得冷却用水量总Q

𝑚=

总𝐶×

=97954𝑘𝑔M =m=1633kg/ss 6020℃冷却水的密度为ρ=998.203kg/𝑚3，可得其体积流率取冷却水流速V=2m/s

V =Mss ρ

=1.64m3/s

d=√VS

=√1.64

=0.80mi 4V 8π 3.14𝛷80𝑚𝑚×4𝑚𝑚304第三章设计计算汇总表3.13-1设计计算汇总表参数名称参考范围设计参数=高径比〔H/D〕1.7-33发酵罐直径D-3.5m搅拌器直径D𝑖1/2-1/3D1.2m罐筒身高H01.7D-3D10m挡板宽度W1/8D-1/12D0.12m挡板与罐壁的距离BW/50.02mS1.5d-3d3.5m搅拌层数-2下搅拌器距底部间距C0.8-1d1.2m液柱高度HL-7.94m封头突起高度ha1/4D0.90m封头直边高度hb40mm0.04mh-0.84m-6m³全罐高度H-